专利名称：一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置和方法
技术领域：
本发明涉及汽车工业领域的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置和方法。
技术背景
汽车运行的稳定性和直线行驶性，是由汽车四个轮胎重心点和四个轮相关角度三维定位所决定，任何一点和角度参数不准确，都会影响汽车运行的稳定性，出现包括在行驶时直线行驶能力下降、油耗增加、吃胎、安全性不稳定等问题。
现有的四轮定位技术一般都依据轿车出厂四轮参数检测四个轮的倾斜角两侧轮距等，从而检测汽车四轮定位参数。现有的轿车轮底盘多数都采用独立悬挂系统，在采用独立悬挂系统出厂时，因轮胎倾角不准确而存在吃胎的情况，因而难以保证四个轮胎重心点形成一个平行的正矩形。采用独立悬挂系统的车身主要结构左右门框依靠前后墙，上顶下底将四个纵梁通过焊接组成，四个悬挂系统通过螺栓固定在纵梁上，上述任何一个部件的偏差，都会造成四个轮胎倾角不准确，并使轮胎重心点出现对角线差和平行度差，在对汽车进行事故维修时尤其容易因所更换配件的质量以及技术水平带来偏差。
现有的四轮定位检测装置和方法中，比较先进的是围绕汽车四个轮发出八束光线形成一个360度的密闭测量场，在倾角传感器协同情况下，对两侧轮距和四个轮的相关角度做出测量，但是该装置和方法仍无法做到对四个轮胎重心点的三维数据定位。
由此可见，现有的四轮定位检测装置和方法仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可对汽车轮胎四个重心点进行三维立体数据定位的新的检测装置和方法，实属当前重要研发课题之一。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置和方法， 使其可对汽车轮胎四个重心点进行三维立体数据定位，从而克服现有的四轮定位检测装置和方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，包括分别固定在四个轮胎外侧的四套夹具以及固定在夹具内侧、并与轮胎的轮圈上下缘位置对应的固定锁柱；固定在夹具外侧上部、并可在前后垂直平面上旋转的上部旋转探测器；固定在夹具外侧下部、可在前后垂直平面上旋转、并可向下翻转以探出轮胎底部的下部旋转探测器；固定在夹具外侧中部的倾角传感器；以及通过连接杆与倾角传感器固定连接的固定式探测器；其中安装于前轮外侧的两夹具相互对称且固定式探测器探出车轮前沿，安装于后轮外侧的两夹具相互对称且固定式探测器探出车轮后沿，安装于同侧车轮的前后两夹具也相互对称。
作为本发明的一种改进，所述的夹具包括连接柱以及四个自上而下依次穿设在连接柱上的定位块，其中第一、三定位块内侧各固定有两个固定锁柱；上部旋转探测器固定在第二定位块外侧；下部旋转探测器固定在第四定位块外侧；倾角传感器固定在第三定位块外侧。
所述的夹具包括连接柱以及三个自上而下依次穿设在连接柱上的定位块，其中 第一、二定位块内侧各固定有两个固定锁柱；上部旋转探测器固定在第一定位块外侧；下部旋转探测器固定在第三定位块外侧；倾角传感器固定在第二定位块外侧。
所述的连接柱包括两根滑动柱和一根调节柱第一定位块与滑动柱之间可滑动连接，与调节柱之间通过螺纹连接；其它定位块与滑动柱之间固定连接，与调节柱之间可滑动连接。
位于夹具最下端的定位块内侧设有平行调整螺栓。
所述的下部旋转探测器通过下探伺服驱动装置与定位块连接，下部旋转探测器可在下探伺服驱动装置驱动下向下翻转90°。
所述上、下旋转探测器内部设置有伺服驱动装置和位移式角度传感器。
本发明还提供了一种检测汽车底盘轮胎三维数据的方法，包括以下步骤(1)将汽车停止在水平地面上，并保证四个轮胎正向摆放；( 将上述的夹具通过固定锁柱与各轮胎的外侧轮圈固定在一起；C3)利用固定式探测器和倾角传感器检测前后轮胎的前束角、内倾角、外倾角、推进角和萎缩角；(4)利用固定于车身同侧的上、下部旋转探测器扫描轮胎外侧，并测量上下、前后检测点距离以及对角线距离，确定同侧的四个旋转探测器构成正矩形；( 将车身水平升起，将下部旋转探测器向下翻转90°，扫描轮胎下部，并测量前后、左右检测点距离以及对角线距离和平行角度差；(6)计算四个轮胎的前束角、内倾角、 外倾角、推进角、萎缩角、前后轮距差、前后轴距差，轮胎重心点对角差、平行角差以及轮胎浮动角。
作为进一步改进，还包括步骤(7)根据步骤(6)得到的数据，分析车身压下时减震压缩轮胎倾角数据产生的变化。
所述的步骤( 还包括调整位于上部的固定锁柱的上下位置，以使夹具刚好与轮圈锁紧固定；以及通过调节平行调整螺栓使夹具与轮胎平行。
采用这样的设计后，本发明通过夹具均勻固定在轮胎的四个固定探测器、倾角传感器以及八个旋转探测器发出的光线在四个倾角传感器协同下，在四个轮胎两侧、前后、下面进行旋转扫描，形成一个立体扫描网，对轮胎的重心点做出三维数据定位。
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明检测汽车底盘轮胎三维数据的装置的分解结构示意图。
图2是本发明检测汽车底盘轮胎三维数据的装置与轮胎的组合结构示意图。
图3是本发明检测汽车底盘轮胎三维数据的装置检测状态仰视示意图。
图4是本发明检测汽车底盘轮胎三维数据的装置检测状态侧视示意图。
具体实施方式
本发明检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，主要由分别固定在四个轮胎外侧的四套夹具以及固定在夹具上的固定锁柱、上/下部旋转探测器、角度传感器以及固定式探测器组成。
实施例一
请参阅图1所示，每套夹具包括四个自上而下依次排布的定位块以及连接定位块的连接柱。
第一定位块11、第三定位块13内侧各固定有两个固定锁柱3，分别与轮胎轮圈的上、下缘位置对应。第二定位块12外侧固定有可在前后垂直平面上旋转的上部旋转探测器 41。第四定位块14外侧固定有下部旋转探测器42，该下部旋转探测器42可在前后垂直平面上旋转，并可向下翻转以探出轮胎底部。第三定位块13外侧固定有倾角传感器43，倾角传感器43通过连接杆44连接有固定式探测器45。上述旋转探测器、倾角传感器均可通过固定旋钮安装在相应的定位块上。
请配合参阅图3、图4所示，安装于前轮外侧的两夹具结构及各装置的设置位置相互对称，且固定式探测器探出车轮前沿。安装于后轮外侧的两夹具结构及各装置的设置位置相互对称，且固定式探测器探出车轮后沿。安装于同侧车轮的前后两夹具结构及各装置的设置位置也相互对称。
作为连接柱的结构组成，图中给出了一种较佳实施方式，其包括两根滑动柱21和一根调节柱22。调节柱22的外表面大部分光滑，只在靠近一端处设置有外螺纹。第一定位块11与滑动柱21之间可滑动连接，与调节柱22之间通过螺纹连接；另外三个定位块12、 13、14与滑动柱21之间固定连接，与调节柱22之间可滑动连接。由此，通过旋转调节柱22， 可以调节第一定位块11与其它定位块之间的距离，从而可使本发明的夹具方便的适用于各种尺寸规格的轮胎上。
此外，可以在第四定位块14的内侧设置平行调整螺栓5，用来控制夹具底部与轮胎的间距，保证夹具与轮胎外侧面相互平行。
旋转探测器41、42内部设置有伺服驱动装置和位移式角度传感器，用于检测旋转探测器的旋转角度，并由伺服控制系统控制旋转探测器伺服电机驱动装置，带动旋转探测器同步旋转。
请配合参阅图2所示，第四定位块14可通过下探伺服驱动装置6与下部旋转探测器42连接，下部旋转探测器42在下探伺服驱动装置6的驱动下可向下翻转90°，即到达图中虚线所示位置。下探伺服驱动装置6的电源可通过探测器电源连接触点61由下部旋转器探测器42内的电源提供。
实施例二
此外，本发明装置的夹具也可以由连接柱和三个定位块组成。本实施例的第一定位块相当于将实施例一中的第一定位块11和第二定位块12合二为一，其内侧固定有固定锁柱，外侧连接有上部旋转探测器，需要调节位于上部的固定锁柱3位置时，上部旋转探测器41也随之上下移动，但不影响探测效果。本实施例的第二定位块即相当于实施例一中的第三定位块13，第三定位块相当于实施例一中的第四定位块14。
本发明应用上述装置检测汽车底盘轮胎三维数据的方法包括以下步骤。
步骤(1)，将汽车停止在水平地面上，并保证四个轮胎正向摆放。
步骤0)，将上述的夹具通过固定锁柱3与各轮胎的外侧轮圈固定在一起。具体地说，采用图2所示结构的夹具时，通过旋转调节柱22，调整第一定位块11的上下位置，以使固定锁柱3刚好与轮圈位置对应，从而将夹具与轮圈锁紧固定在一起，并调节平行调整螺栓5，保持夹具与轮胎平行固定，且所有的探测器与轮胎垂直固定。
步骤(3)，请参阅图3所示，利用固定式探测器对前后轮进行360°扫描，确定固定式探测器的距离和光点坐标，并通过其发出的光束配合倾角传感器检测前后轮胎的前束角、内倾角、外倾角、推进角和萎缩角。
步骤(4)，由伺服控制系统来控制探测器旋转伺服电机驱动装置，带动上、下部旋转驱动电机同步旋转，利用固定于车身同侧的上、下部旋转探测器41、42扫描轮胎外侧，并如图4所示通过位移角度传感器发出信号，由信号处理系统控制旋转探测器的伺服电机驱动装置锁定旋转探测器的角度，利用上、下部旋转探测器发出的光束测量上下、前后检测点距离以及对角线距离，以确定同侧的四个旋转探测器构成正矩形。
步骤(5)，将车身水平升起，至少满足下部旋转探测器42的下探高度要求，将下部旋转探测器向下翻转90°，如图3、图4所示，扫描轮胎下部，通过探测器镜头坐标点差测得四个轮胎重心点是否在一个平行面上，并利用下部旋转探测器发出的光束测量前后、左右检测点距离以及对角线距离和平行角度差。
例如，将右前对准右后、左前对准左后下部旋转探测器，测量车两侧前后轮底部下部旋转探测器的距离和光点坐标；左前对准右前、左后对准右后下部旋转探测器，测量距离和光点坐标；再通过测量右前对准左后、左前对准右后测量车前后轮底部下部旋转探测器的对角线距离和光点坐标；在上述过程中通过位移角度传感器发出信号，由信号处理系统控制探测器旋转伺服电机驱动装置平行旋转锁定下部探测器的测量角度。
步骤(6)，利用电脑显示四轮重心点三维角度和几何图形数据，分析所有数据的数据差，计算四个轮胎的前束角、内倾角、外倾角、推进角、萎缩角、前后轮距差、前后轴距差， 轮胎重心点对角差、平行角差以及轮胎浮动角，即完成对四个轮胎重心点三维立体数据测量。
最后，根据步骤(6)得到的数据，分析车在地面轮胎倾角和车轮胎离开地面倾角产生变化，来模拟车身压下时减震压缩轮胎倾角数据产生的变化，清楚得知减震伸长和压缩轮胎数据倾角产生的变化，从而模拟出轮胎在路面数据倾角产生浮动变化。
本发明一种对汽车底盘轮胎重心点及角度作出三维数据立体定位和计算的检测装置和方法，主要通过固定在四个轮圈夹具上的两侧前后轮四个固定式探测器、固定在两侧前后轮夹具上的八个旋转探测器以及四个倾角传感器组成。图3、图4中点画线所示即为各探测器的光束通过固定式探测器发出的光束对前后轮的前束角、推进角进行检测，通过旋转探测器对两侧前后轮上、下部旋转探测器的直线距离进行测定，通过旋转探测器的旋转对旋转探测器的对角线距离检测，测得两侧前后轮旋转探测器所在的点锁定为正矩形。 之后将车身升起离开地面。再将下部旋转探测器调节到轮胎底部，对轮胎底部进行扫描，对后轮与后轮、前轮与前轮的距离，以及前轮与后轮的对角线距离进行测量，通过探测器镜头坐标点差测得四个轮胎重心点是否在一个平行面上。将所有测量数据传送给电脑，在电脑将数据分析出所有的数据差。检测范围包括四个轮胎的倾角、前束角、推进角、左右轮距差、 前后轴距差、四个轮胎重心点平行度差，即完成对四个轮胎重心点三维立体数据测量。最终根据固定轮胎的减震、横拉杆、纵拉杆长度和角度，通过三角函数计算，分析拉杆以及相关角度所需要维修、调整的量。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，其特征在于包括分别固定在四个轮胎外侧的四套夹具以及固定在夹具内侧、并与轮胎的轮圈上下缘位置对应的固定锁柱； 固定在夹具外侧上部、并可在前后垂直平面上旋转的上部旋转探测器； 固定在夹具外侧下部、可在前后垂直平面上旋转、并可向下翻转以探出轮胎底部的下部旋转探测器；固定在夹具外侧中部的倾角传感器；以及通过连接杆与倾角传感器固定连接的固定式探测器；其中安装于前轮外侧的两夹具相互对称且固定式探测器探出车轮前沿，安装于后轮外侧的两夹具相互对称且固定式探测器探出车轮后沿，安装于同侧车轮的前后两夹具也相互对称。
2.根据权利要求1所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，其特征在于所述的夹具包括连接柱以及四个自上而下依次穿设在连接柱上的定位块，其中第一、三定位块内侧各固定有两个固定锁柱； 上部旋转探测器固定在第二定位块外侧； 下部旋转探测器固定在第四定位块外侧； 倾角传感器固定在第三定位块外侧。
3.根据权利要求1所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，其特征在于所述的夹具包括连接柱以及三个自上而下依次穿设在连接柱上的定位块，其中第一、二定位块内侧各固定有两个固定锁柱； 上部旋转探测器固定在第一定位块外侧； 下部旋转探测器固定在第三定位块外侧； 倾角传感器固定在第二定位块外侧。
4.根据权利要求2或3所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，其特征在于所述的连接柱包括两根滑动柱和一根调节柱第一定位块与滑动柱之间可滑动连接，与调节柱之间通过螺纹连接； 其它定位块与滑动柱之间固定连接，与调节柱之间可滑动连接。
5.根据权利要求2或3所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，其特征在于位于夹具最下端的定位块内侧设有平行调整螺栓。
6.根据权利要求2或3所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，其特征在于所述的下部旋转探测器通过下探伺服驱动装置与定位块连接，下部旋转探测器可在下探伺服驱动装置驱动下向下翻转90°。
7.根据权利要求1所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置，其特征在于所述的上、下旋转探测器内部设置有伺服驱动装置和位移式角度传感器。
8.—种检测汽车底盘轮胎三维数据的方法，其特征在于包括以下步骤(1)将汽车停止在水平地面上，并保证四个轮胎正向摆放；(2)将权利要求1-3中任一项所述的夹具通过固定锁柱与各轮胎的外侧轮圈固定在一起；(3)利用固定式探测器和倾角传感器检测前后轮胎的前束角、内倾角、外倾角、推进角和萎缩角；(4)利用固定于车身同侧的上、下部旋转探测器扫描轮胎外侧，并测量上下、前后检测点距离以及对角线距离，确定同侧的四个旋转探测器构成正矩形；(5)将车身水平升起，将下部旋转探测器向下翻转90°，扫描轮胎下部，并测量前后、 左右检测点距离以及对角线距离和平行角度差；(6)计算四个轮胎的前束角、内倾角、外倾角、推进角、萎缩角、前后轮距差、前后轴距差，轮胎重心点对角差、平行角差以及轮胎浮动角。
9.根据权利要求8所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的方法，其特征在于还包括步骤(7)根据步骤(6)得到的数据，分析车身压下时减震压缩轮胎倾角数据产生的变化。
10.根据权利要求8所述的一种检测汽车底盘轮胎三维数据的方法，其特征在于所述的步骤( 还包括调整位于上部的固定锁柱的上下位置，以使夹具刚好与轮圈锁紧固定；以及通过调节平行调整螺栓使夹具与轮胎平行。
全文摘要
本发明是关于一种检测汽车底盘轮胎三维数据的装置和方法，该装置包括分别固定在四个轮胎外侧的四套夹具以及固定锁柱、上部旋转探测器、下部旋转探测器、倾角传感器以及固定式探测器。该方法包括将汽车停止在水平地面上；将夹具与轮胎固定；利用固定式探测器和倾角传感器检测前后轮胎的前束角、内倾角、外倾角、推进角和萎缩角；测量同侧上下、前后检测点距离以及对角线距离，确定构成正矩形；将车身水平升起，将下部旋转探测器向下翻转90°，测量前后、左右检测点距离以及对角线距离和平行角度差。本发明通过固定探测器、倾角传感器以及旋转探测器对轮胎两侧、前后、下面进行旋转扫描，对轮胎的重心点做出三维数据定位。
文档编号G01M1/12GK102539166SQ20111037555
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者宋志民, 王永卓 申请人:宋志民