一种基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测量方法

摘要

本发明提供了一种基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测量方法及系统，涉及汽车底盘测量领域。该方法包括：在汽车底盘平面内选择沿底盘平面纵向中心线轴对称的一对基准点、一对标定点、一对测量点，经过测量和计算，得到测量点的纵向倾斜角度偏差值、补偿高度值和长度偏差值，并据此判断底盘的损坏情况，进行维修。该方案能够克服现有技术中无法校准横向倾斜造成的高度测量数据精度低的问题，提高了高度数据的测量精度。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车底盘测量领域，特别是涉及一种基于二维倾角自动补偿的 汽车底盘数据测量方法及系统。

背景技术

汽车在整形维修过程中，需要对汽车底盘上工艺孔、安装孔等的二维数据 进行测量，并将测量数据与标准数据比较来判断底盘的变形损坏情况及维修效 果。

国内外汽车维修行业应用伸缩测量臂式测量系统进行汽车底盘数据测量 时，主要采用气泡式水平仪以手动方式或采用倾角传感器以单维倾角自动方式 来校准车辆纵向倾斜对测量数据的影响。测量时要求车辆横向必须或尽可能保 持水平，无法对车辆横向倾斜造成的高度测量误差进行校准，高度数据的测量 精度较低。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种在汽车底盘数据测量时在对汽车纵向倾斜 校准的同时也可以对横向倾斜校准的方法及系统，克服现有技术中无法校准横 向倾斜造成的高度测量数据精度低的问题，以提高高度数据的测量精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于二维倾角自动补偿的汽车底盘 数据测量方法，包括：

步骤一，在车辆底盘平面内，选择以底盘平面纵向中心线为对称轴的两个 基准点，分别为左侧基准点和右侧基准点；左侧基准点、右侧基准点在水平面 上的正投影点分别为左侧基准点投影点、右侧基准点投影点；

步骤二，在车辆底盘平面内，选择以底盘平面纵向中心线为对称轴的两个 标定点，分别为左侧标定点和右侧标定点；左侧标定点和右侧标定点到底盘平 面纵向中心线的垂直距离相等，均为W；左侧标定点和右侧标定点在水平面上 的正投影点分别为左侧标定点投影点和右侧标定点投影点；

步骤三，测得左侧基准点和左侧标定点所在直线的过左侧基准点投影点的 平行线与左侧基准点投影点和左侧标定点投影点所在直线所成的左倾角a_L；测 得右侧基准点和右侧标定点所在直线的过右侧基准点投影点的平行线与右侧基 准点投影点和右侧标定点投影点所在直线所成的右倾角a_R；

步骤四，计算底盘平面纵向中心线的纵向倾斜角度a₀＝(a_L+a_R)/2，并计 算车辆横向倾斜系数K＝(a_L－a_R)/2W；当测量方向与标定方向相同时，计 算左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’＝a₀+K×W’，并计算右侧测量点的理论 纵向倾斜角度A_R’＝a₀－K×W’，W’为测量点宽度标准值，其为车辆底盘平面内 测量点到底盘平面纵向中心线(E₀’F₀’)之间的垂直距离；当测量方向与标定方 向相反时，计算左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’＝-a₀+K×W’，并计算右侧 测量点的理论纵向倾斜角度A_R’＝-a₀－K×W’；

步骤五，测量左侧测量点与左侧基准点连线与水平面之间的左夹角A_L，计 算左侧测量点的纵向倾斜角度偏差值⊿a_L＝A_L－A_L’；测量右侧测量点与右侧基 准点E_R’连线与水平面之间的右夹角A_R，计算右侧测量点的纵向倾斜角度偏差 值⊿a_R＝A_R－A_R’；

步骤六，测量左侧测量点与左侧基准点之间的左直线距离L_L，计算左侧测 量点的补偿高度值h_L’＝sin⊿a_L×L_L，并计算左侧长度偏差值⊿L_L＝L_L－L_L0，L_L0为左侧测量点与左侧基准点E_L’之间的理论直线长度值；测量右侧测量点与右侧 基准点之间的右直线距离L_R，计算右侧测量点的补偿高度值h_R’＝sin⊿a_R×L_R， 并计算右侧长度偏差值⊿L_R＝L_R－L_R0，L_R0为右侧测量点与右侧基准点之间的 理论直线长度值。

步骤七，根据各个测量点的纵向倾斜角度偏差值、补偿高度值和长度偏差 值，判断底盘的损坏情况，进行维修。

可选地，使用伸缩式测量臂对左倾角a_L、右倾角a_R、左夹角A_L、右夹角 A_R、左直线距离L_L、右直线距离L_R进行测量。

可选地，使用上位机对底盘平面纵向中心线的纵向倾斜角度a₀、车辆横向 倾斜系数K、左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’、右侧测量点的理论纵向倾斜 角度A_R’、左侧测量点的纵向倾斜角度偏差值⊿a_L、右侧测量点的纵向倾斜角度 偏差值⊿a_R、左直线距离L_L、左侧测量点的补偿高度值h_L’、左侧长度偏差值⊿ L_L、右直线距离L_R、右侧测量点的补偿高度值h_R’、右侧长度偏差值⊿L_R进行 计算。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种基于二维倾角自动补偿的汽车底 盘数据测量系统，包括：

选定模块，配置成：在车辆底盘平面内，选择以底盘平面纵向中心线为对 称轴的两个基准点，分别为左侧基准点和右侧基准点；左侧基准点、右侧基准 点在水平面上的正投影点分别为左侧基准点投影点、右侧基准点投影点；在车 辆底盘平面内，选择以底盘平面纵向中心线为对称轴的两个标定点，分别为左 侧标定点和右侧标定点；左侧标定点和右侧标定点到底盘平面纵向中心线的垂 直距离相等，均为W；左侧标定点和右侧标定点在水平面上的正投影点分别为 左侧标定点投影点和右侧标定点投影点；

测量模块，配置成：测得左侧基准点和左侧标定点所在直线的过左侧基准 点投影点的平行线与左侧基准点投影点和左侧标定点投影点所在直线所成的左 倾角a_L；测得右侧基准点和右侧标定点所在直线的过右侧基准点投影点的平行 线与右侧基准点投影点和右侧标定点投影点所在直线所成的右倾角a_R；测量左 侧测量点与左侧基准点连线与水平面之间的左夹角A_L，测量右侧测量点与右侧 基准点连线与水平面之间的右夹角A_R；测量左侧测量点与左侧基准点之间的左 直线距离L_L，测量右侧测量点与右侧基准点之间的右直线距离L_R；

计算模块，配置成：计算底盘平面纵向中心线的纵向倾斜角度a₀＝(a_L+a_R) /2，并计算车辆横向倾斜系数K＝(a_L－a_R)/2W；当测量方向与标定方向相 同时，计算左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’＝a₀+K×W’，并计算右侧测量 点的理论纵向倾斜角度A_R’＝a₀－K×W’，W’为测量点宽度标准值，其为车辆底 盘平面内测量点到底盘平面纵向中心线之间的垂直距离；当测量方向与标定方 向相反时，计算左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’＝-a₀+K×W’，并计算右侧 测量点的理论纵向倾斜角度A_R’＝-a₀－K×W’；计算左侧测量点的纵向倾斜角度 偏差值⊿a_L＝A_L－A_L’，计算右侧测量点的纵向倾斜角度偏差值⊿a_R＝A_R－A_R’； 计算左侧测量点的补偿高度值h_L’＝sin⊿a_L×L_L，并计算左侧长度偏差值⊿L_L＝ L_L－L_L0，L_L0为左侧测量点与左侧基准点之间的理论直线长度值；计算右侧测量 点的补偿高度值h_R’＝sin⊿a_R×L_R，并计算右侧长度偏差值⊿L_R＝L_R－L_R0，L_R0为右侧测量点与右侧基准点E_R’之间的理论直线长度值。

生成模块，根据各个测量点的纵向倾斜角度偏差值、补偿高度值，判断底 盘的损坏情况，生产测量报告，以进行维修。

可选地，所述测量模块包括伸缩式测量臂。

可选地，所述伸缩式测量臂包括:

一个主控制器，包括：处理器CPU、整形电路、第一无线数传模块、显示 及指示模块、操作按键模块、电池及充电管理模块及电源模块，处理器CPU通 过印刷线路板分别与整形电路、第一无线数传模块、显示及指示模块、操作按 键模块、电池及充电管理模块及电源模块连接；

一个光电编码器，通过线缆连接到整形电路；

一个倾角传感器，通过线缆与处理器CPU连接。

可选地，所述计算模块包括对接收的数据进行计算的上位机，其通过USB 接口与第二无线数传模块连接，第二无线数传模块与第一无线数传模块之间进 行双向无线数据传输。

本发明的积极效果在于：

本发明的方法将测得的数据计算得到各个测量点的补偿高度值和长度偏差 值，以判断底盘的损坏情况，进行维修。这样能够在汽车底盘数据测量时在对 汽车纵向倾斜校准的同时也可以对横向倾斜校准，提高了高度测量数据精度， 进而提高了维修质量。其可同时对汽车底盘数据测量中的二维倾角进行自动补 偿，操作方法简单，可靠性高，无线数据传输使用方便；

本发明的系统通过上位机及伸缩式测量臂，并利用光电编码器、倾角传感器及 各测量附件等，方便地进行汽车底盘数据测量的二维倾角自动补偿，提供了车 辆横向倾斜时高度数据测量的校准方法，有效提高高度数据的测量精度，为进 一步提高车辆维修质量提供准确的基础数据。此外，采用位移传感器及倾角自 动补偿技术，提高了测量精度及工作效率；并且上位机控制软件生成的测量报 告查询方便，有利于提高维修质量。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测 量方法的倾角补偿原理示意图；

图2为根据本发明一个实施例的基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测 量方法的车辆方向及测量点选取示意图；

图3为根据本发明一个实施例的基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测 量系统的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测 量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

图1为根据本发明一个实施例的基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测 量方法的倾角补偿原理示意图。以下结合图1和图2，对本发明的方法进行描述。

如图1所示，四边形A₁B₁C₁D₁处于水平面，四边形A₁’B₁’C₁’D₁处于车辆 底盘平面。车辆底盘所在的平面与水平面不重合，在车辆底盘平面上设定相交 于O点的x轴和y轴，将车辆前进方向的左侧定义为左，右侧定义为右。将汽 车底盘上与汽车前进方向平行的中心线定义为底盘平面纵向中心线，车辆底盘平 面内的前点E₀’和后点F₀’之间的连线为底盘平面纵向中心线E₀’F₀’。本发明的步 骤如下所述。

(一)、标定：

在底盘平面纵向中心线E₀’F₀’的左侧选择一个位于车辆底盘平面内的左侧 基准点E_L’，在底盘平面纵向中心线E₀’F₀’的右侧选择一个位于车辆底盘平面内 的右侧基准点E_R’，左侧基准点E_L’与右侧基准点E_R’以底盘平面纵向中心线 E₀’F₀’为中心轴对称。

在底盘平面纵向中心线E₀’F₀’的左侧选择一个位于车辆底盘平面内的左侧标定 点F_L’，在底盘平面纵向中心线E₀’F₀’的右侧选择一个位于车辆底盘平面内的右 侧标定点F_R’，左侧标定点F_L’和右侧标定点F_R’也以底盘平面纵向中心线E₀’F₀’ 为中心轴对称；左侧标定点F_L’和右侧标定点F_R’到底盘平面纵向中心线E₀’F₀’ 的垂直距离相等设为W。

前点E₀’、后点F₀’、左侧基准点E_L’、右侧基准点E_R’、左侧标定点F_L’和右 侧标定点F_R’在水平面上的正投影点分别为前点投影点E₀、后点投影点F₀、左侧 基准点投影点E_L、右侧基准点投影点E_R、左侧标定点投影点F_L和右侧标定点投 影点F_R。过左侧基准点投影点E_L做直线E_L’F_L’的平行线，该平行线与直线E_LF_L之间的夹角为左倾角a_L；过右侧基准点投影点E_R做直线E_R’F_R’的平行线，该平 行线与直线E_RF_R之间的夹角为右倾角a_R。

计算底盘平面纵向中心线的纵向倾斜角度a₀＝(a_L+a_R)÷2，并计算车辆 横向倾斜系数K＝(a_L－a_R)/2W。

(二)、测量：

选择两个测量点(左侧测量点C_L’和右侧测量点C_R’)，测量点和基准点及标 定点的位置关系如图2所示。其仅仅为测量点、基准点、标定点位置关系的范 例，并不对本发明的技术方案构成限制。计算左侧测量点的理论纵向倾斜角度 A_L’＝a₀+K×W’，并计算右侧测量点的理论纵向倾斜角度A_R’＝a₀－K×W’，W’ 为测量点宽度标准值，其为车辆底盘平面内测量点到底盘平面纵向中心线E₀’F₀’ 之间的垂直距离。当测量方向与标定方向相反时，a₀之前加负号；或者说：当 测量方向与标定方向相同时，计算左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’＝a₀+ K×W’，并计算右侧测量点的理论纵向倾斜角度A_R’＝a₀－K×W’，W’为测量点宽 度标准值，其为车辆底盘平面内测量点到底盘平面纵向中心线(E₀’F₀’)之间的 垂直距离；当测量方向与标定方向相反时，计算左侧测量点的理论纵向倾斜角 度A_L’＝-a₀+K×W’，并计算右侧测量点的理论纵向倾斜角度A_R’＝-a₀－K×W’。

测量左侧测量点与左侧基准点E_L’连线与水平面之间的夹角A_L，计算左侧 测量点的纵向倾斜角度偏差值⊿a_L＝A_L－A_L’；测量右侧测量点与右侧基准点E_R’ 连线与水平面之间的夹角A_R，计算右侧测量点的纵向倾斜角度偏差值⊿a_R＝A_R－A_R’。

测量左侧测量点与左侧基准点E_L’之间的直线距离L_L，计算左侧测量点的补 偿高度值h_L’＝sin⊿a_L×L_L，并计算左侧长度偏差值⊿L_L＝L_L－L_L0，L_L0为左侧测 量点与左侧基准点E_L’之间的理论直线长度值；测量右侧测量点与右侧基准点 E_R’之间的直线距离L_R，计算右侧测量点的补偿高度值h_R’＝sin⊿a_R×L_R，并计算 右侧长度偏差值⊿L_R＝L_R－L_R0，L_R0为右侧测量点与右侧基准点E_R’之间的理论 直线长度值。

根据各个测量点的纵向倾斜角度偏差值、补偿高度值和长度偏差值，判断 底盘的损坏情况，进行维修。

在本发明的一个实施例中，可使用伸缩式测量臂对左倾角a_L、右倾角a_R、 左夹角A_L、右夹角A_R、左直线距离L_L、右直线距离L_R进行测量。在本发明的 另一个实施例中，可使用上位机对底盘平面纵向中心线的纵向倾斜角度a₀、车 辆横向倾斜系数K、左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’、右侧测量点的理论纵 向倾斜角度A_R’、左侧测量点的纵向倾斜角度偏差值⊿a_L、右侧测量点的纵向倾 斜角度偏差值⊿a_R、左直线距离L_L、左侧测量点的补偿高度值h_L’、左侧长度偏 差值⊿L_L、右直线距离L_R、右侧测量点的补偿高度值h_R’、右侧长度偏差值⊿L_R进行计算。以下将详细描述测量过程。

图3为根据本发明一个实施例的基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测 量系统的结构示意图。通过该系统可以实行上述的汽车底盘数据测量方法。该 系统包括一个伸缩式测量臂1、一个上位机2和第二无线数传模块3。伸缩式测 量臂1包括一个主控制器6、一个光电编码器5和一个倾角传感器4。主控制器 6由处理器CPU9、整形电路8、第一无线数传模块7、显示及指示模块10、操 作按键模块11、电池及充电管理模块12及电源模块13等组成。处理器CPU9 通过印刷线路板分别与整形电路8、第一无线数传模块7、显示及指示模块10、 操作按键模块11、电池及充电管理模块12及电源模块13连接。

光电编码器5通过线缆连接到整形电路8；倾角传感器4通过线缆与CPU9 连接；上位机2通过USB接口与第二无线数传模块3连接，第二无线数传模块 3与第一无线数传模块7之间进行双向无线数据传输；上位机2根据接收的标定 及测量数据进行补偿计算，并与标准数据比较后生成测量报告。光电编码器5 将位移变化以脉冲信号形式传送给主控制器6，经整形电路8整形后输出到 CPU9的外围中断接口，由CPU9处理测量结果。倾角传感器4将测量臂1的倾 斜角度以SPI方式发送给CPU9，由CPU9处理计算。测量结果由显示及指示模 块10以LCD模块和LED灯形式显示或指示。CPU9与第一无线数传模块7之 间串行通讯；操作按键模块11由CPU9识别处理。第一无线数传模块7用于数 据的无线接收和发送。电池及充电管理模块12提供主电源及充电管理功能。电 源模块13分三路分别为主控制器6、光电编码器5及倾角传感器4提供不同电 压的电源。

所述的光电编码器5，为普通增量式光电编码器，安装在伸缩式测量臂内， 分辨率大于50脉冲每转即可。所述的倾角传感器4，为差分式单轴倾角传感器。 倾角传感器以SPI接口直接输出测量数据，分辨率要大于0.01度。所述的第一 无线数传模块7和第二无线数传模块3，均为双向无线数传模块；带有串行口进 行数据透明传输，半双工。两个模块工作频率相同，有自动连接及地址绑定功 能。CPU9为带有多个外围中断接口的RISC型CPU。

图4为根据本发明一个实施例的基于二维倾角自动补偿的汽车底盘数据测 量方法的流程图。以下结合图1至图4，对本发明的方法进行说明，该方法具体 包括如下步骤。

步骤501，准备待测车辆，将系统上电初始化。

步骤502，通过测量附件及适配器将伸缩式测量臂1连接的测量标定杆与基 准点连接，插入高度测量杆连接至标定点。

步骤503，操作上位机2控制软件选择横向对称的一组基准点和及一组标定 点和进行基准面标定。先测量左侧基准点与左侧标定点之间的倾斜角度a_L，由 倾角传感器4检测后通过SPI外围接口由CPU9中断处理，CPU 9经串口发送给 第一无线数传模块7，第一无线数传模块7和第二无线数传模块9之间无线传输， 将a_L发送至上位机2；再测量右侧基准点与右侧标定点之间的倾斜角度a_R并发 送至上位机2。

步骤504，上位机2根据接收的左、右两侧的纵向倾斜角度计算出底盘平面 纵向中心线的纵向倾斜角度a₀＝(a_L+a_R)/2及车辆横向倾斜系数K＝(a_L－ a_R)/2W，W为标定点及的宽度标准值，即车辆底盘数据基准平面内标定点到 底盘平面纵向中心线之间的垂直距离；也就是平面直角坐标系OXY内标定点的 Y坐标值。因标定点必须左右对称，所以W值相等。

步骤505，上位机2选择实际测量点进行实车测量，根据测量点的标准宽度 值W’、a₀及K计算该点的理论倾斜角度，左侧测量点的理论纵向倾斜角度A_L’ ＝a₀+K×W’，右侧测量点的理论纵向倾斜角度A_R’＝a₀－K×W’。当测量方向与 标定方向相反时，底盘平面纵向中心线的纵向倾斜角度取－a₀。

步骤506，测量臂1测量基准点与测量点之间的实际倾斜角度A_L及长度L_L， 测量基准点与测量点之间的实际倾斜角度A_R及长度L_R，并通过第一无线数传模 块7及第二无线数传模块3发送至上位机2；上位机2计算左侧测量点的测量角 度与理论角度偏差值⊿a_L＝A_L－A_L’，计算右侧测量点的测量角度与理论角度偏 差值⊿a_R＝A_R－A_R’。

步骤507，上位机2计算测量点的补偿高度值h_L’＝sin⊿a_L×L_L，长度偏差值 为⊿L_L＝L_L－L_L0；测量点的补偿高度值h_R’＝sin⊿a_R×L_R，长度偏差值⊿L_R＝ L_R－L_R0。其中L_L0为左侧测量点与左侧基准点之间的理论直线长度值，L_R0为右 侧测量点与右侧基准点之间的理论直线长度值。

步骤508，上位机2控制软件根据选择的基准点和及测量点和之间的测量值h_L’、 h_R’、⊿L_L及⊿L_R生成测量报告。

本发明在应用中，可同时对汽车底盘数据测量中的二维倾角进行自动补偿， 操作方法简单，可靠性高，无线数据传输使用方便；采用位移传感器及倾角自 动补偿技术，提高了测量精度及工作效率；上位机控制软件生成的测量报告查 询方便，提高检测维修质量。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的 多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本 发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因 此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。