一种汽车轮胎修正系数的测量方法

摘要

本发明公开了一种汽车轮胎修正系数的测量方法，该方法主要是利用两个安装高度不同但距离固定的超声波接收器组成的辅助靶构成超声波测距的方式，进行高精度的测距，并利用两个超声波接收器组成的辅助靶进行行驶行程的准确测量；利用三轴倾角传感器实现不需在转动轴上安装构成倾角测量的方式，进行连续转动角度测量，并进行垂直度修正测量准确的倾角，从而实现轮胎修正系数的准确测量。本发明提高了测量的准确性，且操作更简单。本发明作为一种汽车轮胎修正系数的测量方法广泛应用于出租车计价器检定中。

权利要求

1.一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：A.超声波测距装置的发射部件安在汽车车头位置，辅助靶放在前方约15m处，辅助靶上有两个安装高度不同但距离固定的超声波接收器，分别称为目标接收器和比较接收器，辅助靶和发射部件对准后，测量发射部件至辅助靶目标接收器的距离L1及超声波声速C；

B.带三轴倾角传感器的测角部件安在汽车车轮中心的附近，并使X轴方向水平，得到零起点倾角；

C.启动出租车低速行驶，测角部件检测车轮的转动圈数n，行驶5圈后，刹停汽车，测距装置测量至辅助靶目标接收器及比较接收器的距离L2、r，测角部件测量终点倾角α；

D.拆除测距装置，在计价器计程误差检定装置滚筒的转轴附近安装另一测角部件，出租车驱动轮架在滚筒上，并使两测角部件X轴方向水平，得到零起点倾角；

E．启动出租车低速行驶，检测车轮及滚筒的转动圈数n1、n2，行驶5圈后，刹停汽车，测量终点倾角β和γ；

F.根据 所测 数据 计算 轮胎 修正系 数S，公式是 其 中

αr=α+n ×360 ° ，

βr=β+n1×360°，γr=γ+n2×360°；式中，l为计价器计程误差检定装置的滚筒周长，Lr为目标接收器和比较接收器的距离，T22为超声波从发射器传播至比较接收器的时间，d为目标接收器和比较接收器高度差的二分之一。

2.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：在所述A步骤中，所述辅助靶上有两个安装高度不同且距离固定的超声波接收器，安装高度差2d为

20mm至40mm且目标接收器位置低，两接收器相距Lr为0.5m至1.0m，这些数据需准确标定。

3.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：在所述A步骤中，所述对准是在两接收器的安装高度的中间安装一平行的激光指示装置，用该激光指示装置调整辅助靶的高度使测距装置的发射器处于激光指示光线上实现对准，实现两个接收器偏离激光指示光线的距离d为10mm至20mm。

4.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：在所述A步骤中，测量距离L1的方式是测量超声波从发射器传播至目标接收器的时间T11和至比较接收器的时间T12后，按 计算。

5.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：在所述B步骤中，所述测角部件安在汽车车轮中心的附近，而不需安装在车轮的转动轴上。

6.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：在所述B、D步骤中，所述测角部件X轴需进行水平调整，并在此状态下测量测角部件Y轴的输出值Y(V0)。

7.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：在所述C步骤中，所述测距装置测量至比较接收器的距离r，按 计算。

8.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎修正系数的测量方法，其特征在于：在所述C、E步骤中，所述测量终点倾角是测量此状态下的测角部件三轴的输出值X(Vout)、Y(Vout)、Z(Vout)，当Z轴传感器处于±45°时，按计算倾角α，

当X轴传感器处于±45°时，按

计算倾角α，其中

而X(offset)为三轴倾角传感器X

轴的零点输出电压值，Y(offset)为三轴倾角传感器Y轴的零点输出电压值，Z(offset)为Z轴的零点输出电压值；X(S)为垂直状态下三轴倾角传感器X轴的输出灵敏度，Y(S)为垂直状态下三轴倾角传感器Y轴的输出灵敏度，Z(S)为垂直状态下三轴倾角传感器Z轴的输出灵敏度；Y(V0)为测角部件在X轴方向水平时Y轴的输出电压值，Z(V0)为测角部件在X轴方向水平时Z轴的输出电压值。

说明书

一种汽车轮胎修正系数的测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种计量方法，特别是涉及超声波测距的方法及倾角传感器测角的方法结合构成出租车计价器检定中轮胎修正系数的测量方法。

背景技术

[0002] 目前基本都是采用模拟路面，用滚筒的方式进行出租汽车计价器计程误差的检定，具体为：采用由滚筒、控制系统、机架组成的计价器计程误差检定装置，滚筒使用不锈钢，耐磨损，滚筒的周长一般设计成1米。检定时，出租车的驱动轮架在滚筒上，由控制系统驱动滚筒转动带动出租车轮同步转动，达到模拟出租车行驶的效果，测量滚筒转动的圈数便可准确得到滚筒转动的里程，以此对比计价器的计程测量值，实现计价器计程误差的检定。

[0003] 使用滚筒的方式检定计价器，占地面积小，方便操作，但由于检定时采用弧形表面(滚筒的圆周表面)代替实际行驶的平面路面，汽车车轮在这两种几何形状物体上的形变不同，造成了很大的影响，即存在轮胎修正系数。轮胎修正系数是指车轮在平面上转动一定圈数计价器所对应的行驶里程，与车轮在弧形表面上转动相同圈数计价器所对应的行驶里程之比。通过大量实验，轮胎修正系数可达2％以上，如果不作修正则严重影响计价器检定的可信度，因此轮胎修正系数的准确性是计价器检定控制的关键因素。

[0004] 目前没有专用的轮胎修正系数测量装置，一般采用通用的测量工具如钢卷尺进行测量，劳动强度大，人为误差大，准确性不高。

[0005] 轮胎修正系数测量的物理量有两个：行程(距离)和转角。

[0006] 超声波测距是一种常用的非接触测距方式，其测量原理是利用超声波在空气中的传播速度C为已知，测量超声波在待测距离L内传播的时间T，按物理公式L＝C×T计算距离。作为超声波测距准确性，关键是时间T测量的准确性和所获得的声速C的准确性。其中对于声速C，一般是按物理常数使用，但事实上，声速跟传播的介质的特性相关，比如介质的成份、介质的温度等等，在空气中传播时，就跟空气的温度、气压等相关。目前超声波测距仪研究领域都在研究如何准确测量介质的特性参数(如温度)以便对声速C进行修正，提高超声波测距的准确性。但这种修正方式，一受所测参数的准确性限制，二受该特性参数对声速影响的数学模型限制，三受声速影响因素研究的限制。

[0007] 同时，超声波测距是在已确定的两测量点间进行测量，而轮胎修正系数的行程测量点需在汽车行驶后才可确定两个测量点，若要实现自动的测量需考虑测量阿贝原则的问题。

[0008] 倾角传感器可在静态状态下准确测量倾角，但轮胎修正系数的转角测量是在动态下进行，需解决动态连续测量的问题。同时，由于测量时的实际状况不能保证能有垂直的测量面，需采用三轴倾角传感器解决垂直度的影响问题。

发明内容

[0009] 为了解决上述的技术问题，本发明的目的是解决汽车轮胎修正系数测量过程的人工化，采用超声波比较测量法测量距离，并实现测量阿贝原则的修正测量行程，同时采用三轴倾角传感器测量动态转动角度并解决垂直度的影响，提供一种汽车轮胎修正系数的自动、准确测量方法。

[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0011] 一种汽车轮胎修正系数的测量方法，该方法包括如下步骤：

[0012] A.超声波测距装置的发射部件安在汽车车头位置，辅助靶放在前方约15m处，辅助靶上有两个安装高度不同但距离固定的超声波接收器，分别称为目标接收器和比较接收器，辅助靶和发射部件对准后，测量发射部件至辅助靶目标接收器的距离L1及超声波声速C；

[0013] B.带三轴倾角传感器的测角部件安在汽车车轮中心的附近，并使X轴方向水平，得到零起点倾角；

[0014] C.启动出租车低速行驶，测角部件检测车轮的转动圈数n，行驶5圈后，刹停汽车，测距部件测量至辅助靶目标接收器及比较接收器的距离L2、r，测角部件测量终点倾角α；

[0015] D.拆除测距装置，在计价器使用误差检定装置滚筒的转轴附近安装另一测角部件，出租车驱动轮架在滚筒上，并使两测角部件X轴方向水平，得到零起点倾角；

[0016] E.启动出租车低速行驶，检测车轮及滚筒的转动圈数n1、n2，行驶5圈后，刹停汽车，测量终点倾角β和γ；

[0017] F.根据上述所测数据计算轮胎修正系数S，公式是 其中αr ＝ α+n×360 °，βr ＝
β+n1×360°，γr＝γ+n2×360°。

[0018] 进一步作为优选的实施方式，在所述A步骤中，所述辅助靶上有两个安装高度不同且距离固定的超声波接收器，安装高度差2d为20mm至40mm且目标接收器位置低，两接收器相距Lr为0.5m至1.0m，这些数据需准确标定。

[0019] 进一步作为优选的实施方式，在所述A步骤中，所述对准是在两接收器的安装高度的中间安装一平行的激光指示装置，用该激光指示装置调整辅助靶的高度使测距装置的发射器处于激光指示光线上实现对准，实现两个接收器偏离指示线(即测量线)的距离d为10mm至20mm。

[0020] 进一步作为优选的实施方式，在所述A步骤中，所述测量距离L1的方式是测量超声波从发射器传播至目标接收器的时间T11和至比较接收器的时间T12后，按计算。

[0021] 进一步作为优选的实施方式，在所述B步骤中，所述测角部件安在汽车车轮中心的附近，而不需安装在车轮的转动轴上。

[0022] 进一步作为优选的实施方式，在所述B、D步骤中，所述测角部件X轴需进行水平调整，并在此状态下测量测角部件Y轴的输出值Y(V0)。

[0023] 进一步作为优选的实施方式，在所述C步骤中，所述测距部件测量至比较接收器的距离r，按 计算。

[0024] 进一步作为优选的实施方式，在所述C、E步骤中，所述测量终点倾角是测量此状态下的测角部件三轴的输出值X(Vout)、Y(Vout)、Z(Vout)，当Z轴传感器处于±45 ° 时，按计算倾角α，当X轴传感器处于±45°时，按
计 算 倾 角 α，其 中

[0025] 进一步作为优选的实施方式，在所述D步骤中，所述计价器使用误差检定装置滚筒的转轴附近安装另一测角部件。

[0026] 本发明采用自校正比较测量法来实现声速值的修正，该测量方法为比较法测量，测量中不存在声速C，即不需要声速值，更不存在对声速的修正。只需保证同时在同一环境下测量，这由测量流程予以保证。

[0027] 本发明的有益效果是：本发明通过两个超声波接收器的方式，避开了声速值的问题，不需进行声速值修正量的测量，减少了测量的物理量；以超声波目标接收器和比较接收器间的距离(比较距离)作为测量的常数，其准确性比以声速值作为测量的常数高，提高了测量的准确性；采用超声波发射器与接收器分离的方式，比以回波测量方式提高了可靠性，且在同等情况下增加了一倍以上的测量范围；采用超声波目标接收器和比较接收器接收同一发射器的超声波信号，信号鉴别方便、准确；采用目标接收器和比较接收器的双接收器方式，进行测量阿贝误差的修正，可测量实际的汽车行驶行程，在不需对行程的起点和终点进行人工标识的情况下实现自动的行程测量；在低转速下使用三轴加速度传感器，传感器的安装位置不需装在车轮转动轴上，实现了非同轴安装方式测量转动角度，测量方式简单可靠，解决了汽车车轮同轴安装转角传感器的可操作性难题；采用了垂直度修正方式，使得传感器的安装位置没有垂直度的要求，只需调整水平位置，操作容易。

附图说明

[0028] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0029] 图1是本发明的测量方案示意图；

[0030] 图2是比较法超声波测距原理图；

[0031] 图3是比较法超声波测量几何模型图；

[0032] 图4是测量阿贝误差示意图；

[0033] 图5是测量行程的三角测量模型；

[0034] 图6是测角部件安装状态示意图。

具体实施方式

[0035] 一种汽车轮胎修正系数的测量方法，该方法包括如下步骤：

[0036] A.超声波测距发射部件安在汽车车头位置，辅助靶放在前方约15m处，辅助靶上有两个安装高度不同且距离固定的超声波接收器(称为目标接收器和比较接收器)，安装高度差2d为20mm且目标接收器位置低，两接收器相距Lr为0.5m(这些数据需准确标定)。在两接收器的安装高度的中间安装一平行的激光指示装置，用该激光指示装置调整辅助靶的高度使测距装置的发射器处于激光指示光线上实现对准。测距发射部件向超声波测距辅助靶发出超声波信号，并同时启动计时装置；超声波测距辅助靶的两个超声波传感器接收到超声波信号后，分别向测距发射部件发出红外信号；超声波测距部件分别接收到超声波测距辅助靶的发出的两个无线信号后，触发计时装置，测量超声波从发射器传播至目标接收器的时间T11和超声波从发射器传播至比较接收器的时间T12后按计算发射部件至辅助靶目标接收器的距离L1，按 计算实时超声波声速C。

[0037] B.带三轴倾角传感器的测角部件安在汽车车轮中心的附近，调整三轴倾角传感器的安装位置，采用电压测量器件监视使得X轴的倾角为零，得到零初始倾角，并同时测量和记录Y轴的输出电压值Y(V0)，用于垂直度的自动修正。

[0038] C.启动出租车低速行驶(速度低于5km/h)，在行驶过程中，采用计数器、四细分及辩向电路测量三轴倾角传感器的X、Z轴输出信号进行车轮转动圈数n的测量；行驶5圈后，刹停汽车，按上述A步骤的方式测量超声波从发射器传播至目标接收器的时间T21和至比较接收器的时间T22，按 和 计算发射部件至辅助靶目标接收器的距离L2和至比较接收器的距离r。采用电压测量器件测量当前位置三轴倾角传感器的三轴输出电压值X(Vout)、Y(Vout)、Z(Vout)后，通过坐标系变换的方式，以X轴传感器投影至铅垂面后的角度作为倾角α，计算公式如下；

[0039] 公式(1)

[0040] 或：

[0041]

[0042]

[0043] 公式(2)

[0044] 当前位置Z轴传感器处于±45°时，采用公式(1)计算倾角，当前位置X轴传感器处于±45°时，采用公式(2)计算倾角；

[0045] 上述式中：

[0046] X(offset)、Y(offset)、Z(offset)：三轴倾角传感器X轴、Y轴、Z轴的零点输出电压值，是传感器的特征值，预先标定；

[0047] X(S)、Y(S)、Z(S)：垂直状态下三轴倾角传感器X轴、Y轴、Z轴的输出灵敏度，是传感器的特征值，预先标定；

[0048]

[0049] D.拆除测距装置，在计价器使用误差检定装置滚筒的转轴附近安装另一测角部件，出租车驱动轮架在滚筒上，调整两测角部件的安装位置，采用电压测量器件监视使得X轴的倾角为零，得到零初始倾角，并同时测量和记录Y轴输出值Y(V0)，用于垂直度的自动修正。

[0050] E.启动出租车低速行驶，按上述C步骤的方式检测车轮及滚筒的转动圈数n1、n2，行驶5圈后，刹停汽车，按上述C步骤的方式测量终点倾角β和γ；

[0051] F、按下式计算轮胎修正系数S：

[0052]

[0053] 式中：1：计价器计程误差检定装置的滚筒周长，需预先标定，一般为1m。

[0054]

[0055] αr＝α+n×360°

[0056] βr＝β+n1×360°

[0057] γr＝γ+n2×360°

[0058] 结合附图对关键原理作详细说明：

[0059] 本发明的测量方案如图1所示：采用三轴倾角传感器(1)，基于垂直度自动修正(2)和细分及辩向电路(3)实现连续转动角度的准确测量(4)；采用超声波分射器(5)及双接收器的辅助靶(6)，基于比较法测量距(7)和三角测量模型(8)实现准确的行程测量(9)，从而实现出租车计价器检定中轮胎修正系数的准确测量(10)。

[0060] 本发明的比较法超声波测距原理如下：

[0061] 对距离L1和L2(设L2＞L1)采用超声波方式测量距离时，则：

[0062] L1＝C1×T1公式(3)

[0063] L2＝C2×T2公式(4)

[0064] 式中C为声速，T1、T2为超声波自发射器传播至接收器的时间；

[0065] 如果确保同时在同一环境下测量，则C1＝C2，设L＝L1，L2＝L+Lr，通过对公式(3)和(4)的变换，得到：

[0066] 该测量方法为比较法测量，测量中不存在声速C，即不需要声速值，更不存在对声速的修正。只需保证同时在同一环境下测量，这由测量流程予以解决。该测量方法多了一个测量值Lr，这是被测目标和比较目标距离间的差值Lr，对于距离差值Lr，采用两个超声波接收器的方式予以解决，两个接收器安装在一个称为辅助靶的物体上，两个接收器的间距Lr(比较距离)经过测量(标定)已知，从而实现比较测量。按目前距离标定的技术能力，参比距离Lr的标定准确性可以达到0.02％以上。

[0067] 具体实现时，如图2所示，超声波发射器处于A点位置，超声波目标接收器处于B点位置，超声波比较接收器处于Br点位置，AB即为待测距离L，BBr即为比较距离Lr。理论上A、B、Br三点成一直线时测量准确度最高，但如果这样则前接收器B将遮挡后接收器Br，使接收器Br不能直接接收超声波，因此设计成三点不共线的测量几何模型，如图3所示，A与B、Br的中心点成一直线构成测量线的几何测量模型，B、Br偏离测量线距离d推荐为10mm，该测量线由安装在辅助靶上的瞄准装置(本实施案例中，以高亮度激光笔作为瞄准装置)进行定位，瞄准线就是该测量线，由此带来的测距计算公式为：

[0068]

[0069] 本发明的行程测量阿贝误差修正原理如下：

[0070] 轮胎修正系数中的距离测量，是测量汽车行驶的距离，测量方式是采用一个目标物，在汽车启动前测量汽车与目标物间的距离L1，汽车停止后再次测量汽车与目标物间的距离L2，根据这两个距离的差值获得汽车行驶的距离L，如图4所示，在实际中很难控制这三者成一直线，带来由于三角关系所引起的阿贝误差，即L≠L1-L2。

[0071] 由于采用双接收器的测量方案，可以准确地对阿贝误差进行修正：

[0072] 如图5所示，在汽车行驶前测量起点A与目标点间B的距离L1，通过已知的参比距离Lr，可以得到准确的声速值C；汽车向前行驶，即使没有按照AB的方向，在实际终点A′停下，此时可以测量得到终点A′与目标点B间的距离L2，以及终点A′与比较接收器Br的距离r。由于汽车行驶的方向不在AB的方向而形成一夹角∠Br，因此汽车行驶的距离不能用L1减L2，即L≠L1-L2。但根据余弦公式，可以很准确地得到距离L：

[0073] 对三角形△AA′Br：

[0074]

[0075] 对三角形△BA′Br

[0076]

[0077] 经数学运算，可得：

[0078]

[0079] 式中：

[0080]

[0081] 本发明的三轴倾角传感器测量转动角度的原理如下：

[0082] 倾角传感器的测量模型为：

[0083]

[0084] 式中：α：相对水平面的倾斜角度，(°)；

[0085] Vout：倾角传感器的输出电压值，(V)；

[0086] offset：倾角传感器在零倾角时的输出电压值，(V)；

[0087] S：倾角传感器的输出灵敏度，(V/g)。

[0088] 由于倾角传感器只在-45°～+45°倾角范围内有较高的测量准确度，因此使用两轴倾角传感器的Z轴实现-90°～-45°、+45°～+90°倾角的准确测量，并同时实现0°～360°四象限的测量，因为汽车是在平面上行驶，X、Z轴倾角传感器投影至铅垂面的倾角关系不变，因此采用X、Z轴传感器实现四象限角度测量是准确的。

[0089] 由于倾角传感器需安装在车轮上，但安装位置不规则，不能保证倾角传感器可以垂直于转动平面，虽然可以采用调整机构来实现，但由于三维调整器结构复杂庞大，因此只采用一维仅调整水平位置，但同样存在垂直于转动平面的问题，如图6所示。原应测量车轮铅垂面OABC转动角度的两轴传感器(Ox和Oz)发生了倾斜，由于车轮是以车轴转动的，车轴是平行地面的，车轮在铅垂面上作圆周转动，但传感器则是在倾斜面上(双曲面Oxx’和双曲面Ozz’)作转动，传感器相对于水平面的倾角则不是圆周角，不能准确测量车轮的转动角度。采用三轴倾角传感器，只要确保在X轴水平位置时获得另两轴的倾角位置，则可依据坐标变换的原理进行垂直度自动修正。安装时，X轴倾角传感器指向车轮前进方向，Y轴倾角传感器指向车轴方向，Z轴倾角传感器指向垂直方向的上方。

[0090] 在转动状态下，离心加速度将产生径向加速度从而影响倾角传感器的自由加速度的测量准确性，但由于本发明所应用的转动状态测量仅需将X、Z轴输出电压曲线，通过四细分及辩向电路测量转动的圈数，并不需要转动状态下准确的倾角值，只要离心加速度不破坏输出电压曲线的形状即可。由于在低速(低于5km/h)下使用，离心加速度不大于0.2g，因此采用带回滞的比较电路实现四细分则完全消除离心加速度对转动圈数测量的影响。

[0091] 以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。