◆文/廣西 蔣新華 劉 峰

四輪定位中測(cè)量最大轉(zhuǎn)向角的技術(shù)

◆文/廣西 蔣新華 劉 峰

目前，一般的四輪定位儀的傳感器由于受數(shù)碼相機(jī)解析度及測(cè)量范圍的限制，無(wú)法有效達(dá)到±20°的測(cè)量范圍，因此無(wú)法在左轉(zhuǎn)前輪20°、右轉(zhuǎn)前輪20°下自動(dòng)測(cè)量后傾角、內(nèi)傾角及轉(zhuǎn)向前展角。大多數(shù)四輪定位儀采用較小的轉(zhuǎn)角來(lái)自動(dòng)測(cè)量后傾、內(nèi)傾角，用觀察機(jī)械轉(zhuǎn)角盤角度刻度的方法目測(cè)轉(zhuǎn)向前展角、后傾角、內(nèi)傾角。采用較小的轉(zhuǎn)角自動(dòng)測(cè)量后傾角、內(nèi)傾角，損失了測(cè)量精度，增大了測(cè)量誤差，并且通過(guò)目視轉(zhuǎn)角盤的角度刻度轉(zhuǎn)前輪，由于目視轉(zhuǎn)角盤的角度刻度精度較差，很難將誤差維持在±0.5°。因此，目視轉(zhuǎn)角盤的角度刻度測(cè)量前輪轉(zhuǎn)向前展角、后傾角、內(nèi)傾角的方法不科學(xué)，精度難達(dá)到車廠要求，而進(jìn)口的高檔定位儀采用一組電子轉(zhuǎn)角盤來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)向20°轉(zhuǎn)角時(shí)自動(dòng)測(cè)量后傾角、內(nèi)傾角、轉(zhuǎn)向前展角及最大轉(zhuǎn)向角測(cè)量的目的。雖然電子轉(zhuǎn)角盤能準(zhǔn)確地測(cè)量出前輪的轉(zhuǎn)角，但是也因此增加成本。

一、轉(zhuǎn)向角的定義

當(dāng)車輛直線行駛時(shí)，各輪胎必須保持平行一致向前，否則會(huì)造成輪胎磨損。車輛于轉(zhuǎn)彎時(shí)，四個(gè)輪胎需圍繞著同一圓心轉(zhuǎn)彎才能將輪胎橫向磨擦減低最小，此圓心與輪胎的距離為轉(zhuǎn)彎半徑。由于內(nèi)外側(cè)輪轉(zhuǎn)彎半徑不同，外側(cè)輪的轉(zhuǎn)彎時(shí)需小于內(nèi)側(cè)輪。因此轉(zhuǎn)向前展角就是當(dāng)車輛最大轉(zhuǎn)向時(shí)的前輪前束。

二、測(cè)量最大轉(zhuǎn)向角的特點(diǎn)

一種測(cè)量車輛轉(zhuǎn)向角的系統(tǒng)包括CMOS相機(jī)、測(cè)量目標(biāo)，其特征在于將CMOS相機(jī)安裝在車輛的前輪，把測(cè)量目標(biāo)置于車輛后輪，所述系統(tǒng)測(cè)量前輪內(nèi)傾角與前輪水平角改變量，用水平角改變量除以前輪內(nèi)傾角得到最大轉(zhuǎn)向常數(shù)，通過(guò)公式對(duì)最大轉(zhuǎn)向常數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到車輛的最大轉(zhuǎn)向角。

三、測(cè)量方法

1.多鏡片增加攝像機(jī)視角范圍原理

利用光學(xué)成像原理，在前束攝像機(jī)上裝三個(gè)鏡片互成-20°、0°、20°擴(kuò)大攝像機(jī)測(cè)量角度超過(guò)40°。攝像機(jī)正對(duì)不動(dòng)的測(cè)量目標(biāo)25時(shí)，其成像經(jīng)過(guò)0°鏡片22投影，于小角度的成像接收面24(圖1)。在攝像機(jī)左轉(zhuǎn)20°時(shí)，-20°鏡片21將被轉(zhuǎn)到斜對(duì)到不動(dòng)的測(cè)量目標(biāo)25，其成像如同攝像機(jī)正對(duì)時(shí)一樣(圖2)。同理，在攝像機(jī)右轉(zhuǎn)20°時(shí)，20°鏡片23將被轉(zhuǎn)到正對(duì)到不動(dòng)的測(cè)量目標(biāo)25，與同攝像機(jī)正對(duì)時(shí)一樣(圖3)。

辯明在成像接收面24上收到的映像是從哪一個(gè)鏡片投影的有多種方法，最簡(jiǎn)單的方法是利用車輛轉(zhuǎn)向輪前束改變時(shí)帶動(dòng)外傾角及內(nèi)傾角的以下特性。

(1)前輪左轉(zhuǎn)時(shí)右輪前束增加，外傾角減少及內(nèi)傾角增加；前輪右轉(zhuǎn)時(shí)左輪前束增加，外傾角減少及內(nèi)傾角增加。如果測(cè)量的前束不增反減則表示此前束必定是經(jīng)由另一個(gè)鏡片投影。

(2)前輪左轉(zhuǎn)時(shí)左輪前束減少，外傾角增加及內(nèi)傾角減少；前輪右轉(zhuǎn)時(shí)右輪前束減少，外傾角增加及內(nèi)傾角減少。如果測(cè)量的前束不減反增則表示此前束必定是經(jīng)由另一個(gè)鏡片投影。

2.自動(dòng)測(cè)量最大轉(zhuǎn)向角

首先將攝像機(jī)安裝在前輪，把光源置于后輪，測(cè)量步驟如下。

(1)測(cè)量前輪的主銷內(nèi)傾角。

(2)用前束攝像機(jī)轉(zhuǎn)到前輪直行即左右前束相等。

(3)用水平傾斜儀量出其左輪水平角或左輪外傾角、右輪水平角或右外傾輪角、左輪前束、右輪前束。

(4)向左轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)向角時(shí)再用水平傾斜儀量出其左輪水平角或左輪外傾角、右輪水平角2或右外傾輪角、左輪前束、右輪前束

(5)向右轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)向角時(shí)再用水平傾斜儀量出其左輪水平角或左輪外傾角、右輪水平角或右外傾輪角、左輪前束、右輪前束。

(6)根據(jù)實(shí)際測(cè)量某一款車型得出以下數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)。

四、結(jié)論

本技術(shù)解決的問(wèn)題有二，一是用低成本設(shè)計(jì)完成在轉(zhuǎn)左前輪左20°及轉(zhuǎn)右前輪右20°時(shí)自動(dòng)測(cè)量后傾角、內(nèi)傾角及轉(zhuǎn)向前展角；二是用低成本達(dá)到自動(dòng)測(cè)量最大轉(zhuǎn)向角的技術(shù)。

表1 實(shí)際測(cè)量某一款車型數(shù)據(jù)

一般增加攝像機(jī)視角范圍的設(shè)計(jì)方法是縮短焦距或加長(zhǎng)成像接收面。加長(zhǎng)焦距可增加視角范圍但反效果是像素解析度降低，達(dá)不到測(cè)量精度要求。加長(zhǎng)成像接收面可增加視角范圍但反效果是成像接收器成本倍數(shù)增加。利用多鏡片可將短攝像機(jī)視角延長(zhǎng)連接成大視角，應(yīng)用于四輪定位前束角測(cè)量。

(作者蔣新華、劉峰單位：桂林市博達(dá)汽車科技有限公司)