专利名称：四轮定位仪探测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车检测技术领域，更具体地说，涉及一种四轮定位仪探测装置。
背景技术：
四轮定位仪主要用于检测汽车车轮之间的相互位置和定位角，以确定汽车车轮定 位参数，从而指导汽车维修机师调整车轮定位参数，以满足汽车设计要求，实现汽车行驶的 平顺性、安全性，减少汽车油耗和轮胎磨损。四轮定位仪检测的核心定位角包括前束角(Toe)、主销后倾角(Caster)、外倾角 等。其中，前束角定义为由上方看左右两个轮胎所成的角度，向内为正，向外为负。前束角 的功用在于补偿轮胎因外倾角及路面阻力所导致向内或向外滚动的趋势，确保车子的直进 性。主销后倾角定义为由车侧看转向轴中心线与垂直线所成的夹角，向前为负，向后为正。 主销后倾角的存在可使转向轴线与路面的交会点在轮胎接地点的前方，从而利用路面对轮 胎的阻力让车子保持直进，其原理就如购物推车的前轮会自动转至施力的方向并保持直进 一般。主销后倾角越大车子的直进性越好，转向后方向盘的回复性也越好，但却会使转向变 得沉重。采用四轮定位仪对上述核心定位角进行检测时，需要将四轮定位仪的探测装置固 定安装于待测汽车车轮上，以测量进行定位角计算所需的车轮数据。现有四轮定位仪的探 测装置主要包括线阵电荷耦合元件(Charge-coupled Device, CCD图像传感器)和倾角传 感器，其中CCD的精度直接影响前束角测量精度(前束角=K* (CCD测量坐标-CCD标定坐 标)，其中K为常数，CCD测量坐标为测试车辆时得到的CCD坐标值，CCD标定坐标为零前束 时测试得到的CCD坐标值)，主销后倾角测量精度则是由CCD与倾角传感器精度共同决定 “左=(ω&2-ω&1)/2 ηδ1，γ右=(ω右2_ω右)/2sin δ 2，其中，γ左为主销左后倾角， Y $为主销右后倾角，ω 为左探测杆倾角传感器初始位置角度，ω左2为左探测杆倾角传 感器结束位置角度，ω 为右探测杆倾角传感器初始位置角度，ω ^2为右探测杆倾角传感 器初始位置角度，S工为左探测杆前束角度变化，\为右探测杆前束角度变化)。随着高速公路的大量普及，对汽车定位角的要求越来越高，特别是前束角，厂家给 出的标准范围一般都很小，通常在士0. 17°范围内，有的甚至要求在士0.08°范围内。这 就需要提高四轮定位仪探测装置的测量精度，特别是CCD信号测量精度。要提高CCD信号 测量精度，可通过提高CCD信号获取精度和CCD信号处理精度来实现，而提高CCD信号获取 精度需增加CCD的点阵数量，这会直接增加成本，并且会受到安装空间的限制。因此，如何 提高CCD信号处理精度是提高四轮定位仪探测装置CCD信号测量精度的关键。现有四轮定位仪探测装置在对获得的CCD信号进行处理时，利用电压触发电路对 其进行触发，获取数字信号，也就是，将CCD信号进行放大，送入电压比较电路，在电压上升 过程中一旦电压大于基准阀值电压则输出1个中断触发信号，取得电压上升沿坐标；在电 压下降过程中一旦电压小于基准阀值电压也输出1个中断触发信号，取得电压下降沿坐 标；微处理器在接收中断信号时存储计数器的计数，CCD测量坐标是两坐标的均值。因为只
3有两个点位置数据，这样CCD信号最大分辨率只能到士0. 5个像素点，从而使得前束角和主 销后倾角测量精度较低。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种能 够更精确地定位CXD测量坐标、显著提高CXD分辨率以提高四轮定位仪前束角和主销后倾 角测量精度的四轮定位仪探测装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种四轮定位仪探测装 置，包括用于进行供电控制的电源模块、微处理器、CCD传感器、用于进行数据存储的静态存 储器以及通讯接口，所述探测装置还包括复杂可编程逻辑器件、模数转换模块以及双端口 存储器，其中，所述复杂可编程控制器件由所述微控制器控制发送第一控制信号至所述CCD 传感器，发送第二控制信号至所述模数转换模块；所述CCD传感器根据该第一控制信号对 红外光照射至其上形成的红外光信号进行采样，产生CXD信号并将其传送至所述模数转换 模块，该模数转换模块根据所述第二控制信号将接收到的CCD信号模数转换得到数字化的 CCD信号并存储于双端口存储器中，以供所述微处理器读取并由该微处理器的光斑亚像素 处理模块进行光斑亚像素处理得到该探测装置的CXD测量坐标。所述第一控制信号包括第一时钟控制信号，所述第二控制信号包括第二时钟控制 信号，该第一时钟控制信号与第二时钟控制信号同步且具有相位差。所述第二时钟控制信号比所述第一时钟控制信号延迟1/4周期。所述模数转换模块包括信号放大电路与模数转换芯片，该模数转换模块接收到的 CCD信号由所述信号放大电路放大后由模数转换芯片模数转换得到数字化的CCD信号。所述模数转换模块与所述双端口存储器的数据总线连接，将所述数字化的CCD信 号并行输出至双端口存储器并存储于其中。所述四轮定位仪探测装置还包括倾角传感器。所述四轮定位仪探测装置还包括显示屏和按键，所述微处理器、CPLD、双端口存储 器、静态存储器、显示器与按键通过数据总线结构连接。本实用新型由微控制器控制复杂可编程控制器件发送第一控制信号至所述CCD 传感器对红外光照射至其上形成的红外光信号进行采样，产生CXD信号；发送第二控制信 号至模数转换模块，通过模数转换模块将CCD信号模数转换得到数字化的CCD信号，再由微 处理器的光斑亚像素处理模块对其进行光斑亚像素处理得到CXD测量坐标，能够更精确地 定位CCD测量坐标，显著提高CCD分辨率，从而在提供至四轮定位仪进行汽车车轮定位角计 算时，能够提高四轮定位仪前束角和主销后倾角测量精度。此外，本实用新型可采用具有高 转换速度的模数转换器作为模数转换模块，可将该模数转换器直接连接至双端口存储器的 数据总线，以将数字化CCD信号并行输出至双端口存储器，能够提高模数转换效率。下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型四轮定位仪探测装置的结构示意图。图2是本实用新型四轮定位仪探测装置进行CCD信号处理的结构示意图。[0019]图3是本实用新型四轮定位仪探测装置的模数转换模块的结构示意图。图4是本实用新型四轮定位仪探测装置的微处理器光斑亚像素处理模块处理CXD 信号的原理示意图。图5是本实用新型四轮定位仪探测装置用于进行汽车车轮定位的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型四轮定位仪探测装置包括电源模块10、微处理器 (MCU) 20、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，简称 CPLD) 30、CCD 传感器40、模数转换模块50、双端口存储器60、静态存储器70以及通讯接口 80。电源模块 10控制该探测装置的供电状况；微处理器20通过CPLD 30控制CXD传感器40对红外光照 射至其上形成的红外光信号进行采样，产生CCD信号，该CCD信号经模数转换模块50进行 模数转换并存储在双端口存储器60内，由微处理器20读取并处理得到探测装置的CCD测 量坐标。该CXD测量坐标则可通过通讯接口 80被传送至四轮定位仪主机供其进行定位角 度的计算。静态存储器70用于对数据进行存储，可连接至双端口存储器60和微控制器20。 该探测装置还可选择性地设有倾角传感器、显示屏和按键等，微处理器20、CPLD 30、双端口 存储器60、静态存储器70、显示器、按键通过数据总线结构连接。探测装置进行坐标测量时，红外光照射于探测装置上，产生红外光信号，在CXD传 感器40上成像，形成光斑。此时，如图2所示，微处理器20控制CPLD 30发送第一控制信 号至CCD传感器40，以控制该CCD传感器40根据其中第一时钟控制信号对该红外光信号进 行采样获得CCD信号；并控制CPLD30发送第二控制信号至模数转换模块50，以控制该模数 转换模块50根据其中第二时钟控制信号采样CCD传感器40传送的CCD信号以进行模数转 换。该第一时钟控制信号与第二时钟控制信号同步并具有一相位差，例如，第二时钟控制信 号比第一时钟控制信号延迟1/4周期(或90度角)。在本实施例中，采用CPLD来产生两组 有相位差的时钟控制信号，在其他实施例中，亦可采用其他时钟产生电路来产生该两组时 钟控制信号。当CCD传感器40接收到第一控制信号时，根据第一时钟控制信号对其上的红外光 信号进行信号采样，产生CCD信号，并将其输出至模数转换模块50。如图3所示，模数转换模块50包括信号放大电路51和模数转换芯片52。当模数 转换模块50接收到CCD信号时，先由其信号放大电路51将该CCD信号进行放大，之后模数 转换芯片52根据第二控制信号对放大的CCD信号进行模数转换，得到数字化的CCD信号， 并将其并行输出，存入双端口存储器60。在本实施例中，模数转换模块50采用具有高转换 速度的模数转换器实现，且该模数转换器直接连接至双端口存储器60的数据总线，并将模 数转换得到的数字化CCD信号并行输出至该双端口存储器60，从而提高模数转换效率。微处理器20内设有光斑亚像素处理模块，该微处理器20从双端口存储器60中读 取数字化的CCD信号，通过光斑亚像素处理模块对该数字化的CCD信号进行处理，也就是 说，光斑亚像素处理模块预先设定一灰度阀值，在微处理器20读取数字化的CCD信号后，将 其中大于该预设灰度阀值的所有采样位置的灰度值与其对应的坐标值的卷积除以该所有 采样位置的灰度值之和，即可得到CXD信号分辨率为士0. 1个像素点的CXD测量坐标。详细来说，如图4所示，为本实用新型的光斑亚像素处理模块处理C⑶信号的原理示意图。红外光在CCD传感器40中成像，经CCD传感器40采样、模数转换模块50放大以 及模数转换后，如图4中光斑A所示，其中，横坐标X为CXD坐标(像素)、纵坐标Y为灰度 值，预设Yx为灰度阀值，则光斑亚像素处理
ηηCCD 测量坐标为= .ΚνΣΧ
/=1 /=1其中，η为灰度值大于预设灰度阀值Yx的采样数量，Yi为大于预设灰度阀值Yx的 灰度值，Xi为Yi对应的坐标值。例如汽车车轮定位于一初始位置时，取η = 10，Xi, Yi (i = 1,2, ...,10)分别 为{XI，· · ·，X10} = {1001，· · ·，1010}{Υ1，···，Υ10} = {210，220，230，240，255，255，240，230，220，210}则，本实用新型的光斑亚像素处理模块测得的CXD测量座标为
10 10X = Yj(X^Yi)ZYjY= 1005.5；
i=l i=l若将汽车车轮转动一微小角度，Xi，Yi (i = 1,2,...,10)分别为{XI，· · ·，X10} = {1001，· · ·，1010}{Y1，· · ·，Y10} = {205，215，225，235，245，255，255，245，235，215}则，本实用新型的光斑亚像素处理模块测得的车轮转动后CCD测量座标为
10 10X^iX^Y^/^Y, = 1005.586，取 X= 1005.6。由此可见，本实用新型四轮定位仪探测装置可将CXD测量坐标定位到0. 1，即将 C⑶信号分辨率提高至士0. 1个像素点。而现有技术在上述初始位置与旋转微小角度时，分别可得到如下数据汽车车轮 定位于一初始位置时，Xa = 1001，Xb = 1010则，根据现有技术测得的CXD测量座标为X = (Xa+Xb) /2 = 1005. 5 ；若将汽车车轮转动一微小角度，Xa = 1001，Xb = 1010则，现有技术测得的CXD测量座标为X = (Xa+Xb) /2 = 1005. 5。因此，现有技术只能将CXD测量坐标定位到0. 5，即CXD信号分辨率为士0. 5个像 素点。很明显，与现有技术相比，本实用新型能够更精确地定位CCD测量坐标，显著提高CCD 分辨率。图5是本实用新型四轮定位仪探测装置用于进行汽车车轮定位的示意图。如图5 所示，进行汽车车轮定位时，将四个本实用新型的探测装置100分别固定安装于待测汽车 的四个车轮上，当红外光照射至各探测装置100时，各探测装置100可开启其红外光信号采 集功能，由CXD传感器40采集红外光信号于探测装置100上的成像信号，产生CXD信号， 在对所产生的CXD信号进行模数转换和光斑亚像素处理后可得到CXD测量坐标。探测装置
6100通过各自的通讯接口 80将测得的CXD测量坐标传送至四轮定位通讯盒200，经四轮定 位通讯盒200传送至四轮定位仪主机300，由该四轮定位仪主机300进行汽车车轮定位角计 算。同时，该探测装置100还可通过其所设倾角传感器测量外倾角数据，并通过其通讯接口 80将测量得到的外倾角数据传送至四轮定位通讯盒200，经四轮定位通讯盒200传送至四 轮定位仪主机300。探测装置100可将其所测量得到的C⑶测量坐标、外倾角数据以及四轮 定位仪主机300返回的车轮定位角(前束角、主销后倾角)显示于其显示屏上。 由于本实用新型能够更精确地定位CXD测量坐标，显著提高CXD分辨率，从而在提 供至四轮定位仪进行汽车车轮定位角计算时，能够提高四轮定位仪前束角和主销后倾角测 量精度。
权利要求一种四轮定位仪探测装置，包括用于进行供电控制的电源模块、微处理器、CCD传感器、用于进行数据存储的静态存储器以及通讯接口，其特征在于，所述探测装置还包括复杂可编程逻辑器件、模数转换模块以及双端口存储器，其中，所述复杂可编程控制器件由所述微控制器控制发送第一控制信号至所述CCD传感器，发送第二控制信号至所述模数转换模块；所述CCD传感器根据该第一控制信号对红外光照射至其上形成的红外光信号进行采样，产生CCD信号并将其传送至所述模数转换模块，该模数转换模块根据所述第二控制信号将接收到的CCD信号模数转换得到数字化的CCD信号并存储于双端口存储器中，以供所述微处理器读取并由该微处理器的光斑亚像素处理模块进行光斑亚像素处理得到该探测装置的CCD测量坐标。
2.根据权利要求1所述的四轮定位仪探测装置，其特征在于，所述第一控制信号包括 第一时钟控制信号，所述第二控制信号包括第二时钟控制信号，该第一时钟控制信号与第 二时钟控制信号同步且具有相位差。
3.根据权利要求2所述的四轮定位仪探测装置，其特征在于，所述第二时钟控制信号 比所述第一时钟控制信号延迟1/4周期。
4.根据权利要求1所述的四轮定位仪探测装置，其特征在于，所述模数转换模块包括 信号放大电路与模数转换芯片，该模数转换模块接收到的CCD信号由所述信号放大电路放 大后由模数转换芯片模数转换得到数字化的CCD信号。
5.根据权利要求1或4所述的四轮定位仪探测装置，其特征在于，所述模数转换模块与 所述双端口存储器的数据总线连接，将所述数字化的CCD信号并行输出至双端口存储器并 存储于其中。
6.根据权利要求1所述的四轮定位仪探测装置，其特征在于，还包括倾角传感器。
7.根据权利要求1所述的四轮定位仪探测装置，其特征在于，还包括显示屏和按键，所 述微处理器、CPLD、双端口存储器、静态存储器、显示器与按键通过数据总线结构连接。
专利摘要本实用新型涉及一种四轮定位仪探测装置，其包括电源模块、微处理器、CCD传感器、静态存储器、通讯接口、CPLD、模数转换模块以及双端口存储器。CPLD由微控制器控制发送第一控制信号至CCD传感器，发送第二控制信号至模数转换模块；CCD传感器根据该第一控制信号对红外光照射至其上形成的红外光信号进行采样，产生CCD信号并将其传送至所述模数转换模块。该模数转换模块将接收到的CCD信号模数转换得到数字化的CCD信号并存储于双端口存储器中，以供微处理器读取并由该微处理器的光斑亚像素处理模块进行光斑亚像素处理得到CCD测量坐标。本实用新型能更精确地定位CCD测量坐标，显著提高CCD分辨率，以提高前束角和主销后倾角测量精度。
文档编号G01B11/26GK201724826SQ20102022909
公开日2011年1月26日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者刘均, 吕光俊 申请人:深圳市元征软件开发有限公司