CN113188482A - 具有高级诊断和不停止定位的车轮对准器 - Google Patents

Abstract

车轮对准系统具有多个摄像机，每个摄像机用于观看设置在车辆的相应车轮处的相应目标并在车轮和目标连续旋转若干度数的旋转而不暂停时采集目标的图像数据。图像数据用于在车轮和目标连续旋转若干度数的旋转而不暂停时计算对于由每个摄像机采集的每五度旋转的至少一个位姿的目标的位姿的最小数量。至少一个摄像机包括用于执行预处理图像数据并基于预处理的图像数据来计算车辆的对准参数的步骤的数据处理器。

Description

具有高级诊断和不停止定位的车轮对准器

本申请是2016年10月6日提交的申请号为201680058572.2、名称为“具有高级诊断和不停止定位的车轮对准器”的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月6日提交的标题为“Portable Vehicle Aligner WithHigh Speed Camera Based Processing and Advanced Analytics”的美国临时申请号62/238,017，该临时申请通过引用被全部并入本文。

技术领域

本发明涉及机器视觉类型的汽车车轮对准器。

发明背景

常规的基于摄像机的3D机器视觉型对准器不是非常易携带的。基于摄像机的车辆对准器具有被安装的一对摄像机，使得每个摄像机可沿着车辆的侧面向下看附着到车轮的目标。摄像机通常安装成相隔大约100”且在车辆的前面大约100”。此外，车辆需要被抬起，所以对准技术人员可在其之下工作。因此，对准器摄像机必须随着机架向上和向下移动，或安装得足够高以能够在机架被抬起时看到目标。摄像机在被抬起时可以在离地面100”之上。常规对准器还包括可容纳监视器、打印机、计算机以及目标和夹具贮存器的控制台。很多基于摄像机的对准器的摄像机用螺丝固定到地面，且不能从一个对准隔间移动到下一对准隔间。然而，能够将对准器移动到另一隔间是有用的，因为在测试中的车辆可能需要零件，并且从机架移动它不是可行的。在这样的情况下，对准器不再是有用的。因此能够将其移动到新位置是高度合乎需要的。

存在可移动的一些基于摄像机的对准器；然而，这些对准器具有一些明显的限制。在这些对准器之一中，摄像机梁简单地用螺丝固定到控制台的侧面或背面。这导致非常大的组件，其需要通过工作间被卷绕在一起。这个组件是超过100”宽、36”深和至少80”高。没有在一般是拥挤的工作间环境的地方中操纵这个对准器的容易的方式。另一便携式基于摄像机的对准器具有用于摄像机和控制台的单独杆，所以技术人员必须将三个分立的部件移动到新位置。此外，摄像机安装在超过100”高的杆上，以及它们难以穿过门或具有低天花板的区域移动。还有安装到机架的其它类型的摄像机。这些摄像机较小，因为没有杆；然而，对每个机架存在特殊的安装需要。很清楚，对便携式基于摄像机的对准器的更好的解决方案是合乎需要的。

也被称为“图像对准器”的使用可移动摄像机和附着到车轮的目标的机器视觉车辆对准系统是众所周知的。目标由摄像机观看，使得对规定对准过程获得的图像数据可用于计算车辆对准角，用于通过用户界面——通常计算机监视器——来显示。早期系统实施方式包括连接摄像机的刚性梁，使得它们相对于彼此的位置和定向可被确定并被信赖为不变的。引入以后的系统实施方式，其包括未刚性地连接到彼此的摄像机的使用，但使用单独的摄像机/目标系统来将一个安装在车辆上的目标观看摄像机连续地校准到另一安装在车辆上的目标观看摄像机。在美国专利5,535,522、6,931,340、6,959,253和6,968,282中描述了这种类型的系统，所有专利特此通过引用被全部并入本文。使用这样的图像处理的车轮对准器的例子是在市场上从阿肯色州的Conway的John Bean公司——Snap-onIncorporated的分部——可买到的Visualiner 3D或“V3D”。

存在影响可导致良好的对准器和良好的机械工得到低劣的读数的车辆的测量的很多因素。在回滚过程期间的不均匀滚动表面可使轮子绕着与它正绕着滚动的轴不同的轴移动或旋转。基于摄像机的对准器需要对准参数的测量，对准参数包括旋转轴、车轮角度、车轮平面或车轮中心。在低劣读数中的另一影响是，如果在主销后倾角摆动期间车辆制动器未锁定且车辆行驶，或防撞击滑板和转盘未锁定或是黏性的，则大的力可聚积在车辆内并引起低劣的读数。此外，如果在调整期间防撞击滑板或转盘是黏性的，则在车辆内存在力的聚集，其不利地影响对准。对减小的准确度的贡献的其它领域是机架是否被扭曲或车辆被顶起且不被放下以及正确地安放。

存在对合并摄像机的对准器的需要，对准器可足够快地并连续地进行测量以测量、检测并校正或警告对准测量的问题。此外，存在对测量、检测或校正可能使对准读数变得不正确的所有可能的问题的对准器的需要。使用这样的对准器，技术人员可确信刚刚被执行的对准是正确的。

当前的基于摄像机的对准器需要测量轮轴(在整个这个文档中也被称为“车轮主轴”或“旋转轴”)的定位或振摆过程以及测量主销后倾角和转向轴倾角(SAI)的转向摆动过程。这个过程是耗时的，且频繁地需要技术人员将车辆稳定地保持在定位和主销后倾角摆动的某些点处。

存在对较快的定位过程和较快的主销后倾角摆动过程的需要，其中机械工可在没有停止或延迟的情况下执行该过程。

当对准器需要修理时，维修技术人员被派遣到工地。有时，问题可被解决，如果维修技术人员可远程地操作对准器，避免了昂贵的维修通话。存在使用特殊软件和互联网连接来控制对准器的方法，但存在对它们的能力的限制。

存在对在现场使用设备的技术人员的远程显示器/界面和在不同地点处的维修人员可使用来控制对准器的远程显示器/界面的需要，所有远程显示器/界面都在简单的容易可得到的设备上。容易在一个简单的架构中完成这两者的解决方案将是高度合乎需要的。

发明内容

鉴于前述内容，理想的基于摄像机的对准器在具有高度和宽度的单个控制台上是齐备的以在一般工作间中穿行。工作间进行设计，所以机械工有从一个区域到另一区域容易操纵的能力，且因此齐备的对准器在这些区域中始终配合是合乎需要的。因此，在几个实施例中，所公开的对准器合并下面的特征：

自校准摄像机附着到折叠的臂，以减小对准器的宽度。

折叠臂可移动地附着到控制台以最小化控制台的宽度，导致单个齐备的对准器和控制台。

锁定机构保持臂闭合，然而为了常规宽度对准而容易解除锁定。

螺旋轴和机构降低并锁定臂，并降低对准器的重力中心和总高度以便于穿过低天花板或门口的较小的倾斜和通路。减少或消除随着螺旋轴一起的竖直运动。

当臂为了更容易贮存和运输而被降低时自动闭合臂的各种方法。例如，向上推臂的在控制台的侧面上的两个杆、在将臂拉成闭合的滑动汽车内的内部额外的滑道、将臂拉成闭合的另一机械电动机和机构。

车轮夹具/目标在一角度下安装在控制台上以最小化控制台的深度和宽度。

蛤壳式“结构”臂减小臂的重量和成本，从而允许小扭矩电动机并降低功率要求，因而进一步减小重量和成本。

独立的便携式对准器可有利地容易从一个位置或对准隔间移动到下一位置或对准隔间。然而，一旦它们位于对准隔间处，它们就一般缺乏功能。当汽车被对准时，能够从车辆的一侧或另一侧看到读数是合乎需要的。齐备的便携式对准器具有用于在单个容易移动设计中的测量的所有设备，但如果需要，很难只将显示设备移动到车辆的该侧，所以技术人员可看到它。合而为一，如果技术人员为了容易观看显示器而移动控制台，则他也移动摄像机且他们可能不再看到车轮目标。存在对便携式对准器的需要，对准器一旦在隔间中就也是便携式的以能够观看显示设备。在几个实施例中，所公开的对准器通过合并下面的特征来处理前述问题：

-具有便携式摄像机底座的嵌套式控制台。

-在摄像机和控制台之间的无线通信。

理想的基于摄像机的对准器也具有快速摄像机测量设备以测量构成某些关键对准过程的分立元件，以便测量、检测、校正或警告问题。它还有执行在没有暂停或保持的情况下连续地测量车轮轴和主销后倾角和转向轴倾角(SAI)的过程的能力。因此，在几个实施例中，所公开的对准器合并下面的特征：

-快速摄像机测量设备，其用于测量构成测量、检测、校正或警告问题的定位过程的分立元件。

-快速摄像机测量设备，其用于测量构成测量、检测、校正或警告问题的主销后倾角摆动过程的分立元件。

-快速摄像机测量设备，其用于测量构成测量、检测、校正或警告问题的车辆的调整的分立元件。

-快速摄像机测量设备，其用于测量构成测量、检测、校正或警告问题的车辆的顶起和安放的分立元件。

-在指示对准机架的转盘或防撞击滑板是粘附的过程之前和之后的推进角检查。

-机架扭曲测量校正或警告。

-在对准或测量过程期间的悬架变化的检测以校正和/或警告。

-测量的连续快速刚性主体分析以检测应力聚集并警告或校正。

-不停止振摆过程和主销后倾角摆动过程。

所公开的对准器还包括用于远程显示器的完整、简单、廉价的功能和来自用户的商店或来自很多英里远的服务台的对准器的控制的完全联网的系统对准器(web服务器)。

在本公开的实施例中，车轮对准系统包括多个摄像机，每个摄像机用于观看设置在车辆的相应车轮处的相应目标并在车轮和目标连续旋转若干度数的旋转而不暂停时采集目标的图像数据。图像数据用于在车轮和目标连续旋转若干度数的旋转而不暂停时计算对于由每个摄像机采集的每五度旋转的至少一个位姿的目标的位姿的最小数量。至少一个摄像机包括用于执行预处理图像数据并基于预处理的图像数据来计算车辆的对准参数的步骤的数据处理器。

下面参考附图更详细描述本公开的另外的特征和优点以及本公开的各种实施例的结构和操作。注意，本发明不限于本文所述的特定实施例。在本文仅为了例证性目的而提出这样的实施例。基于在本文包含的教导，额外的实施例将对相关领域中的技术人员明显。

附图说明

合并在本文中并形成说明书的部分的附图示出本发明，且与本描述一起进一步用于解释本发明的原理并使相关领域中的技术人员能够制造和使用本发明。

此外，参考数字的最左边的数位识别该参考数字首次出现于的附图(例如，参考数字“310”指示这样编号的元件在图3中首次被标记或首次出现)。此外，具有跟随有字母表的不同字母或其它区别性标记(例如撇号)的相同的参考数字的元件指示在结构、操作或形式上相同但可被识别为在空间中的不同位置上或在不同的时间点重现的元件(例如，参考数字“110a”和“110b”可指示在功能上相同但位于模拟区域中的不同点处的两个不同的能量检测设备)。

图1是示出根据本公开的实施例的用于补偿行驶的数据收集过程的流程图。

图2是示出根据本公开的实施例的多个诊断检查的流程图。

图3是示出根据本公开的实施例的表面平坦度检查过程的流程图。

图4是示出根据本公开的实施例的板滑动检查过程的流程图。

图5是用于确定板滑动的描绘车轮平移与旋转的关系的曲线图。

图6是用于确定板滑动的描绘拟合误差与旋转的关系的曲线图。

图7是描绘有摇晃的车轮的旋转轴与进动轴的关系的曲线图。

图8和9是示出根据本公开的实施例的车轮摇晃检查的流程图。

图10是示出根据本公开的实施例的摄像机不稳定性检查过程的流程图。

图11是示出根据本公开的实施例的悬架应力检查过程的流程图。

图12和13是示出根据本公开的实施例的推进角检查过程的流程图。

图14是示出根据本公开的实施例的非静止振摆补偿过程的流程图。

图15是示出根据本公开的实施例的非静止主销后倾角摆动过程的流程图。

图16是自校准车轮对准器的示意性平面顶视图，所公开的系统和方法可使用该自校准车轮对准器来实现。

图17是混合车轮对准器的示意性平面顶视图，所公开的系统和方法可使用该混合车轮对准器来实现。

图18-22是根据本公开的实施例的便携式自校准车轮对准器的透视图。

图23a-c是根据本公开的实施例的具有移动控制台的自校准便携式车轮对准器的视图。

图24a-c是根据本公开的实施例的具有可移动显示器的自校准便携式车轮对准器的视图。

图25a-b是根据本公开的实施例的具有可移动显示器的自校准便携式车轮对准器的视图。

图26是根据本公开的实施例的联网车轮对准器的方框图。

下面参考附图描述本发明的另外的实施例、特征和优点以及本发明的各种实施例的操作。

具体实施方式

虽然本文所述的实施例是特定应用的例证性实施例，应理解，本发明不限于此。可以理解本文提供的教导的本领域中的技术人员将认识到在其范围和本发明应具有重要实用性的额外领域内的额外的修改、应用和实施例。

本文所述的实施例在说明书中被称为“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等。这些提及指示所述实施例可包括特定的特征、结构或特性，但每个实施例不一定包括每个所述的特征、结构或特性。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，应理解，它在本领域中的技术人员的知识内以结合其它实施例影响这样的特征、结构或特性，不管是否被明确地描述。具有提高的可携带性的自校准对准器

在图18-20中示出了具有可在任何配置中完全拆卸和组装的某些分立部件的对准器。参考图18，所公开的对准器的实施例包括摄像头16g、16h、底座16m、经由底板16e附着到底座16m的立柱16f、目标/夹具组件16d的目标和夹具贮存器16c、打印机16j、键盘架16a和可包括监视器16b的显示设备。如在本文使用的术语“摄像头”指至少一个摄像机的壳体。在一些实施例中，摄像头也容纳其它额外的设备，例如校准目标、无线通信模块等，如在本文在下面更详细讨论的。显示设备在某些实施例中可包括主机个人计算机(PC)和监视器、智能TV、膝上型计算机、平板计算机例如Apple iPadTM、Hewlett-Packard ChromebookTM或能够运行浏览器的任何其它设备。

所有部件可在公共底座16m上被组装且是全合一便携式对准器(图18)。显示设备的监视器16b可安装到立柱16f或键盘架16a。摄像头6g、16h、立柱16f和底板16e包括可以用螺丝固定到移动底座16m、地板或适当的墙壁的齐备的单元。夹具吊架托座16c可附着到键盘架16a或另一局部结构例如墙壁18c、对准升降机或独立柱18a、18b(图20)。打印机16j可安装在控制台16a中或在对最终用户更方便的另一位置中。在图23a-c所示的另一实施例中，第二移动支架2300用于支撑显示设备的监视器16b和/或用户输入设备和/或打印机16j。

所公开的3D视觉对准器包括具有第一摄像头16g和第二摄像头16h的三摄像机自校准测量系统。第一摄像头16g包括用于在目标T附着到待对准的车辆的左侧车轮时观看一对目标(例如夹具16d的目标T)的面向前的第一摄像机16p以及从摄像头16g的后部延伸并面向第二摄像头16h的校准摄像机16s。第二摄像头16h包括用于在目标附着到待对准的车辆的右侧车轮时观看一对目标(例如夹具16d的目标T)的面向前的第二摄像机16r以及校准目标16q。这两个面向前的摄像机16p、16r不刚性地连接到彼此；也就是说，它们的相对位置和定向可改变。校准摄像机16s刚性地附着到面向前的“左”摄像机16g，并观看刚性地附着到面向前的“右”摄像机16r的校准目标16q。校准摄像机16s用于以常规方式测量面向前的摄像机16p、16r的相对定向，如例如在通过引用被并入本文的美国专利6,968,282中解释的。

摄像头16g和16h由双向臂16n支撑。双向臂16n由可移除的销17c(图19)附着到可移动托架17b。托架17b可以移动臂16n和摄像头16g、16h以遵循对准机架的向上或向下运动，待对准的车辆停放在对准机架上。臂16n可折叠以最小化控制台16a的宽度以便于移动对准器。臂16n在图21中在它们的折叠位置上示出。

在某些实施例中，所公开的对准器的所有主要部件——包括两个摄像头16g、16h、显示设备、打印机16j和任何其它I/O设备例如键盘和鼠标--与彼此无线地通信。在这样的实施例中，控制无线通信的常规无线通信“中心”位于部件之一处；例如，摄像头16g、16h中的一个或两个。此外，对准器可连接到外部网络(例如经由无线通信中心)并与其通信，如在本文在下面更详细解释的。

在图22的系统方框图中示出了示例性实施例。摄像头2201和2202经由以太网电缆2203进行通信。摄像头2201具有用于与小型个人计算机2204通信的常规无线通信设备(未示出)，小型个人计算机2204可具有监视器2205、键盘2206和鼠标2207以及用于与摄像头2201通信的无线通信设备(未示出)。摄像头2202还具有用于与商店wifi单元2208通信的常规无线通信设备(未示出)，商店wifi单元2208可以用下面在本文讨论的方式与互联网2209通信。

摄像机和摄像头2201、2202中的面向车轮目标的摄像机电路板是相同的，且都执行图像处理。在某些实施例中，对准计算也由摄像头2201、2202的摄像机板执行，且结果传递到小型PC 2204，其服务于用户界面并显示对准结果。注意，术语“摄像机”和“摄像机板”在整个这个文档中可互换地使用，如本领域中的技术人员将认识到的。安装在扫视安装在RH摄像头2202中的校准目标2202a的LH摄像头2201中的校准摄像机2201a不进行图像处理，且作为结果具有简化的板。对校准摄像机2201a的图像处理由LH摄像机2201b的板完成。还有安装在RH摄像头2202中的驱动摄像机2202c，其当车辆行驶到升降机上时观看车辆。它依赖于RH摄像机2202b来进行图像处理。在其它实施例中，所有图像处理由一个摄像机板执行。可选地，摄像机板不执行任何图像处理，并替代地将原始图像发送到小型PC2204用于处理。

在所公开的便携式对准器的实施例的其它特征中，在“标准”配置中，显示设备的监视器16b或显示器本身由托座17a(见图19)附着到柱16f。在可选的配置中，监视器或显示设备本身经由常规监视器支架附着到键盘本身。在这个实施例中，托座17a可从柱16f移除。

底板16e、柱16f、可移动托架17b、臂16n和摄像头16g、16h包括可附着到移动底座16m、地板或适当的墙壁或立柱结构的齐备的测量系统。底板16e包含可用于将底板16e附着到移动底座16m的多个孔。这些相同的多个孔可与地板锚一起使用以将测量系统附着到地板。柱16f还具有在标准配置中安装监视器16b或显示设备和键盘架16a的多个托座17a、17d(见图19)。在可选的配置中，这些托座17a、17d用于将测量系统附着到墙壁或其它适当的结构。为了支持这个可选的配置，臂16n可经由可移除销17c翻转。

现在参考图18和20，夹具吊架托座16c使用多个常规紧固件附着到夹具吊架结构16k。为了适应夹具贮存位置的最终用户偏好，托座16c是容易可移除的，并可使用常规紧固件附着到另一结构18c。为了进一步适应夹具贮存位置的最终用户偏好，整个夹具吊架结构16k可从移动底座16m移除并使用常规地板锚附着到地板。

在某些实施例中，在打印机16j和摄像机测量系统之间的无线连接允许打印机安装在键盘架16a中或在对准商店内或附近办公室或房间内的任何其它用户偏爱的位置处。

在另一实施例中，在显示设备、无线通信中心、用户输入设备例如键盘和鼠标和/或打印机16j之间的无线连接允许第二完全分离的控制台的添加。这个配置允许具有分离的移动用户输入台的移动摄像机测量系统。在图23a-c所示的一个实施例中，提供与主控制台2310对接的相对小的更易携带的卫星控制台2300。这个卫星2300具有显示设备、常规电源(未示出)例如锂离子电池或等效物和可选地输入设备，例如用于使用户输入数据的键盘2320。在一段时间期间电力是自给自足的，且到主控制台2310的通信是完全无线的。这样的便携式控制台2300允许用户卸除卫星并将它移动到允许在对准期间在显示器16b上的读数的可见性的位置。当不在使用中时，卫星2300对接回到主控制台2310，且这两个单元嵌套在一起以形成一个单元。卫星2300可与便携式或固定台对接。当与便携式台例如主控制台2310对接时，这两个单元起作用并作为一个单元移动。

对接功能可通过多种公知的技术来实现。在一个实施例中，机械锁住/连接设备固定当对接时的卫星控制台2300。这个机械设备允许卫星控制台2300到主控制台2310的简单和快速的对接和卸除。实现对接功能的另一方式是磁性机构2330以允许简单和快速的对接和卸除。这个机构2330可以是与按钮的按下啮合/脱离的电磁铁。可选地，它可以是永久磁铁，其通过简单地将卫星控制台底座2300a放置成足够接近主控制台底座2310a以啮合磁铁2330而被啮合。为了脱离永久磁铁2330，脚踏操纵杆或其它类似的机构可用于打破在两个控制台2300、2310之间的磁性吸引。

当在进行对准调整的车辆之下时，看到主显示器很难，如果不是不可能。用于减轻在车辆的前面有主显示器的观看缺点的解决方案是使显示高度在控制台上变得可调整，如图24a-25b所示。将显示器调整到在标准观看高度到在地面附近的高度之间的任何高度帮助从车辆之下观看显示器。提供这种类型的调整的一种方式是将显示设备安装在调整以设定上和下高度的常规型枢转臂上，如图24a-c所示。臂2400当在向上位置(图24a-b)上时将显示器2410(其可以是监视器、智能TV等)保持在控制台2420之上，并当在向下位置(图24c)上时在控制台2420的前面向下摆动显示器。电缆管理可被维持在可调整的臂2400中。现在参考图25a-b，提供期望可调整性的另一方式是可滑动地将显示器2500安装在轨道2510上，轨道2510允许从标准高度到地面附近和之间(图25a-b)的调整。这些安装技术中的任一种可在卫星控制台例如在上面参考图23a-c在本文所述的控制台2300和/或例如图25a-b所示的主控制台上实现。电缆管理可被维持在轨道2510中。

具有高级分析方法的对准器

现在将描述具有高级分析方法的对准器的实施例，其取决于测量的高频数据收集和连续或半连续分析。所公开的高级分析方法确定某些测量是否指示操作员错误和/或设备故障。对准器使用高级分析方法来通知操作员错误或故障和/或校正错误或故障。这个功能由对准器的非常快的测量过程启用；该测量过程例如使用优化迭代算法以估计参考目标的位置和定向来计算当车轮移动时车轮的多个目标位姿。见例如特此通过引用被并入本文的美国专利5,535,522、7,855,783、6,871,408和7,069,660以及美国专利申请公布2016/0195388。

对准器架构

图16是类似于上面在本文讨论的美国专利6,968,282中公开的对准系统的计算机辅助3D电动机车轮对准系统(“对准器”)的某些元件的示意性顶部平面图。图16的对准器可用于实现所公开的技术。特别是，图16的对准器包括用于使电动车辆的车轮对准的左摄像头2和右摄像头4。术语“左”和“右”为了方便而被使用，且并不意欲需要特定的元件位于特定的位置上或相对于另一元件在特定的关系中。

图16的箭头30示意性表示经历对准的电动车辆。车辆包括左和右前轮22L、22R以及左和右后轮24L、24R。对准目标80a、80b、80c、80d分别固定到22L、24L、22R、24R中的每个。每个对准目标通常包括板82和用于将目标固定到车轮的夹紧机构88，目标信息刻印在板82上。左摄像头2包括左对准摄像机10L。左对准摄像机10L面向车辆并观看沿着轴42的左侧目标80a、80b。右摄像头4包括面向车辆并观看沿着轴44的右侧目标80c、80d的右摄像机10R。左摄像头2还包括垂直于摄像机10L安装的校准摄像机20。校准摄像机20观看附着到右摄像头4的校准目标16以确定对准摄像机10L、10R相对于彼此的位置。

所公开的对准器还包括具有软件的数据处理器(未示出)，例如常规个人计算机(PC)，软件具有使数据处理器电子地执行本文所述的计算的指令。

本文所述的方法和装置还可适用于供混合对准器系统使用，该混合对准器系统类似于在特此通过引用被全部并入本文的US 7,313,869及其继续申请中所述的对准器系统。图17示出了与目前公开的方法和装置——包括安装在车辆的相应车轮22和24上的一对无源目标21和23——一起使用的示例性混合对准器系统的示意性表示，车轮22和24在这个第一例子中是前转向轮。一对有源感测头25和27适合于与车辆的其它相应的车轮26和28——在这种情况下是后轮——相关地安装。每个有源感测头包括用于产生2D图像数据的摄像机29或31，当各种头安装到车辆的相应车轮时，2D图像数据被预期包括目标21、23之一的图像。系统还使用两个常规(ID)角度传感器33和35来测量在脚趾平面中的有源感测头25和27的相对角度，以及使用一对倾角传感器37、39来测量倾角，一般是头25、27的外倾角和斜度。

快速测量过程

实现所公开的对准器和本文所述的功能的关键技术是非常快速的测量过程。对于这个创新，感兴趣的核心测量是刚性地安装到车轮的目标的位姿(位置和定向)。执行快速测量过程因此等同于非常快速地执行目标位姿的测量。在成像对准器中，快速地计算位姿涉及执行优化图像处理和应用优化迭代算法以估计参考目标的位置和定向。高速测量过程提供将在可能只花费几秒的车轮转动过程期间执行的很多更新和检查。为了测量来自单独摄像机的安装在车轮上的目标、图16的这样的摄像机10L和10R或图18的摄像机16p、16r的位姿，有校准摄像机是必要的。校准摄像机是具有由摄像机校准过程表征的内部几何性质(焦距、摄像机中心点、透镜失真)的摄像机。

公知的摄像机校准过程的例子是Heikkila方法、Zhang方法、Faugeras–Luong方法、Hartley–Zisserman方法和Triggs方法。为了计算来自单个2D摄像机的目标的3D位姿，进一步需要有正被观察的目标的几何结构的知识。使用目标几何结构的知识和内部摄像机几何结构的知识，可能基于单个2D图像来计算那个目标的3D位姿。可用于实现所公开的对准器的在市场上可买到的“快速”摄像机的例子是从德国Ettlingen的Vision ComponentsGMBH可得到的VC Z序列摄像机。

计算目标位姿的过程是约定的，并以获取安装在车轮上的目标的图像开始。这个图像然后被处理以识别相应于在目标中的参考基准的图像特征点。这些参考图像点然后与在目标中的参考基准点相关。最后，执行迭代位姿估计过程。位姿估计回答问题“目标需要位于哪里，以及它必须如何被定向以产生我测量的图像特征点的图案？”

在所公开的对准器中，在循环中对所使用的所有目标重复地执行整个测量过程(图像获取、图像处理、图像特征点到目标基准点对应性以及位姿估计)，直到目标位姿信息对于对准过程不再是需要的为止。为了非常快速地(例如每秒大于20个位姿)获取测量，必须快速地执行所有四个步骤。数据处理步骤必须使用高度有效的算法来实现，且它们必须也在具有对图像处理和在数据处理算法中使用的数值线性代数步骤优化的架构的处理器上实现。具有对图像处理和数值线性代数优化的架构的公知的处理器的例子包括DSP(数字信号处理器)、GPU(图形处理单元)、FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(专用集成电路)。高度有效的数据处理算法的例子包括高速滤波、梯度下降优化、Sobel边缘检测、Canny边缘检测、SURF特征点检测和光流点跟踪。具有对本公开的应用优化的架构的市场上可买到的处理器的例子是从德克萨斯州达拉斯的Texas Instruments可得到的Model TDA2x ADASDSP/ARM片上系统处理器。

在某些实施例中，使用“智能摄像机”来执行下面参考图1-15在本文所述的数据收集过程和高级分析方法。智能摄像机是快速的并为对准器执行所有数据处理，包括为用户界面服务、预处理图像数据和计算对准参数。更特别地，智能摄像机(例如图18所示的摄像头16g、16h)获取图像并预处理图像数据。预处理通常包括操纵图像数据以使它准备好用于在计算对准参数例如对准角时使用。公知的预处理操作的例子包括背景相减、梯度计算、定位数据的推导和对减小的带宽的数据压缩。例如在美国专利7,069,660中详细描述了图像数据的预处理。来自两个这摄像机的预处理的图像数据用于计算对准角，其被提供到显示设备。在其它实施例中，这两个摄像机中只有一个执行对准参数的处理和计算。

下面参考图1-15在本文所述的数据收集过程和高级分析方法合并到实施例例如图18-25b中所示的便携式对准器内。在这样的实施例中，摄像头16g和16h的摄像机是如刚刚描述的智能摄像机。在又一些另外的实施例中，图1-15的高级分析方法合并到如上面在本文中和在特此通过引用被全部并入的美国专利US 7,313,869及也特此通过引用被全部并入的它的继续申请(包括U.S.7,313,869)中所述的混合对准器系统内。

在振摆补偿期间的问题的测量、检测、校正和警告

为了计算车辆的对准，对准器必须定位每个车轮的主轴是众所周知的。为了定位主轴，对准器一般在车轮旋转之前和之后在至少两个地方中测量附着到车轮的目标的位姿。车轮主轴计算是公知的，以及在美国专利5,535,522和6,148,528中描述了对这样的计算描述的示例性算法。为了准确地定位主轴，车辆必须绕着单个轴行驶。偏离单轴行驶的任何变化将引起误差。这个过程通常被称为振摆补偿或行驶振摆补偿。使用如上面在本文所讨论的快速处理摄像机，所公开的对准器可在行驶过程期间在很多地方进行分立的测量。使用这些测量，所公开的对准器可进行很多轴计算以及寻找潜在的误差和解的其它计算。这些误差中的一些可能是在车辆的行驶的路径中的隆起、防撞击滑板的滑动或多个旋转轴；例如方向盘的不经意转动或由于坏的轴承而引起的车轮摇晃。见例如美国专利申请公布2016/0195388。

这些是可在行驶过程期间进行的其它有用的公知的计算；例如，可通过在整个行驶过程期间看目标的路径和位姿来计算车轮的中心。这可接着用于建立车轮参考平面或车辆尺寸。

这些有利的快速测量不限于看车轮的摄像机；校准摄像机(例如图16的摄像机20或图18的摄像机16s)可非常频繁地测量对准器的校准，并可用于在行驶过程期间检测摄像机的不需要的运动。这个运动将引起在摄像机对目标的位姿测量中的误差并最终产生在主轴和对准测量中的误差。因此检测摄像机运动且不使用在摄像机移动的时间期间得到的测量是合乎需要的。

在一般成像车轮对准系统中，我们获取具有刚性地安装到每个单独的轮缘的夹具的车轮的图像，每个夹具携带由摄像机之一观看的目标。这样的夹具/目标组件的例子是图16的目标/夹具18a、88和图18的目标/夹具16d。在执行车轮对准的过程中，标准过程是在附着夹具/目标之后通过以来回的方式使车轮滚动来执行振摆补偿。当这么做时，假设参考目标只绕着它的相关车轮的旋转轴旋转。还假设车轮中心以直线行进。在真实世界中，常常使用钩状对准升降机和搁在升降机表面上的各种障碍物，这个理想运动未被实现。如果这些假设不是真的，则它们可降低对准角测量的准确度。

本公开通过在整个车轮行驶过程中快速获取并记录安装在车轮上的目标位姿的测量(即目标位置和定向)并分析这些测量以检查车轮对准假设来解决这个问题。

在图1中描绘了数据由所公开的对准器收集的过程。车辆连续地行驶而没有暂停，以及每个车轮目标的多个位姿被获取；例如，大约二十(20)个不同的位姿，如果车辆快速行驶。在某些实施方式中，由摄像机采集的图像数据可用于计算目标的最少的多个位姿；例如对车轮和目标旋转的每五度有至少一个位姿。补偿数据获取过程继续，直到每个车轮从头到尾行驶过经过的旋转角为止；例如，33度旋转。更特别地，在步骤100，使车辆行驶，以及在步骤110，获取在车轮上的目标的位姿。该位姿在步骤120对照那个车轮的以前存储的位姿而被检查，以及如果它足够不同，则在步骤130存储它。在步骤140，确定车轮是否足够行驶(例如35度)。如果不，则对那个车轮获取另一位姿(步骤110)且过程重复。当车轮足够行驶时，数据收集在步骤150停止。当确定所有四个车轮足够旋转(步骤160)时，过程在步骤170停止。

一旦补偿数据获取过程完成，对所有四个车轮记录的位姿就接着被传递来在图2所示的“补偿分析引擎”中通过一系列诊断检查。对准升降机本身的问题可被检测到，且在一些情况下被补偿而不需要用户再次执行补偿行驶。在图2中示意性描述一些示例性诊断检查。

图2的补偿分析引擎的一组输入是由图1的过程获取的所存储的位姿(步骤202)。在图2中描绘的补偿分析引擎的另一组输入是四个车轮中的每个的目标主轴平移(TST)矢量(步骤202)。这些公知的校准可离线地被执行，或它们可结合沿着轮轴法线方向目标中心点到轮缘的距离的外部信息从在补偿行驶期间收集的数据被计算。本领域中的技术人员将理解，TST矢量当被锚固在安装在车轮上的目标中心处时定义车轮中心点。更特别地，TST矢量是从目标坐标系到轮缘的中心的平移射线。作为射线，TST的原点被锚固到目标坐标系的原点，且TST射线的方向相对于目标坐标系是固定的。TST射线因此与对它的相关目标的位姿的变化合作而变换。以这样的不变方式定义TST的原因是当测量在新车轮位置上的目标位姿时(即，当车辆方向盘转动时或当对单独的外倾角和辗轧角进行调整时)允许车轮中心点在车轮位置变化时被重新计算。

可使用多种公知的技术来计算TST矢量。一种技术使用“3D坐标测量机器”，其中车轮目标包括适当地定位的参考基准标记。这些点被测量并接着用于定义目标坐标系的原点和坐标轴。从将车轮目标保持在车轮上的夹具的三个或四个对称车轮夹具“爪”的顶点获得额外的一组3D坐标。在常规自定心夹具例如图18所示的夹具组件16d中，这些“爪”点的中心相应于它们的中心点，其当夹具安装到车轮时也相应于轮缘的中心。从目标到夹具“爪”的中心的平移因此在坐标测量机器的坐标系中被测量，并接着以常规方式转换到从在目标端面上的参考基准标记定义的目标坐标系。

如从图2中清楚可见的，存在可使用所记录的目标位姿和TST矢量作为输入来执行的多个独立的分析检查。每个分析测试(步骤204、214、224、234)本质上是检查补偿过程的假设的数据整体性检查。每个检查的基本格式遵循相似的模式。对于每个测试，所收集的大量数据用于在补偿步骤(步骤206、216、226、236)中检查问题。如果遇到问题，对准器试图校正问题(步骤208、218、228、238)。如果问题没有被校正，则警告用户(步骤210、220、230、240)；例如，通过在显示设备上显示问题(步骤248)。如果所有问题成功地被校正和/或没有问题被检测到(步骤212、222、232、242)，则在步骤244，对准继续进行到下一对准步骤(步骤246)。分析检查不需要以预定的顺序被执行。它们可独立于彼此而运行。

表面平坦度检查

当执行补偿时使用的假设之一是车辆行驶于的表面是平坦的。在混乱的真实世界情形中，情况可能不一定是这样。本领域中的技术人员将认识到，对准升降机可拥有在它的表面中的大间断性。使用在所公开的对准器中在补偿行驶期间收集的大量数据，这些表面连续性可被检测到且在一些情况下被校正。在图3中更详细示出了用于在图2的步骤204-212执行表面平坦度检查作为补偿过程的部分的实施例。对所有四个车轮执行图3的过程。

在表面平坦度检测算法中的基本原理是使用下面的事实：在平坦表面上滚动的车轮的中心以直线移动。在这个实施例中，通过将TST(目标主轴平移)矢量应用于被保存的每个目标位姿来计算车轮的中心作为在图1中的数据获取过程的部分(步骤300)。然后计算穿过这组所有所计算的车轮中心点的最佳拟合线(步骤302)以及单独数据点的拟合误差(步骤304)。偏离直线的偏差指示误差。如果偏离最佳拟合线的RMS(均方根)偏差足够低(步骤306)，即低于预定阈值，则升降机表面被宣布为平坦的(步骤308)，且该过程继续进行到下一分析检查。

在步骤306，当穿过升降机表面的最佳拟合线没有足够低的RMS拟合误差时，更复杂的情况出现。在这种情况下，开始迭代异常值移除过程(图3内部的底框)。在这个过程中，移除最坏的测量(步骤310)，以及在没有这个最坏测量的情况下重新计算最佳拟合线(步骤312)连同单独数据点的拟合误差(步骤314)。“最坏”在这里是具有偏离最佳拟合线的最大偏差的车轮中心点。如果来自新的最佳拟合线的RMS误差足够低(步骤316)，则该过程成功地终止(步骤318)。如果在步骤316的RMS误差仍然大于容限，则排除最坏的剩余测量，重新计算最佳拟合线，以及对照预定容限来执行RMS误差检查(步骤310-316)。

步骤310-316的这个过程重复，直到最佳拟合线达到足够低的RMS误差为止或直到过多数量的数据点被移除为止，这在步骤320被检查。唯一地指定3D线所需的3D点的极少的最小数量是二。然而使用仅仅两个点对这个测试是不可接受的，因为两个点总是形成完美的最佳拟合线而没有任何误差(使这个测试的目的受挫)。实际上，所需的测量的最小数量至少是6。

如果异常值测量被移除且RMS最佳拟合线误差足够低，则只有相应于异常值车轮中心点测量的那些位姿用于计算轮轴。在这个情况下，不一致的行驶表面被校正且过程前进到下一检查。

如果移除太多的异常值测量，则不能补偿不均匀的行驶表面。表面平坦度检查失败，且用户在步骤322被警告观察到的表面不均匀性不能被校正。在这样的情形下，不能成功地计算振摆补偿过程(步骤324)。

存在表面平坦度检查可被实现的各种方式。在上面所述的实施例中，对通过3D车轮中心点而拟合的最佳拟合线的RMS误差进行参考。我们可使用除了RMS误差以外的额外的优化度量。例如，我们可使用最佳拟合线的斜率的变化作为标准以最小化除了RMS最佳拟合误差以外的误差。

板滑动检测

车轮对准由在常规对准升降机中的所公开的对准器——具有在车轮之下的可移动板(对于前轮是“转动板”而对于后轮是“滑动板”)的设备的专用零件——执行。可由技术人员在锁定或未锁定状态中设置板。当被锁定时，板在力被施加到表面时不平移。当未锁定时，板在力被施加时自由地平移。这允许车轮平移和旋转而不引起在车辆悬架中的额外的应力。然而在某些车轮对准过程例如振摆补偿期间，板必须被锁定且在车辆在它们之上行驶时不自由地平移。车轮的自由平移意味着它自由地平移而没有绕着轮轴的比例旋转。在没有相应的旋转的情况下的车轮的自由平移可引起在振摆补偿中的误差。

在图4中更详细地示出了用于在图2的步骤214-222检测板滑动的过程。一旦图1的振摆补偿数据获取过程完成，所测量的目标位姿和TST校准矢量就用作板滑动检查的输入(步骤200、202)。

当车辆行驶时，对于每个车轮，必须有与线性行进距离成比例的经过的旋转角。线性行进距离是由每个车轮的中心平移的距离。下面的公式1示出了在车轮中心平移和经过的车轮旋转角(以弧度为单位)之间的理想比例关系。这个比例关系用于执行车轮平移距离相对于旋转角的线性最小平方最佳拟合。所预测的旋转相对于所测量的旋转的误差然后用于检测且在一些情况下校正在没有旋转的情况下的观察到的平移距离。

d_trans∝θ_rot

公式1：理想的车轮行进距离和经过的旋转角

图5示出了两个曲线。点线曲线示出了具有在车轮平移和旋转之间的理想比例关系的一般半径车轮(12.4”)滚动的行驶。x的曲线示出了相同的半径但具有未锁定的滑动板的车轮滚动和在车辆运动结束时在没有旋转的情况下经历平移的车轮。

如在图5中示意性描绘的，这个测试的误差度量是偏离车轮线性平移距离相对于经过的旋转角的最佳拟合线的偏差。对于板滑动与未滑动情形的上述比较，我们看到最佳拟合线误差与旋转角的关系曲线。

如图6所示，容易通过检查在最佳拟合线中的误差来检测在没有旋转的情况下的平移的实例。在板滑动情形中的最大的最佳拟合线误差明显大于在不滑动情形中的误差。通过重复地移除滑动出现的点，最佳拟合线可明显改进。

现在参考图4，通过将TST(目标主轴平移)矢量应用于被保存为的每个目标位姿来计算车轮的中心，作为在图1中的数据获取过程的部分(步骤400)。然后为所有位姿计算离开初始点的平移和旋转(步骤402)。然后计算经过的平移相对于经过的旋转的最佳拟合线(步骤404)。偏离直线的偏差指示误差。如果在步骤406当使用所有所存储的位姿测量时如在图4中计算的最佳拟合线的RMS误差足够低，即低于预定阈值(一般<0.025)，则板滑动检查通过(步骤408)，且该过程继续进行到下一步骤。

如果RMS误差不低于这个阈值，则在没有旋转的情况下的平移的实例被检测到。迭代异常值移除过程然后运行。在每次迭代时，移除最坏测量(具有在最佳拟合线中的最大绝对误差)(步骤410)。重新计算平移和旋转(小心地对省略的测量调整输入位姿)并重新计算平移相对于旋转最佳拟合线(步骤412)连同剩余数据的拟合误差的关系(步骤414)。如果在省略这个最坏点之后RMS误差足够低(步骤416)，则该过程结束(步骤418、408)且振摆补偿继续进行到下一步骤。步骤410-416的省略最坏剩余点的这个过程重复，直到足够好的最佳拟合线RMS误差被达到为止或直到太多的点被移除为止(这在步骤420被检查)，此时用户在422被警告观察到的板滑动问题不能被校正，以及板滑动检查失败(步骤424)。

在板滑动检测/校正的上述实施例中，用于检测/校正板滑动的标准是在车轮中心点平移与车轮旋转之间的比例检查。使用标记有时间的位姿数据，在另外的实施例中，经过的旋转角被内插到所有车轮上的所有测量时间。使用旋转角和时间，可计算角速度。如果在回滚期间的任何时间，一个车轮在观察之下显示比另一车轮慢得多的旋转角，则这个信息可用于检测板滑动。

轮轴进动检测

在补偿行驶期间测量的感兴趣的原理量是轮轴。轮轴是(虚或实)主轴，每个车轮绕着该主轴滚动。假设在补偿过程期间所有所测量的旋转绕着轮轴出现。然而，这可能不是真的。如果车轮在滚动期间不接近地近似于圆圈，则将没有唯一的车辆旋转轴。例如，如果轮胎稍微平坦或如果轮缘是弯曲的，则车轮可在它滚动时展示摇晃。

当车辆拥有相当大的摇晃量时，不能从安装在车轮上的目标的定向的变化直接测量真实车轮旋转轴。更确切地，所测量的旋转轴将绕着轴产生进动。这个“进动轴”是真实车轮旋转轴。这个现象在图7中示出，图7描绘了具有大的摇晃量(5度)的车轮的实测轮轴700。当车轮从头到尾旋转过45度的经过的旋转角时，十个实测轮轴(虚线)700绕着它们的进动轴(暗实线)710入轨。现在更详细地示出了用于在图2的步骤224-232执行轮轴进动检查作为补偿过程的部分的实施例。

在图8的流程图中描绘了从单独的实测旋转轴测量进动轴(即真实轮轴)的过程。为了计算进动轴，轮轴矢量的顶端用作最佳拟合平面计算的输入。标准最佳拟合平面算法用于计算穿过输入轮轴矢量顶端的最佳拟合平面。基本思想是从实测车轮旋转轴700计算真实轮轴(即进动轴710)。然后计算在进动轴710和每个单独的车轮旋转轴700之间的车轮摇晃角。

因此，如图8所示，在步骤800接收到车轮的所存储的位姿之后，通过以常规方式对那个车轮的每个所采集的目标位姿计算车轮的车轮旋转轴矢量(步骤810)、基于所计算的车轮旋转轴计算进动轴(步骤820)、计算在进动轴和每个所计算的车轮旋转轴之间的车轮摇晃角(步骤830)连同所计算的摇晃角的标准偏差并确定摇晃角的标准偏差是否低于预定误差阈值(步骤840)来检测轮轴进动。

当摇晃角的标准偏差低于误差阈值时，通过在下面的分配步骤将进动轴分配为真实轮轴来补偿轮轴进动(步骤850)。当摇晃角的标准偏差高于误差阈值时，用户被警告系统不能校正轮轴进动(步骤860)。

在图9中描述了进动轴被计算的算法。用于计算单独旋转轴的真实轮轴的过程是迭代的。单独旋转轴可能比其它轴更错误，且因此可能降低最佳拟合平面计算的准确度。由于这个原因，移除比其它轴明显更错误的单独车轮旋转轴是必要的。

因此，计算进动轴包括输入在步骤810找到的所有实测车轮旋转轴的集合(步骤900)，以及计算穿过所计算的轮轴矢量的顶端的最佳拟合平面(步骤910)。然后在步骤920计算均方根(RMS)平面性误差，以及在步骤930确定偏离最佳拟合平面的偏差是否低于预定RMS误差阈值。

当偏离最佳拟合平面的偏差高于RMS误差阈值时，通过移除具有偏离最佳拟合平面的最大偏差的车轮旋转轴矢量(步骤950)、重新计算最佳拟合平面(步骤910)、重新计算RMS平面性误差(步骤920)、确定偏差是否低于RMS误差阈值(步骤930)并重复步骤950、910和920直到偏离最佳拟合平面的RMS偏差低于误差阈值为止或直到小于预定最小数量的数据点保留为止(这在步骤960被检查)来计算轮轴进动。如果小于最小数量的数据点保留，则用户被警告系统不能找到有效的进动轴，且因此不能校正轮轴进动(步骤970)。另一方面，如果在步骤960发现偏差低于RMS误差阈值且大于最小数量的数据点保留，则在步骤940最佳拟合平面的法线被分配为进动轴。

车轮旋转轴进动可被检测的一个可选方式是通过在补偿行驶期间在多个点处使车辆停止以及收集在这些停止的位置的每个处的数据。可对在每个停止的位置处收集的位姿计算旋转轴，且接着以类似于前面公开的实施例的方式从这些旋转轴计算进动轴。

摄像机不稳定性检测

当在振摆补偿期间使车辆行驶时，假设测量摄像机是静止的。如果测量摄像机在图1的数据获取期间颠簸而行或以另外方式移动，测量误差将出现。因此检测在补偿数据收集期间出现的摄像机运动是关键的。当已知安装在车轮上的目标是静止的时，检测摄像机运动是简单的。当目标在情形例如振摆补偿中不是静止的时，检测摄像机运动更难。现在将更详细示出了用于在图2的步骤234-242执行摄像机不稳定性检查作为补偿过程的部分的实施例。

在这个所公开的实施例中，有未刚性地连接的两个面向前的摄像机；也就是说，它们的相对位置和定向可改变。例如，这样的摄像机设置在图18中被示为附着到可折叠臂16n的摄像机16p、16r。第三“校准”摄像机16s用于测量面向前的摄像机16p、16r的相对定向(见例如美国专利6,968,282)。校准摄像机16s观看刚性地附着到面向前的摄像机16p的校准目标16q。在这样的系统中，在校准目标16q和校准摄像机16s之间的相对位姿的变化构成在面向前的摄像机16p、16r之间的相对位姿的变化。因此，如果在面向前的摄像机之间的相对位姿变化，则可检测到摄像机系统的运动。

现在将参考附图10更详细示出了用于在图2的步骤234-242执行摄像机不稳定性检查作为补偿过程的部分的实施例。它呈现上面所述的实施例的硬件配置；即，校准摄像机与面向前的摄像机测量安装在车轮上的目标位姿同时地测量校准目标的位姿。当每个新校准目标位姿被接收到时，它与在补偿过程开始时获取的初始校准目标位姿比较。如果目标位姿的新测量明显不同于所存储的初始校准目标位姿，则相对摄像机位姿是不稳定的。换句话说，一个或所有面向前的摄像机相对于其它摄像机移动。作为结果，补偿过程停止，且用户被警告稳定摄像机的假设不是有效的。

因此，检测一个或多个面向前的摄像机的不稳定性包括通过测量在那个摄像机的坐标系中的初始校准目标位姿(步骤1015)来开始补偿过程(步骤1000)。当车辆行驶(步骤1010)时，获取新校准目标位姿(步骤1015)。在步骤1020-1030，如果新目标位姿不相应于校准目标(即，它相应于安装在车轮上的目标)，位姿用作较大的振摆补偿过程的输入，且车轮旋转的量被检查以确定所有四个车轮是否旋转了足够的量以完成补偿过程。

在步骤1035，初始校准目标位姿与校准目标位姿的后继校准目标位姿比较，以确定它是否从初始校准目标位姿偏移了大于阈值量(步骤1040)。补偿过程停止(步骤1045)，且当后继校准目标位姿之一从初始校准目标位姿偏移了大于阈值量时用户被警告摄像机是不稳定的(步骤1050)。否则，该过程重复，直到车轮旋转了足够的量为止。

针对旋转和平移两者来计算在校准目标位姿中的差异。作为代表性阈值，新校准目标位姿必须在偏离初始所存储的校准目标位姿0.15”的平移和0.15°的旋转内。

通过这个过程，获取用于执行振摆补偿并用于执行在其它地方描述的各种分析检查的数据。摄像机不稳定性过程在补偿数据获取过程期间离线地运行。如果在任何时间校准目标位姿被测量为太不同于参考目标位姿，则用户被警告摄像机不稳定性太大且过程停止。

有在补偿期间摄像机不稳定性的检测可被实现的各种其它方式。一种方式可使用额外的传感器。例如，如果有刚性地附着到每个面向前的摄像机的加速度计，则我们可监测加速度以确定摄像头何时改变它们的位姿。此外，可通过将固定参考目标(或一系列这样的目标)固定到刚性结构同时仍然保持在面向前的摄像机的视场中来实现摄像机不稳定性检测。例如，目标可固定到墙壁或地板上的柱。可在整个补偿过程中测量参考目标的位姿。如果如由任何面向前的摄像机测量的固定参考目标位姿改变，则可容易确定在补偿期间做出的静止摄像机假设是否是有效的。

在对准期间对悬架变化的检测

对准器测量附着到车轮的目标的位姿并在每次位姿测量之后计算车辆的对准。当用户对车辆进行调整或在车辆上执行过程时，他可能犯错误，不正确地完成过程，或一起跳过过程，导致不准确的对准。通过进行快速测量，所公开的对准器可寻找并检测操作员何时犯这些错误之一并较早地通知他，以防止不需要的延迟并给他快速反馈以帮助他学习并防止未来的错误重复。

当执行车轮对准时的测量误差的所识别的源是在车辆悬架中引起的应力变化。如果车辆悬架在一般测试条件之外有应力，则应力倾向于当车辆在对准过程期间被移动/调整时逐渐释放。悬架应力的这个释放可明显改变车轮对准角。车轮对准角的这个逐渐变化可能在过程如振摆补偿中是特别有害的。如果车辆悬架在振摆补偿期间被去应力，则振摆补偿可能是明显不正确的，且作为结果，车轮对准角可被调整到不正确的值。这又可引起过早的轮胎退化和/或导致次最佳驾驶舒适。

存在车辆悬架可在执行对准角测量的过程中变得过早有应力的几种方式。对准技术人员在对准升降机上向上抬起车辆以在执行任何测量或调整之前检查车辆底架很常见。如果车辆被降低到对准升降机表面且滑动板被锁定，则车辆悬架可变得有应力，因为车辆的重量变得由悬架支撑且悬架不自由地调节到它的嵌套位置。车辆悬架可变得有应力的另一常见方式是车辆紧接着在行驶到对准升降机上之前是否经历急剧转弯。急剧转弯引起在悬架内的应力，且非常短的直线运输距离(本质上是对准升降机的长度)不为悬架释放提供足够的机会。

不管原因是什么，在对准的过程期间悬架应力的逐渐释放都是个问题，其如果未被检测到将消极地影响对准过程。存在悬架应力变化可被检测到的各种方式。图1和图11中描绘了一个实施例。在这个实施例中，悬架应力检查被执行作为振摆补偿过程的部分。它可以是图2的补偿分析引擎的部分。

在图1中描绘了数据收集循环。如上面在本文讨论的，在这个过程中，车辆在开始和停止位置之间从头到尾行驶过旋转角。当车辆在开始和停止位置之间行驶时，四个安装在车轮上的目标的位姿(位置和定向)测量以半规则时间或旋转间隔被获取。也可收集所保存的位姿数据被获取时的时间戳。这在所有四个车轮的图像获取不是时间同步的情况下完成。

一旦对所有四个车轮完成了数据收集(即一旦每个车轮经历了足够的经过的旋转)，就可在所获取的目标位姿测量上运行悬架应力检测算法。在图11中描绘了用于检查这个悬架变化是否出现的计算和决定逻辑。算法的基本思想是通过在图1的过程中收集的全范围的数据来计算辗轧角和外倾角。然后，对于在所有时间或旋转步骤的所有辗轧角和外倾角，执行检查，其寻找在这些对准角中的大偏差。当车辆来回行驶时，辗轧角和外倾角不应改变，且这个不变性用于执行对准角一致性的原位检查。如果对准角在回滚期间显示明显的变化(例如大约0.1度的外倾角/辗轧角变化)，则这指示车辆的悬架正在车辆行驶期间释放应力。总之，在这个实施例中，检测在车辆的悬架中的应力包括对那个车轮的每个所采集的目标位姿计算每个车轮的至少一个车轮对准参数，计算连续采集的目标位姿的车轮对准参数的变化，以及确定变化是否低于预定变化阈值。

如图11所示，车轮的所存储的位姿在步骤1100被取回并用于以常规方式确定轮轴(步骤1105)。然后在步骤1110取回TST矢量，以及计算所有位姿的车轮中心点。在步骤1115到1130在所有数据获取时间通过公知的技术得到辗轧角和外倾角，以及在步骤1135在所有数据获取时间计算辗轧角和外倾角的变化。然后在步骤1140比较每个车轮的外倾角和辗轧角与如上面在本文讨论的阈值，且如果应力变化大于阈值，则在步骤1145警告用户。如果应力变化小于阈值，则系统在步骤1150继续进行到下一对准过程。

在图11中，在步骤1110对TST(目标主轴平移)进行参考。如上面在本文讨论的，这是量化从参考目标的中心到轮缘的中心的平移射线的校准。它用于找到轮缘中心的位置。这些轮缘中心然后用于计算VCS(车辆坐标系)，其在优选实施例中为车轮对准角的参考系。

可以不以时间同步方式获取每个车轮的位姿测量。对于这样的情形，当从轮缘中心点计算VCS时，将车轮中心点内插到所有位姿测量时间是必要的。这些内插的车轮中心点然后用于在所有测量时间计算VCS。见步骤1115和1120。

本公开的关键考虑因素是悬架应力检查“在后台”被执行，使得最终用户不负担有额外的任务或不必要的信息。只在悬架应力在作为对准过程的部分被执行的事件的正常过程期间被检测到的情况下给予用户指令/通知。在图11内的右下矩形中描绘了这个决定逻辑。

对这个稳态监测的关键促成技术是非常快速的测量过程。在图11中，感兴趣的核心测量是刚性地安装到车轮的目标的位姿(位置和定向)。执行快速测量过程因此等同于非常快速地执行目标位姿的测量。在成像对准器中，快速计算位姿涉及执行优化图像处理以及应用优化迭代算法以估计参考目标的位置和定位，如上面在本文讨论的。

高速测量过程提供将在可能只花费几秒的测量过程期间执行的很多更新和多个检查(在快速车辆行驶期间每车轮收集的大约20个位姿)。非常快速的测量过程允许稳态悬架应力监测在背景中被运行，不向用户提供任何更新，除非问题被检测到。这提供识别测量问题的非常用户友好的方法。

一旦发现变化，如果代替警告，对准器补偿变化并继续与已校正的读数对准则将是有帮助的。为了完成此，在某些实施例中，对于给定过程，在曲线或表格或公式上绘制车辆的特定对准读数的测量变化。使用这些根据经验得到的参考曲线/表格/公式，对准器匹配在测试中的当前车辆在安放过程中的地方并预测一旦被完全安放它将在哪里。因此，代替在步骤1145中警告用户悬架应力变化，系统可比较该变化与经验参考值或在悬架被安放时使用经验公式中的变化来预测对准参数的值，并在随后的对准步骤中使用所预测的值。作为例子，如果车辆在回滚过程开始时在应力之下，则移除应力的一种方式是使它来回行驶3或4次。从经验测试中，注意，在第一次回滚之后，只有50％的应力被释放。因此，当在测试中的当前车辆在第一次行驶之后具有比如0.1度的变化时，预测如果它再前后行驶3次到它的完全安放的状态，它将改变0.2度。这个完全安放值可用于显示如果车辆被完全安放则实际读数将是什么。

存在悬架应力变化可被识别的各种可选的技术。图1和11的上面所述的实施例使用外倾角和辗轧角的变化作为用于识别悬架应力变化的度量。然而，例如可能替代地计算并监测在振摆补偿过程期间的车轮旋转轴。对于车辆底盘的纯粹平移(如在振摆补偿期间经历的)，轮轴不应改变方向。如果它们逐渐改变方向，则这是悬架应力释放的指示。

在图1和11的实施例中，在整个补偿行驶期间在多个步骤执行悬架应力检查而不停止。然而，可能在补偿行驶过程期间在多个步骤暂停并在每个步骤计算各种悬架应力数量。这需要来自最终用户的更多协作且因此是较不用户友好的，但这样的一系列停止将提供与在优选实施例中的相同的悬架应力检查。

重复地参考图11中的车辆坐标系。然而所公开的技术不需要VCS。可代替如上面定义的VCS来使用适合于表达车轮对准角的任何参考系。本公开的核心原理是搜索对准角的变化，然而这可以被计算。同样，在图11中参考TST校准，其用于计算车辆坐标系。计算这样的车辆坐标系的TST校准的使用同样不是实现所公开的对准器的这个特征的唯一可能的方式。

在振摆补偿过程期间执行所公开的悬架应力变化检测。这出于方便而被执行，因为用户执行这个过程而不考虑悬架应力是否被监测。然而，所公开的悬架应力检查不必作为补偿过程的部分被执行。它可作为单独过程被执行(例如，对于不需要振摆补偿的对准系统)或它可在悬架应力度量应保持不变的任何其它对准过程中被执行。

推进角检查过程

车辆推进方向是车辆移动所沿着的方向。在客运车辆中，推力由后轮的相对辗轧角定义。因此，当在前轮上执行测量时，推进方向不应改变。通过在各种前轮测量过程期间连续地监测车辆推进角，所公开的对准器可检测在对准升降机中的问题而不用任何额外的测量步骤给最终用户分派任务。这个功能由对准器的非常快速的测量过程启用，该测量过程计算在车轮移动时车轮的多个目标位姿。

图12描绘了最初为特定的测量过程(振摆补偿)计算推进角的过程。基本思想是，以常规方式在测量过程开始时测量推进角。为了计算在不变的车辆坐标系(VCS)中的推进角，我们必须首先计算在那个同一VCS中的辗轧角。为了计算在这个不变的坐标系中的辗轧角，我们必须执行振摆补偿(步骤1200)并确定和存储每个单独车轮的轮轴(步骤1210)。下一步骤是从安装在车轮上的目标的位姿的单独测量计算VCS(步骤1220)，并将轮轴投影到VCS(步骤1230)。然后对所有四个车轮计算振摆角(步骤1240)，并从后辗轧角计算推进角(步骤1250)。在步骤1260将这个初始推进角存储为参考角。

方程2示出了用于在步骤1250计算公知的推进角的公式。本质上，推进角是在右后和左后辗轧角之间的平均差异。

方程2：推进角的计算

图13示出了本实施例的稳态推进角监测过程。当在步骤1300获取车轮目标的新位姿时，如在图1的补偿过程期间的，使用新位姿测量来重新计算VCS(步骤1310)，在步骤1210计算的轮轴被投影到已更新的VCS(步骤1320)。在步骤1330重新计算辗轧角，以及在步骤1340重新计算推进角。在步骤1350，重新计算的推进角与初始参考推进角比较，如果它偏移多于预定阈值量，用户在步骤1360被警告问题。在某些实施例中，图13的推进角检查作为振摆补偿过程的部分被执行。它可以是图2的补偿分析引擎的部分。

当执行各种测量时，图13的稳态检测过程运行，其中车辆移动但其中例如在主销后倾角测量、振摆补偿期间和当执行对前轮对准角的调整时推进角应当保持不变，尽管有车辆运动。

推进角的这个稳态监测在哪里和如何可能是有用的？例如，当执行主销后倾角摆动时，前轮从左转到右或从右转到左。在这个过程期间，在对准升降机上的滑动板被解除锁定且车辆自由地沿着对准升降机的二维表面平移。如果例如左后滑动板不自由地移动但其它三个车轮的板自由地平移，则有在左后轮中引起的应力。这个应力可通过扭转车轮来显现，以便改变在左后轮上的辗轧角而不明显改变右后辗轧角。按照上面的方程2，这样的一系列事件将导致推进角的变化。在这样的情形中，所公开的对准器的推进角的快速稳态更新(例如每秒20次更新)可用于警告用户可导致在考虑中的车辆的不足的对准的问题已被检测到。

对这个稳态监测的关键促成技术是非常快速的测量过程。在图13中，感兴趣的核心测量是刚性地安装到车轮的目标的位姿(位置和定向)。执行快速测量过程因此等同于非常快速地执行目标位姿的测量。在成像对准器中，快速计算位姿涉及执行优化图像处理以及应用优化迭代算法以估计参考目标的位置和定位。

高速测量过程提供将在可能只花费几秒的测量过程期间执行的很多更新(在快速车辆行驶期间每车轮收集的大约20个位姿)和检查。非常快速的测量过程允许稳态推进角监测在背景中被运行，不向用户提供任何更新，除非问题被检测到。这提供识别支持设备中的不足的非常用户友好的方法。

在上面的图12-13的实施例中，在测量过程期间以精细地间隔开的时间间隔计算推进角。推进角是优选的参考量，因为它是对车辆中的很多变化不变的车辆的特性，以及因为它可在多个公共对准测量过程中用作检查。然而，存在我们可以用与推进角类似的方式使用的可选度量。例如，我们可使用单独后辗轧角、单独后外倾角、总后外倾角和对很多公共车辆运动不变的其它测量。

在图12-13的实施例中，车辆坐标系用作不变的坐标系，其中参考测量被计算。VCS的可选的不变的坐标系然而可用于类似的效果。例如，偏离车辆升降机的静止参考目标坐标系可用作所有测量的基础。

此外，不需要以非常频繁的时间间隔执行前面提到的推进角检查。较慢的测量过程——其中最终用户必须重复地暂停系统，使得推进角(或其它不变的度量)可被重新计算并对照参考稳态值被检查——可被执行到与上面所述的实施例类似的效果。它具有需要更多的时间和最终用户的更多努力的缺点。

非静止振摆补偿

所公开的对准器允许技术人员通过推和/或拉车辆来快速地执行振摆过程，所以它的车轮连续地从头到尾行驶过旋转角而不在转向点处暂停。这个功能由对准器的非常快速的测量过程启用，该测量过程计算在车辆行驶时车轮的多个目标位姿(例如对每五度旋转角有至少一个位姿)。

经由在下文中被称为“快速振摆”的过程来提供振摆补偿的更快、更用户友好的测量。在快速振摆中，用户推车辆以从头到尾行驶过旋转角。当车辆开始行驶时，测量被收集并记录用于后处理，直到经过的旋转角被经历为止。每个“测量”由刚性地附着到四个车轮会议的目标的位姿(位置和定向)组成。在整个行驶过程中，以半规则间隔为所有车轮稳定地获取测量。

如果测量显示偏离它们的相关车轮的以前存储的测量的相当大的旋转，则它们被存储用于后处理。非静止补偿数据获取过程在图1中被描绘并且在所有相关方面上与上面在本文所述的过程相同。

数据获取过程一直循环，直到为所有车轮测量了足够的经过的旋转(例如35度)为止。要点是，当车辆行驶时数据被收集而不需要任何暂停或来自最终用户的决定。数据收集也自动停止。该过程是无缝的。

被收集并监测的位姿测量由在参考坐标系中的观察目标的平移和定向分量组成。从在单独车轮上的参考目标的图像获取计算位姿。

数据收集不需要对所有四个车轮以时间同步方式开始和停止。一旦给定车轮被测量以展示足够的旋转，对那个车轮的数据收集就停止。数据收集对其它车轮继续，直到它们被测量为经历足够的经过的旋转为止。一旦为所有车轮测量了足够的旋转，就将所收集的目标位姿数据传递到非静止补偿算法。算法的最终结果是每个车轮的轮轴。

在图14中描绘了这个过程。在步骤1400，取回旋转车轮的所有所存储的位姿。对于目标位姿对的所有组合(步骤1410、1420)，计算轮轴和在它们之间的旋转角(步骤1430)。如果在步骤1440在它们之间的旋转角大于预定阈值量，则在步骤1450存储轮轴。当重复目标位姿对的所有计算时，在步骤1460计算所有所存储的轮轴的平均轮轴。

轮轴稍后在车轮对准过程中用于计算辗轧和外倾对准角。因此尽可能准确地测量这个量特别重要。在如图14所示计算轮轴时的基本原理是在位姿的所有组合上循环(与一次两个位姿比较)，并在每对位姿之间计算旋转轴和绕着那个轴的旋转角。如果经过的旋转角足够大(例如15度)，则存储那个轮轴并稍后使用它来计算平均轮轴。如果在一对位姿之间的旋转角不足够大，则轮轴方向的准确度将受损且那个旋转轴不应稍后用于计算平均轮轴。

可使用多个标准公知技术在步骤1430计算旋转轴。在一个实施例中，计算将目标坐标轴从一个位姿测量旋转到下一位姿测量的3x 3旋转矩阵。然后，在这个3x 3旋转矩阵上执行本证矢量/本证值分解。根据主本征值的本征矢量然后被指定为目标旋转所绕着的轴，即旋转轴。

对这个稳态监测的关键促成技术是如上面在本文所述的非常快速的测量过程。高速测量过程提供将在一般只花费几秒的车辆行驶过程期间执行的很多更新和检查。非常快速的测量过程允许数据冗余，其可使振摆补偿的更准确的测量成为可能。更重要地，用户不需要暂停并等待，直到目标位姿被获取为止。

这些是非静止补偿可被实现的可选实施例。数据收集出现于的特定的行驶过程对本公开不是不可或缺的。例如，在一些应用中，使车辆行驶到对准升降机的后面并接着使它返回到前面而不暂停是优选的。在其它应用中(例如在所谓的“审核”配置中)，执行一个行驶而不相应地返回到初始位置可能是优选的。在其它情形中，执行几个连续的较短行驶可能是优选的。在所有情形中，执行几个连续的较短行驶可能是优选的。在所有情形中，可对每个行驶运动执行图1的数据获取过程和图14的轮轴计算算法。

在图1和14的实施例中，整个汽车行驶且所有四个车轮一前一后地旋转(虽然不一定旋转相同的角度)。在其它实施例中，所有4个车轮不同时旋转。例如，如上所述的非静止补偿过程可被执行，同时车辆被抬起且车轮孤立地旋转而没有车辆底盘的任何相应的平移运动。在另一实施例中，可执行所谓的“两轮振摆”，其中只有两个车轮(一般是前轮)具有在它们上执行的振摆补偿。在这些特殊情况下使用相同的数据收集和数据处理算法。

在图1和14的实施例中，重复地参考刚性地附着到车轮的参考目标的位姿(位置和定向)。然而，刚性地附着到车轮的固定参考目标的使用并不是严格地需要的。我们可在补偿行驶期间测量刚性地附着到车轮的一群3D点的位置。这群点的刚性主体变换可接着用于在补偿行驶期间在分立的测量时间计算车轮旋转轴。在补偿行驶期间跟踪的这些3D点可以是存在于车轮上的纹理化特征点，或它们可以是附着到轮缘的参考基准点，作为补偿测量过程的部分。

每个车轮的所公开的非静止振摆补偿过程的最终结果是单个平均轮轴矢量。然而，平均轮轴的计算并不是严格需要的。例如，我们可执行额外的统计分析以选择最典型的“中间”轮轴矢量。额外的方法可用于从这组所存储的轮轴找到合成轮轴矢量。本公开不依赖于单独轮轴的统计组合(平均数、中位数或其它)。我们可简单地从那个车轮的这组所存储的位姿中的最大观察到的旋转角将轮轴取为旋转轴。关键是，轮轴被计算而不需要用户在数据获取过程期间的任何点处暂停和保持。

非静止主销后倾角摆动

所公开的对准器允许技术人员通过连续地转动车轮来快速执行主销后倾角摆动而不在转向点处暂停。这个功能由对准器的非常快速的测量过程启用，该测量过程计算当车轮转动时车轮的多个目标位姿。

在车轮对准中的感兴趣的主要量是主销后倾角。注销后倾角被定义为前车轮的转向轴的后/前倾角。为了测量转向轴的这个倾角，必须使车辆前轮展示绕着它们的转向轴的旋转。换句话说，我们必须将前轮向左和向右转动适当的量以使转向轴的准确测量成为可能。在一般车轮对准系统中，左转和右转的这个过程需要在各种转向点的每个处的暂停。这个暂停将不必要的延迟加到主销后倾角测量过程。

在下文中被称为“非静止主销后倾角”的过程中消除这个不必要的暂停。在图15中描绘这个测量过程。在步骤1500，获取所有四个安装在车轮上的目标的初始位置(即，当车轮不转动时)，且以常规方式计算初始VCS(步骤1505)。当用户转动车轮的转向轮——一般是前轮——时，主销后倾角摆动过程在步骤1510开始，当车轮和目标连续转动到中心的左边和右边而没有暂停时采集目标的图像数据(步骤1515)。所采集的图像数据可用于计算目标的最少多个位姿；例如对于车轮的每5度转动至少一个位姿。当获取每个目标位姿(步骤1520)时，在步骤1525用新位姿数据更新(即重新计算)VCS。系统在步骤1530记录目标位姿是否是针对四个车轮，且如果是，是否有绕着转向轴从前一前轮位姿的足够旋转(步骤1535)，以及如果是，车轮是否转动了小于预定数量的度数(步骤1540)。如果对这些问题中的任一个的答案是“否”，则该过程重复。当两个前轮转动了足够数量的度数时，在步骤154停止主销后倾角摆动过程，并使用所有四个车轮的最终所存储的位姿来以常规方式计算主销后倾角。

对这个稳态监测的关键促成技术是如上面在本文所述的非常快速的测量过程，其等同于非常快速地执行目标的测量。高速测量过程提供将在可能只花费几秒的车轮转弯过程期间执行的很多更新和检查。

为了补偿摄像机和不足够快的处理，在某些可选的实施例中，对准器收集并存储图像且只处理每第N个图像(例如每第10个图像)。这种技术导致类似于非静止主销后倾角测量的效果，因为对准器在没有暂停的情况下一测量出绕着转向轴的足够旋转，它就可指示用户停止转动车轮，并接着指示他将车辆转回，始终保存这个“突发模式”的图像用于未来的处理。在背景中，当带宽是可用的时，所保存的图像被处理；然而，在主销后倾角摆动对待处理的所有图像完成且主销后倾角被测量并最终被显示给技术人员之后将有延迟。突发模式具有某些缺点，因为(1)用户不那么快地知道足够的旋转何时出现；(2)LED闪光灯不如当使用“快速”处理器时有规律地被更新，所以闪光灯可能太暗或太亮，产生降低的质量测量；(3)相当大数量的快速数据存储是需要的；以及(4)在摆动对待显示的实测值完成之后有暂停。

可选的实施例

在图1-15的实施例中，重复地参考刚性地附着到车轮的参考目标的位姿(位置和定向)。所公开的技术不严格地需要刚性地附着到车轮的固定参考目标的使用。我们可在补偿行驶期间测量刚性地附着到车轮的一群3D点的位置。这群点的刚性主体变换可接着用于在补偿行驶期间在分立的测量时间计算车轮旋转轴。在补偿行驶期间跟踪的这些3D点可以是存在于车轮上的纹理化特征点，或它们可以是附着到轮缘的参考基准点，作为补偿测量过程的部分。

当执行车辆的补偿行驶运动时，可实时地执行在补偿分析引擎中的所有上面的检查。不需要收集沿着补偿行驶的全范围的完整的一组目标位姿以执行各种整体性检查。

完全联网的对准器

当对准器需要修理时，维修技术人员被派遣到工地以在对准器上工作。有时可在没有昂贵的维修通话的情况下解决问题，如果维修技术人员可远程地操作对准器。存在用于使用特殊软件和互联网连接来远程地控制对准器的方法，但它们在它们的能力方面被限制。见例如特此通过引用被全部并入本文的美国专利8,073,586和8,452,484。

存在对在现场使用设备的技术人员的远程显示器/界面和在不同位置处的维修人员可使用来控制对准器的远程显示器/界面的需要，所有显示器/界面都在简单的容易可得到的设备上。现在将公开容易在一个简单的架构中完成这两者的解决方案。在这个实施例中，无线网络用于将对准器的组成硬件部件与彼此和与互联网物理地断开。这使无线设备例如膝上型计算机、平板计算机、移动电话或具有web浏览器的任何其它设备能够连接到对准器以为对准器提供远程显示器/界面。

如图26所示，所公开的对准器可无线地连接到两个网络；连接对准器零件(例如两个摄像机壳体和显示器及远程设备)的第一网络和商店网络(例如互联网)，且这两个网络彼此通信。

在某些实施例中，无线网络用于使对准器的组成硬件部件物理地断开。计算测量角的系统的主处理部件在对准过程的持续时间期间保持固定在车辆的前面是合乎需要的。这个部件建立可由任何数量的无线设备接入的安全无线接入点。应用服务器运行软件服务，其经由任何符合标准的web浏览器来支持客户端连接。用户可连接到无线接入点并使用膝上型计算机、平板计算机、移动电话或具有web浏览器的任何其它设备与浏览器交互作用。技术人员在对准过程期间与固定测量设备物理地交互作用变得不必要。技术人员能够执行所有必要的步骤以在物理地调整悬架的过程中完成车辆对准。这提供优于当前解决方案的时间和成本节省。

此外，所公开的联网对准器可建立到外部WiFi接入点的客户端连接，以提供对在系统中运行的软件部件的互联网访问。这对于软件/固件版本管理、维护和故障检修是有利的。提供通过互联网访问设备的能力直接转变为更多的正常运行时间。维修技术人员亲自拜访对准器以诊断问题或安装软件更新变得不必要。这节省所有者时间，因为机器一般不运转，等待维修技术人员，这可能花费数小时或数天。

结论

概述和摘要部分可阐述如由发明人设想的本发明的一个或多个但不是所有示例性实施例，且因此并不意欲以任何方式限制本发明和所附权利要求。

在上面借助于示出指定功能及其关系的实现的功能构造块描述了本发明的实施例。为了描述的方便，在本文任意定义这些功能构造块的边界。可定义可选的边界，只要指定功能及其关系被适当地执行。

特定实施例的前述描述所以充分揭露本发明的一般性质，其他人可同应用在本领域的技能范围内的知识来容易修改这样的特定实施例和/或使这样的特定实施例适合于各种应用而没有过度的实验、不偏离本发明的一般概念。因此，基于本文提出的教导和指导，这样的改编和修改被规定为在所公开的实施例的等效形式的含义和范围内。应理解，本文的短语或属于是为了描述而不是限制的目的，使得本说明书的术语或短语应由技术人员按照教导和指导来解释。

本发明的广度和范围不应由上面所述的任何示例性实施例限制。

提出了本发明的示例性实施例。本发明不限于这些例子。在本文为了说明而不是限制的目的提出这些例子。基于在本文包含的教导，备选方案(包括本文所述的方案的等效形式、扩展、变形、偏离)将对相关领域中的技术人员明显。这样的备选方案落在本发明的范围和精神内。

Claims (38)

1.一种车辆车轮对准系统，包括：

至少一个摄像机，用于观看设置在所述车辆的相应车轮处的相应目标并在所述车轮和所述目标连续旋转若干旋转度数而不暂停时采集所述目标的图像数据；

其中，随着所述车轮和所述目标连续旋转所述若干旋转度数而不暂停时，所述图像数据用于计算所述目标的最小数量的位姿；

其中，所述至少一个摄像机包括用于执行下列步骤的数据处理器：

预处理所述图像数据；以及

基于经预处理的图像数据来计算所述车辆的对准参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个摄像机中的所述数据处理器用于为用户界面服务。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据处理器用于基于经预处理的图像数据来计算所述车辆车轮的对准参数的变化并用于分析所述对准参数的所述变化以检测误差。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所检测到的误差包括下列项中的至少一个：(a)车辆轮轴进动；(b)对准机架的表面的表面平坦度误差，所述车辆车轮和所述目标在所述机架上旋转；(c)板的板滑动误差，所述板包括所述对准机架的所述表面的部分；以及(d)在预定放置条件之外的所述车辆的悬架中的应力。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述数据处理器用于试图校正或补偿检测到的误差(a)-(d)。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述数据处理器用于在所述处理器不能校正所检测到的误差的情况下警告所述系统的用户。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据处理器用于：

至少部分地基于所述图像数据来检测下列项中的至少一个：(e)所述至少一个摄像机中的不稳定性；以及(f)过大的车辆推进角变化。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述数据处理器用于试图校正或补偿检测到的误差(e)-(f)。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述数据处理器用于在所述处理器不能校正所检测到的误差的情况下警告所述系统的用户。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，计算所述位姿包括(g)当第一车轮旋转时获取所述目标在所述第一车轮处的第一位姿，(h)当所述第一位姿与所述第一车轮的先前存储的目标位姿相差预定的度数时存储所述第一位姿，(i)当所述第一车轮旋转了小于最小旋转度数时，重复步骤(g)和(h)；以及(j)对具有目标的所述车辆的所有车轮执行步骤(g)到(i)。

11.根据权利要求5所述的系统，其中，检测所述对准机架的所述表面的表面平坦度误差包括：针对该车轮的每个所采集的目标位姿计算至少一个所述车辆车轮的中心点，计算穿过所有所计算的车轮中心点的最佳拟合线，以及判断偏离所述最佳拟合线的偏差是否低于预定误差阈值。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，当偏离所述最佳拟合线的所述偏差高于所述误差阈值时，试图校正或补偿所述表面平坦度误差的步骤包括(k)移除具有偏离所述最佳拟合线的最大偏差的车轮中心点，(l)重新计算所述偏差，(m)判断所述偏差是否低于所述误差阈值，(n)重复步骤(k)到(m)，直到偏离所述最佳拟合线的所述偏差低于所述误差阈值为止或直到小于预定最小数量的数据点被保留为止。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，在小于所述最小数量的数据点被保留的情况下，所述数据处理器用于警告用户所述数据处理器不能校正所述表面平坦度误差。

14.根据权利要求5所述的系统，其中，在没有该车轮的预定角旋转量的情况下，检测板滑动误差包括检测所述车辆车轮中的一个的中心的平移。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，检测板滑动误差包括：针对该车轮的每个所采集的目标位姿计算所述车辆车轮中的一个的中心点，确定所述中心点的经过的线性行进距离和对应的经过的车轮旋转角，计算经过的线性行进距离相对于经过的车轮旋转角的最佳拟合线，以及判断偏离所述最佳拟合线的偏差是否低于预定误差阈值。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，当偏离所述最佳拟合线的所述偏差高于所述误差阈值时，试图校正或补偿所述板滑动误差的步骤包括(o)移除具有偏离所述最佳拟合线的最大偏差的车轮中心点，(p)重新计算所述偏差，(p)判断所述偏差是否低于所述误差阈值，(r)重复步骤(o)到(q)，直到偏离所述最佳拟合线的所述偏差低于所述误差阈值为止或直到小于预定最小数量的数据点被保留为止。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，在小于所述最小数量的数据点保留的情况下所述数据处理器用于警告用户所述数据处理器不能校正所述板滑动误差。

18.根据权利要求5所述的系统，其中，检测轮轴进动包括针对该车轮的每个所采集的目标位姿计算所述车轮中的一个的所述轮轴的旋转矢量，基于所计算的车轮旋转轴来计算进动轴，计算所述进动轴与每个所计算的车轮旋转轴之间的车轮摇晃角，计算所计算的摇晃角的标准偏差，以及判断所述摇晃角的所述标准偏差是否低于预定误差阈值。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，当所述摇晃角的所述标准偏差低于所述误差阈值时，试图校正或补偿轮轴进动的步骤包括在后面的对准步骤将所述进动轴分配给真实轮轴。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，当所述摇晃角的所述标准偏差高于所述误差阈值时，警告用户所述数据处理器不能校正轮轴进动。

21.根据权利要求18所述的系统，其中，计算所述进动轴包括计算穿过所计算的轮轴矢量的顶端的最佳拟合平面，以及判断偏离所述最佳拟合平面的偏差是否低于预定均方差(RMS)误差阈值；

其中，当偏离所述最佳拟合平面的所述偏差高于所述RMS误差阈值时，试图校正或补偿轮轴进动的步骤包括(s)移除具有偏离所述最佳拟合平面的最大偏差的所述车轮旋转轴矢量，(t)重新计算所述最佳拟合平面，(u)判断所述偏差是否低于所述RMS误差阈值，(v)重复步骤(s)到(u)，直到偏离所述最佳拟合平面的所述偏差低于所述RMS误差阈值为止或直到小于预定最小数量的数据点被保留为止。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，在小于所述最小数量的数据点保留的情况下，所述数据处理器用于警告用户所述数据处理器不能校正轮轴进动，或在所述偏差低于所述RMS误差阈值且大于所述最小数量的数据点保留的情况下，所述处理器将所述最佳拟合平面的法线分配给所述进动轴。

23.根据权利要求7所述的系统，包括多个摄像机以及第一摄像头和第二摄像头；

其中，所述第一摄像头包括用于观看设置在所述车辆的相应车轮处的相应目标之一的所述多个摄像机中的第一摄像机以及被设置为与所述第一摄像机成已知关系的校准目标；

其中，所述第二摄像头包括用于观看设置在所述车辆的相应车轮处的相应目标之一的所述多个摄像机中的第二摄像机以及被设置为与所述第二摄像机成已知关系的校准摄像机，所述校准摄像机用于在所述车辆的车轮和所述目标旋转一旋转度数时采集所述校准目标的图像数据，其中，所述校准目标的所述图像数据用于计算所述校准目标的多个位姿；

其中，检测所述第一摄像机和第二摄像机中的一个或多个的不稳定性包括：对在所述车轮的旋转开始时获取的初始校准目标位姿与所述校准目标位姿中的每个后继校准目标位姿进行比较，以判断所述后继校准目标位姿中的一个偏离所述初始校准目标位姿的偏差是否多于阈值量。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，当所述后继校准目标位姿之一偏离所述初始校准目标位姿的偏差多于所述阈值量时，警告用户所述第一摄像机和第二摄像机是不稳定的。

25.根据权利要求7所述的系统，包括固定地安装在所述至少一个摄像机的视场内的参考目标；

其中，所述至少一个摄像机用于在所述车辆的所述车轮旋转所述旋转度数时采集所述参考目标的图像数据，其中，所述参考目标的所述图像数据用于计算所述参考目标的多个位姿；

其中，检测所述至少一个摄像机的不稳定性包括：对在所述车轮的旋转开始时获取的初始参考目标位姿与所述参考目标位姿中的每个后继参考目标位姿进行比较，以判断所述后继参考目标位姿中的一个偏离所述初始参考目标位姿的偏差是否多于阈值量。

26.根据权利要求25所述的系统，其中当所述后继参考目标位姿中的一个偏离所述初始参考目标位姿的偏差多于所述阈值量时，警告用户所述至少一个摄像机是不稳定的。

27.根据权利要求5所述的系统，其中，检测所述车辆的悬架中的应力包括：针对该车辆车轮的每个所采集的目标位姿计算具有目标的每个所述车辆车轮的至少一个车轮对准参数，针对后继所采集的目标位姿计算所述车轮对准参数的变化，以及判断所述变化是否低于预定变化阈值。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，当所述变化之一高于所述变化阈值时，悬架应力存在，并且试图补偿所述悬架应力的步骤包括：当所述悬架被安放时，对所述变化与经验参考值进行比较，或使用经验公式的变化来预测所述对准参数的值，以及在随后的对准步骤中使用所预测的值。

29.根据权利要求7所述的系统，包括多个摄像机，用于观看所述车辆的每个后轮上的相应目标；并且

其中，检测车辆推进角变化包括：针对该车轮的每个所采集的目标位姿计算每个车辆后轮的辗轧角，基于从在所述车轮旋转开始时或在对准调整开始时获取的第一所采集的目标位姿得到的辗轧角来计算初始参考推进角，基于从所述后轮的所采集的目标位姿的其余位姿得到的所述辗轧角来计算后继推进角，对所述参考推进角与每个后继推进角进行比较以判断所述后继推进角之一偏离所述参考推进角的偏差是否多于阈值量。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，当所述后继推进角之一偏离所述参考推进角的偏差多于所述阈值量时，警告用户所述车辆推进角已过多地改变。

31.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据处理器用于至少部分地基于每个相应目标的所采集的图像数据来计算具有目标的每个所述车轮的轮轴。

32.根据权利要求31所述的系统，其中，计算所述轮轴包括对所述车轮的所述目标的多个位姿中的位姿对进行比较，其中，每对位姿中的所述位姿之间的旋转角超过预定角度。

33.根据权利要求1所述的系统，包括多个摄像机，用于观看设置在所述车辆的每个可转向前轮上的相应目标，并且当所述车轮和所述目标连续向中心的左边和右边转动若干度数而没有暂停时采集所述目标的图像数据，其中，所述图像数据用于计算所述目标的最少的多个位姿；

其中，所述目标的最小数量的位姿包括当所述车轮和所述目标连续转动所述旋转度数而没有暂停时由每个摄像机采集每五度转动的至少一个位姿；并且

其中，所述数据处理器用于至少部分地基于当所述车轮和所述目标连续转动时采集的所述图像数据来计算每个所述前轮的主销后倾角。

34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述多个摄像机用于观看所述车辆的每个后轮上的相应目标；并且

其中，所述数据处理器用于通过针对该车轮的每个所采集的目标位姿计算每个所述车辆后轮的辗轧角来检测过多的车辆推进角变化，基于从在所述前轮转动开始时获取的第一所采集的目标位姿得到的辗轧角来计算初始参考推进角，基于从所述后轮的所采集的目标位姿的其余位姿得到的所述辗轧角来计算后继推进角，对所述参考推进角与每个后继推进角进行比较以判断所述后继推进角之一偏离所述参考推进角的偏差是否多于阈值量。

35.根据权利要求34所述的系统，其中，当所述后继推进角之一偏离所述参考推进角的偏差多于所述阈值量时，警告用户所述车辆推进角过多地改变。

36.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标的所述最小数量的位姿中的每个位姿被存储起来。

37.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标的所述最小数量的位姿包括当所述车轮和目标连续转动所述旋转度数而没有暂停时由所述至少一个摄像机采集的每五度转动的至少一个位姿。

38.根据权利要求1所述的系统，包括多个摄像机，每个摄像机用于观看设置在所述车辆的相应车轮上的相应目标。

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