CN1238690C - 测量车轮滚动半径的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种在轮位对准和其它诊断或维修操作中使用的车轮滚动半径测量方和设备。在车轮上安装一个光扫描标板。采用机器视觉系统，诸如三维轮位对准器，测量第一位置。使汽车行进一个短距离，测量第二位置。利用第一位置测量数据和第二位置测量数据的线性差和角度差，计算和储存滚动半径值。根据滚动半径值，对汽车轮位对准操作取得的轮位对准值进行修改。可以用得出和储存的平面角的角度值来调整轮位对准值。

Description

测量车轮滚动半径的方法和设备
技术领域
本发明一般性地涉及汽车维修设备和维修方法，尤其涉及车轮滚动半径和相关参数的测量设备和方法。
背景技术
为确保汽车轮位对准符合汽车制造商提供的规范，汽车轮位对准系统具有重要的作用。如果车轮轮位失准，轮胎可能出现过量磨损或不对称磨损。此外，如果车轮轮位不能恰当地对准，汽车的性能，特别是操纵性和稳定性会受到严重的影响。本文使用的“车轮”是指汽车的轮胎和车轮组件。这种组件一般包括一个安装在金属轮或“钢圈”上的常规轮胎。
汽车车轮轮位对准的方法有许多种。例如，操作员或轮位对准技术员使用诸如机器视觉系统等视觉成像设备测定各种物体的位置。这些机器视觉系统采用摄像机等光敏器件，例如、名为“汽车车轮轮位对准用摄像机的校正方法和设备”的美国专利5,809,658中和名为“汽车车轮轮位对准测定方法和设备”的美国专利5,535,522中披露的设备和方法。这些对比文件描述的设备有时称为“三维对准器”，或简称“对准器”。图1示出这种对准器的俯视图。以下详细讨论图1所示的对准器。
汽车车轮的尺寸变化可能影响车轮轮位的对准。即使车轮尺寸微小的变化，也可能引起轮位对准出现较大的变化。因此，绝大多数汽车制造商建议轮位对准技术员要对所有车轮进行检验，应确保车轮匹配(即车轮尺寸一致)，轮胎不磨损，并且每个轮胎充气合适。如果出现任一问题，在继续进行轮位对准之前，轮位对准技术员必须先予以解决。不幸的是，轮位对准技术员有可能忘记进行这些检验和维修，或者难以评估轮胎的状况。这样一来，无论是哪种情况，都会严重地影响轮位对准，并有可能降低车辆的性能。
此外，汽车制造商提供的轮位对准规范是参照车辆停放的平面，也称为“重心面”或“台架面”制订的。然而，在某些轮位对准系统中，例如在上述轮位对准器中，是参照通过车轮中心的平面，也称为“车辆面”进行轮位对准测量的。对于具有同一尺寸车轮的车辆，台架面与车辆面是平行的。但是，如果车轮的尺寸不同，则台架面与车辆面就不再平行。因此，制造商提供的规范便不能直接和轮位对准器测得的轮位对准数据进行比较。
轮位对准技术员在正确地实施轮位对准时还必须掌握有关信息。这些信息包括：车轮尺寸、与另一个车轮比较时的车轮相对尺寸、汽车制造商提供的规范、轮位对准测量数据、以及对采用本文上述轮位对准器那样的轮位对准系统测得的轮位对准数据进行调整的结果，或对制造商提供的有关台架面与车辆面夹角规范的调整结果。
发明目的
通过以上所述，在这一领域需要有一种设备和方法，以便提供测量数据，表明汽车车轮的尺寸。
还需要一种设备和方法，测定某种特定的汽车车轮尺寸之间可能出现的差异。
也还需要一种设备和方法，显示车轮测量结果，以便辅助轮位对准技术员完成如下任务：探测低气压轮胎、测定某些轮胎是否比其它轮胎磨损更为严重、确定各车轮是否匹配、或者表明悬挂载荷不对称。
也还需要一种设备和方法，测量台架面与车辆面之间的夹角，以便允许技术员测定这两个平面是否平行。
还需要一种设备和方法，当台架面与车辆面不平行时，能调整轮位对准测量数据，达到正确的轮位对准。
在轮位对准工序中，可部分地自动测定和显示重要信息的设备和方法，是非常有利的。这些信息包括：车轮尺寸、汽车车轮的比较数据、汽车制造商提供的轮位对准规范、轮位对准测量数据、以及对台架面与车辆面之间出现不平行时对轮位对准测量数据进行调整的结果。
根据本发明的一方面，一种测量安装有光扫描标板的车轮滚动半径(R)的方法，该方法包括如下步骤：
当车轮处于初始位置时，形成标板的初始图像；
当车轮从初始位置滚动到最终位置而处于最终位置时，形成标板的最终图像；和
根据初始位置和最终位置的比较结果，测量车轮在滚动过程的滚动半径值。
优选的，形成初始图像的步骤包括如下步骤：
当车轮处于初始位置时，光扫描标板，并得出和储存表示该初始位置的值；
形成最终图像的步骤包括如下步骤：
光扫描处于最终位置的标板；和
得出和储存表示该最终位置的值；以及
测量滚动半径的步骤包括如下步骤：
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程的行进距离值(P)；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程横移的转动角的角度(θ)；
根据如下关系式得出并储存车轮的滚动半径值
R = 360 ( P ) 2 πθ .
根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量其上安装有光扫描标板的车轮的滚动半径值(R)的系统，所述系统包括：
当车轮位于初始位置和最终位置时光扫描标板的装置，该装置得出和存储表示初始位置的值和表示最终位置的值，其中车轮从初始位置滚动到最终位置；
根据得出的位置值，测量车轮在滚动过程的行进距离值(P)的装置；
根据得出的位置值，测量车轮在滚动过程横移的转动角的值(θ)的装置；
根据如下关系式，得出和储存车轮的滚动半径值的装置
R = 360 ( P ) 2 πθ .
根据本发明的又一方面，提供了一种测量设备，用来测量装有标板的车轮从初始位置滚动到最终位置的滚动半径值，该设备包括：
一个视觉成像设备，探测车轮位于初始位置时标板的初始图像，并探测车轮位于最终位置时标板的图像；以及
一台数据处理机，通过设计的程序，根据对标板的初始图像和最终图像的比较，测量车轮滚动过程的滚动半径值。
根据本发明的又一方面，提供了一种测量安装有光扫描标板的车轮滚动半径的方法，该方法包括如下步骤：
当车轮处于初始位置时，光扫描标板，并得出和储存表示该初始位置的值；
使车轮从初始位置滚动到最终位置；
光扫描处于最终位置的标板，得出和储存表示该最终位置的值；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程的行进距离值；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程横移的转动角的角度；并且
根据行进的距离值及转动的角度值，得出并储存车轮的滚动半径值。
根据本发明的再一方面，提供了一种测量车轮滚动半径的方法，该方法包括如下步骤：
得出和储存表示车轮初始位置的值；
得出和储存表示车轮最终位置的值，其中车轮从初始位置滚动到最终位置；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程的行进距离值；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程横移的转动角的角度；并且
根据行进的距离值及转动的角度值，得出并储存车轮的滚动半径值。
附图说明
这里对本发明只是举例说明，而不局限于此说明，各附图中同一附图标记是指相同的部件，其中：
图1是采用单个摄像机的典型汽车轮位对准系统的示意图。
图2是一个车轮的车轮半径和滚动半径的示意图。
图3A是车轮滚动时的车轮行进距离图。
图3B是车轮滚动时的车轮转动角度图。
图4是车轮滚动半径测量数据的典型显示图。
图5是车辆的每一侧车轮滚动半径测量数据比较结果的典型显示图。
图6A是相同尺寸车轮的车辆图，表明台架面与车辆面平行。
图6B是不同尺寸车轮的车辆图，表明台架面与车辆面不平行。
图7是测量台架面与车辆面夹角用的信息说明图。
图8是采用线性传感器测量车轮行进距离的说明图。
图9A是采用重力测量仪测量转动角的说明图。
图9B是重力测量仪的举例说明图。
图10是实施例实施可依据的计算机系统的方框图。
具体实施方式
描述车轮滚动半径和台架面与车辆面夹角的测量设备和方法。在以下描述中，为了说明，陈述了许多具体的细节，以便全面了解本发明。显然，对所属领域的技术人员来说，没有这些具体的细节，也能实施本发明。在其它情况下，为了避免不必要地使本发明难以理解，以方框图的形式示出人们熟知的结构和部件。
背景知识和基础概念
滚动半径的定义
图2示出具有车轮半径204和滚动半径206的车轮202。车轮202一般有一个恒定的轮径208，在图2中被示出停放在平面214上。车轮202半径定义为车轮中心212与车轮外表面210之间的距离。该半径的值依选择的车轮外表面210上的测量点而变化。例如，如果是从车轮中心212至车轮202的顶表面测量半径，则该测量结果是车轮半径204，等于轮径208的二分之一。然而，由于车辆的重量作用，轮胎偏置和扁压在滚压的平面214上。如果车轮202的轮胎气压低于制造商的规范，车轮202很可能扁压在平面14上，形成较大的扁平接地点或接触面。因此，从车轮中心212至车轮202的底表面，即与表面214接触的表面，测量车轮202半径，得出的滚动半径206要小于车轮半径204。
滚动半径206和车轮半径204之差可能严重影响车辆轮位对准，因而影响车辆的性能。车辆车轮滚动半径测量数据的比较还可给轮位对准技术员提供车轮不匹配、不均匀磨损、轮胎气压不足或悬挂载荷不对称等情况。
滚动半径的测定
由于滚动半径206小于车轮半径204，在规定距离，车轮202在平面214上滚动时行进的距离要大于充气合适的车轮202的行进距离。实际上车轮202起着半径等于滚动半径206的较小的圆形车轮的作用。车轮202滚动一个较短的距离，便可测得滚动半径206。具体地说，通过测定车轮滚动的距离和车轮转过的角度，便可测定滚动半径206。
图3A是车轮300从左方初始位置302滚动一个短距离至右方最终位置304时车轮位置的变化图。以下描述也适用于车轮从右滚动到左的情况。
初始位置302是指处于初始位置302的车轮300表面与车轮300停放或滚动的表面322之间的初始接触点310。初始接触点310直接位于车轮中心的初始位置312下方。在车轮上可安装一个标板307。标板307具有初始方位306。标板307是一个矩形件，利用机械视觉系统或其它等效设备可对它进行光扫描或光探测。
在图3A给出的实例中，最终位置304是指位于最终位置304的车轮表面与表面322之间的最终接触点318。最终接触点318直接位于车轮中心的最终位置314下方。标板307具有最终方位308。
对初始接触点310和最终接触点318进行比较，得出车轮300滚动的“行进距离”316。行进距离316有时也称为“横进距离”。典型的行进距离为6英寸～3英尺。
图3B是车轮从初始位置302滚动到最终位置304通过的转动角320示意图。比较标板307的初始方位306和最终方位308，得出转动角320的角度。转动角320有时称为“滚动角”。可采用在合适的软件控制下的自动化机械视觉系统获取标板307的位置信息。下文将作进一步描述。
利用表示行进距离316和转动角320的值，可测得车轮的滚动半径。
圆的周长通过如下关系式测得：
         C＝2πR                 (1)
式中C是圆的周长，R是圆的半径，π是几何常数(圆周率)。
如果一个圆转过某个给定的角度，该角度θ与转过一周360度之比跟圆转动的部分周长P与圆的全周长C之比是相同的。这一关系可由下式表示：
θ 360 = P C - - - ( 2 )
求解周长C的这一表达式，得出：
C = 360 ( P ) θ - - - ( 3 )
为了求出圆的半径R，将周长C的表达式(3)代入方程式(1)，求出R。这便得出求解圆半径的关系式：
R = 360 ( P ) 2 πθ - - - ( 4 )
采用其它转动角也可写出类似的表达式。例如，如果以弧度测量转动角，则方程式(4)中的常数“360”可用“2π”替换。
将这一关系式应用到图3A所示的滚动车轮，部分周长P便是行进距离316。θ角便是转动角320。半径R是图2所示的滚动半径206。因此，如果已知行进距离316和转动角320，便可测定车轮202的滚动半径206。可采用本专利申请下文进一步描述的轮位对准系统，测定进行距离316和转动角320的值。
计算机辅助三维车辆轮位对准系统综述
图1是一种计算机辅助三维车辆轮位对准系统(“三维轮位对准器”或“对准器”)的示意图。虽然图1描述的是一种单摄像机轮位对准系统，也可以使用其它机械视觉系统，包括采用多台摄像机的机械视觉系统。
在图1中，由车辆底盘的示意图表示汽车20，包括两个前轮22L和22R，两个后轮24L和24R。汽车20位于常规轮位对准试验台或轮位对准台架26上，用虚线表示。在每一个车轮上安装有标板54。
一台电视摄像机30连接在诸如处理信息的计算机32、数据处理机或其它等效设备等电子处理设备上。计算机32还能将结果显示在视觉显示装置34上。可采用键盘36等输入设备将数据和其它有关信息输入计算机32。可将计算机产生的拟进行轮位对准的车轮的准三维图描绘在显示装置34上。此外，显示装置34还可描绘提示或建议，指导轮位对准技术员进行轮位对准操作。计算机32、显示装置34和键盘36是对实施本实施例的计算机硬件的简要描述。下面讨论本实施例和其它实施例可采用的其它各种硬件。
电视摄像机30沿着观察光路38通过透镜40照到车轮22L、22R、24L和24R上，以及分束器42上。分束器42把观察光路38分成为两路，分别为38L和38R。如图1所示，观察光路38的左分光路38L经分束器42反射后与初始观察光路垂直。同样，右分光路38R经过安装在分束器42附近的棱镜或反射镜44反射后与初始光路垂直。该装置还有一个外罩48，罩内安装有分束器42、反射镜44，并且至少有两个平面-斜置反射镜46L和46R。从该点向前，该装置在汽车左侧和右侧的相应部件和光路是完全相同的，因此，仅对一侧进行描述即可。
可对其进行光扫描的标板54被安装在每一个车轮22L和24L上。观察光路38的左分光路38L被左边的平面-斜置反射镜46L反射到标板54上。該左边的平面-斜置反射镜46L可活动，可使电视摄像机30相继观察汽车20的前轮22L和后轮24L。左边的平面-斜置反射镜46L也可采用另一种构型，能同时观察前轮22L和后轮24L。
在本单个摄像机轮位对准系统的实施例中，观察光路38经左边的平面-斜置反射镜46L通过外罩壁上的孔径50L，到达对应的车轮22L和24L。设有一个块门52L用来关闭孔径50L，从而能有效地阻断分光路38L，使电视摄像机30仅照射汽车20右侧。另外也可以设两个块门53L和53R，和/或在电视摄像机30里设置可以与一个或多个闪光源同步的电子块门，以便在只有特定标板被照射时拍摄图像。
在典型的操作中，本实施例采用的轮位对准系统的一般工作过程如下：将汽车20放置在轮位对准台架26上，该台架可以升高，以便轮位对准技术员进行轮位对准操作。将标板54安装在每一个车轮22L、22R、24L和24R上。轮位对准系统生成每一个标板54的图像。计算机32处理这些探测到的图像，计算出每一个标板相对于观察分光路38L和38R的方位。计算机32还可以将对应于探测到的每一个图像位置的值储存起来。
还要确定主轴的位置。在这一操作中，计算机32需获取标板的图像。汽车向后倒退，计算机获取标板的第二组图像，并计算出汽车向后倒退经过的角度，根据这些计算，测定主轴位置。汽车可向前行进，再行测量，以校验。
计算机32还可以进行必要的校正，计算出车轮相对于相应两个观察分光路的真实方位，以及平面-斜置反射镜46L和46R的方位。然后，计算出每一个车轮22L、22R、24L、和24R主平面的确切方位。“主平面”是一个一般具有垂直方位的、与车轮轮胎花纹平行的成像平面，
上述计算结果显示在显示装置34上。计算机32也有显示装置34，给轮位对准技术员显示指令，当探测到汽车20的车轮22L、22R、24L和24R出现任何未对准时，指导他们需要作哪些校正工作。
行进距离和转动角的对准器测量
在最佳实施例中，采用图1所示的轮位对准系统测量汽车20从初始位置302行进到最终位置304的每一个车轮22L、22R、24L和24R的行进距离316和转动角320。
汽车20最初位于轮位对准台架26上，在每一个车轮22L、22R、24L和24R上安装标板54。轮位对准器拍摄每一个标板54的图像，测定每一个车轮22L、22R、24L和24R的初始位置302。计算机32计算出并储存对应于每一个车轮22L、22R、24L和24R的初始位置值。
汽车20从初始位置302行进到最终位置304。一旦汽车20滚动，轮位对准器就拍摄每一个标板54的图像，测定每一个车轮22L、22R、24L和24R的最终位置304。计算机32计算出并储存对应于每一个车轮22L、22R、24L和24R的最终位置值。轮位对准器还可通过计算机32生成的指令或信号，协助技术员使汽车行进，并进行位置测量。
轮位对准器处理每一个车轮22L、22R、24L和24R在初始位置和最终位置的图像，以测定每一个车轮22L、22R、24L和24R的行进距离316和转动角320。在软件或电子器件的控制下，得出并储存行进距离316和转动角320的值。根据上述两种测量数据，轮位对准器根据方程式(4)计算每一个车轮22L、22R、24L和24R的滚动半径206。将计算出的滚动半径储存起来。然后，轮位对准器将这些结果显示在显示装置34上，供评估。而后，轮位对准技术员可以使用这些结果，帮助诊断汽车和车轮的状态，包括对车轮是否正确匹配、是否有哪一个车轮过度磨损、轮胎充气是否合适、以及悬挂载荷是否不对称等等的诊断。
当汽车20从初始位置302行进到最终位置304时，汽车20行进的距离足以对每一个车轮22L、22R、24L和24R的行进距离316和转动角320进行准确的测量。但是，考虑到实际情况，诸如要将汽车一直保持在轮位对准台架26上，对汽车20的行进距离要有所限制。对本实施例来说，汽车20必须以大约10度的最小转动角320行进。此外，汽车20一直保持在轮位对准台架26上，汽车行进的转动角320大约30度就能提供准确的测量数据。
图4是显示在显示装置34上的典型显示图400，显示了汽车20的每一个车轮22L、22R、24L和24R的滚动半径206的值。显示图400的标题402指明显示的数据是每一个车轮22L、22R、24L和24R的滚动半径206。例如，显示单元412显示的是车轮22L的滚动半径206。同样，显示单元414、416和418分别显示的是车轮22R、24L和24R的滚动半径206。提供的汽车图404辅助轮位对准技术员建立显示单元的测量数据与对应车轮的关系。
此外，轮位对准器还能对获取的每一个车轮的测量值进行比较。例如，轮位对准器可将对应车轮初始位置302的值与对应车轮最终位置304的值进行比较，计算出对应于行进距离316值的线性差。同样，轮位对准器可将对应于车轮初始位置302的值和对应于车轮最终位置304的值进行比较，计算出对应于转动角320的角度差。
在轮位对准过程中，轮位对准器还可进行轮位对准测量，并根据滚动半径206的值调整一个或多个轮位对准测量数据。此外，轮位对准器还可以将轮位对准测量数据与表示理想的轮位对准值的预定值进行比较。同样，轮位对准器也能对滚动半径测量数据与表示理想滚动半径值的预定值进行比较。
轮位对准器还可以对两个或更多个车轮的轮位对准测量数据或滚动半径测量数据进行比较，并计算出其差值。这些差值还可与预定的规范进行比较。可在两个前轮22L和22R之间和两个后轮24L和24R之间进行这些比较，以判明两侧的轮位对准或车轮滚动半径是否存在差异。同样，可从前轮至后轮，即车轮22L和22R之间和24L和24R之间进行比较。
此外，滚动半径的各个测量数据可与预定值、预定值的范围或制造规范作比较，轮位对准器可指明测量值是否超出规定的允许值，其方法是产生一个可包含告警信息的异常信号，向轮位对准技术员提供告警。除本实施例所列出的比较外，还可对滚动半径测量数据进行其它多种比较。根据对显示装置34的显示结果的观察，轮位对准技术员便可较好地确定出存在的问题是否足以造成轮胎过度磨损或不对称磨损、或车辆性能下降，诸如操作性或稳定性降低。
图5是显示装置34的典型显示结果500图，该图给出了汽车20每一个车轴两侧车轮22L、22R、24L和24R的比较结果。在该实例中，告警信息502表明对两侧前轮22L和22R，以及对两侧后轮24L和24R从侧面至侧面进行了比较。显示结果500利用了图4给出的滚动半径采样结果。
轮位对准器采用告警信息502，让显示装置34提示一对前车轮22L和22R的滚动半径是否超差。这种提示可促使轮位对准技术员去研究前轮22L和22R滚动半径超差的原因。例如，该超差可能由于如下一个或多个原因造成的，前轮22L和22R不匹配(即车轮尺寸不一)，右前轮22R过度磨损，右前轮气压不足，或悬挂载荷不对称，为此在继续进行轮位对准之前应加以调整。
利用滚动半径计算台架平面与车辆面之间的平面角
也可利用滚动半径值来测量其它重要参数，这些重要参数可用来对汽车轮位对准有关的参数进行比较或修改。尤其是可利用滚动半径值来测量参考平面或地平面(在本发明的实施例中称为“台架面”)与通过车轮中心的平面(在本实施例中称为“车辆面”)之间的夹角。
台架面与车辆面之间的夹角(在此称为“平面角”)测量数据的用途有多种。例如，需对轮位对准测量数据进行校准或调整，以便对这些测得的轮位对准数据与汽车制造商提供的轮位对准规范进行比较。这一点在汽车制造商提供的是台架平面对准规范的情况下尤为重要，因为轮位对准测量数据是依据车辆面测定的，而且台架面和车辆面是不平行的，如图1所示的轮位对准器的情况。否则，需调整制造商的规范。
图6A是前轮22和后轮24的尺寸相同的汽车20示意图。在这一示例中，台架面602与车辆面604相互平行。因此，平面角等于0度。如果该平面角等于0度，则轮位对准测量数据可直接与汽车制造商提供的轮位对准规范作比较。
然而，汽车车轮的尺寸常常不完全相同。图6B给出的车辆20前轮22比后轮24小。请注意，为了描述，图6B示出的前轮22和后轮24的尺寸差被夸大了。在本示例中，台架面602与车辆面604互相不平行，造成平面角不等于0度。因此，图1所示的轮位对准测量系统测得的轮位对准数据需要调整后再与汽车制造商提供的轮位对准规范作比较，该规范一般是参照台架面制订的。或者调整汽车制造商提供的轮位对准规范。虽然，图6B表示出前轮22和后轮24之间的尺寸差，但是，两侧的车轮尺寸也可不相同，也存在前面讨论的同样问题。
根据负切线的几何关系测出台架面602与车辆面604之间的平面角。如图7所示，可在前轮22的中心704、后轮24的中心706与后轮24中心706直接下方的一个点708之间画出一个直角三角形。如图7所示，前轮22的中心704与后轮24的中心706之间的水平位移等于Wb，即汽车轮组定距。
图7还显示了前轮22的滚动半径710，用R1表示，和后轮24的滚动半径712，用R2表示。后轮24中心706与点708之间的垂直位移714等于(R2-R1)，即R2，后轮24的滚动半径712，与R1，前轮22的滚动半径710之差。
如果给定垂直位移714和轮组定距716，则根据如下关系式可在负切线函数的基础上测定平面角720，用ψ表示：
ψ = tan - 1 ( R 2 - R 1 W b ) - - - ( 5 )
对不同尺寸的前轮和后轮计算得出的平面角720，同样适用于计算两侧车轮尺寸不同的平面角720。
一旦测定了平面角720，经调整后便可以用于显示轮位对准测量值，这样，这些测量数据便可与台架面参照。将主销后倾角值与平面角差相加，得出台架面。
行进距离测量的其它实施例
在另一个实施例中，可不参照平面角来测量汽车行进距离。图8为这一实施例的实例。图中，汽车20从初始位置804朝离开壁802的方向行进到最终位置806。在图8中，线性传感器800有一个元件814被安装在汽车的一个固定点上，线性传感器800的外壳体816固定在轮位对准台架、地板或壁802的某个固定点上。当线性传感器的元件814从初始位置810运动到最终位置812时，根据线性传感器元件814的指示变化测定行进距离808。
在另一个实施例中，轮位对准技术员可采用激光测距仪、测量磁带或等效设备手工测量行进距离808。然后将测得的行进距离数据输入轮位对准系统，例如上述的轮位对准器。这样的轮位对准器还具有其它功能，诸如测量转动角、进行计算、比较这些结果，并为轮位对准技术员评估显示结果。
转动角测量
在另一个实施例中，通过安装在车轮上的重力测量仪来测量转动角，该重力测量仪与车轮面平行。车轮面是一种成像面，它一般呈垂向，并与轮胎花纹平行。因此，当车轮滚动时，安装成与车轮面平行的重力测量仪转动的角度与车轮转动的角度是相同的。如果由重力测量仪测出车轮初始位置和车轮最终位置的角度，则可从这两个角度测量数据之差得出转动角的角度。
图9A是这另一实施例的示意图。车轮900位于初始位置902。该示图还显示在初始位置906处有一个重力测量仪901。当车轮900滚动到最终位置904时，重力测量仪901便位于最终位置908。图9B是位于初始位置906和最终位置908的重力测量仪901的简化示意图。如图所示，转动角910是重力测量仪901初始位置906与最终位置908之差。静止时，重力测量仪901垂直于平面912。
本实施例可采用的重力测量仪包括亨特工程公司或FMC公司制造的那些电子对准头。在这样的电子对准头中，最典型的有三种重力测量仪。车轮平面上的第一重力测量仪被称为主销后倾测量仪。采用第二重力测量仪来测量车轮滚动距离(已跑的里程)，以测定车轮跑偏补偿。由于这两个重力测量仪与车轮面平行，故均适用于本实施例。
在另一个实施例中，转动角可由轮位对准技术员采用手工方式测量。然后将转动角测量数据输入上述轮位对准器那样的轮位对准系统。该轮位对准器还可进行其它测量，诸如行进距离测量，并对测量结果进行计算，和/或比较、以及显示这些测量数据、计算结果和比较结果。
测量滚动半径
在许多轮位对准系统中，采用自定中心的夹紧装置将对准头或标板固定在车轮上。这样，对准头和夹紧装置上的一个点便位于车轮中心。通过测量该中心点与车轮外缘上任何一点之间的距离，便可测出车轮外缘上该点的车轮半径。如果测量中心点与车轮底面接触地面点之间的距离，由于该点直接位于车轮中心的下方，这样便可直接测量出车轮滚动半径。
在另一个实施例中，可采用行车高度测量装置测量滚动半径。通常采用行车高度测量装置测量车轮中心与车轮顶端之间的距离来测量行车高度。例如，亨特工程公司制造的一种行车高度测量装置在进行机械改装后能够接触车轮顶端或接触汽车停放的试验台或轮位对准台架。改装包括安装L杆，头朝下，并且增加一个较长的水平段，使它能与车轮顶端接触。该装置可以头朝下安装。这样，线性测量装置运动，并接触车辆停放表面。这就可使轮位对准系统直接测量特定车轮的滚动半径。
在另一个实施例中，轮位对准技术员可以采用测量带或等效设备手工测出车轮中心至车轮外缘上某点(该点直接位于车轮中心下方)的距离来测出滚动半径。然后将滚动半径测量数据输入上述轮位对准器这样的轮位对准系统。该轮位对准器还可进行其它测量，诸如对测得的结果进行计算和/或比较，并显示这些测量、计算和比较结果。硬件综述
图10是一个方框图，示出完成本发明实施例的计算机系统1000。计算机系统1000包括一个传送信息用的总线1002或其它通信设备，一个与总线1002连接、处理信息用的处理机1004。计算机系统1000还包括一个与总线1002连接、存储信息和处理机1004执行指令的主存储器1006，诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储设备。主存储器1006还可用来存储处理机1004执行指令过程中的临时变量或其它中间信息。计算机1000还可包括与总线1002连接、存储静态信息和处理机1004执行指令的只读存储器(ROM)1008或其它静态存储设备。一个存储设备1010，诸如磁盘或光盘与总线1002连接，用于存储信息和指令。
计算机系统1000经总线1002与显示设备1012，如阴极射线管(CRT)等连接，将信息显示给计算机用户。输入设备1014包括字母数字键和其它键与总线1002连接，将信息和指令有选择地传送到处理机1004。其它类型的用户输入设备是光标控制设备1016，诸如鼠标器、跟踪球或光标方向键，用来将方向信息和指令有选择地传送到处理机1004，并控制鼠标在显示器1012上运动。这种输入设备最为典型的是两个轴，第一轴，即X轴；第二轴，即Y轴，具有二自由度，这样输入设备便可以确定平面上的位置。
本发明涉及使用计算机1000测定汽车每一个车轮的滚动半径以及台架面与车辆面之间的平面角。根据本发明的一个实施例，计算机系统1000通过执行主存储器1006存储的一个或多个指令的一个或多个序列，计算出滚动半径和平面角。这些指令可从其它计算机可读媒体，诸如存储设备1010，读入主存储器1006。主存储器1006存储的指令序列的执行使处理机1004按照本文描述的处理步骤处理信息。在另一个实施例中，可使用硬连线电路代替，或与软件指令结合来实施本发明。因此，本发明的实施例不限于硬件电路和软件的任何特定的组合。
文中使用的术语“计算机可读媒体”是指参与给处理机1004提供执行指令的任何媒体。这样一种媒体可以有许多形式，包括，但不限于非易失性媒体、易失性媒体和传输媒体。非易失性媒体包括光盘或磁盘，例如存储设备1010。易失性媒体包括动态存储器，例如主存储器1006。传输媒体包括同轴电缆、铜线和光缆，包括含有总线1002的线路。传输媒体还可呈声波或光波形式，诸如无线电通信和红外数据通信产生的波。
计算机可读媒体的常见形式包括软磁盘、硬盘、磁带、或任何其它磁媒体、只读光盘存储器、任何其它光学媒体、穿孔卡、纸带、任何其它带孔的媒体、随机存取存储器、可编程只读存储器、可擦可编程只读存储器、快速可擦可编程只读存储器、任何其它存储器芯片或盒式磁带、本文上述的载波、或任何其它计算机能读出的媒体。
各种形式的计算机可读媒体可以包括携带处理机1004执行的一种或多种指令的一个或多个序列。例如，指令最初可携带在遥控计算机的磁盘上。遥控计算机可将指令装载入它的动态存储器中，并采用调制解调器通过电话线发送指令。位于计算机系统1000附近的调制解调器能接收电话线传送的数据并利用红外发射机将数据转换成红外信号。红外探测器可以接收红外信号携带的数据，合适的线路将数据送到总线1002。总线1002将数据带给主存储器1006，处理机1004从主存储器1006检索并执行指令。主存储器1006接收到的指令在被处理机1004执行之前或之后，可存储在存储设备1010上。
计算机系统1000还包括一个与总线1002连接的通信接1018。通信接口1018提供与网络链路1020相接的双向通信。网络链路1020与局域网1022连接。例如，通信接口1018可以是一种综合服务数字网络(ISDN)卡或一个调制解调器，将数据通信送到相应类型的电话线。另一个例子是，通信接口1018可以是一种局域网(LAN)卡，将数据通信送到某个兼容的局域网。也可采用无线链路。在任何一种情况下，通信接口1018发送和接收带有表示各种类型信息的数字数据流的电信号、磁信号或光信号。
网络链路1020通过一种或多种网络给其它数据设备提供数字通信。例如，网络链路1020通过局域网1022与主计算机1024或与因特网服务提供器(ISP)1026操作的数据设备连接。然而因特网服务提供器1026再通过全球分组数据通信网，现通常称为“因特网”1028，提供数字通信服务。局域网1022和因特网1028均利用携带数字数据流的电信号、磁信号或光信号。通过各种网络的信号、网络链路1020上的信号和通过通信接口1018的信号，均将数字数据送入计算机系统1000，或从计算机系统1000带走数字数据，是传输信息的典型载波形式。
计算机系统1000可通过网络、网络链路1020和通信接口1018发送信息和接收数据，包括程序代码。例如通过因特网，一台服务器1030可通过因特网1028、因特网服务提供器1026、局域网1022和通信接口1018发送应用程序要求的代码。根据本发明，为测定汽车车轮滚动半径和测定文中所述的平面角，提供了这样一种下载应用功能。
接收到的代码，在接收时便由处理机1004执行，和/或存储在存储设备1010或其它非易失性存储器中以便以后执行。在这种情况下，计算机系统1000可获得载波形式的应用代码。
在上述说明书中，参照具体实施例对本发明作了描述。但是，很明显，对本实施例可作各种更改和修改，但都不会越出本发明的原则和范围。因此，说明书和附图视为一种说明，而不是一种限制。

Claims (42)

1.一种测量安装有光扫描标板的车轮滚动半径(R)的方法，该方法包括如下步骤：
当车轮处于初始位置时，形成标板的初始图像；
当车轮从初始位置滚动到最终位置而处于最终位置时，形成标板的最终图像；和
根据初始位置和最终位置的比较结果，测量车轮在滚动过程的滚动半径值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
形成初始图像的步骤包括如下步骤：
当车轮处于初始位置时，光扫描标板，并得出和储存表示该初始位置的值；
形成最终图像的步骤包括如下步骤：
光扫描处于最终位置的标板；和
得出和储存表示该最终位置的值；以及
测量滚动半径的步骤包括如下步骤：
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程的行进距离值(P)；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程横移的转动角的角度(θ)；
根据如下关系式得出并储存车轮的滚动半径值
R = 360 ( P ) 2 πθ .
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于行进距离值的测量包括对初始位置值与最终位置值进行比较的步骤和对这两个值的线性差进行计算的步骤。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于行进距离值的测量包括采用机器视觉系统对初始位置值和最终位置值进行比较的步骤，和对这两个值的线性差进行计算的步骤。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于转动角角度的测量包括对初始位置值与最终位置值进行比较的步骤，和计算它们的角度差的步骤。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于转动角角度的测量包括采用机器视觉系统对初始位置值与最终位置值进行比较的步骤，和计算它们的角度差的步骤。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于得出车辆滚动半径值(R)的步骤包括采用机器视觉系统的数据处理机计算如下关系式：
R = 360 ( P ) 2 πθ .
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：
采用轮位对准器得出和存储汽车轮位为对准过程中的一个或多个车轮轮位对准值；以及
根据滚动半径值修改一个或多个轮位对准值。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：对滚动半径值和预定范围的值进行比较；以及
当滚动半径值超过预定值的范围时，产一个异常信号。
10.根据权利要求2所述的方法，它还包括如下步骤：
对滚动半径值和表示理想滚动半径值的预定的第二个滚动半径值进行比较。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：
使第二个车轮滚动；
测量第二个车轮滚动过程中的第二个行进距离(P2)；
测量第二个车轮滚动过程中横移的第二个转动角的值(θ2)；
根据如下关系式测定第二个车轮的第二个滚动半径值(R2)；
R 2 = 360 ( P 2 ) 2 π θ 2
对滚动半径值和第二个滚动半径值进行比较；
得出和储存表示第一个车轮和第二车轮不匹配量值的不匹配值。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：
通过测量汽车的第一个车轮的第一滚动半径值(R1)和第二个车轮的第二滚动半径值(R2)，测量台架面和停在轮位对准台架上的汽车的车辆面之间的平面角的值(Ψ)；
测量第一个车轮的第一中心与第二个车轮的第二中心之间的水平位移值(Wb)；
根据如下关系式测出并储存平面角的值
ψ = Tan - 1 ( R 2 - R 1 W b )
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：
通过测量汽车的第一个车轮的第一滚动半径值(R1)和第二个车轮的第二滚动半径值(R2)，测量台架面和停在轮位对准台架上的汽车的车辆面之间的平面角的值(Ψ)；
测量第一个车轮的第一中心与第二个车轮的第二中心之间的水平位移值(Wb)；根据如下关系式求出平面角的角度值
ψ = Tan - 1 ( R 2 - R 1 W b )
以及根据该平面角的角度值，修改与汽车轮位对准有关的一个或多个值。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，滚动半径值的测量包括如下步骤：
测定车轮的中心；
确定车轮与车轮停放面之间的触地点，该触地点位于车轮中心的正下方；以及
测量车轮中心与车轮触地点之间的垂直距离，即相当于车轮滚动半径值。
15.一种用于测量其上安装有光扫描标板的车轮的滚动半径值(R)的系统，所述系统包括：
当车轮位于初始位置和最终位置时光扫描标板的装置，该装置得出和存储表示初始位置的值和表示最终位置的值，其中车轮从初始位置滚动到最终位置；
根据得出的位置值，测量车轮在滚动过程的行进距离值(P)的装置；
根据得出的位置值，测量车轮在滚动过程横移的转动角的值(θ)的装置；
根据如下关系式，得出和储存车轮的滚动半径值的装置
R = 360 ( P ) 2 πθ .
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于测量行进距离值的装置，对初始位置值与最终位置值作比较并计算两者线性差。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于测量行进距离值的装置，包括机器视觉系统，用于对初始位置值与最终位置值作比较并计算两者线性差。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于转动角角度测量装置，对初始位置值与最终位置值作比较并计算两者角度差。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于转动角角度测量装置，包括机器视觉系统，用于对初始位置值与最终位置值作比较并计算两者角度差。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于求出车轮滚动半径值(R)的装置，包括数据处理机，用于根据计算如下关系式
R = 360 ( P ) 2 πθ .
21.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，它还包括处理器，该处理器被编程来执行如下步骤：
采用轮位对准器得出和存储汽车在对准过程中一个或多个轮位对准值；以及
根据滚动半径值修改一个或多个轮位对准值。
22.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，它还包括处理器，该处理器被编程来执行如下步骤：
对滚动半径值和预定范围的滚动半径值进行比较的装置；以及当滚动半径值超过预定滚动半径值的范围时产生一个异常信号。
23.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，它还包括处理器，来执行如下步骤：
对滚动半径值和表示理想滚动半径值的预定的第二滚动半径值进行比较。
24.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，它还包括：
测量第二个车轮滚动过程的第二行进距离值(P2)的装置；
测量第二个车轮滚动过程横移的第二转动角的值(θ2)的装置；
根据如下关系式测定第二个车轮的第二滚动半径值(R2)的装置；
R 2 = 360 ( P 2 ) 2 π θ 2
对滚动半径值和第二滚动半径值进行比较的装置；以及
得出和储存表示第一个车轮和第二个车轮不匹配量值的装置。
25.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，它还包括：
测量汽车的第一个车轮的第一滚动半径值(R1)和第二个车轮的第二滚动半径值(R2)的装置；
测量第一个车轮的第一中心与第二个车轮的第二中心之间的水平位移值(Wb)的装置；和
根据如下关系式求出并储存平面角的值的装置
ψ = Tan - 1 ( R 2 - R 1 W b ) ,
其中，Ψ为台架面和停放在轮位对准台架上的汽车车辆面之间的平面角。
26.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，它还包括：
测量汽车的第一个车轮的第一滚动半径值(R1)和第二个车轮的第二滚动半径值(R2)的装置；
测量第一个车轮的第一中心与第二个车轮的第二中心之间的水平位移值(Wb)的装置；
根据如下关系式求出平面角的角度值的装置
ψ = Tan - 1 ( R 2 - R 1 W b ) ,
其中，Ψ为台架面和停放在轮位对准台架上的汽车车辆面之间的平面角；以及根据平面角的角度值，修改与汽车轮位对准有关的一个或多个值的装置。
27.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，它还包括：
测定车轮的中心的装置；
确定车轮与车轮停放面之间的触地点的装置，该触地点位于车轮中心的正下方；以及
测量车轮中心与车轮触地点之间的垂直距离的装置，即相当于车轮滚动半径值。
28.一种测量设备，用来测量装有标板的车轮从初始位置滚动到最终位置的滚动半径值，该设备包括：
一个视觉成像设备，探测车轮位于初始位置时标板的初始图像，并探测车轮位于最终位置时标板的图像；以及
一台数据处理机，通过设计的程序，根据对标板的初始图像和最终图像的比较，测量车轮滚动过程的滚动半径值。
29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于视觉成像设备采取光扫描车轮处于初始位置时的标板，探测标板的初始图像，和光扫描车轮处于最终位置时的标板，探测标板的最终图像。
30.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计程序，(a)根据初始图像和最终图像，测量车轮滚动过程的行进距离值(P)；(b)根据初始图像和最终图像测量车轮滚动过程横移的转动角的角度值(θ)；以及(c)根据如下关系式测定车轮的滚动半径值(R)
R = 360 ( P ) 2 πθ .
31.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计程序，(a)得出和存储对应于初始图像的初始位置值和对应于最终图像的最终位置值；(b)对初始位置值和最终位置值进行比较，(c)计算两个位置的线性差，对应于行进距离值(P)；(d)根据初始图像和最终图像测量车轮滚动过程横移的转动角的角度值(θ)；以及(e)根据如下关系式测定车轮的滚动半径值(R)
R = 360 ( P ) 2 πθ .
32.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，(a)根据初始图像和最终图像测量车轮滚动过程的行进距离值(P)；(b)得出和储存对应于初始图像的初始位置值和对应于最终图像的最终位置值；(c)对初始位置值和最终位置值进行比较；(d)计算两个位置的角差，对应于转动角的角度值(θ)；以及(e)根据如下关系式测定车轮滚动半径值(R)
R = 360 ( P ) 2 πθ .
33.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，(a)采用轮位对准器，得出和储存汽车轮位对准过程中的一个或多个轮位对准值；(b)根据滚动半径值，修改一个或多个轮位对准值。
34.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，(a)对滚动半径值和预定范围的值进行比较；(b)当滚动半径值超过预定值的范围，产生一个异常信号。
35.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，对滚动半径值和表示理想半径值的预定的第二滚动半径值进行比较。
36.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，(a)测量第二个车轮滚动后的第二滚动半径，测量行进距离值(P2)，测量第二转动角的角度(θ2)，并且根据如下关系式测定第二滚动半径值(R2)
R 2 = 360 ( P ) 2 π θ 2 ;
(b)对滚动半径值和第二滚动半径值进行比较；
(c)得出和存储表示第一个车轮和第二个车轮不匹配量值的不匹配值。
37.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，(a)测量汽车的第一个车轮的第一滚动半径值(R1)和第二个车轮的第二滚动半径值(R2)；(b)测量第一个车轮的第一中心与第二个车轮的第二中心之间的水平位移值(Wb)；(c)根据如下关系式测出并储存台架面和停放在轮位对准台架上的汽车车辆面之间的平面角的角度值(Ψ)；
ψ = Tan - 1 ( R 2 - R 1 W b )
38.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，(a)测量汽车的第一个车轮的第一滚动半径值(R1)和第二个车轮的第二滚动半径值(R2)；(b)测量第一个车轮的第一中心与第二个车轮的第二中心之间的水平位移值(Wb)：(c)根据如下关系式测出台架面和停放在轮位对准台架上的汽车车辆面之间的平面角的角度值(Ψ)；
ψ = Tan - 1 ( R 2 - R 1 W b )
(d)根据平面角的角度值，修改与汽车轮位对准有关的一个或多个值。
39.根据权利要求28所述的设备，其特征在于数据处理机通过设计的程序，(a)测定车轮中心；(b)确定车轮与车轮停放面之间的触地点，该触地点位于车轮中心的正下方；并且(c)测量车轮中心与车轮触地点之间的垂直距离值，对应于车轮的滚动半径值。
40.一种测量车轮滚动半径的方法，该方法包括如下步骤：
得出和储存表示车轮初始位置的值；
得出和储存表示车轮最终位置的值，其中车轮从初始位置滚动到最终位置；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程的行进距离值；
根据初始位置值和最终位置值，测量车轮在滚动过程横移的转动角的角度；并且
根据行进的距离值及转动的角度值，得出并储存车轮的滚动半径值。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，采用计算机系统利用如下关系式实施上述步骤：
R = 360 ( P ) 2 πθ
其中，R代表滚动半径值，θ代表转动角的角度值，P代表车轮滚动过程的行进距离值。
42.如权利要求40所述的方法，其特征在于，在车轮上安装有光扫描标板，通过光扫描位于初始位置和最终位置的标板，从而得出和储存表示该初始位置和最终位置的值。
CNB008134081A 1999-09-28 2000-09-26 测量车轮滚动半径的方法和设备 Expired - Lifetime CN1238690C (zh)

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