CN1425127A - 机动车的车轮和轴对准的测量 - Google Patents

机动车的车轮和轴对准的测量 Download PDF

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Abstract

利用定位系统确定机动车车轮之间的对准，包括利用靶来显示车上的车轮位置；对靶成像，以获得车轮位置的方位；以及计算前轮和后轮之间的关系。通过计算后轮和前轮轨迹并将所计算的前轮和后轮轨迹与前轮和后轮轨迹的规定范围进行比较，来帮助对准。而且，可以计算右轮轴距和左轮轴距，并将所计算的右轮轴距和左轮轴距与右轮轴距和左轮轴距的规定范围进行比较。也可以实现偏移和偏斜的测量。同时披露了一种利用计算机实施的确定车轮之间对准的定位系统。

Description

机动车的车轮和轴对准的测量
相关申请的横向参考
本申请要求2000年4月25日提交的美国临时申请No.60/199,366和2000年6月28日提交的美国临时申请No.60/214,390的优先权，这些申请在此引入作为参考。
技术领域
本发明通常涉及一种机动车对准，更具体的说，本发明涉及利用定位系统来确定车轮彼此之间的对准。
背景技术
机动车对准系统对于确保车上车轮的对准处于机动车制造商所提供的技术标准之内是重要的。如果车轮没有对准，就会有过度或不均匀的磨损。另外，如果车轮没有正确地对准，车的性能、尤其是操控性和稳定性就会受到不好的影响。此处使用的“轮子”或“车轮”表示在机动车上安装的轮胎和轮子的组件。这种组件一般包括安装在金属轮或“轮圈”上的传统的轮胎。
可以采用多种方式来对准机动车上的轮子。例如操作者或对准技师可以采用视觉影像系统，例如采用光传感设备如摄像机的计算机辅助的三维(3D)机器视觉，来确定各种物体的位置。尽管这种机器视觉系统通常用于进行对准，但是这些系统可以用于获得机动车的其它位置和角度取向信息。在Jackson等人的题为“用于确定机动车轮对准的方法和设备”的US5,724,743(1998，3，10)和Jackson等人的题为“用于确定机动车轮对准的方法和设备”的US5,535,522(1996，7，16)中披露了这种设备和方法的示例，这两篇专利在此引入作为参考。这些专利中披露的设备有时称为“3D对准仪”或“对准仪”，以下称为视觉影像系统。此处使用的“定位系统”是指对准系统，例如视觉影像系统，以及与该对准系统结合使用以获得机动车的位置和角度取向信息的其它元件。
上述定位系统提供例如车轮旋转中心的信息，这有助于车轮的对准。但是其它信息例如车轮平行度也有助于技师进行车轮对准。因此，需要一种改进的方法，来使用可以获得车轮其它位置信息例如车轮平行度的定位系统。
发明概述
本发明满足上述和其它需要，其中根据本发明的一个方面，包括：用靶显示车轮在车上的位置；对靶进行成像以获得车轮位置的方位；以及计算前轮和后轮之间的关系。计算前轮和后轮之间的关系包括：计算在两个前轮之间延伸的前轮轨迹，计算在两个后轮之间延伸的后轮轨迹，将所计算的前轮轨迹和所计算的后轮轨迹之间的夹角与该角度的规定范围进行比较。另外，所计算的前轮和后轮轨迹可以与前轮和后轮轨迹的规定范围进行比较，作为技师在对准车轮时的帮助。
在另一个方面，前轮和后轮之间的关系的计算包括：计算右轮轴距，其中右轮轴距定义为在其中一个右轮附近并且垂直的从穿过该轮子的车轮轨迹到穿过另一个右轮的车轮轨迹之间的直线距离。另外，该计算可以包括计算左轮轴距，其中左轮轴距定义为在其中一个左轮附近并且垂直的从穿过该轮子的车轮轨迹到穿过另一个左轮的车轮轨迹之间的直线距离。或者，右轮轴距可以被定义为在两个右轮之间，而左轮轴距可以定义为在两个左轮之间。然后所计算的右轮轴距和左轮轴距可以与右轮轴距和左轮轴距的规定范围进行比较，以作为技师在对准车轮时的帮助。
在另一个方面，前轮和后轮之间的关系的计算包括：计算前轮轨迹的前中心点；计算后轮轨迹的后中心点；限定从前轮和后轮轨迹之一的中心点开始并与其垂直的线，它与前轮和后轮轨迹中的另一个相交；计算该线与前轮和后轮轨迹中的另一个的交点与该前轮和后轮轨迹中的另一个的中心点之间的偏离距离。然后将所计算的偏离距离与偏离距离的规定范围进行比较，以作为技师在对准车轮时的帮助。
在另一个方面，前轮和后轮之间的关系的计算包括：计算右前轮和左后轮之间的第一对角线；计算左前轮和右后轮之间的第二对角线。然后，可以计算第一对角线和第二对角线之间的差，将所计算的第一对角线和第二对角线之间的差与第一对角线和第二对角线差的规定范围进行比较。而且，将所计算的第一对角线与第一对角线的规定范围进行比较，将所计算的第二对角线与第二对角线的规定范围进行比较，以作为技师在对准车轮时的帮助。
另外，可以计算第一对角线和一个轮轨迹之间的第一偏斜角；计算第二对角线与一个轮轨迹之间的第二偏斜角。然后计算第一偏斜角和第二偏斜角之间的差，将所计算的第一偏斜角和第二偏斜角之间的差与第一偏斜角和第二偏斜角差的规定范围进行比较。另外，将所计算的第一偏斜角与第一偏斜角的规定范围进行比较，将所计算的第二偏斜角与第二偏斜角的规定范围进行比较，以作为技师在对准车轮时的帮助。
本领域的技术人员从以下的描述中可以容易地理解本发明的其它优点，其中通过简单的解释本发明的最佳实施方式仅显示和描述了本发明的示例性实施方案。可以理解，本发明可以有其它和不同的实施方案，它的一些细节可以进行各种改动，而不会脱离本发明的范围。因此附图和说明应当被视为是示例性的而不是限制性的。
附图的简要说明
参考附图，其中具有同样附图标记的元件在本文中表示类似的元件，其中：
图1是定位系统和视觉成像系统的透视图；
图2是利用用于实现轮轴距平行度测量的定位系统所获得的点的示意图。
优选实施方案的详细说明
定位系统能够获得车的位置信息，例如车轮的平行度。而且，可以获得轮轴距的偏移和偏斜。通过利用一个或多个摄像机来对与要测量的每个位置相关联的靶进行成像，而由定位系统确定一个或多个位置的空间关系，来部分实现这一点。通过对靶进行成像，然后将成像的靶与该靶的基本图像进行比较，来操作定位系统。因为摄像机的观察路径是已知的，因此可以确定靶相对于该观察路径的取向角以及靶在三维空间内的确切方位。然后从与要测量的位置相关联的靶的方位，推断所要测量的每个位置的方位。
图1表示定位系统的示例。该定位系统100包括视觉成像系统102，它具有安装在梁114上的彼此隔开固定的一对摄像机110，112。梁114的长度足够用来分别将摄像机110，112设置在车辆侧面的外侧，以利用定位系统100进行成像。而且梁114将摄像机110，112设置在车间地面116上方足够高处，以确保在车辆左侧的两个靶118，120都落入左侧摄像机110的视野内，而车辆右侧的两个靶122，124都落入右侧摄像机112的视野内。
靶118，120，122，124安装在机动车的每个车轮126，128，130，132上，每个靶118，120，122，124包括靶体134、靶元件136以及连接装置138。连接装置138将靶118，120，122，124连接至车轮126，128，130，132。连接装置的一个示例如Borner等人的题为“车轮对准轮圈夹钳”的US5,024,001中披露的，该专利在此引入作为参考。靶元件136设置在靶体134上。可用于本发明的靶体134和靶元件136的示例如美国专利US5,724,743所述。
在操作中，一旦定位系统100已经用校准靶(未显示)进行了校准，如所引用的文献所述，就可以将车辆驶到机架133上，如果需要，将车辆升高到适当的修理高度。将靶118，120，122，124连接至车轮轮圈上之后，调整其取向，从而靶体134上的靶元件136面向各个摄像机110，112。然后将车辆和年型连同其它的识别参数例如车辆VIN号码、牌照号码、所有者姓名等输入视觉成像系统102。
一般知道，靶118，120，122，124相对于连接有该靶的车轮126，128，130，132的轮圈的方位具有约0.01″-0.01°的精度。当靶118，120，122，124在一个位置成像之后，将车轮126，128，130，132旋转至另一个位置，并进行新的成像。利用靶118，120，122，124在两个位置的成像方位，可以利用视觉成像系统102计算车轮126，128，130，132和轮轴的准确位置和取向。尽管两个位置之间的距离可以变化，但是该距离通常大致是8英寸。
图2示意地表示所获得的关于车轮126，128，130，132、轮轨迹150，152和轮轴距154，156的信息。按照定位系统100所计算的，前轮轨迹150在用于限定两个前轮126，130的方位的两个轮位置P1、P3之间延伸，其中心点为150a。另外，后轮轨迹152在用于限定两个后轮128，132的方位的两个轮位置P2、P4之间延伸，其中心点为152a。轮位置P1、P2、P3和P4是从定位系统100对设置在轮126，128，130，132上的靶118，120，122，124成像而获得的。右轮轴距154计算为用于限定两个右轮126，128的方位的两个轮位置P3、P4之间的距离。左轮轴距156计算为用于限定两个左轮130，132的方位的两个轮位置P1、P2之间的距离。要指出的是，用于限定轮126，128，130，132位置的轮位置P1、P2、P3和P4可以是沿着轮126，128，130，132旋转轴的任何普通位置。而且，轮轴距154，156可以是前轮126，130和后轮128，132之间的垂直距离，如图所示，或者轮轴距154，156可以是用于限定前轮126，130方位的轮位置P1、P3和用于限定后轮128，132方位的轮位置P2、P4之间的直线距离。
计算之后，可以人工地或利用定位系统，将轮轨迹150，152和轮轴距154，156与要检查的具体车辆的轮轨迹和轮轴距的理想范围进行比较。然后所计算的轮轨迹150，152和轮轴距154，156与理想范围的比较可以由技师用来作为车辆对准的帮助。
对于技师的另一个帮助是，利用定位系统100将轮轨迹150，152彼此之间就平行度进行比较，并显示角差值。如果轮轨迹150，152所限定的假想的线是0°隔开的，则轮轨迹150，152是完全平行的。定位系统100也可以显示轮轨迹150，152之间角度的理想范围，例如0.00-0.50°，并向技师显示所计算的角度在理想范围内。
所获得的关于轮126，128，130，132的信息也包括偏斜的测量值。当轮126，128，130，132所限定的平面是梯形或平行四边形而不是方形时，偏斜是梯形或平行四边形与方形之间偏差的测量。例如可以分别在左前轮126和右后轮132之间、在右前轮130和左后轮128之间画出对角线158，160。偏斜的一个测量值是这些对角线158，160的长度差。例如如果对角线158比对角线160长，则后轮128，130向右偏斜。相反，如果对角线158比对角线160短，则后轮128，130向左偏斜。定位系统100可以显示对角线158，160的长度，并将它们彼此进行比较。另外，定位系统可以将对角线的长度与被测量的具体车辆长度的理想范围进行比较。
偏斜的另一种测量是将在轨迹150，152和从左前轮126至右后轮132的对角线之间的偏斜角162a，162b与在轨迹150，152和从右前轮130至左后轮128之间的偏斜角164a，164b进行比较。例如如果偏斜角162a，162b小于偏斜角164a，164b，则表示后轮128，130偏向右。相反，如果偏斜角162a，162b大于偏斜角164a，164b，则表示后轮128，130偏向左。定位系统100可以显示偏斜角162a，162b，164a，164b，并将偏斜角162a，162b，164a，164b进行彼此比较。另外，定位系统可以将偏斜角162a，162b，164a，164b与被检测的具体车辆的偏斜角的理想范围进行比较。
类似于偏斜的测量是偏移，它定义为从轮轨迹152，150的中心点152a，150a至线168与轮轨迹152，150的交点166的距离。线168从另一个轮轨迹150，152的中心点150a，152a开始并垂直于该另一个轮轨迹150，152。根据从哪一个轮轨迹150，152垂直开始线168，可以获得两个偏移值。而且，根据轮轨迹150，152的取向，这两个偏移值可以彼此不同。但是如果轮轨迹150，152是平行的，这两个偏移值就一致。以这种方式，这两个偏移值之间的比较可以用来确定轮轨迹150，152是否平行。定位系统100可以显示偏移值中的一个或两个并将这些偏移值彼此进行比较。另外，定位系统可以将这一个或两个偏移值与被检测的具体车辆的偏移值的理想范围进行比较。
本发明可以利用传统的材料、方法和设备来实现。因此这些材料、设备和方法的细节在此不详细说明。在前面的描述中，已经提出了多种具体的细节，例如特定材料、结构、化学制品和工艺等，以充分理解本发明。但是应当认识到，不借助于前述具体的细节，也可以实现本发明。在其它的例子中，没有详细描述已知的工艺结构，以免不必要地混淆本发明。
在本发明的公开中只显示了本发明的示例性方面以及它多种可能性的一些实例。应当理解，本发明能够在各种其它组合和环境中使用，并能够在如下所述的本发明的范围内进行改变和改动。

Claims (32)

1.一种利用定位系统来确定机动车车轮之间的对准的方法，包括以下步骤：
利用靶来显示车上的车轮位置；
对靶成像，以获得车轮位置的方位；以及
计算前轮和后轮之间的关系。
2.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
计算前轮轨迹，所述前轮轨迹限定在两个前轮的方位之间；以及
计算后轮轨迹，所述后轮轨迹限定在两个后轮的方位之间。
3.如权利要求2的方法，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的前轮轨迹和所计算的后轮轨迹之间的夹角与所计算的前轮轨迹和所计算的后轮轨迹之间夹角的规定范围进行比较。
4.如权利要求2的方法，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的前轮轨迹与前轮轨迹的规定范围进行比较，以及将所计算的后轮轨迹与后轮轨迹的规定范围进行比较。
5.如权利要求2的方法，还包括以下步骤：
计算右轮轴距，该右轮轴距是在其中一个右轮附近并且垂直的从穿过该右轮的车轮轨迹到穿过另一个右轮的车轮轨迹之间的直线距离；
计算左轮轴距，该左轮轴距是在其中一个左轮附近并且垂直的从穿过该左轮的车轮轨迹到穿过另一个左轮的车轮轨迹之间的直线距离。
6.如权利要求5的方法，其中计算前轮和后轮关系的步骤包括将所计算的右轮轴距与右轮轴距的规定范围进行比较，以及将所计算的左轮轴距与左轮轴距的规定范围进行比较。
7.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
计算右轮轴距，该右轮轴距限定在两个右轮的方位之间；以及
计算左轮轴距，该左轮轴距限定在两个左轮的方位之间。
8.如权利要求7的方法，其中计算前轮和后轮关系的步骤包括将所计算的右轮轴距与右轮轴距的规定范围进行比较，以及将所计算的左轮轴距与左轮轴距的规定范围进行比较。
9.如权利要求2的方法，还包括以下步骤：
计算前轮轨迹的前中心点；
计算后轮轨迹的后中心点；
限定从前轮轨迹和后轮轨迹之一的中心点开始并与其垂直而且与该前轮轨迹和后轮轨迹中的另一个相交的线；以及
计算从该线与该前轮轨迹和后轮轨迹中的另一个的交点至该前轮轨迹和后轮轨迹中的另一个的中心点之间的偏离距离。
10.如权利要求9的方法，其中计算前轮和后轮关系的步骤包括将所计算的偏离距离与偏离距离的规定范围进行比较。
11.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
计算第一对角线，第一对角线限定在右前轮和左后轮的方位之间；
计算第二对角线，第二对角线限定在左前轮和右后轮的方位之间。
12.如权利要求1 1的方法，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括计算第一对角线和第二对角线之间的差值，并将所计算的第一对角线和第二对角线之间的差值与第一对角线和第二对角线之间差值的规定范围进行比较。
13.如权利要求11的方法，其中计算前轮和后轮关系的步骤包括将所计算的第一对角线与第一对角线的规定范围进行比较，以及将所计算的第二对角线与第二对角线的规定范围进行比较。
14.如权利要求11的方法，还包括以下步骤：
计算第一偏斜角，该第一偏斜角是第一对角线和轮轨迹之一的夹角；
计算第二偏斜角，该第二偏斜角是第二对角线和另一个轮轨迹之间的夹角。
15.如权利要求14的方法，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括计算第一偏斜角和第二偏斜角之间的差值，并将所计算的第一偏斜角和第二偏斜角之间的差值与第一偏斜角和第二偏斜角之间差值的规定范围进行比较。
16.如权利要求14的方法，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的第一偏斜角与第一偏斜角的规定范围进行比较，以及将所计算的第二偏斜角与第二偏斜角的规定范围进行比较。
17.一种利用计算机实施的定位系统，用于确定机动车车轮之间的对准，包括：
一个或多个靶，用来显示车上的车轮位置；以及
视觉成像系统，用于对靶成像以获得车轮位置的方位，并用于计算车辆的前轮和后轮之间的关系。
18.如权利要求17的系统，其中视觉成像系统计算前轮轨迹和计算后轮轨迹，该前轮轨迹限定在两个前轮的方位之间，后轮轨迹限定在两个后轮的方位之间。
19.如权利要求18的系统，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的前轮轨迹和所计算的后轮轨迹之间的夹角与所计算的前轮轨迹和所计算的后轮轨迹之间夹角的规定范围进行比较。
20.如权利要求17的系统，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的前轮轨迹与前轮轨迹的规定范围进行比较，以及将所计算的后轮轨迹与后轮轨迹的规定范围进行比较。
21.如权利要求18的系统，其中视觉成像系统计算右轮轴距和左轮轴距，该右轮轴距是在其中一个右轮附近并且垂直的从穿过该右轮的车轮轨迹到穿过另一个右轮的车轮轨迹之间的直线距离，该左轮轴距是在其中一个左轮附近并且垂直的从穿过该左轮的车轮轨迹到穿过另一个左轮的车轮轨迹之间的直线距离。
22.如权利要求21的系统，其中计算前轮和后轮关系的步骤包括将所计算的右轮轴距与右轮轴距的规定范围进行比较，以及将所计算的左轮轴距与左轮轴距的规定范围进行比较。
23.如权利要求17的系统，其中视觉成像系统计算右轮轴距和左轮轴距，该右轮轴距限定在两个右轮方位之间，该左轮轴距限定在两个左轮的方位之间。
24.如权利要求23的系统，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的右轮轴距与右轮轴距的规定范围进行比较，以及将所计算的左轮轴距与左轮轴距的规定范围进行比较。
25.如权利要求18的系统，其中视觉成像系统：
计算前轮轨迹的前中心点和后轮轨迹的后中心点；
限定从前轮轨迹和后轮轨迹之一的中心点开始并与其垂直而且与该前轮轨迹和后轮轨迹中的另一个相交的线；以及
计算从该线与该前轮轨迹和后轮轨迹中的另一个的交点至该前轮轨迹和后轮轨迹中的另一个的中心点之间的偏离距离。
26.如权利要求25的系统，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的偏离距离与偏离距离的规定范围进行比较。
27.如权利要求17的系统，其中视觉成像系统计算第一对角线和第二对角线，第一对角线限定在右前轮和左后轮的方位之间，第二对角线限定在左前轮和右后轮的方位之间。
28.如权利要求27的系统，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括计算第一对角线和第二对角线之间的差值，并将所计算的第一对角线和第二对角线之间的差值与第一对角线和第二对角线之间差值的规定范围进行比较。
29.如权利要求27的系统，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括将所计算的第一对角线与第一对角线的规定范围进行比较，以及将所计算的第二对角线与第二对角线的规定范围进行比较。
30.如权利要求27的系统，其中视觉成像系统计算第一偏斜角和第二偏斜角，该第一偏斜角是第一对角线和轮轨迹之一的夹角，该第二偏斜角是第二对角线和另一个轮轨迹之间的夹角。
31.如权利要求30的系统，其中计算前轮和后轮之间关系的步骤包括计算第一偏斜角和第二偏斜角之间的差值，并将所计算的第一偏斜角和第二偏斜角之间的差值与第一偏斜角和第二偏斜角之间差值的规定范围进行比较。
32.如权利要求30的系统，其中计算前轮和后轮关系的步骤包括将所计算的第一偏斜角与第一偏斜角的规定范围进行比较，以及将所计算的第二偏斜角与第二偏斜角的规定范围进行比较。
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