DE102005063050A1

DE102005063050A1 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Achsgeometrie

Info

Publication number: DE102005063050A1
Application number: DE200510063050
Authority: DE
Inventors: Steffen Abraham
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Beissbarth GmbH
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2007-07-05
Also published as: WO2007077063A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Achsgeometrie eines mindestens ein Rad aufweisenden Fahrwerks eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei mindestens ein Entfernungsmesssensor eines Messsystems verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Achsgeometrie eines mindestens ein Rad aufweisenden Fahrwerks eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.

Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. So wird zum Beispiel in der DE 197 57 760 A1 ein optisches Messsystem offenbart, welches auf der Bildaufnahme durch ein Stereo-Kamerasystem basiert. Dieses weist an einem zu messenden Rad zwei Kameras auf, die aus zwei unterschiedlichen Perspektiven eine Markierungseinrichtung mit am Rad und an der Karosserie angeordneten Bezugselementen, insbesondere reflektierenden Bezugselementen, bei Bewegung des Fahrzeugs und/oder der Räder des Fahrzeugs erfassen. Durch die Bilder der Kameras und der bekannten geometrischen Lage der Kameras zueinander werden durch Triangulation die 3D-Koordinaten der Bezugselemente zum jeweiligen Zeitpunkt der Bildaufnahme bestimmt. Durch die Bewegung des Fahrzeugs und/oder der Räder kann dabei eine Datenauswertungseinheit die Rad-/Achsgeometrie aus der Bewegung der 3D-Koordinaten der Bezugselemente ermitteln. Eine effiziente Nutzung dieses Messsystems erfordert eine sehr genaue Ausrichtung von zwei Kameras zueinander und einen gewissen Abstand zwischen den Kameras, um eine aus reichende Genauigkeit der 3D-Koordinaten der Bezugselemente zu erhalten. Das System erfordert dadurch also einen stabilen mechanischen Aufbau, der auch eine gewisse Größe aufweist.

Weiterhin ist aus der EP 0280941 B1 ein berührungsloses Messsystem bekannt, bei dem durch eine Lichtquelle, insbesondere einem Laser, mindestens zwei Lichtschnitte auf die Seitenwand eines Reifens projiziert werden, und bei dem ein optisches Sensormittel in einem bestimmten Winkel, in Bezug auf die Achse des gesendeten Lichts, das vom Rad reflektierte Licht aufnimmt, in entsprechende elektrische Signale umwandelt und diese zu einer Datenauswertungseinheit sendet, in der ein digitales Bild des Rades erstellt wird. Ein Vorteil dieser Ausführung ist, dass an dem Rad und/oder der Karosserie keine Bezugselemente angebracht werden müssen.

Darüber hinaus sind Messvorrichtungen bekannt, die einen Radadapter aufweisen, der in einer festen Beziehung zu einem Rad eines Kraftfahrzeuges positioniert angeordnet ist, wobei eine Kamera auf den Radadapter gerichtet ist, mit deren Bildern die räumliche Lage des Radadapters, und damit auch die des Rades, bezüglich der Position der Kamera bestimmt wird. Diese Ausführung weist den Nachteil auf, dass zunächst ein aufwendiger Adapter an dem Rad anzubringen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist zur Positionsbestimmung des Rades mindestens einen Entfernungsmesssensor auf. Ein Entfernungsmesssensor der erfindungsgemäßen Art weist eine Lichtquelle auf, welche Licht, insbesondere Laser-Licht, auf das Rad sendet, wobei das vom Rad reflektierte Licht von dem Entfernungsmesssensor aufgenommen wird. Über eine Signalverarbeitung wird mittels einer Laufzeitmessung des Lichts der Abstand zwischen Entfernungsmesssensor und beleuchtetet Oberfläche ermittelt. Durch die Verwendung eines Entfernungsmesssensors werden der Aufwand und die Kosten für eine Achsgeometrievermessung zum einen dadurch erheblich verringert, dass nur ein Sensor pro Rad verwendet wird (vergleiche DE 42 12 426 C1 ), keine Lichtschnitte auf das Rad prajiziert (EP-OS 280941) oder aufwendige Adapter an den Rädern angebracht werden müssen ( EP 1184640 A2 ), und zum anderen dadurch, dass keine Bezugselemente/Markierungen an dem zu messenden Rad und/oder an der Karosserie des Fahrzeugs angebracht werden müssen. Darüber hinaus werden der Entfernungsmesssensor und die Lichtquelle räumlich dicht beieinander montiert, wodurch der mechanische Aufbau des Messsystems kleiner gestaltet werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird von dem Entfernungsmesssensor das reflektierte Licht von mindestens drei an dem Rad von einander beabstandeten Punkten aufgenommen. Die Punkte sind dabei so gewählt, dass sie eine Ebene aufspannen, die der Stellung des Rades entspricht. Dadurch kann die Stellung des Rades im Raum (in Bezug auf den Entfernungsmesssensor) dreidimensional ermittelt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden zwei zur Fahrzeugmittellängsebene einander gegenüberliegende Räder mit zwei ebenfalls einander gegenüberliegenden Entfernungsmesssensoren des Messsystems vermessen. Durch die Vermessung von zwei einander gegenüberliegenden Rädern ist es möglich, die Fahrachse des Fahrzeugs beziehungsweise des Fahrwerks zu errechnen. Entspricht die Fahrachse nicht der Fahrzeugmittellängsebene so kann diese durch Anpassung der Achsgeometrie des Fahrwerks berichtigt werden.

Vorteilhafterweise wird als Entfernungsmesssensor ein Range-Video-Sensor verwendet. Wobei dieser sowohl durch Laufzeitmessung die Entfernung zu einem angeleuchteten Objekt ermittelt, als auch ein Grauwertbild des Objektes erfasst. Dabei wird jedem Pixel des Grauwertbildes eine entsprechende gemessene Entfernung zugeordnet. Hierdurch ist es möglich, mit Hilfe mehrerer erfasster Bilder beziehungsweise einem Video eine Drehung des Rades zu erkennen. Durch Verwendung der Distanzwerte und des Videobildes kann so ein Felgenschlag erkannt und kompensiert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die von jedem verwendeten Entfernungsmesssensor gemessenen Daten an eine Datenauswertungseinheit übertragen, in der die Achsgeometrie, insbesondere Radsturz und/oder Vorspur, auf Basis der gemessenen Daten berechnet werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die in der Datenauswertungseinheit berechneten Ergebnisse bezüglich der Achsgeometrie einem Benutzer mittels einer visuellen Anzeige dargestellt werden, wobei diese zum Beispiel als Monitor und/oder Display ausgeführt sein kann. Einem Benutzer kann so besonders einfach vermittelt werden, ob die Achsgeometrie einem bestimmten Soll entspricht, oder ob Vorspur und/oder Radsturz angepasst werden müssen.

Wird nur ein einzelner Entfernungsmesssensor verwendet, der nur die Entfernung/en zu dem zu messenden Rad misst, kann die dreidimensionale Rekonstruktion des Rades nur an einem lokalen Koordinatensystem des Entfernungsmesssensors erfolgen. Dies allein würde noch keine Aussage über die Stellung des Rades am Fahrwerk zulassen. Es ist daher vorteilhaft, wenn das Messsystem vor einer Achsgeometriemessung kalibriert wird, indem der Entfernungsmesssensor durch geeignete Mittel an dem Rad beziehungsweise dem Fahrwerk des Fahrzeugs oder die Entfernungsmesssensoren, insbesondere zueinander und zur Fahrbahnebene, durch jeweils geeignete Mittel orientiert werden. Wird nur ein einzelner Entfernungsmesssensor bei einer Messung verwendet, so muss zunächst sichergestellt sein, dass er die Position des zu messenden Rades an dem Fahrwerk mit Bezug zur Fahrbahn erfassen kann, damit keine Messfehler entstehen. Werden zwei einander gegenüberliegende oder eine Mehrzahl von zwei einander gegenüberliegenden Entfernungsmesssensoren verwendet, so werden die einander gegenüberliegenden Entfernungsmesssensoren zueinander und zur Fahrbahnebene orientiert.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt während der Messung eines Rades eine Drehung dieses Rades. Dadurch wird sichergestellt, dass ein bei Rädern auftretender Felgenschlag, der bei stillstehendem Rad die Achsgeometriemessung fehlerhaft beeinflussen würde, durch eine Drehung des Rades gemessen und bei der anschließenden Berechnung in der Datenauswertungseinheit kompensiert wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn während der Messung eines Rades ein Bild und/oder eine Bildfolge oder ein Video aufgenommen wird. Durch die Aufnahme einer Bildfolge oder eines Videos kann die für die Kompensation des Felgenschlags nötige Drehung des Rades erfasst werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der Achsgeometrie eines Fahrwerks eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mittels eines berührungslos arbeitenden Messsystems, welches mindestens einen Entfernungsmesssensor, mit den oben beschriebenen Eigenschaften, aufweist.

Vorteilhafterweise weist das Messsystem Mittel zum Kalibrieren des Entfernungsmesssensors auf. Das Kalibrieren besteht darin, einen Entfernungsmesssensor zur Fahrbahnebene und zum Fahrwerk, oder mehrere Entfernungsmesssensoren zur Fahrbahnebene und zueinander zu orientieren, um ein dreidimensianales Bild des Fahrwerks erhalten zu können.

Vorteilhafterweise ist der Entfernungsmesssensor in einem Gehäuse als tragbare/mobile Sensoreinheit angeordnet. Dies erleichtert die Handhabung des Messsystems, da die tragbaren Sensareinheiten schnell und einfach auf- und abgebaut werden können, und bei Nichtbenutzung keinen Platz beanspruchen, der für andere Werkstattarbeiten genutzt werden könnte. Außerdem bietet das Gehäuse dem Sensor einen Schutz.

Werden zwei Sensoreinheiten zur Bestimmung der Achsgeometrie verwendet, so weisen diese vorteilhafterweise als Mittel zum Kalibrieren Bezugselemente, insbesondere reflektierende Bezugselemente auf, die so angeordnet sind, dass die Bezugselemente der einen Sensoreinheit von dem Entfernungsmesssensor der anderen Sensoreinheit erfasst werden können. Die Bezugselemente der jeweiligen Sensoreinheit weisen dabei einen dem Messsystem beziehungsweise der Datenauswertungseinheit bekannten Abstand zueinander und zur Fahrbahnebene auf. Die Bestimmung der globalen Lage der Entfernungsmesssensoren zueinander erfolgt durch die Bestimmung der Lage der Bezugselemente im jeweiligen lokalen Koordinatensystem eines Entfernungsmesssensors in einer Datenauswertungseinheit.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Entfernungsmesssensor als Range-Video-Sensor ausgebildet. So können jedem eine bestimmte Entfernung aufweisenden Punkt auf dem Rad ein Bildpunkt zugeordnet werden oder jedem Bildpunkt eine bestimmte Entfernung. Mit Hilfe daraus entstandener Grauwertbilder kann eine, für die Kompensation eines Felgenschlags nötige Raddrehung, von dem Messsystem leichter gemessen werden.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen
1 die Funktionsweise einer Sensoreinheit,
2 den Aufbau eines Messsystems mit Entfernungsmesssensoren und
3 die Anordnung zweier Sensoreinheiten zum Kalibrieren.
1 zeigt die Funktionsweise eines Messsystems mit einem Entfernungsmesssensor zur Bestimmung einer Achsgeometrie. Dabei ist dargestellt eine Sensoreinheit 1 mit einem in einem Gehäuse 2 angeordneten Entfernungsmesssensor 3 und einer zum Entfernungsmesssensor 3 zugehörigen Lichtquelle 4, welche beide auf ein an einer Radaufhängung 5 befindliches Rad 6 gerichtet sind. Die Lichtquelle 4 sendet moduliertes Licht, in der Zeichnung beispielhaft dargestellt durch die Pfeile 7 und 8, auf das Rad 6. Über eine Signalver arbeitung wird von dem Entfernungsmesssensor 3 mittels einer Laufzeitmessung des gesendeten Lichts der Abstand zwischen Entfernungsmesssensor 3 und Oberfläche 9 des Rades 6 für mindestens drei Punkte auf der Oberfläche 9 ermittelt. Ist der Entfernungsmesssensor 3 kalibriert, indem er durch geeignete Mittel zu einer Bezugsebene 10 orientiert wurde, so kann eine Achsgeometrie, zum Beispiel wie in der Zeichnung dargestellt ein Radsturz 11, ermittelt werden. Zur einfachen Handhabung der Sensoreinheit 1 ist an ihrem Gehäuse 2 ein Tragegriff 12 angeordnet.
2 zeigt den Aufbau eines Messsystems, wobei schematisch ein Fahrzeug 13 mit vier Rädern 14, 15, 16, 17 und einer Fahrzeugmittellängsebene 18, wobei jeweils zwei Räder 15, 17 und 14, 16 einander zu Fahrzeugmittellängsachse 18 gegenüberliegen. Weiterhin zeigt 2 eine Sensoreinheit 19, die mit ihrem Entfernungsmesssensor 20 auf das Rad 15 so gerichtet ist, dass sich das Rad 15 im möglichen Messbereich 21 des Entfernungsmesssensors 20 befindet. Ebenso ist eine Sensoreinheit 22 mit einem Entfernungsmesssensor 23 so angeordnet, dass sich das dem Rad 15 zur Fahrzeugmittellängsebene gegenüberliegende Rad 17 im Messbereich 24 des Entfernungsmesssensors 23 befindet. Die Sensoreinheiten 19 und 22 sind dabei über Verbindungen 25 und 26 mit einer Datenauswertungseinheit 27 verbunden, an die eine visuelle Anzeigeeinheit 28, zum Beispiel als Monitor und/oder Display ausgeführt, über eine Verbindung 29 angeschlossen ist. Die Verbindungen 25 und 26, hier als Kabelverbindungen dargestellt, können alternativ auch als kabellose Verbindungen ausgeführt werden. Ist das Messsystem kalibriert, so kann die Achsgeometrie mit den von den Sensoreinheiten 18 und 22 ermittelten Entfernungsdaten zu den jeweiligen Rädern 16 und 17 in der Datenauswertungseinheit 27 berechnet werden. In der Zeich nung ist weiterhin dargestellt ein Winkel 30 zwischen der Radmittenebene 31 des Rades 15 und einer parallel zur Fahrzeugmittellängsebene 18 durch den Drehpunkt 32 des Rades 15 gelegten Ebene 33. Weiterhin ist ein Winkel 34 zwischen der Radmittenebene 35 des Rades 17 und einer parallel zur Fahrzeugmittellängsebene 18 durch den Drehpunkt 36 des Rades 17 gelegten Ebene 37 dargestellt. Die Räder 14 und 16 sind dagegen mit ihren Radmittenebenen (hier nicht dargestellt) parallel zur Fahrzeugmittellängsebene 18 angeordnet. Die Sensoreinheiten 19 und 22 ermitteln mittels der Entferungssensoren 20 und 23 die Entfernungen zu bestimmten Punkten auf dem Rad, mit denen in der Datenauswertungseinheit 27 die Achsgeometrie, Vorspur und/oder Radsturz, berechnet und an der Anzeigeeinheit 28 einem Benutzer dargestellt wird. Dem Benutzer wird so auf einfache Art und Weise vermittelt, ob zum Beispiel die Winkel 30 und 34 der gewünschten Vorspur entsprechen oder noch angepasst werden müssen, Optional dazu kann das Messsystem durch zwei weitere Sensoreinheiten 38 und 39, die auf die Räder 14 und 16 gerichtet sind, erweitert werden. Dadurch können die Achsgeometrien aller vier Räder 14, 15, 16 und 17 gleichzeitig ermittelt und Messfehler verringert werden.
3 zeigt die Anordnung der zwei Sensoreinheiten 19 und 22 aus der 2, die sich auf einer Fahrbahnebene 40 gegenüberstehen und Mittel 41 zum Kalibrieren des Systems aufweisen. Dabei sind die Mittel 41, zum Beispiel reflektierende Bezugselemente, so an den Sensoreinheiten 19 und 22 angeordnet, dass sie von dem gegenüberliegenden Entfernungsmessungssensor erfasst werden können. Weiterhin weisen die Mittel 41 einen dem System bekannten Abstand 42 zur Fahrbahnebene 40 auf. Dabei kann nun die eine Sensoreinheit 19/22 sich durch Entfernungsmessung zu den Mitteln 41 der anderen Sensoreinheit 22/19 zu dieser orientieren, und in der Datenauswertungseinheit 27 (hier nicht dargestellt) kann ein globales Koordinatensystem der Entfernungsmesssensoren erstellt werden.

Claims

Verfahren zur berührungslosen Messung der Achsgeometrie eines mindestens ein Red aufweisenden Fahrwerks eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Entfernungsmesssensor (3, 20, 23) eines Messsystems verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungsmesssensor (3, 20, 23) die Entfernung zu mindestens drei voneinander beabstandeten Punkten an dem Rad ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zur Fahrzeugmittellängsebene (18) einander gegenüberliegende Räder (15, 17) mittels des Messsystems mit zwei ebenfalls einander gegenüberliegenden Entfernungsmesssensoren (20, 23) vermessen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Entfernungsmesssensor (3, 20, 23) ein Range-Video-Sensor verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von mindestens einem der Entfernungsmesssensoren (3, 20, 23) gemessenen Daten an eine Datenauswertungseinheit (27) übertragen werden, in der die Achsgeometrie, insbesondere Radsturz und/oder Vorspur, auf Basis der gemessenen Daten berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Ergebnisse mittels mindestens einer visuellen Anzeigeeinheit (28), insbesondere eines Monitors und/oder Displays, dargestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem vor oder während einer Achsgeometriemessung kalibriert wird, indem der Entfernungsmesssensor (3, 20, 23) durch Mittel oder die Entfernungsmesssensoren (3, 20, 23), insbesondere zueinander und zur Fahrbahnebene (40), durch Mittel (41) orientiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung eines Rades (14, 15, 16, 17) eine Drehbewegung das Rades (14, 15, 16, 17) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnst, dass während der Messung eines Rades (14, 15, 16, 17) ein Bild und/oder eine Bildfolge oder ein Video aufgenommen wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Achsgeometrie eines Fahrwerks eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mittels eines berührungslos arbeitenden Messsystems, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem mindestens einen Entfernungsmesssensor (3, 20, 23) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem Mittel (41) zum Kalibrieren des Entfernungsmesssensors (3, 20, 23) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungsmesssensor (3, 20, 23) in einem Gehäuse (2) als mobile Sensoreinheit (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sensoreinheiten (19, 22) vorgesehen sind, die jeweils als Mittel (41) zum Kalibrieren Bezugselemente, insbesondere reflektierende Bezugselemente, aufweisen, derart, dass die Bezugselemente der einen Sensoreinheit (19, 22) von dem Entfernungsmesssensor (23, 20) der anderen Sensoreinheit (22, 19) erfasst werden können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungsmesssensor (3, 20, 23) ein Range-Video-Sensor ist.