DE10393821B4

DE10393821B4 - Verfahren und System zum Messen eines Nachlaufs

Info

Publication number: DE10393821B4
Application number: DE10393821T
Authority: DE
Inventors: David A. Jackson; Stephen L. Glickman; James L. jun. Dale
Original assignee: Snap On Technologies Inc
Current assignee: Snap On Inc
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2023-11-19
Also published as: US6661505B2; DE10393821T5; CN1720426A; US20030142294A1; AU2003291035A1; WO2004051180A1; CN100360893C

Abstract

Verfahren zum Messen eines Vor- oder Nachlaufs eines Rades eines Fahrzeugs, umfassend die maschinen-implementierten Schritte: Bereitstellen eines Maschinensichtsystems (100), das eine optische Abbildungsvorrichtung (110, 112) zum Ausbilden eines Sichtpfads mit einem Ziel (118, 120, 122, 124), das an dem Rad festgelegt ist, und zum entsprechenden Erzeugen von Positionssignalen des Rads, und einen Datenprozessor (300) zum Empfangen und Verarbeiten der Positionssignale umfasst; Bestimmen eines Nachlaufwinkels des Rads unter Verwendung des Maschinensichtsystems (100) basierend auf einem ersten Positionssignal des Rads, das von der optischen Abbildungsvorrichtung (110, 112) erzeugt wird, wenn das Rad mit einem ersten Lenkwinkel in eine erste Lenkposition gedreht wird, und einem zweiten Positionssignal des Rads, das von der optischen Abbildungsvorrichtung (110, 112) erzeugt wird, wenn das Rad in der anderen Richtung um den identischen ersten Winkel in eine zweite Lenkposition gedreht wird; Bestimmen von räumlichen Charakteristika einer Lenkachse (14) des Rads auf Basis des Nachlaufwinkels;...

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Fahrzeugservice- bzw. Fahrzeugwartungs-Ausrüstung und Methodik und spezifischer auf ein System und Verfahren zum Messen des Nachlaufs eines Fahrzeugs.
Hintergrund der Offenbarung
Es ist wichtig sicherzustellen, dass Parameter, die auf das Lenksystem und/oder Räder eines Fahrzeugs bezogen sind, innerhalb von Spezifikationen liegen, die durch die Fahrzeughersteller zur Verfügung gestellt werden. Wenn die Parameter nicht mit den Werten übereinstimmen, die in den Spezifikationen spezifiziert sind, kann es einen übermäßigen oder ungleichmäßigen Verschleiß an den Rädern geben. Zusätzlich kann das Fahrverhalten des Fahrzeugs, besonders die Handhabung und Stabilität, nachteilig beeinflusst werden.
Während einer Fahrzeugwartung werden verschiedene Arten und Systeme verwendet, um Parameter zu bestimmen, die auf das Lenksystem und/oder Räder eines Fahrzeugs bezogen sind. Beispielsweise kann während einer Ausrichtung eines Kraftfahrzeugs ein Abbildungs- bzw. Sichtbildgebungssystem, welches optische Abtast- bzw. Erfassungsvorrichtungen aufweist, wie beispielsweise Kameras, verwendet werden, um die Positionen oder positionellen Charakteristika bzw. Merkmale von verschiedenen Objekten bzw. Gegenständen auf dem Fahrzeug zu bestimmen und/oder um positionelle und Winkelausrichtungsinformation über das Fahrzeug zu erhalten. Die Information beinhaltet Spurwinkel, Nachlaufwinkel, Radsturzwinkel, Rahmensymmetrien, usw.
Jedoch wurde gefunden, dass herkömmliche Positionsbestimmungssysteme nicht imstande sind, Ablesungen bzw. abgelesene Meßwerte von bestimmten Parametern zur Verfügung zu stellen, wie beispielsweise einem Nachlauf. Die Definition eines Nachlaufs ist in 1 illustriert. 1 zeigt eine Seitenansicht eines lenkbaren Rads eines Fahrzeugs. Die Lenkachse 14 tritt durch Lenkzapfen 15a und 15b des Rads 22 hindurch. Der Nachlauf 10 ist definiert als der Abstand zwischen dem Schnitt einer Lenkachse 14 des Rads 22 und einer Grundebene 16, und dem Schnitt der seitlichen Mittellinie 50 und der Grundebene 16, bei einer Betrachtung von der Seite des Fahrzeugs. Die seitliche Mittellinie 50 ist eine Linie normal zur Referenzplatte bzw. -ebene 16 und tritt durch die Radmitte 19 hindurch. Alternativ, obwohl weniger häufig verwendet, kann der Nachlauf auch als der vordere und hintere Abstand zwischen dem Zentrum bzw. der Mitte des Rads und dem Schnitt der Lenkachse 14 mit einer Bezugs- bzw. Referenzebene definiert sein, welche sich auf der Höhe der Radmitte 19 und parallel zur Grundebene 16 befindet.
Wenn der Nachlauf eines Fahrzeugs nicht mit den Spezifikationen eines Herstellers zusammenpasst bzw. übereinstimmt, kann die Fehlanpassung ein Anzeichen für eine Fehleinstellung oder Beschädigung an dem Fahrzeugaufhängungs- und/oder -lenksystem sein. Deshalb besteht ein Bedarf für ein System und Verfahren zum Messen des Nachlaufs der Räder an einem Fahrzeug. Es besteht auch ein Bedarf zu bestimmen, ob der gemessene Nachlauf eines Fahrzeugs zu den Spezifikationen passt, die durch Fahrzeughersteller zur Verfügung gestellt werden.
US 5 724 743 A offenbart ein Verfahren und ein Gerät zum Bestimmen der Ausrichtung von Kraftfahrzeugen mit Zielen, die an Rädern anzubringen sind, und Kameras zum optischen Erfassen der Ziele. Eine Verarbeitungseinrichtung erfasst geometrische Eigenschaften und Positionsbeziehungen gewisser bekannter Elemente der Ziele und berechnet damit Positionen und Ausrichtungen der Räder.
US 5 291 660 A offenbart ein Verfahren und ein Gerät zum Bestimmen eines Nachlaufwinkels eines Lenkachsenneigungswinkels, bei dem das Rad des Fahrzeugs auf einem Element gestützt wird, das eine Bewegungsfreiheit entlang der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung und in der Querrichtung hat.
Zusammenfassung der Offenbarung
Ein beispielhaftes System zum Bestimmen eines Nachlaufs beinhaltet ein Datenverarbeitungssystem, wie beispielsweise einen Computer, und Positionsabtastvorrichtungen zum Erhalten von positionellen bzw. Positionssignalen, die positionelle bzw. Positionsparameter des Rads repräsentieren. Die Radmitte kann basierend auf der Radachse, der Spindel bzw. Welle, der Kontaktfläche oder anderen Elementen bestimmt sein bzw. werden, welche verwendet werden können, um die Position der Radmitte zu bestimmen.
Das Datenverarbeitungssystem bestimmt dann eine Projektion des Radzentrums bzw. der Radmitte auf die Bezugsebene und einen Schnitt der Bezugsebene und der Lenkachse oder einer Verlängerung bzw. Erstreckung davon. Das System bestimmt dann den Nachlauf basierend auf dem Abstand zwischen der Projektion der Radmitte auf die Bezugsebene und dem Schnittpunkt bzw. Schnitt.
Die Positionserfassungsvorrichtungen können optische Abbildungs- bzw. Bildgebungsvorrichtungen oder ein Gewicht erfassende bzw. abtastende Vorrichtungen oder beliebige andere Typen bzw. Arten von Vorrichtungen beinhalten, welche Personen mit Erfahrung in der Technik gut bekannt sind, um positionelle Parameter von Gegenständen bzw. Objekten zu erhalten. Optische Abtast- bzw. Erfassungsvorrichtungen können beinhalten Videokameras, Lichtsensoren, und/oder dgl. Die optischen Erfassungsvorrichtungen bilden einen Sichtpfad mit dem Rad direkt oder mit einem Ziel, welches an dem Rad festgelegt ist. Die ein Gewicht erfassenden Vorrichtungen können Schwerkraftanzeigeinstrumente beinhalten, welche an dem Rad montiert sind.
Die Referenz- bzw. Bezugsebene wird basierend auf der Definition des Nachlaufs und der Präferenz des Systementwurfs ausgewählt. Beispielsweise kann die Bezugsebene als die Ebene eingestellt sein, auf welcher das Rad positioniert ist, eine Ebene, die die Radmitte durchtritt, und parallel zu der Ebene, auf welcher das Rad positioniert ist, oder jede andere Ebene, die verwendet werden kann, um den Nachlauf abzuleiten.
Das Datenverarbeitungssystem beinhaltet eine Datenspeichervorrichtung, wie beispielsweise ein Festplattenlaufwerk, welches Instruktionen bzw. Befehle bei bzw. nach einer Ausführung durch einen Datenprozessor bzw. Rechner in dem Datenverarbeitungssystem beinhaltet, um das Datenverarbeitungssystem zu veranlassen, programmierte Funktionen auszuführen.
In einer Hinsicht bzw. einem Aspekt bestimmt das System den Nachlauf basierend auf gut bekannten Parametern, welche auf die Lenkachse bezogen sind, wie beispielsweise Nachlaufwerte. Gemäß einem weiteren Aspekt kann das System auf eine Datenbank zugreifen, welche Spezifikationen eines Nachlaufs des zu testenden Fahrzeugs beinhaltet. Das System kann bestimmen, ob sich der berechnete Nachlauf innerhalb einer bestimmten Begrenzung bzw. Spanne der Spezifikationen befindet. Darüber hinaus kann das System einen Lenkrollradius des Rads erhalten und mit Lenkrollradius-Spezifikationen vergleichen. Optional kann ein graphischer und/oder numerischer Bildschirm, der Messergebnisse und Spezifikationen zeigt, dem Bediener des Systems präsentiert werden, und eine Bestimmung des Betriebsstatus des Rads zu unterstützen.
Auch beschrieben ist ein maschinenlesbares Medium, das eine oder mehrere Sequenzen bzw. Abfolgen von Instruktionen trägt, welche, wenn sie durch wenigstens einen Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor bzw. Rechner veranlassen, den Nachlauf basierend auf positionellen Charakteristika einer Lenkachse des Rads, einer Referenz- bzw. Bezugsebene und einer Radmitte zu bestimmen.
Zusätzliche Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden leicht für jene mit Erfahrung in dieser Technik aus der folgenden detaillierten Beschreibung erkennbar, wobei nur eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einfach anhand einer Illustration des zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung als am besten betrachteten Modus gezeigt und beschrieben ist. Wie erkannt werden wird, ist die vorliegende Offenbarung zu anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen geeignet, und ihre verschiedenen Details sind für Modifikationen in verschiedenen offensichtlichen Beziehungen geeignet, ohne sich von der Offenbarung zu entfernen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibung als von Natur illustrativ und nicht als beschränkend zu betrachten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenbarung ist anhand eines Beispiels und nicht zur Begrenzung in den Figuren der beigefügten Zeichnungen illustriert, und in welche sich gleiche Bezugsziffern auf ähnliche Elemente beziehen und in welchen:
1 eine Seitenansicht eines lenkbaren Rads eines Fahrzeugs ist.
2 eine perspektivische Ansicht desselben Rads ist, wie dies in 1 gezeigt ist.
3 ein beispielhaftes System zum Bestimmen des Nachlaufs zeigt.
4 ein beispielhaftes Ziel zeigt, das in dem Positionsbestimmungssystem verwendet werden kann.
5 ein Fahrzeugrad mit einem Radradius und einem Abrollradius zeigt.
6A ein Fahrzeugrad darstellt, wie es eine kurze Entfernung von einer Ausgangsposition zu einer Endposition gerollt wird.
6B einen Drehwinkel zeigt, durch welchen ein Fahrzeugrad von einer Anfangsposition zu einer Endposition rollt.
7A und 7B ein Rad mit einem Schwerkraftanzeige-Instrument in einer ursprünglichen bzw. Anfangsposition und einer abschließenden bzw. Endposition zeigen.
8 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Datenverarbeitungssystems ist, nach welchem eine Ausführungsform der Offenbarung implementiert werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Offenbarung
In der folgenden Beschreibung sind zu Zwecken einer Erklärung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein genaues Verständnis der vorliegenden Offenbarung zur Verfügung zu stellen. Es wird jedoch für jemanden mit Erfahrung in der Technik verständlich sein, daß die vorliegende Offenbarung ohne diese spezifische Details praktiziert bzw. ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt, um zu vermeiden, die vorliegende Offenbarung unnotwendigerweise zu verschleiern.
Verfahren zum Bestimmen des Nachlaufs
Wie in 1 gezeigt, ist der Nachlauf 10 eines Fahrzeugs definiert als der Abstand zwischen dem Schnitt bzw. Schnittpunkt 32 einer Lenkachse 14 und einer Grundebene 16, und dem Schnitt bzw. Schnittpunkt 31 der Seitenmittellinie 50 und der Referenz- bzw. Bezugsebene 16, wie von der Seite des Fahrzeugs betrachtet. Ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen des Nachlaufs eines Fahrzeugs wird nun beschrieben. Um den Nachlauf eines Fahrzeugs zu bestimmen, müssen die räumlichen Charakteristika bzw. Merkmale der Lenkachse 14, der Radmitte 19 und einer Referenz- bzw. Bezugsoberfläche, wie beispielsweise der Grund- bzw. Bodenoberfläche 16 in 1 bestimmt werden.
2 ist eine perspektivische Ansicht desselben in 1 gezeigten Rads. Die Radmitte 19 kann basierend auf der Radachse, der Spindel bzw. Welle, der Kontaktstelle oder anderen Elementen bestimmt werden, welche in einer räumlichen Beziehung mit der Radmitte bestehen. Beispielsweise ist die Radmitte, wo die Radachse die Ebene des Rads schneidet, wie dies durch die Reifenmittellinie 80 definiert ist. Die räumlichen Charakteristika der Reifenmittellinie 80 können erzielt bzw. erhalten werden, basierend auf der Breite einer Felge, auf welcher der Reifen montiert ist. Beispielsweise ist die relative Position der Reifenmittellinie 80 die äußere Seitenoberfläche des Rads, versetzt um die Hälfte der Breite der Felge. Information bezüglich der Breite der Felge kann durch Zugreifen auf eine Datenbank erhalten werden, welche durch einen Techniker oder aus Spezifikationen eingegeben ist, oder durch eine Position erfassende bzw. abtastende Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Kamera, gemessen werden.
Nach den räumlichen Charakteristika der Lenkachse 14 wird die Radmitte 19 und eine Bezugsoberfläche 16 bestimmt, ein kartesisches Koordinatensystem, das drei Achsen x, y und z aufweist, wird zur Bestimmung des Nachlaufs eingestellt bzw. festgelegt, worin die x-y-Ebene als die Grundoberfläche 16 bestimmt wird, und der Ursprung des Koordinatensystems wird als die Projektion der Radmitte 19 auf die y-Achse bestimmt. Wie in 2 zu ersehen ist, ist der Nachlauf der Abstand bzw. die Distanz zwischen dem Ursprung und der y-Achsen-Projektion des Schnitts bzw. Schnittpunkts der Lenkachse 14 und der Grundoberfläche 16.
Die y-Achsen-Projektion des Schnittpunkts der Lenkachse 14 und der Grundoberfläche 16 kann durch ein Erhalten des Nachlaufs des Rads bestimmt werden. Der Nachlauf ist der Winkel der Lenkachse 14, betrachtet von der Seite des Fahrzeugs, relativ zu der vertikalen Mittellinie des Reifens, welche die z-Achse ist. Somit kann, wenn der Nachlaufwert des Rads bestimmt wird, ein Vektor V, der die Projektion der Lenkachse 14 auf die y-z-Ebene repräsentiert, bestimmt sein bzw. werden, ebenso wie die Lenkachse 14, die in 1 gezeigt ist. Sobald der Vektor V bestimmt ist, kann der Schnittpunkt 32 des Vektors V und der y-Achse bestimmt werden. Der Abstand zwischen dem Schnitt bzw. Schnittpunkt 32 und dem Ursprung des Koordinatensystems ist der Nachlauf.
Ein beispielhaftes System, das die obige Methodologe implementiert, um den Nachlauf eines Fahrzeugs zu bestimmen, wird unten beschrieben.
Systemüberblick
3 zeigt ein beispielhaftes System 100 zum Bestimmen des Nachlaufs. Das System 100 beinhaltet ein Datenverarbeitungssystem 300 und ein Positionserfassungssystem 102, welches ein Paar von festgelegten, beabstandeten Positionserfassungsvorrichtungen, wie beispielsweise Kameras 110, 112 beinhaltet, die auf einem Träger bzw. Balken 114 montiert sind. Die Positionserfassungs- bzw. -abtastvorrichtungen werden verwendet zum Erfassen bzw. Abtasten von Positionen oder positioneller Charakteristika des Fahrzeugs oder Zielen, die an dem Fahrzeug festgelegt sind, und zum dementsprechenden Erzeugen von positionellen Signalen. Andere Positionsabtastvorrichtungen, wie beispielsweise Lichtsensoren oder dgl., können ebenfalls abhängig vom Systemdesign und/oder Zielen verwendet werden, die in dem System verwendet werden.
Der Träger 114 weist eine Länge ausreichend zum Positionieren der Kameras 110, 112 jeweils außerhalb der Seiten des abzubildenden Fahrzeugs auf. Auch positioniert der Träger 114 die Kameras 110, 112 hoch genug über dem Werkstättenboden 116, um sicherzustellen, dass die zwei Ziele 118, 120 auf der linken Seite des Fahrzeugs beide innerhalb des Sichtfelds der linken Seitenkamera bzw. Kamera 110 auf der linken Seite liegen, und zwei Ziele 122, 124 auf der rechten Seite des Fahrzeugs beide innerhalb des Sichtfelds der Kamera 112 auf der rechten Seite liegen.
Ein zu testendes Fahrzeug wird auf eine Hebevorrichtung 140 gefahren. Die Ziele 118, 120, 122, 124 sind auf jedem der Räder 126, 128, 130, 132 des Fahrzeugs montiert, wobei jedes Ziel 118, 120, 122, 124 einen Zielkörper 134, Zielelemente 136 und eine Festlegungsvorrichtung 138 beinhaltet. Die Festlegungsvorrichtung 138 legt das Ziel 118, 120, 122, 124 am Rad 126, 128, 130, 132 fest. Ein Beispiel einer Festlegungs- bzw. Befestigungsvorrichtung ist im US-Patent Nr. US 5 024 001 A mit dem Titel ”Radausrichtungsfelgen-Klemmklaue” beschrieben. Andere könnten verwendet werden. Die Zielelemente 136 sind auf dem Zielkörper 134 positioniert bzw. angeordnet.
Die Ziele 118, 120, 122, 124 werden, sobald sie einmal auf den Radfelgen festgelegt sind, dann so ausgerichtet bzw. orientiert, dass die Zielelemente 136 auf dem Zielkörper 134 den jeweiligen Kameras 110, 112 zugewandt sind. Das Fahrzeug und Modelljahr kann dann in das Sichtbildabbildungssystem 102 gemeinsam mit anderen identifizierenden Parametern, wie beispielsweise Fahrzeug VIN-Nummer, Lizenznummer bzw. Kennzeichen, Benutzername, usw. eingegeben werden.
Die Anordnung der Ziele 118, 120, 122, 124, relativ zur Felge der Räder 126, 128, 130, 132, an welchen die Ziele festgelegt sind, sind typischerweise mit einer Genauigkeit von etwa 0,01'' und etwa 0,01° bekannt. Sobald die Ziele 118, 120, 122, 124 in einer Position abgebildet worden sind, werden die Räder 126, 128, 130, 132 zu einer anderen Position gerollt und ein neues Bild kann genommen werden. Unter Verwendung der abgebildeten Anordnung der Ziele 118, 120, 122, 124 in den zwei Positionen, können die tatsächliche Position und Orientierung bzw. Ausrichtung der Räder 126, 128, 130, 132 und der Radachse durch das Sichtbildabbildungssystem 102 berechnet werden. Obwohl der Abstand zwischen den zwei Positionen variiert, beträgt der Abstand häufig ungefähr 20 cm.
Das Datenverarbeitungssystem 300, wie beispielsweise ein Personal Computer, ist mit Kameras 110, 112 gekoppelt, um dadurch erhaltene Zielpositionssignale aufzunehmen bzw. zu empfangen. In einer Ausführungsform sind bzw. werden eine mathematische Repräsentation, oder Daten, die einer wahren Abbildung entsprechen (d. h. einer Abbildung bzw. einem Bild, die (das) durch Betrachten der Zielvorrichtung rechtwinkelig zu ihrer primären Ebene aufgenommen wurde), und die Dimensionen bzw. Abmessungen von Zielen in den Speicher des Datenverarbeitungssystems 300 vorprogrammiert, sodass während des Messvorgangs das Datenverarbeitungssystem 300 eine Referenzabbildung aufweist, mit welcher die betrachteten perspektivischen Abbildungen bzw. Bilder der Ziele verglichen werden können.
Andere Details eines Verwendens optischer Abbildungs- bzw. Bildgebungsvorrichtungen zum Bestimmen von positionellen bzw. Positionsparametern sind im US-Patent Nr. US 5 724 743 A offenbart, mit dem Titel ”Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Ausrichtung von Kraftfahrzeugrädern”, und im US-Patent Nr. US 5 535 522 A , mit dem Titel ”Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung von Kraftfahrzeugrädern”.
4 zeigt ein beispielhaftes Ziel, welches in dem Positionsbestimmungssystem verwendet werden kann. Das Datenverarbeitungssystem 300 berechnet die Orientierung der Ziele durch ein Identifizieren bestimmter geometrischer Charakteristika auf den Zielen. Beispielsweise kann das Datenverarbeitungssystem 300 das Zentrum bzw. die Mitte von jedem der Kreise 462a, 462b auf dem Ziel 454 mittels Zentroidierung bzw. Schwerpunktbestimmung berechnen. Dies ist ein Verfahren, welches üblicherweise durch Bildanalyse-Computer verwendet wird, um die Positionierung des Mittelpunkts oder einer Mittellinie eines Objekts bzw. Gegenstands zu bestimmen. Sobald die Mittelpunkte der zwei Kreise 462a, 462b bestimmt worden sind, kann die Distanz bzw. der Abstand zwischen den zwei gemessen werden. Dieser Vorgang wird dann für andere Kreise in dem Muster auf den Zielen 454 wiederholt. Diese Abstände können dann mit den wahren Abständen (d. h. nicht-perspektivischen Abständen bzw. Distanzen) zwischen den jeweiligen Zentren verglichen werden. In ähnlicher Weise kann der Winkel zu der Horizontalen (oder Vertikalen) der Linie, die die beiden Zentren verbindet, bestimmt werden. Eine Berechnung betreffend die Orientierungen der Ziele kann dann vorgenommen werden. Das Datenverarbeitungssystem 300 nimmt perspektivische Messungen vor und vergleicht diese Messungen mit dem wahren Abbild bzw. Bild, das zuvor in den Speicher des Datenverarbeitungssystems 300 vor programmiert wurde.
Das beispielhafte System 100 kann auch andere Typen bzw. Arten von Positionsabtastvorrichtungen verwenden, welche Personen mit Erfahrung in der Technik gut bekannt sind, um Signale zu erhalten, die auf die positionellen Parameter des Fahrzeugs bezogen sind. Die Signale werden dann durch das Datenverarbeitungssystem 300 verarbeitet. Beispiele derartiger Positionserfassungsvorrichtungen beinhalten ein Verwenden eines schwerkraftbezogenen Inklinometers bzw. Neigungsmessers oder eines Ausrichte- bzw. Abgleichkopfs, welcher auf einem Fahrzeug montiert ist, um die Ausrichtungsparameter zu messen. Beschreibungen von Systemen, die zum Bestimmen positioneller Parameter verwendet werden, können im US-Patent Nr. US 4 761 749 A , mit dem Titel ”Fahrzeugrad-Ausrichte-Vorrichtung und Verfahren”, US-Patent Nr. US 5 519 488 A , mit dem Titel ”Acht-Sensor-Radausrichter”, und US-Patent Nr. US 5 531 030 A , mit dem Titel ”Selbstkalibrierende Radausrichte-Vorrichtung und Verfahren”, gefunden werden.
In einer anderen Ausführungsform verwendet das System 100 Positionserfassungsvorrichtungen, welche positionelle bzw. Positionssignale eines Fahrzeugs erhalten, ohne das Fahrzeug zu kontaktieren. Kein Ziel, Kopf oder sogar Stab wird während des Messvorgangs bzw. -prozesses an dem Fahrzeug festgelegt bzw. befestigt. Beispiele von Positionsbestimmungssystemen, die nicht-kontaktierende Positionserfassungsvorrichtungen verwenden, sind im US-Patent Nr. US 4 745 469 A , mit dem Titel ”Fahrzeugrad-Ausrichte-Vorrichtung und Verfahren”, und US-Patent Nr. US 4 899 218 A beschrieben, mit dem Titel ”Fahrzeugrad-Ausrichte-Vorrichtung und Verfahren”.
Andere Verfahren und Vorrichtungen, welche Personen mit Erfahrung in der Technik gut bekannt sind, um Signale zu erhalten, die positionelle Parameter eines Fahrzeugs repräsentieren, können auch in dem System 100, abhängig von der Designpräferenz implementiert sein bzw. werden. Wenn wünschenswert, können verschiedene Positionserfassungsvorrichtungen und/oder -verfahren zusammen in dem System 100 verwendet werden, um positionelle bzw. Positionsparameter des zu testenden Fahrzeugs zu erhalten.
Bestimmung des Nachlaufs
Wie vorher besprochen bzw. diskutiert, um den Nachlauf zu bestimmen, bestimmt das beispielhafte System 100 die relativen räumlichen Charakteristika der Lenkachse, der Bezugsoberfläche und der Radmitte bzw. dem Radzentrum. Das beispielhafte System 100 legt auch ein kartesisches Koordinatensystem fest, wie dies in 2 beschrieben ist, um den Wert des Nachlaufs zu berechnen.
(1) Bestimmung der räumlichen Charakteristika des Radzentrums bzw. der Radmitte
Das beispielhafte System 100 bestimmt den Schnitt bzw. Schnittpunkt der seitlichen Mittellinie 50 und der Grundebene 16 basierend auf der Radmitte 19. Das System 100 kann verschiedene Arten verwenden, um positionelle Charakteristika zu bestimmen, die auf die Radmitte bezogen sind, wie beispielsweise Bestimmen der räumlichen Parameter der Radachse, der Spindel bzw. Welle oder der Auflage- bzw. Kontaktstelle oder dgl.
In 3 ist das Fahrzeug im Test auf der Hebevorrichtung 140 positioniert, welche angehoben wird, um es dem Techniker zu erlauben, die Messung durchzuführen. Die Ziele 118, 120, 122, 124 sind auf jedem der Räder 126, 128, 130, 132 montiert. Die Kameras 110, 112 erhalten Abbildungen bzw. Bilder der Ziele. Diese Zielbilder werden in dem Datenverarbeitungssystem 300 verarbeitet, welches die Orientierung von jedem Ziel zu den jeweiligen Sichtpfaden bzw. -wegen berechnet. Das Datenverarbeitungssystem 300 kann auch Werte entsprechend der Position von jedem detektierten Bild speichern.
Nachdem das Datenverarbeitungssystem 300 Abbildungen der Ziele erhält, wird das Fahrzeug zurückgerollt. Das Datenverarbeitungssystem 300 erfasst bzw. erhält erneut einen zweiten Satz von Abbildungen der Ziele. Das Datenverarbeitungssystem 300 errechnet dann den Winkel, über welchen das Fahrzeug zurückgerollt wurde, und bestimmt die Anordnung der Radachse. Optional kann das Fahrzeug vorwärts gerollt werden und dieselbe Messung wird erneut als eine Überprüfung vorgenommen bzw. durchgeführt.
Alternativ kann die Radachse bestimmt werden, indem ein präzise konstruiertes Ziel verwendet wird. Das Ziel ist bzw. wird auf eine Weise konstruiert, dass die Zielmuster konzentrisch relativ zu einem gemeinsamen Zentrum sind, welches auch das Zentrum bzw. die Mitte des Ziels ist. Wenn die Zielanordnung an dem Rad mit Klauen festgelegt wird, fluchtet die Radachse mit dem Zentrum des Ziels. Zusätzlich ist bzw. wird die Zielanordnung auf eine Weise konstruiert, dass, wenn die Zielanordnung ordnungsgemäß an dem Rad eines Fahrzeugs festgelegt ist, der Abstand zwischen der Zielmitte und der Mitte des Rads, entweder die Spindel bzw. Welle oder die Radachse. Das Datenverarbeitungssystem 300 hat Zugriff auf eine Datenbank, in welcher es die Abstände zwischen der Zielmitte und dem Punkt speichert, wo die Radachse die Felge entsprechend unterschiedlicher Fahrzeugmodelle durchdringt.
Wenn die Kameras 110, 112 einen Sichtpfad mit dem Ziel basierend auf den Positionen und Formen bzw. Gestalten der Zielmuster auf dem Ziel bilden, ist das Datenverarbeitungssystem 300 imstande, die Position des Zielzentrums zu bestimmen, welches mit der Radachse oder der Verlängerung bzw. Einstellung davon fluchtet. Darüber hinaus kann das Datenverarbeitungssystem 300 auf die Datenbank zugreifen, um den Abstand zwischen dem Zielzentrum und dem Punkt zu erhalten, wo die Radachse die Felge durchdringt, und es kann die Position der Radachse bestimmt werden.
Andere Verfahren zur Bestimmung der Position der Radmitte oder der Radachse, die Personen mit Erfahrung in der Technik bekannt sind, können ebenfalls in dem System 100 abhängig von der Entwurfpräferenz implementiert werden.
(2) Bestimmung der Referenzoberfläche
In einer Ausführungsform ist die Bezugs- bzw. Referenzebene als die Grundebene bestimmt, auf welcher das Fahrzeug positioniert ist. Nachdem die positionellen Charakteristika der Radachse bestimmt sind, kann die Position der Referenzoberfläche indirekt bestimmt werden, wenn der Abstand L zwischen der Referenzebene und dem Zentrum des Rads bestimmt ist. Die Referenzebene würde dann eine Ebene sein, welche parallel zu der Hebevorrichtung ist, auf welcher das Fahrzeug plaziert ist, und eine Distanz L von dem Zentrum des Rads bzw. Radzentrum aufweist.
Jedoch ist der Abstand L zwischen dem Radzentrum und der Referenzebene nicht gleich dem Radradius. 5 zeigt ein Fahrzeugrad 502, welches einen Radradius 504 und einen Abroll- bzw. Lenkrollradius 505 aufweist. Das Rad 502 weist im allgemeinen einen konstanten Raddurchmesser 508 auf und ist in 5 auf einer Bezugsoberfläche 514 ruhend dargestellt. Der Radius des Rads 502 ist als der Abstand zwischen einem Radzentrum 512 und der Referenz- bzw. Bezugsoberfläche 514 definiert. Da die Position des Radzentrums bereits aus dem vorhergegangenen Schritt bekannt ist, kann, wenn der Abstand von dem Radzentrum 512 zu der Bezugsoberfläche 514 ebenfalls bekannt ist, die Position der Referenzoberfläche 514 bestimmt werden.
Der Abstand zwischen dem Radzentrum 512 und der Referenzoberfläche 514 jedoch ist nicht gleich der Hälfte des Raddurchmessers 508. Der Radius des Rads variiert abhängig davon, welcher Punkt auf der Radoberfläche 510 für die Messung ausgewählt ist. Aufgrund des Gewichts des Fahrzeugs verwindet sich der Reifen und plattet gegen die Oberfläche 514 ab. Darüber hinaus weist, wenn der Luftdruck des Reifens des Rads 502 unter den Herstellerspezifikationen liegt, das Rad 502 eine starke Tendenz zum Abplatten gegen die Oberfläche 514 auf, wobei ein großer flacher Punkt oder eine Kontaktfläche bzw. ein Kontaktbereich gebildet wird. Deshalb erzielt eine Messung des Radius des Rads 502 von dem Radzentrum 512 zur Bodenoberfläche des Rads 502, welche in Kontakt mit der Referenzoberfläche 514 ist, einen Rollradius 505, welcher kleiner als der Radradius 504 ist. Deshalb muß, um die präzise Position der Referenzoberfläche 514 zu bestimmen, der Rollradius 505 berechnet werden.
Bei der Bestimmung des Rollradius 505 kann das Rad 502 betrachtet werden, als wäre es ein kleineres kreisförmiges Rad, welches einen Radius gleich dem Rollradius 505 aufweist. Der Rollradius 505 kann gemessen werden, indem ein Rad 502 eine kurze Strecke gerollt wird. Besonders durch Bestimmung des Abstands, welchen das Rad gerollt ist, und des Winkels, durch welchen sich das Rad gedreht hat, kann der Rollradius 505 bestimmt werden.
6A ist ein Diagramm eines Fahrzeugrads 600, wie es eine kurze Distanz von einer ursprünglichere bzw. Anfangsposition 602 links zu einer abschließenden bzw. Endposition 604 rechts gerollt wird. Die Anfangsposition 602 ist charakterisiert durch einen Anfangskontaktpunkt 610, welcher sich zwischen der Oberfläche des Fahrzeugrads 600 an einer Anfangsposition 602 und der Referenzoberfläche 622 befindet, auf welcher das Rad 600 sitzt oder rollt. Der Anfangs- bzw. Ausgangskontaktpunkt 610 befindet sich direkt unter einer Anfangs- bzw. Ausgangsposition 612 des Radzentrums bzw. der Radmitte. Ein Ziel 606 kann an dem Rad festgelegt bzw. befestigt sein. Das Ziel 606 weist eine Anfangs- bzw. Ausgangsorientierung 607 auf.
In 6A ist die Endposition 604 charakterisiert durch einen Endkontaktpunkt 618, welcher sich zwischen der Oberfläche des Rads an der Endposition 604 und der Referenzoberfläche 622 befindet. Der End- bzw. Abschlusskontaktpunkt 618 befindet sich direkt unter einer Endposition 614 des Radzentrums. Das Ziel 606 weist eine abschließende bzw. Endorientierung 608 auf.
Ein Vergleich des Anfangskontaktpunkts 610 und Endkontaktpunkts 618 ergibt eine Messung einer ”durchfahrenen Distanz” 616 durch das Rad 600, wie es gerollt wird. Die durchfahrene Distanz bzw. durchfahrene Strecke 616 wird manchmal als die ”Distanz durchquert” oder die ”durchquerte Distanz” bezeichnet. Eine typische durchfahrene Distanz kann 15,2 cm bis 91,4 cm betragen.
6B ist ein Diagramm eines Drehwinkels 620, durch welchen ein Fahrzeugrad beim Bewegen von der Ausgangsposition 602 zur Endposition 604 rollt.
Ein Vergleich der Anfangsorientierung 607 des Ziels 606 mit einer Endorientierung 608 ergibt eine Messung des Drehwinkels 620. Der Drehwinkel 620 wird manchmal als der ”Winkel des Rollens” oder der ”Rollwinkel” bezeichnet. Ein automatisches Maschinensichtsystem unter Regelung bzw. Steuerung einer geeigneten Software kann verwendet werden, um Positionsinformation für das Ziel 606 zu erhalten, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Durch ein Erhalten von Werten, welche die durchfahrene Distanz 616 und den Drehwinkel 620 repräsentieren, kann der Rollradius des Rads bestimmt werden wie folgt:
Der Umfang eines Kreises ist bestimmt durch die Beziehung: C = 2πR (1) wo C der Umfang eines Kreises ist, R der Radius des Kreises ist, und π die geometrische Konstante pi ist.
Wenn ein Kreis durch einen vorgegebenen Winkel gedreht wird, ist das Verhältnis dieses Winkels in Grad, ϑ zu einer vollständigen Drehung von 360 Grad dasselbe wie das Verhältnis des Teilumfangs, P, welchen der Kreis gerollt ist, zu dem vollen Umfang C. Diese Beziehung kann angegeben werden wie folgt: ϑ / 360 = P / C (2)
Ein Auflösen dieses Ausdrucks für den Umfang, C, ergibt: C = 360(P) / ϑ (3)
Um den Kreisradius R zu finden, wird der Ausdruck für den Umfang, C, aus Gleichung 3 in Gleichung 1 substituiert und für bzw. nach R aufgelöst. Dies ergibt die folgende Beziehung für den Kreisradius: R = 360(P) / 2πϑ (4)
Ein ähnlicher Ausdruck kann mit anderen Einheiten für den Drehwinkel geschrieben werden. Beispielsweise würde, wenn der Drehwinkel in Radian gemessen wäre, die Konstante ”360” in Gleichung 4 durch ”2π” ersetzt.
Bei einem Anwenden dieser Beziehung auf ein Rad, das, wie in 6A illustriert, gerollt wird, ist der Teilumfang, P, die durchfahrene Distanz 616. Der Winkel, ϑ, ist der Drehwinkel 620. Der Radius, R, ist der Rollradius 606, wie dies in 6 gezeigt wird.
Das System 100 bestimmt die durchfahrene Distanz 616 basierend auf den Änderungen der Zielmuster, wenn das Rad gerollt wird. Alternativ kann die durchfahrene Distanz 616 manuell bestimmt werden, wie beispielsweise unter Verwendung eines Maßbands. Die gemessene Distanz 616 kann in das Datenverarbeitungssystem 300 eingegeben werden, um den Rollradius zu berechnen. In einer anderen Ausführungsform kann die durchfahrene Distanz gemessen werden, indem ein linearer Wandler bzw. Messwertwandler verwendet wird. Der lineare Wandler weist ein Element auf, welches an einem festgelegten Punkt auf dem Fahrzeug festgelegt bzw. befestigt ist und einen Körper aufweist, der an einen stationären Punkt auf dem Ausrichterahmen bzw. Ausrichtegestell, dem Boden oder einer Wand gesichert ist. Die durchfahrene Distanz 616 wird bestimmt durch die Änderung in Anzeigen des linearen Wandlers, sobald bzw. wenn sich das Element von einer Anfangsposition zu einer Endposition bewegt.
Der Drehwinkel 620 kann gemessen werden durch ein Montieren eines Schwerkraft-Anzeigeinstruments an einem Rad, so dass das Schwerkraft-Anzeigeinstrument parallel zu der Radebene ist. Die durch das Schwerkraft-Anzeigeinstrument bzw. Schwerkraft-Meßinstrument erhaltenen Signale können in das Datenverarbeitungssystem 300 mit Signaldrähten zugeführt werden oder manuell in das Datenverarbeitungssystem 300 eingegeben werden. Die Radebene ist eine imaginäre Ebene, welche im allgemeinen vertikal und parallel zu dem Reifenprofil auf dem Reifen des Rads orientiert ist. Deshalb wird ein Schwerkraft-Anzeigeinstrument, das parallel zu der Radebene montiert ist, durch denselben Drehwinkel gedreht wie das Rad selbst, wenn das Rad gerollt wird. Wenn eine Winkelmessung von dem Schwerkraft-Anzeigeinstrument an der Anfangsposition des Rads und auch an der Endposition des Rads vorgenommen wird, ergibt die Differenz bzw. der Unterschied zwischen diesen zwei Winkelmessungen den Drehwinkel.
Schwerkraft-Messinstrumente, die verwendet werden können, beinhalten jene in elektronischen Ausrichteköpfen, die durch Snap-on und/oder andere erzeugt werden. Typischerweise gibt es zwei Schwerkraft Anzeigeinstrumente in derartigen Ausrichteköpfen. Der Betrag bzw. das Ausmaß einer der Raddrehung kann durch eine Winkelkodiervorrichtung gemessen werden, die zwischen dem Messkopf und der Montagevorrichtung platziert ist, die den Kopf des Rads festlegt bzw. befestigt, wenn der Kopf frei zu drehen ist, und eben bleibt, wenn das Rad gerollt wird. Alternativ kann, wenn der Kopf an dem Rad verriegelt ist, der Nachlauf-Neigungsmesser verwendet werden, um die Raddrehung zu messen.
Der Drehwinkel kann auch manuell durch einen Techniker gemessen werden. Die resultierende Messung des Drehwinkels kann dann in das Datenverarbeitungssystem 300 zur weiteren Verarbeitung eingegeben werden.
Die 7A und 7B illustrieren den Vorgang eines Verwendens eines Schwerkraft-Anzeigeinstruments zum Messen des Rollradius. Ein Rad 700 weist eine Anfangsposition 702 auf. Ein Schwerkraft-Messinstrument 701 ist ebenso in einer Anfangsposition 706 gezeigt. Wenn das Rad 700 in eine Endposition 704 gerollt wird, befindet sich das Schwerkraft-Messinstrument 701 in einer Endposition 708. 7B ist ein vereinfachtes Diagramm des Schwerkraft-Messinstruments 701 in einer Anfangsposition 706 und Endposition 708. Wie gezeigt, ist der Drehwinkel 77 die Differenz zwischen der Anfangsposition 706 und Endposition 708 des Schwerkraft-Anzeigeinstruments 701. In Ruhe ist das Mess- bzw. Anzeigeinstrument 701 normal zur Ebene 712.
Nachdem das Datenverarbeitungssystem 300 Signale erhält, die die gerollte Distanz und den Drehwinkel repräsentieren, bestimmt basierend auf Gleichung (4) das Datenverarbeitungssystem den Rollradius 606 des Rads 602.
Alternativ kann der Rollradius manuell durch den Ausrichtetechniker unter Verwendung eines Maßbands oder des Äquivalents gemessen werden, um die Distanz zwischen dem Zentrum des Rads und dem Punkt an der äußeren Kante bzw. dem äußeren Rand des Rads direkt unterhalb des Zentrums des Rads zu bestimmen. Diese Rollradiusmessung kann dann in das Ausrichtesystem 300 eingegeben werden. Andere Details eines Berechnens eines Rollradius können im US-Patent Nr. US 6 237 234 A , mit dem Titel ”Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Fahrzeug-Rollradius”, gefunden werden.
Nachdem sowohl das Radzentrum als auch die Referenzebene bestimmt sind, wie dies in 2 gezeigt wird, bestimmt das Datenverarbeitungssystem 300 ein kartesisches Koordinatensystem, welches drei Achsen x, y und z aufweist, wobei die x-y-Ebene als die Bezugsebene bestimmt ist, welche die Grundoberfläche 16 in dem Beispiel ist, der Ursprung des Koordinatensystems als die y-Achsen-Projektion des Radzentrums 19 auf die Grundoberfläche 16 bestimmt wird, und die z-Achse als rechtwinkelig zu der x-y-Ebene bestimmt wird, die durch den Ursprung durchtritt.
(3) Bestimmung der räumlichen Charakteristika der Lenkachse
Nachdem das Koordinatensystem bestimmt ist, ist der Nachlauf, wie zuvor in 2 besprochen bzw. diskutiert, die Distanz bzw. der Abstand zwischen dem Ursprung und der y-Achsen-Projektion des Schnitts bzw. Schnittpunkts der Lenkachse 14 und der Grundoberfläche 16. Die y-Achsen-Projektion des Schnittpunkts der Lenkachse 14 und der Grundoberfläche 16 kann durch Erhalten des Nachlaufs des Rads bestimmt werden.
Bezugnehmend auf 1 und 2 kann die y-Achsen-Projektion des Schnittpunkts der Lenkachse 14 und der Grundoberfläche 16 durch Erhalten des Nachlaufs des Rads bestimmt werden. Wenn der Nachlaufwert des Rads bestimmt ist, kann ein Vektor V, der die Projektion der Lenkachse 14 auf die y-z-Ebene repräsentiert, bestimmt werden, ebenso wie die Lenkachse 14, die in 1 gezeigt ist. Sobald der Vektor V bestimmt ist, kann der Schnittpunkt 32 des Vektors V und der y-Achse bestimmt werden. Der Abstand zwischen dem Schnittpunkt 32 und dem Ursprung des Koordinatensystems ist der Nachlauf.
Bei Verwendung des Systems 100 zum Bestimmen des Nachlaufs des Fahrzeugs wird das zu testende Fahrzeug auf die Hebevorrichtung 140 derart gefahren, dass sich das Fahrzeug in einer möglichst zentralen Position zwischen den zwei Kameras 110, 112 befindet. Die Ziele, besonders die Ziele, die an den lenkbaren Rädern festgelegt sind, sind bzw. werden auf eine Weise montiert, welche die Effekte minimieren würde, wenn die Ziele unter einem steilen Winkel zur Kamera gesehen bzw. betrachtet werden. Der Nachlaufwinkel des Rads kann basierend auf zwei Sturzmessungen bestimmt werden, welche vorgenommen werden, wenn das Rad um einen kleinen Winkel, wie beispielsweise 10 Grad, relativ zur Schublinie des Fahrzeugs gedreht wird, und dann zur anderen Richtung relativ zur Schublinie in einem identischen Winkel gedreht wird. Detaillierte Beschreibungen eines Berechnens von Nachlaufwerten unter Verwendung optischer Kameras sind beispielsweise in einer SAE-Veröffentlichung SAE Technical Paper Series Nr. 850219, mit dem Titel ”Lenkgeometrie- und Nachlaufmessung” zur Verfügung gestellt, welche einen Industriestandard beim Messen von Nachlaufwerten ist. Andere gut bekannte Verfahren zum Erhalten von Nachlaufwerten, wenn gewünscht, können ebenfalls auf dem System 100 implementiert werden.
Sobald der Nachlaufwert erhalten ist, kann ein Vektor V, der die Projektion der Lenkachse auf die y-z-Ebene repräsentiert, bestimmt werden, ebenso wie die Lenkachse 14, die in 1 gezeigt ist.
Alternativ können die räumlichen Charakteristika der Lenkachse 14 unter Verwendung eines Inklinometers bzw. Neigungsmessgeräts bestimmt werden, wie es in der Technik bekannt ist. Die Ablesung kann manuell eingegeben werden oder automatisch dem Datenverarbeitungssystem 300 zugeführt werden. Andere Personen mit Erfahrung in der Technik bekannte Verfahren zum Bestimmen der Lenkachse können auch verwendet werden, um dem Datenverarbeitungssystem 300 Information zur Verfügung zu stellen, um den Nachlauf zu bestimmen.
Nachdem die räumlichen Charakteristika der Lenkachse, des Radzentrums und der Referenzebene in dem Koordinatensystem bestimmt sind, kann der Nachlauf des Fahrzeugs gemäß dem früher beschriebenen Verfahren bestimmt werden.
(4) Bestimmung des Nachlaufs unter Verwendung einer alternativen Definition
Wie früher diskutiert, kann der Nachlauf auch definiert sein als der Vorder- und Hinterabstand zwischen dem Radzentrum und dem Schnittpunkt der Lenkachse und einer Referenzebene, die sich auf der Höhe des Radzentrums 19 und parallel zu der Grundebene 16 befindet. Der einzige Unterschied zwischen der vorhergegangenen Definition und der alternativen Definition ist, dass die in den Definitionen verwendeten Referenzebenen unterschiedlich sind. In der vorangegangenen Definition ist die Referenzebene die Grundebene, auf welcher das Rad plaziert bzw. angeordnet ist, während in der alternativen Definition die Referenzebene zur Höhe des Radzentrums angehoben ist.
Beim Berechnen des Nachlaufs unter Verwendung der alternativen Definition legt, ähnlich zur ersten Ausführungsform, das Datenverarbeitungssystem 300 ein kartesisches Koordinatensystem fest, welches drei Achsen x, y und z, aufweist, worin die x-y-Ebene als eine Ebene parallel zur Grundoberfläche 16 bestimmt bzw. festgelegt ist. Der Ursprung des Koordinatensystems wird am Radzentrum festgelegt und die z-Achse tritt durch den Ursprung und rechtwinkelig zur x-y-Ebene durch. Das System bestimmt dann die Lenkachse auf Weisen, welche ähnlich zu den in der ersten Ausführungsform beschriebenen sind. Die y-Achsen-Projektion des Schnittpunkts der Lenkachse 14 und der Referenzoberfläche kann bestimmt werden, indem der Nachlaufwert des Rads auf ähnliche Weisen zu jenen erhalten wird, welche in der ersten Ausführungsform beschrieben sind. Nachdem der Nachlaufwert des Rads bestimmt ist, kann ein Vektor V, der die Projektion der Lenkachse 14 auf die y-z-Ebene repräsentiert, bestimmt werden. Sobald der Vektor V bestimmt ist, kann der Schnittpunkt des Vektors V und der y-Achse bestimmt werden. Die Distanz zwischen dem Schnittpunkt und dem Ursprung des Koordinatensystems ist der Nachlauf unter der alternativen Definition.
Diagnostischer Vorgang
Sobald der Nachlauf bestimmt ist, präsentiert das Datenverarbeitungssystem 300 den bestimmten Wert auf der Anzeigeeinheit 512 zur Auswertung. Der Techniker kann derartige Resultate bzw. Ergebnisse verwenden, um bei der Diagnose des Zustands des Fahrzeugs zu helfen, wie beispielsweise der Fahrzeugaufhängung, den Rädern, und/oder dgl. Optional ist das Datenverarbeitungssystem 300 programmiert, um die resultierenden Werte für jedes Rad zu vergleichen.
Gemäß einer Ausführungsform vergleicht das Datenverarbeitungssystem 300 den gemessenen Nachlauf mit den Nachlaufwerten, die durch die Fahrzeughersteller spezifiziert sind. Das Datenverarbeitungssystem 300 kann auf Information, die auf den durch den Hersteller spezifizierten Nachlauf bezogen ist, der in einem entfernten Server gespeichert ist, über ein Datenübertragungs-Netzwerk, wie beispielsweise das Internet, zugreifen. Gemäß einer anderen Ausführungsform sendet das Datenverarbeitungssystem 300 einen gemessenen Nachlauf zu einem entfernten Server über ein Datenübertragungs-Netzwerk, um mit den Spezifikationswerten verglichen zu werden.
Darüber hinaus können individuelle Nachlaufmessungen mit einem vorbestimmten Wert, einem vorbestimmten Bereich von Werten, oder Hersteller-Spezifikationen verglichen werden. Das Datenverarbeitungssystem 300 kann jegliche gemessenen Nachlaufwerte hervorheben, die aus diesen spezifizierten Toleranzen herausfallen, wie beispielsweise durch Erzeugen bzw. Generieren einer Warnnachricht, um den Ausrichte-Techniker zu alarmieren. Eine Warnung, um Radzugprobleme zu untersuchen, könnte zur Verfügung gestellt werden, wenn der Nachlauf der vorderen Räder nicht entspricht.
Bestimmung des Lenkrollradius
Optional kann dasselbe System 100 auch eine Funktion zum Messen des Lenkrollradius des Rads beinhalten. Detaillierte Beschreibungen zum Messen des Lenkrollradius des Rads sind in einer gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung US 2002/0 001 076 A1 mit dem Titel ”VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM MESSEN DES FAHRZEUGRAD-LENKROLLRADIUS” offenbart.
Sobald das System sowohl den Nachlauf als auch den Lenkrollradius des Rads erhält, kann das System die Resultate bzw. Ergebnisse auf einer Anzeige des Systems entweder graphisch oder numerisch oder beides anzeigen. Das System kann weiters auf Spezifikationen des Nachlaufs und Lenkrollradius des Fahrzeugs im Test zugreifen. Das System zeigt dann die Messresultate gleichzeitig mit Spezifikationen des Nachlaufs und Lenkrollradius des zu testenden Fahrzeugs entweder graphisch oder numerisch oder beides an, sodass der Bediener die Unterschiede zwischen den Messungen und Spezifikationen beobachten kann.
Das Datenverarbeitungssystem
Das Datenverarbeitungssystem 300, wie früher beschrieben, führt zahlreiche Aufgaben durch, wie beispielsweise ein Bestimmen eines Verarbeitens positioneller Signale, ein Berechnen relativer Positionen, ein Bereitstellen einer Anwender-Schnittstelle für den Bediener, ein Anzeigen von Ausrichtungs-Instruktionen bzw. -Befehlen und Resultaten, ein Empfangen von Befehlen des Bedieners, ein Senden von Regel- bzw. Steuersignalen zum Drehen der Ausrichtekameras, usw. 8 ist ein Blockdiagramm, welches ein beispielhaftes Datenverarbeitungssystem 300 illustriert, auf welchem eine Ausführungsform der Offenbarung implementiert sein kann.
Das Datenverarbeitungssystem 300 beinhaltet einen Bus 802 oder anderen Kommunikationsmechanismus zur Informations-Kommunikation und einen Prozessor 804, der mit dem Bus 802 zum Verarbeiten von Information gekoppelt ist. Das Datenverarbeitungssystem 300 beinhaltet auch einen Hauptspeicher 806, wie beispielsweise einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) oder eine andere dynamische Speichervorrichtung, die mit dem Bus 802 zum Speichern von Information und Instruktionen gekoppelt ist, um durch den Prozessor 804 ausgeführt zu werden. Der Hauptspeicher 806 kann auch zum Speichern temporärer bzw. zeitweiliger Variablen oder anderer Zwischeninformation während einer Ausführung von Instruktionen bzw. Befehlen verwendet werden, die durch den Prozessor 804 auszuführen sind. Das Datenverarbeitungssystem 300 beinhaltet weiters einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 808 oder eine andere statische Speichervorrichtung, die mit dem Bus 802 zum Speichern statischer Information und Instruktionen für den Prozessor 804 gekoppelt ist. Eine Speichervorrichtung 810, wie beispielsweise eine Magnetplatte oder optische Platte, ist vorgesehen und mit dem Bus 802 gekoppelt, um Information und Instruktionen bzw. Befehlen zu speichern.
Das Datenverarbeitungssystem 300 kann über den Bus 802 mit einer Anzeige 812 gekoppelt sein, wie beispielsweise eine Kathodenstrahlrähre (CRT), um Information einem Bediener anzuzeigen. Eine Eingabevorrichtung 814, welche alphanumerische und andere Tasten beinhaltet, ist mit dem Bus 802 gekoppelt, um Information und Befehlsauswahlen dem Prozessor bzw. Rechner 804 zu kommunizieren. Ein anderer Typ einer Anwender-Eingabevorrichtung ist die Cursor- bzw. Eingabezeiger-Regelung bzw. -Steuerung 816, wie beispielsweise eine Maus, eine Steuerkugel bzw. ein Trackball, oder Eingabezeiger-Richtungstasten zum Kommunizieren von Richtungsinformation und Befehlsauswahlen zum Prozessor 804 und zum Regeln bzw. Steuern einer Cursorbewegung auf der Anzeige 812.
Das Datenverarbeitungssystem 300 wird in Antwort auf den Prozessor 804 geregelt bzw. gesteuert, der eine oder mehrere Sequenzen von einer oder mehreren Instruktionen ausführt, die im Hauptspeicher 806 beinhaltet sind. Derartige Befehle bzw. Instruktionen können in den Hauptspeicher 806 von einem anderen maschinenlesbaren Medium, wie beispielsweise der Speichervorrichtung 810, eingelesen werden. Eine Ausführung der Sequenzen bzw. Abfolgen von Instruktionen, die im Hauptspeicher 806 enthalten sind, veranlassen den Prozessor 804, die hierin beschriebenen Verarbeitungsschritte durchzuführen. In alternativen Ausführungsformen können fest verdrahtete Schaltkreise anstelle von oder in Kombination mit Softwarebefehlen verwendet werden, um die Offenbarung zu implementieren. Somit sind Ausführungsformen der Offenbarung nicht auf irgendeine spezifische Kombination einer Hardwareschaltung und Software begrenzt.
Der Ausdruck ”maschinenlesbares Medium”, wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedes Medium, welches am Bereitstellen von Instruktionen zum Prozessor 804 zur Ausführung teilnimmt. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, beinhaltend, jedoch nicht begrenzt auf nicht-flüchtige Medien, flüchtige Medien und Übertragungsmedien. Nicht-flüchtige Medien beinhalten beispielsweise optische oder magnetische Platten, wie beispielsweise die Speichervorrichtung 810. Flüchtige Medien beinhalten einen dynamischen Speicher, wie beispielsweise den Hauptspeicher 806. Übertragungsmedien beinhalten Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser- bzw. Lichtleiter, welche die Drähte beinhalten, die den Bus 802 umfassen. Übertragungsmedien können auch die Form von akustischen oder Lichtwellen annehmen, wie beispielsweise jene, die während Funkwellen- und Infrarotdaten-Kommunikationen erzeugt werden.
Gebräuchliche Formen von maschinenlesbaren Medien beinhalten beispielsweise eine Floppy Disk bzw. Diskette, eine flexible Disk, Festplatte, Magnetband, oder jedes andere magnetische Medium, eine CD-ROM, beliebige andere optische Medien, Lochkarten, Papierstreifen, jedes andere physikalische Medium mit Mustern von Löchern, ein RAM, ein PROM, und EPROM, ein FLASH-EPROM, jeden anderen Speicherbaustein oder Kassette, eine Trägerwelle, wie nachfolgend beschrieben, oder jedes andere Medium, von welchem ein Datenverarbeitungssystem lesen kann.
Verschiedene Formen von maschinenlesbaren Medien können beim Tragen von einer oder mehreren Sequenz(en) von einem oder mehreren Befehl(en) zum Prozessor 804 zur Ausführung involviert sein. Beispielsweise können die Instruktionen bzw. Befehle anfangs auf einer Magnetplatte einer entfernten Datenverarbeitung getragen sein. Das entfernte Datenverarbeitungssystem kann die Instruktionen in seinen dynamischen Speicher laden und die Instruktionen über eine Telefonleitung unter Verwendung eines Modems senden. Ein Modem, welches örtlich zum Datenverarbeitungssystem 300 ist, kann die Daten auf der Telefonleitung empfangen und einen Infrarotsender verwenden, um die Daten in ein Infrarotsignal zu konvertieren bzw. umzuwandeln. Ein Infrarotdetektor kann die in dem Infrarotsignal getragenen Daten empfangen und eine geeignete Schaltanordnung kann die Daten auf dem Bus 802 platzieren bzw. anordnen. Der Bus 802 trägt die Daten zum Hauptspeicher 806, von welchem der Prozessor 804 die Instruktionen gewinnt und ausführt. Die durch den Hauptspeicher 806 empfangenen Instruktionen können optional auf der Speichervorrichtung 810 entweder vor oder nach der Ausführung durch den Prozessor 804 gespeichert sein.
Das Datenverarbeitungssystem 300 beinhaltet auch eine Kommunikations-Schnittstelle 818, die an dem Bus 802 gekoppelt ist. Die Kommunikations-Schnittstelle bzw. das Kommunikations-Interface 818 weist eine Zwei-Weg-Datenkommunikations-Kopplung mit einer Netzwerkverbindung 820 auf, die mit einem örtlichen bzw. lokalen Netzwerk 822 verbunden ist. Beispielsweise kann das Kommunikations-Interface bzw. die Kommunikations-Schnittstelle 818 eine einen Dienst integrierende digitale Netzwerk-(ISDN)-Karte oder ein Modem sein, um eine Datenkommunikations-Verbindung mit einem entsprechendes Typ von Telefonleitung zur Verfügung zu stellen. Als ein anderes Beispiel kann die Kommunikations-Schnittstelle 818 eine lokale Netz- bzw. Ortsnetz-(LAN)-Karte sein, um eine Datenkommunikations-Verbindung mit einem kompatiblen LAN zur Verfügung zu stellen. Drahtlose Verbindungen können auch implementiert sein. In jeder derartigen Implementierung sendet und empfängt die Kommunikations-Schnittstelle 818 elektrische, elektromagnetische oder optische Signale, welche digitale Datenströme tragen, die verschiedene Typen von Information repräsentieren.
Die Netzwerkverbindung 820 stellt typischerweise eine Datenkommunikation durch ein oder mehrere Netzwerk(e) zu anderen Datenvorrichtungen zur Verfügung. Beispielsweise kann die Netzwerkverbindung 820 eine Verbindung durch das lokale Netzwerk 822 mit einem Host-Datenverarbeitungssystem 824 oder mit einer Datenausrüstung zur Verfügung stellen, die durch einen Internetdienst-Anbieter bzw. -Provider (ISP) 826 betrieben wird. ISP 826 stellt wiederum Datenkommunikations-Dienste durch das weltumspannende Paketdaten-Kommunikationsnetzwerk zur Verfügung, welches nun üblicherweise als das ”Internet” 827 bezeichnet wird. Das örtliche bzw. lokale Netzwerk 822 und das Internet 827 verwenden beide elektrische, elektromagnetische oder optische Signale, welche digitale Datenströme tragen. Die Signale durch die verschiedenen Netzwerke und die Signale auf der Netzwerkverbindung 820 und durch die Kommunikations-Schnittstelle 818, welche die digitalen Daten zu und von dem Datenverarbeitungssystem 300 tragen, sind beispielhafte Formen von Trägerwellen, die die Information transportieren.
Das Datenverarbeitungssystem 300 kann Nachrichten bzw. Botschaften senden und Daten empfangen, beinhaltend einen Programmcode, durch das/die Netzwerk(e), die Netzwerkverbindung 820 und die Kommunikations-Schnittstelle 818. In dem Internetbeispiel könnte ein Server 830 einen angeforderten Code für ein Anwendungsprogramm durch das Internet 827, ISP 826, lokale Netzwerk 822 und die Kommunikations-Schnittstelle 812 übertragen. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Offenbarung sieht eine derart heruntergeladene Anwendung eine automatische Kalibrierung einer wie hierin beschriebenen Ausrichtungsvorrichtung vor.
Die Datenverarbeitung weist auch verschiedene Signaleingabe/ausgabeports (nicht in der Zeichnung gezeigt) zum Verbinden und Kommunizieren mit peripheren Vorrichtungen auf, wie beispielsweise einen USB-Port, PS/2-Port, seriellen Port, parallelen Port, IEEE-1394-Port, Infrarot-Kommunikations-Port, usw., oder andere proprietäre Ports. Die Messmodule können mit dem Datenverarbeitungssystem über derartige Signaleingabe/ausgabe-Ports kommunizieren.
Die Offenbarung wurde unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen davon beschrieben. Es können jedoch verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Messen eines Vor- oder Nachlaufs eines Rades eines Fahrzeugs, umfassend die maschinen-implementierten Schritte: Bereitstellen eines Maschinensichtsystems (100), das eine optische Abbildungsvorrichtung (110, 112) zum Ausbilden eines Sichtpfads mit einem Ziel (118, 120, 122, 124), das an dem Rad festgelegt ist, und zum entsprechenden Erzeugen von Positionssignalen des Rads, und einen Datenprozessor (300) zum Empfangen und Verarbeiten der Positionssignale umfasst; Bestimmen eines Nachlaufwinkels des Rads unter Verwendung des Maschinensichtsystems (100) basierend auf einem ersten Positionssignal des Rads, das von der optischen Abbildungsvorrichtung (110, 112) erzeugt wird, wenn das Rad mit einem ersten Lenkwinkel in eine erste Lenkposition gedreht wird, und einem zweiten Positionssignal des Rads, das von der optischen Abbildungsvorrichtung (110, 112) erzeugt wird, wenn das Rad in der anderen Richtung um den identischen ersten Winkel in eine zweite Lenkposition gedreht wird; Bestimmen von räumlichen Charakteristika einer Lenkachse (14) des Rads auf Basis des Nachlaufwinkels; Bestimmen von räumlichen Charakteristika einer Bezugsebene (16); Bestimmen von räumlichen Charakteristika eines Radzentrums (19) unter Verwendung des Maschinensichtsystems (100) basierend auf einem dritten Positionssignal des Rads, das von der optischen Abbildungsvorrichtung (110, 112) erzeugt wird, wenn das Rad in einer ersten Position ist, und einem vierten Positionssignal des Rads, das von der optischen Abbildungsvorrichtung (110, 112) erzeugt wird, nachdem das Fahrzeug in eine von der ersten Position unterschiedliche zweite Position gerollt wird; und Bestimmen des Vor- oder Nachlaufs (10) des Rads basierend auf den räumlichen Charakteristika der Lenkachse (14), der Bezugsebene (16) und des Radzentrums (19).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bezugsebene (16) die Ebene ist, auf welcher das Rad positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bezugsebene (16) eine Ebene ist, die das Radzentrum (19) passiert und parallel zu der Ebene ist, auf welcher das Rad positioniert wird.
System zum Messen eines Vor- oder Nachlaufs eines Rads eines Fahrzeugs mit einem Maschinensichtsystem (100), das wenigstens eine optische Abbildungsvorrichtung (110, 112) zum Ausbilden eines Sichtpfads mit einem Ziel (118, 120, 122, 124), das an dem Rad festgelegt ist, und zum entsprechenden Erzeugen von Positionssignalen des Rads, und einen Datenprozessor (300) zum Empfangen und Verarbeiten der Positionssignale umfasst, wobei das System konfiguriert ist, um die Schritte nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
System nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine optische Abbildungsvorrichtung (110, 112) eine Videokamera beinhaltet.
System nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine optische Abbildungsvorrichtung (110, 112) einen Lichtsensor beinhaltet.
Maschinenlesbares Medium, das Instruktionen zum Steuern und/oder Regeln eines Datenverarbeitungssystems zur Verwendung mit Positionsabtast-Vorrichtungen trägt, um die Schritte eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3 auszuführen.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 7, weiters umfassend Instruktionen, welche bei einer Ausführung durch das Datenverarbeitungssystem das Datenverarbeitungssystem veranlassen, den Nachlauf mit Spezifikationen zu vergleichen.