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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Fahrzeugrad-Ausrichtungssysteme und insbesondere
Sensoren in einem Fahrzeugrad-Ausrichtungssystem, welche einen Aktiv-Pixel-Array-Detektor,
beispielsweise ein Charge-Coupled-Device(CCD)-Array, umfassen.
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Die
geeignete Ausrichtung von Rädern
in einem Fahrzeug ist für
das richtige Fahrverhalten des Fahrzeugs und den geeigneten Reifenverschleiß von Bedeutung.
Die Ausrichtung der Räder
eines Fahrzeugs erfolgt in erster Linie durch das Einstellen von Sturz,
Nachlauf, Spreizung (SAI) und Spur. Andere Aufhängungsprobleme können durch
Prüfen
des Fahrzeugniveaus (ein Maß für die vertikale
Fahrzeugkarosserieposition in Bezug auf eine Referenz wie den Boden
oder ein Fahrzeugrad) und von Radeinpresstiefenabständen (ein
Maß für die relative
horizontale Karosserieposition in Bezug auf die Fahrzeugräder) erkannt
werden. Manche dieser Ausrichtungsmessungen können auch die Ermittlung von Fahrzeugabständen, beispielsweise
des Radstands und der Spurweite, erfordern. Bedauerlicherweise können viele
dieser Messungen anhand herkömmlicher
Ausrichtungssysteme nicht einfach durchgeführt werden.
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Es
ist bekannt, dass Ausrichtungswinkel durch Anordnen von Sensorköpfen an
jedem Rad des Fahrzeugs, um Paare zu bilden, welche sich quer über das
vordere und/oder das hintere Ende des Fahrzeugs und jede Seite des
Fahrzeugs entlang erstrecken, gemessen werden können.
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US-A-4,319,838
ist ein Beispiel für
ein derartiges herkömmliches
Fahrzeugrad-Ausrichtungssystem. Ein Sensorkopf gibt ein Signal ab,
welches zum Empfänger
des anderen Sensorkopfes jenes Paares übertragen wird. Der Empfänger wandelt
dieses Signal in einem Wert um, welcher den gemessenen Winkel anzeigt.
Das gegenwärtig
in diesen Sensor köpfen verwendete
Signal ist ein elektromagnetisches Signal im sichtbaren Bereich
oder Infrarot-Bereich (in der Folge als Licht bezeichnet). Das Licht
trifft auf eine Sensorvorrichtung im Empfänger auf, deren Ausgang den
gemessenen Winkel darstellt.
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Zur
Zeit werden Photodioden, welche im US-Patent 4,302,104 dargelegt
werden, und Charge-Coupled-Devices (CCDs) vom Linear-Array-Typ, welche
im Patent 5,018,853 dargelegt werden, als Empfänger verwendet. Jede dieser
Vorrichtungen weist inhärente
Begrenzungsfaktoren auf, welche deren Eignung zur Verwendung als
Detektoren in einem Fahrzeugrad-Ausrichtungssystem
beeinträchtigen.
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Das
Photodioden-Array weist eine Reihe großer aktiver Flächen auf,
die in einem linearen Array angeordnet sind. Der Einfallswinkel
des Lichtstrahls wird durch Heranziehen des Verhältnisses von Signalen auf zwei
benachbarten Elementen des Arrays ermittelt. Da die Elemente groß sind,
weist die Aperturöffnung
für gewöhnlich eine
entsprechend große
Fläche
auf. Es sollte sich verstehen, dass die Größe und Anordnung der Apertur
in diesen Systemen einen Kompromiss nach sich ziehen. Wenn die Photodiodenelemente
groß sind
und der Schlitz oder die Apertur nah daran liegt, wird das System
in der Lage sein, einen weiten Winkelbereich zu messen, die Auflösung wird
jedoch reduziert sein. Andererseits wird, wenn die Diode klein und
der Schlitz weit entfernt ist, die Auflösung hoch, der Winkelbereich
jedoch klein sein. Unter bestimmten Bedingungen können diffuse
und/oder reflektierte Strahlen in den Sensor eintreten und die Winkelmesswerte
verzerren. Dies erfolgt, wenn ein reflektierter Strahl und der direkt
abgestrahlte Strahl gemeinsam auf das Array auftreffen, ihre Energien
jedoch an unterschiedlichen Stellen zentriert sind. Die Reflexion
kann nicht durch die Elektronik festgestellt (und dadurch unterdrückt) werden,
da die große
Photodiode die gesamte Energie verwendet, welche auf sie auftrifft
(direkte und reflektierte) , um ein Signal zu erzeugen. Da die Reflexion
nicht entfernt werden kann, wird ein falscher Messwert und folglich
ein falscher Winkel erzeugt.
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Das
CCD-Array enthält
weit mehr aktive Elemente als das Dioden-Array, und diese Elemente sind
weit kleiner als die Dioden-Array-Elemente. Infolgedessen wird die
räumliche
Auflösung
mit einem CCD-Array stark verbessert und reflektierte Strahlen, welche
gleichzeitig mit dem Hauptstrahl, jedoch nicht an derselben Position
einfallen, können
erkannt und abgetrennt werden, ehe der Winkel ermittelt wird. Es kann
jedoch immer noch zu Problemen durch reflektierte Signale kommen,
wenn diese eine große
Amplitude aufweisen und nahe dem Hauptstrahl einfallen.
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Wenngleich
Ausrichtungssensoren relativ präzise
sind, sollte es sich verstehen, dass es von Sensor zu Sensor Unterschiede
im Ansprechverhalten gibt, welche zum Teil durch Variationen bei
der mechanischen Konstruktion verursacht werden. Es wäre erstrebenswert,
diese Unterschiede durch vorausgehendes automatisches Bereichskalibrieren
der Sensoren zu kompensieren, so dass nachfolgende Messungen einheitlich
sein würden.
Darüber
hinaus wäre
es erstrebenswert, die Zykluszeit zwischen Messungen für Stromsensoren
zu reduzieren. Viele CCD-Arrays weisen beispielsweise eine unerwünscht lange
Mindestzykluszeit auf, welche von der Auslese-Zykluszeit des Sensors
abhängig
ist. Zudem wird angenommen, dass alle Stromsensoren durch Umgebungslichtquellen
beeinträchtigt
werden, welche die Funktion der Sensoren stören. Um diesen Effekt zu kompensieren,
belichten manche Sensoren das Bild-Array zweimal: einmal mit eingeschalteter Lichtquelle,
um den betreffenden Winkel zu messen, und einmal mit ausgeschalteter
Lichtquelle, um die Umgebungslichtpegel zu ermitteln. Die Differenz
zwischen den beiden Messwerten stellt die gewünschte Lichtquelle alleine
dar. Für
diese Vorgangsweise sind jedoch zwei Belichtungen erforderlich,
was die Gesamtzykluszeit des Sensors weiter verschlechtert.
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Es
wurde festgestellt, dass die Leistung von Fahrzeugausrichtungssensoren
durch Verwendung eines Paares von Lichtquellen für jeden Detektor verbessert
werden kann, jedoch erfordert dies das Ermitteln des tatsächlichen
Winkels aus dem Paar von entstehenden Bildern auf dem Sensor. Da
die Sensoren in Paaren verwendet werden, ist es auch erstrebenswert,
den Betrieb der Sensoren zu synchronisieren, so dass das Licht von
beiden Emittern eines Sensorpaares nicht gleichzeitig abgestrahlt
wird.
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Um
den gemessenen Winkel exakt zu definieren, bedienten sich die im
Stand der Technik bekannten Vorrichtungen verschiedener Mittel,
beispielsweise schmaler Schlitze oder langer Belichtungszeiten,
um das Bild zu definieren. Ein schmaler Schlitz, der zwischen der
Strahlungsquelle und dem Detektor-Array angeordnet wird, sieht ein
hinlängliches
Bild vor, reduziert jedoch die Menge an Energie, welche das Detektor-Array
erreicht, erheblich. Eine überaus
intensitätsstarke
Strahlungsquelle (oder die vorhin genannten langen Belichtungszeiten)
kann verwendet werden, um den Effekt des schmalen Schlitzes zu kompensieren,
jedoch ist auch dies nicht erstrebenswert. Darüber hinaus ist, auch wenn ausreichende
Strahlung verfügbar
ist und das Bild scharf ist, die Beziehung zwischen der Position
des Bildes und dem gemessenen Winkel nicht linear, abgesehen von
geringfügigen
Winkelabweichungen vom normalen Einfall. Von der Achse entfernte
Einfallswinkel können
nur durch mathematische Behandlung des Detektorausgangs exakt aus
dem Detektorausgang ermittelt werden, was das Ansprechverhalten des
Systems verlangsamt und auch die Bereichskalibrierung des Systems
verkompliziert.
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Herkömmliche
Ausrichtungssysteme sind nicht optimal geeignet, um verschiedene
erwünschte Ausrichtungsmessungen durchzuführen. Ein
Beispiel ist die Messung der "Nachspur
bei Kurvenfahrt" (in der
Folge als "TOOT" bezeichnet). Um
den Reifenverschleiß zu
minimieren und die Richtungsstabilität zu verbessern, werden beim
Lenken um eine Kurve die Vorderräder
eines Fahrzeugs in geringfügig
unterschiedlichen Winkeln eingeschlagen. Die idealen Winkel werden
durch den Fahrzeughersteller bestimmt und hängen in erster Linie von Radstand, Spurweite
und dem Radius der Kurve ab. Für
viele Fahrzeuge sind diese Winkel mit zwanzig (20) Grad Einschlag
angegeben. Manche Hersteller geben das Einstellen des inneren Rades
auf zwanzig (20) Grad und das Messen der Spur des äußeren Rades
vor, während
andere das äußere Rad
mit zwanzig (20) Grad und das Messen der Spur des inneren Rades vorgeben.
In jedem Fall liegt ein Nennwinkel vor, der von jedem Rad zu erreichen
ist. Die meisten verfügbaren
Ausrichter weisen nicht den Winkelbereich auf, der erforderlich
ist, um zwanzig (20) Grad Einschlag durch rein elektrooptische Mittel
zu messen. Stattdessen werden verschiedene mechanische Hilfsmittel
verwendet. Beispielsweise stellt der Rechtsnachfolger der vorliegenden
Erfindung einen Bausatz für diesen
Zweck her, welcher aus Winkelschrittgebern und elastischen Bändern besteht.
Ein Band wird zwischen den Schrittgebern in dem vorderen und dem hinteren
Sensor verbunden, und der gesamte Einschlagwinkel wird durch Subtrahieren
des Messwertes des hinteren Schrittgebers vom Messwert des vorderen
Schrittgebers berechnet. Dieses Verfahren funktioniert zwar, jedoch
weist es eine relativ niedrige Auflösung und den zusätzlichen
Nachteil der körperlichen
Befestigung der Bänder
auf. Alternativ dazu kann der Einlenkwinkel durch eine winkelerfassende Einschlagplatte,
bei der es sich um ein vollkommen gesondertes Gerät handelt,
gemessen werden. Die Einschlagplatte sitzt unter dem gewünschten
Vorderrad und wird mit dem Rad mitgeschwenkt, wenn sich dieses einschlagen
wird. Derartige Systeme sind nicht ausreichend präzise, wenn
irgendein Schlupf zwischen dem Rad und der Einschlagplatte vorliegt (was
oft der Fall ist, wenn die Einschlagplatte nicht gut auf dem Rad
zentriert ist).
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Es
wäre erstrebenswert,
den Einlenkwinkel des geeigneten Vorderrads anhand von elektrooptischen
Mitteln zu messen, jedoch ist auch diese Lösung mit Nachteilen behaftet.
Diese ergeben sich aus der Tatsache, dass ein derartiges herkömmliches System
voraussetzen würde,
dass der vordere und der hintere Sensor auf der geeigneten Seite
des Fahrzeugs einander gleichzeitig über einen Winkelbereich von
mindestens zwanzig (20) Grad "sehen". Dies ist unzweckmäßig, da
viele gegenwärtig
verfügbaren
Emitter keine ausreichende Strahlungsintensität über einen derart weiten Emissionswinkel
aufweisen. Darüber
hinaus können,
wenn der Emitterstrahl nicht auf einen Kegel von ungefähr fünf (5) Grad
beschränkt
ist, infolge der Nähe
von Fahrzeugkarosserie- und -chassisteilen unerwünschte Reflexionen auftreten.
Wenn die Reflexionen stark sind, könnten sie das System betriebsuntauglich
machen. Bei der Beschränkung
des Emitterkegels auf fünf
(5) Grad verliert der hintere Sensor in einem herkömmlichen System
den Sichtkontakt zu Emittern des vorderen Sensors, sobald der Vorderradeinschlagwinkel
oder -einlenkwinkel fünf
(5) Grad übersteigt.
Allerdings kann der vordere Sensor den(die) hinteren Emitter sehen
und Winkel bis zu einem Einschlag von zwanzig (20) Grad berechnen
(da der Detektor am Vorderrad stets im Fünf-Grad-Kegel des Lichts vom hinteren Emitter
bleibt). Bedauerlicherweise führt
die alleinige Verwendung des Winkels vom vorderen Sensor zu fehlerhaften
Messwerten, da der vordere Sensor selbst am Ende eines Bogens, der
auf der Lenkachse zentriert ist, durch den Raum geschwenkt wird.
Die Translation infolge der Schwenkbewegung wird durch den Sensor
als zusätzlicher
Winkel interpretiert.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Fahrzeug-Ausrichtungssystems mit
verbesserter Erfassung und Ermittlung von Ausrichtungs- und Aufhängungsmessungen.
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Diese
Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche realisiert.
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Diese
Aufgabe und andere Aufgaben sind für einschlägig versierte Fachleute angesichts
der folgenden Offenbarung und der beiliegenden Zeichnungen offenkundig.
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Kurzum
umfasst in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum elektronischen Ermitteln von Abständen in Zusammenhang mit dem
Warten eines Fahrzeugs ein Kalibrierverfahren. Ein Sensor wird in
einem ersten bekannten Abstand von einem Paar von Strahlungsquellen
befestigt, wobei das Paar von Strahlungsquellen in einem zweiten
bekannten Abstand voneinander getrennt ist, und wobei der Sensor
einen Bilddetektor aufweist, der in einem festen Abstand hinter
einem bildformenden Element angebracht ist. Bilder von dem Paar
von Strahlungsquellen werden veranlasst, auf den Bilddetektor zu
fallen, die räumliche
Trennung der Bilder, welche durch das Paar von Strahlungsquellen
erzeugt werden, auf dem Bilddetektor wird gemessen, und ein Kalibrierfaktor
für den
Sensor wird aus der räumlichen
Trennung und dem bekannten ersten und zweiten Abstand ermittelt.
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In
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugradausrichter
eine erste Einheit zum Befestigen an einem ersten Rad eines Fahrzeugs,
eine zweite Einheit zum Befestigen an einem zweiten Rad eines Fahrzeugs,
eine Strahlungsquelle, die an der ersten Einheit angebracht ist, zum
Bereitstellen eines Strahlungssignals und einen Bilddetektor, der
an der zweiten Einheit angebracht ist, zum Empfangen eines Bildes
von der Strahlungsquelle und zum Erzeugen eines Ausgangs als Reaktion
auf das Strahlungssignal. Der Bilddetektor umfasst ein Pixel-Array,
wobei die Pixel in dem Array als Reaktion auf darauf fallende Strahlung
von der Strahlungsquelle Ladung akkumulieren. Der Bilddetektor ist
ein CCD-Detektor mit elektronischer Verschlusssteuerung. Die Ladungen
in den Pixeln des Arrays werden gelesen, um eine numerische Darstellung der
Strahlung, welche auf das Pixel-Array fällt, zu bilden. Schaltungen
zum elektronischen Entladen des Pixel-Array, um einen Belichtungszyklus
zu beginnen, sind vorgesehen. Eine Steuerung analysiert die numerische
Darstellung der Strahlung, welche auf das Pixel-Array fällt, um
Fahrzeugausrichtungsinformationen für das Fahrzeug zu ermitteln.
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In
einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugradausrichter
eine erste Einheit zum Befestigen an einem ersten Rad eines Fahrzeugs,
eine zweite Einheit zum Befestigen an einem zweiten Rad eines Fahrzeugs,
eine Strahlungsquelle, die an der ersten Einheit angebracht ist,
zum Bereitstellen eines Strahlungssignals und einen Bilddetektor,
der an der zweiten Einheit angebracht ist, zum Empfangen eines Bildes
von der Strahlungsquelle und zum Erzeugen eines Ausgangs als Reaktion
auf das Strahlungssignal. Der Bilddetektor umfasst ein Pixel-Array,
wobei die Pixel in dem Array als Reaktion auf darauf fallende Strahlung
von der Strahlungsquelle Ladung akkumulieren. Der Bilddetektor weist
eine Belichtungszeit und eine Auslesezeit auf, wobei die Belichtungszeit
kleiner als die Auslesezeit ist. Ein Filter ist dem Bilddetektor
benachbart angeordnet, um Umgebungsstrahlung mit anderen Frequenzen
als jenen des Strahlungssignals auszufiltern. Die Ladungen in den
Pixeln des Arrays werden gelesen, um eine numerische Darstellung
der Strahlung, welche auf das Pixel-Array fällt, zu bilden. Eine Steuerung
steuert die Belichtungszeit des Bilddetektors, um die Auswirkungen
von Umgebungslicht zu minimieren, und analysiert die numerische
Dar stellung der Strahlung, welche auf das Pixel-Array fällt, um
Fahrzeugausrichtungsinformationen für das Fahrzeug zu ermitteln.
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In
einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugradausrichter
eine erste Einheit zum Befestigen an einem ersten Rad eines Fahrzeugs,
eine zweite Einheit zum Befestigen an einem zweiten Rad eines Fahrzeugs,
mindestens ein Paar von Strahlungsquellen, welche an der ersten Einheit
angebracht sind, zum Bereitstellen eines Paars von Strahlungssignalen
und einen Bilddetektor, der an der zweiten Einheit angebracht ist,
zum Empfangen eines Bildes von den Strahlungsquellen und zum Erzeugen
eines Ausgangs als Reaktion auf das Strahlungssignal. Das Bild weist
ein Paar von Spitzen auf, welche dem Paar von Strahlungsquellen entsprechen,
und der Bilddetektor umfasst ein Pixel-Array, wobei die Pixel in
dem Array als Reaktion auf darauf fallende Strahlung von den Strahlungsquellen
Ladung akkumulieren. Die Ladungen in den Pixeln des Arrays werden
gelesen, um eine numerische Darstellung der Strahlung, welche auf
das Pixel-Array auftrifft, zu bilden. Eine Steuerung analysiert
die numerische Darstellung der Strahlung, welche auf das Pixel-Array
fällt,
um die wahre Sichtlinie vom Bilddetektor zu den Strahlungsquellen
zu ermitteln, um Fahrzeugausrichtungsinformationen für das Fahrzeug
zu ermitteln.
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In
einem fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugradausrichter
eine erste Einheit zum Befestigen an einem ersten Rad eines Fahrzeugs
(wobei die erste Einheit ein erstes Paar von Strahlungsemittern
und einen ersten Modulationsdetektor umfasst) und eine zweite Einheit
zum Befestigen an einem zweiten Rad eines Fahrzeugs. Die zweite
Einheit umfasst ein zweites Paar von Strahlungsemittern und einen
zweiten Modulationsdetektor. Der erste Modulationsdetektor erfasst
Modulation in der Strahlung von dem zweiten Paar von Strahlungsemittern,
und der zweite Modulationsdetektor erfasst Modulation in der Strahlung
vom ersten Paar von Strahlungsemittern. Ein erster Bilddetektor ist
an der ersten Einheit zum Empfangen eines Bildes von den Strahlungsemittern
der zweiten Einheit angebracht, und ein zweiter Bilddetektor ist
an der zweiten Einheit zum Empfangen eines Bildes von den Strahlungsemittern
der ersten Einheit angebracht. Eine erste Synchronisiersteuerung
ist wirkend mit dem ersten Modulationsdetektor zum Synchronisieren
des Ausgangs des ersten Paars von Strahlungsemittern verbunden,
so dass das erste Paar von Strahlungsemittern nur während Zeiträumen, zu
denen das zweite Paar von Strahlungsemittern keine Strahlung abgibt,
Strahlung abgibt. Eine Steuerung spricht auf das Bild an, welches
durch mindestens einen der Bilddetektoren empfangen wurde, um Fahrzeugausrichtungsinformationen
für das
Fahrzeug zu ermitteln.
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In
einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugradausrichter
eine Strahlungsquelle, die ausgebildet ist, um entfernbar an einem
ersten Rad eines Fahrzeugs angebracht zu werden, und einen Bilddetektor,
der ausgebildet ist, um entfernbar an einem zweiten Rad eines Fahrzeugs
angebracht zu werden. Der Bilddetektor weist eine Mehrzahl von Pixeln
zum Empfangen von Strahlung von der Strahlungsquelle und Erzeugen
einer pixelweisen Darstellung des Bildes, welches auf den Detektor
fällt,
auf. Ein Bildgenerator, der eine Apertur umfasst, ist zum Definieren
eines Bildes der Strahlungsquelle auf dem Bilddetektor dem Bilddetektor benachbart
angeordnet. Eine Steuerung ist zum Ermitteln von Einfallswinkeln
von Strahlung von der Strahlungsquelle aus der pixelweisen Darstellung des
Bildes, welches auf den Detektor fällt, und Ermitteln von Fahrzeugausrichtungsinformationen
daraus wirkend mit dem Bilddetektor verbunden. Die Steuerung spricht
auf die pixelweise Darstellung an, um zwischen direkten und reflektierten
Bildern der Strahlungsquelle zu unterscheiden und den Einfallswinkel der
direkten Strahlung von der Strah lungsquelle unabhängig von
dem reflektierten Bild zu ermitteln.
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In
einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugradausrichter
eine Strahlungsquelle, die ausgebildet ist, um entfernbar an einem
ersten Rad eines Fahrzeugs angebracht zu werden, und einen Bilddetektor,
der ausgebildet ist, um entfernbar an einem zweiten Rad eines Fahrzeugs
angebracht zu werden. Der Bilddetektor weist eine Mehrzahl von Pixeln
zum Empfangen von Strahlung von der Strahlungsquelle und Erzeugen
einer pixelweisen Darstellung des Bildes, welches auf den Detektor
fällt,
auf. Eine Maske, die eine Apertur umfasst, ist zum Definieren eines
Bildes der Strahlungsquelle auf dem Bildetektor dem Bilddetektor
benachbart angeordnet. Eine Linse ist zwischen der Apertur und dem
Bilddetektor angeordnet, wobei die Linse eine Brennweite aufweist,
die mit dem Abstand von der Achse der Linse schwankt. Eine Steuerung
ist zum Ermitteln von Einfallswinkeln von Strahlung von der Strahlungsquelle
aus der pixelweisen Darstellung des Bildes, welches auf den Detektor
fällt,
und Ermitteln von Fahrzeugausrichtungsinformationen daraus wirkend
mit dem Bilddetektor verbunden.
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In
einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugradausrichter
eine Quelle von einem Paar von Strahlungsbildern, wobei die Quelle
ausgebildet ist, um entfernbar an einem Hinterrad eines Fahrzeugs
angebracht zu werden. Ein Bilddetektor ist ausgebildet, um entfernbar
an einem Vorderrad eines Fahrzeugs angebracht zu werden, wobei das
Vorderrad auf einen gewünschten Einlenkwinkel
lenkbar ist. Der Bilddetektor weist eine Mehrzahl von Pixeln zum
Empfangen von Strahlung von der Strahlungsquelle und Erzeugen einer
Darstellung der Bilder, welche auf den Detektor fallen, auf. Eine
Steuerung ist zum Ermitteln der Spur des Vorderrads und des Abstands
des Bilddetektors von der Quelle von Bildern aus der Darstellung
der Bilder, welche bei einem ersten Einlenkwinkel des Vorderrades
auf den Detektor fallen, wirkend mit dem Bilddetektor verbunden.
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In
einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren
zum elektronischen Ermitteln des Abstands zwischen einem Paar von Sensoren,
die an einem Fahrzeug angebracht sind, die Schritte des Projizierens
eines Paars von Bildern auf einen Bilddetektor, wobei die Bilder
derart getrennt sind, dass die Trennung von dem Abstand zwischen
dem Paar von Rädern
abhängig
ist, und des elektronischen Ermittelns der Trennung der Bilder und
Berechnens des Abstands zwischen dem Paar von Sensoren daraus.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine schematische
Draufsicht auf eine Ausrichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
die an den Rädern
eines Fahrzeugs angebracht wurde;
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2 ist eine gestrichelt dargestellte
Seitenansicht eines Fahrzeugs, an dessen Rädern Ausrichterkopfeinheiten
angebracht sind;
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3 ist eine vergrößerte Draufsicht
einer Kopfeinheit, welche an einem lenkbaren (Vorder-)Rad des Fahrzeugs
angebracht ist;
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4 ist eine Vorderansicht
eines Winkelsensors der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine Seitenansicht
des Winkelsensors;
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6 ist eine Draufsicht des
Winkelsensors;
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7 ist eine Querschnittansicht
einer Mehrschlitzmaske der vorliegenden Erfindung;
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8 ist ein Schema, welches
den Winkel von Licht, welches in den Winkelsensor eintritt, für ein Fahrzeug
darstellt, das geeignet ausgerichtete Räder aufweist;
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9 ist ein Schema, welches
den Winkel von Licht, welches in den Winkelsensor eintritt, für ein Fahrzeug
darstellt, das ungeeignet ausgerichtete Räder aufweist;
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10 ist ein Blockdiagramm
der Schaltungen der Ausrichtungsvorrichtung aus 1;
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11 ist ein Schema, das die
Ermittlung des Fahrzeugradstandes durch Verwendung der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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12 ist eine 11 ähnliche
Ansicht, die einen alternativen Aufbau zum Erhalten von Fahrzeugradstandmessungen
darstellt;
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13 ist ein perspektivisches
Schema, das einen Ausrichtungsmessfehler darstellt, dessen Größe zum Teil
vom Radstand abhängig
ist;
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14 ist eine vereinfachte
Seitenansicht einer Fahrzeugniveau- und Radeinpresstiefenmessvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, die an einem Fahrzeug angebracht ist;
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15 ist eine Draufsicht eines
Abschnitts der Vorrichtung aus 14;
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16 ist ein Schema, welches
die Ermittlung des Fahrzeugniveaus durch Verwendung der Vorrichtung
aus 14 veranschaulicht;
und
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17 ist ein Schema, welches
die Ermittlung des Radeinpresstiefenabstands durch Verwendung der
Vorrichtung aus 14 veranschaulicht;
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18 ist ein Blockdiagramm,
welches die Synchronisiersteuerschaltungen, die in Sensoren der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, veranschaulicht;
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19 ist eine grafische Darstellung
des Synchronisiermusters, welches von Schaltungen wie den in 18 dargestellten verwendet
wird;
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20 ist eine vereinfachte
Perspektive, welche die Unterscheidung zwischen direkten und reflektierten
Strahlen mittels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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20A ist eine grafische Darstellung
der mittels des in 20 dargestellten
Aufbaus empfangenen Signale;
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21 ist eine 20 ähnliche
Ansicht, die eine alternative Ausführungsform eines derartigen Aufbaus
darstellt;
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21A ist eine grafische Darstellung
der mittels des in 21 dargestellten
Aufbaus empfangenen Signale;
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22 veranschaulicht die geometrischen Beziehungen,
welche durch die vorliegende Erfindung beim Ermitteln der Nachspur
bei Kurvenfahrt aus Sensormessungen eines einzigen Sensors verwendet
werden; und
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23 ist ein Blockdiagramm
eines CCD-Arrays mit elektronischer Verschlusssteuerung zur Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung.
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Ähnliche
Bezugszeichen bezeichnen in jeder der mehreren Ansichten der Zeichnungen ähnliche Teile.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Wenden
wir uns nun 1 zu, so
umfasst darin ein Radausrichtungssystem 1 der vorliegenden Erfindung
eine Hauptkonsole mit einem Mikroprozessor 3, eine linke
und eine rechte vordere Kopfeinheit 5L und 5R und
eine linke und eine rechte hintere Kopfeinheit 7L und 7R.
Die Kopfeinheiten 5L und 5R und 7L und 7R sind
durch Kabel 8 oder einen beliebigen anderen geeigneten
Kommunikationskanal, beispielsweise per Funk oder Infrarot, mit
dem Mikroprozessor 3 verbunden. Die Kopfeinheiten gleichen im
Wesentlichen den Kopfeinheiten, die in US-Patent 4,319,838 an Grossman
et al. beschrieben werden. Wenngleich die Kopfeinheiten als an einen
externen Mikroprozessor 3 oder einen digitalen Signalprozessor
(DSP) angeschlossen dargestellt sind, wird es vorgezogen, dass,
wie in 10 dargestellt
ist, jede Kopfeinheit auch ihren eigenen Mikroprozessor oder DSP
umfasst. Die Kopfeinheiten sind an dem linken Vorderrad LFW, dem
rechten Vorderrad RFW, dem linken Hinterrad LRW und dem rechten
Hinterrad RRW eines Fahrzeugs angebracht, um die Ausrichtungsparameter
des Fahrzeugs zu messen. Die Kopfeinheiten sind durch Halterungen 9 (siehe 2) an den Rädern gelagert.
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In 3 ist eine vordere Kopfeinheit
ausführlicher
dargestellt. Jede vordere Kopfeinheit umfasst ein Gehäuse 11,
eine Hülse 13 und
einen Arm 15. (Die hinteren Kopfeinheiten gleichen im Wesentlichen
den vorderen Kopfeinheiten. Der einzige wesentliche Unterschied
ist, dass an den hinteren Kopfeinheiten die Arme 15 und
die Quersensoren 19 fehlen.) Die Hülse 13 ist über einer
Spindel der jeweiligen Halterung 9 angebracht, um die Kopfeinheit
zu lagern. Die Kopfeinheit kann frei um die Spindeln geschwenkt
werden. Die Kopfeinheit kann durch Festziehen eines Knopfes 17 der
Halterung 9 an ihrer Position fixiert werden. Eine Wasserwaage,
die am Arm 15 angebracht ist, zeigt an, wenn die Einheit
genau horizontal ist. Sobald die Kopfeinheit auf die Horizontale
eingerichtet wurde, wird der Knopf 17 festgezogen, um die
Kopfeinheit in ihrer waagrechten Position zu halten.
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Die
vorderen Kopfeinheiten umfassen jeweils zwei Sensoreinheiten 19 und 21 (siehe 1). Jede hintere Kopfeinheit
umfasst eine Sensoreinheit 23. Jede Sensoreinheit umfasst
einen Signalemitter 25 und einen Empfänger 27 (siehe 4), wobei jeder Empfänger über Leitungen 8 wirkend
mit dem Mikroprozessor 3 verbunden ist. Wie zu ersehen
ist, sind die Emitter nicht mit dem Mikroprozessor 3 verbunden.
Die Sensoreinheiten agieren, wie im oben genannten US-Patent Nr.
4,319,838 umfassend beschrieben ist, in Paaren, um die Ausrichtungswinkel für das geprüfte Fahrzeug
zu ermitteln.
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4–6 zeigen
eine Sensoreinheit im Detail. Die Sensoreinheiten 19, 21 und 23 sind
ident, und die in 4–6 dargestellte Sensoreinheit
ist als Einheit 19 gekennzeichnet. Jede Sensoreinheit umfasst
ein Gehäuse 24,
das eine Signalquelle 25 und einen Signalempfänger 27 enthält. Die
Quelle 25 ist vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED).
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Der
Empfänger 27 umfasst
einen Sensor 29, der auf einer PC-Karte 31 angebracht ist. Der
Sensor 29 ist ein Aktiv-Pixel-Sensor, beispielsweise ein CCD, ein
CID, eine Photodiode, ein Double-Gate Floating Surface Transistor,
ein CMD (Charge Modulation Device), ein BCMD (Bulk Charge Modulated Device),
ein SIT (statischer Induktionstransistor), ein BASIS-Sensor (Base-Stored
Image Sensor) oder ein Infrarot(IR)-Sensor. Auf Grund seiner Verfügbarkeit und
hohen Auflösung
ist der Sensor vorzugsweise ein CCD-Array. Eine Maske 33 mit
einem oder mehreren Schlitzen 35 ist auf einer PC-Karte 31 vom CCD-Sensor 29 beabstandet
angebracht. Die Maske ist in 7 als
fünf Schlitze 35a–e aufweisend
dargestellt. Die Maske 33 definiert drei im Allgemeinen
parallele Ebenen oder Oberflächen 36a–c,
auf denen Schlitze 35a–e ausgebildet
sind. Die Oberfläche 36a ist
am weitesten vom CCD 29 entfernt und in Bezug auf das CCD 29 und
die Maske 33 zentriert. Der Schlitz 35a ist auf
der Oberfläche 36a ausgebildet. Die
Schlitze 35b und 35d sind auf der Oberfläche 36b auf
entgegengesetzten Seiten des Schlitzes 35a ausgebildet.
Die Schlitze 35c und 35e sind auf Oberflächen 36c,
wieder auf entgegengesetzten Seiten des Schlitzes 35a und
von den Schlitzen 35b und d nach außen ausgebildet.
Die Schlitze sind vorzugsweise von unterschiedlicher Breite: der
Schlitz 35a ist der schmalste, und die Schlitze 35b–e nehmen schrittweise
an Größe zu, wobei
die Schlitze 35c und 35e die größten sind.
Allerdings kann jedes beliebige Größenzunahmeschema verwendet
werden. Die Schlitze 35b–e sind symmetrisch
um den Schlitz 35a angeordnet, indem die Mittelpunkte der
Schlitze 35b und 35d bzw. 35c und 35e in
der gleichen Entfernung vom Mittelpunkt des Schlitzes 35a angeordnet
sind. Die Entfernung von Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen den
Schlitzen 35c und 35e ist größer als die Entfernung von
Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen den Schlitzen 35b und 35d.
Somit bilden die Schlitze ein Dreiecksmuster. Der mittlere Schlitz
ist am weitesten vom CCD 29 entfernt, und die anderen Schlitzpaare
sind mit zunehmender Nähe
zum CCD immer weiter voneinander beabstandet. Wenngleich eine Maske
mit fünf
Schlitzen dargestellt ist, könnte
jede beliebige Anzahl von Schlitzen größer gleich zwei verwendet werden.
Eine Maske mit drei Schlitzen funktioniert bei der vorliegenden
Erfindung bestens. Zudem können
die Schlitze auf einer gerundeten Oberfläche oder einer flachen Oberfläche an Stelle der
in 6 und 7 dargestellten abgestuften Oberfläche angeordnet
sein. Wenngleich Schlitze als die bildformenden Elemente beschrieben
werden, könnten
ebenso Linsen verwendet werden.
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Ein
Fenster 37 (6)
ist in einer Wand des Gehäuses 24 ausgebildet,
um zu ermöglichen,
dass Licht von dem gegenüberliegenden
Emitter 25 die Maske 33 erreicht und durch diese
durchtritt, um auf den CCD-Sensor 29 aufzutreffen. Der
Sensor 29 ist an der PC-Karte 31 derart angebracht,
dass seine Längsachse
im Allgemeinen horizontal ist. Der Schlitz 35 ist in der
Maske 33 ausgebildet, um im Allgemeinen vertikal zu sein,
so dass der Schlitz im Allgemeinen senkrecht zum CCD-Sensor 29 verläuft. Die
Schlitze 35 ermöglichen,
dass ein Teil des Lichts von dem gegenüberliegenden Lichtquellenemitter 25 des
Sensorpaars auf den CCD-Sensor 29 fällt. Der verbleibende Teil
des Lichts von der Lichtquelle 29, welches zum Sensor hingerichtet
ist, wird durch die Maske 33 blockiert.
-
Der
CCD-Sensor 29 besteht aus einer Mehrzahl von Pixeln. Die
Pixel können
linear oder in einem XY-Array angeordnet sein. Wenn Licht von einem
gegenüberliegenden
Lichtquellen-Emitter 25 auf
den CCD-Sensor 29 auftrifft, werden die einzelnen Pixel, auf
welche das Licht auftrifft, geladen, um "Ladungspakete" zu schaffen. Das Auslesen erfolgt durch
das Übertragen
der Ladungspakete zu einem Register, welches dann sequenziell gelesen
wird (die Ladungen werden wie bei einer "Eimerkette" von Position zu Position verschoben,
bis alle Pixel gelesen wurden).
-
Vorzugsweise
enthält
das CCD-Gerät
eine elektronische Verschlusssteuerung. Beispielsweise ist das von
Sony vertriebene ILX703A-Gerät
ein derartiges Gerät.
Zu Referenzzwecken ist in 23 ein Blockschema
des Sony-CCD-Geräts
mit elektronischer Verschlusssteuerung dargestellt. Die elektronische
Verschlusssteuerung entlädt
die akkumulierte Ladung auf dem CCD-Pixel-Array elektronisch. Der Vorgang
des Entladens des Pixel-Array ist im Wesentlichen der Beginn des
nächsten
Belichtungszyklus. Geräte
ohne eine elektronische Verschlusssteuerung können das CCD-Pixel-Array nur als Teil
eines normalen Auslesezyklus entladen. Bei diesen Geräten ist
die minimale Belichtungszeit von der minimalen Auslesezykluszeit
abhängig.
Die elektronische Verschlusssteuerung kann verwendet werden, um die
CCD- Belichtungszeit
unabhängig
von der Auslesezykluszeit zu steuern, so dass Belichtungszeiten, die
weit kleiner als die Auslesezykluszeit sind, erreicht werden können.
-
8 zeigt die Beziehung zwischen
der Lichtquelle 25 und dem Sensor 29 in einem
Winkel von 0°.
Wie zu ersehen ist, fällt,
wenn die Räder
ausgerichtet sind, das Signal über
die Mitte des Sensors 29. 9 zeigt
die Beziehung der Lichtquelle 25 und des Sensors 29,
wenn die Räder
nicht korrekt ausgerichtet sind. Wie zu ersehen ist, fällt, wenn
die Räder nicht
ausgerichtet sind, das Lichtsignal nicht über die Mitte des CCD-Sensors 29,
sondern ist vielmehr um ein Maß versetzt,
das dem zu messenden Winkel entspricht.
-
Wenn
die Empfangs- und die Sendeköpfe ausgerichtet
sind, tritt die Energie durch den mittigen Schlitz und trifft auf
dem Empfangs-Array nahe dem Mittelpunkt auf. Die Energie, welche
durch die benachbarten Schlitze durchtritt, würde knapp außerhalb
der Kanten des Arrays fallen. Für
kleine Bewegungswinkel um die ausgerichtete Position würde die Energie,
welche durch den mittigen Schlitz 35a tritt, proportional
zum Betrachtungswinkel des Kopfes das Array entlang streichen. Da
der Schlitz in einem groben Abstand von dem Array angeordnet ist,
kann eine hohe Auflösung,
jedoch eine Messung mit begrenztem Bereich erzielt werden. Wenn
der Betrachtungswinkel den Bereich des mittigen Schlitzes überschritten
hat, fällt
die Energie, die durch einen benachbarten Schlitz tritt, auf das
Array. Messungen durch diesen Schlitz weisen einen erweiterten Bereich
mit einer geringeren Auflösung
auf. Die Anzahl von Schlitzen, die Schlitzbeabstandung, der Schlitzabstand
vom Sensor 29 und die Schlitzbreite können allesamt variiert werden,
um einen gewünschten
Bereich und eine gewünschte
Auflösung
einer Winkelmessung zu erreichen.
-
Wenn
der Empfänger 29 und
der Emitter 25 relativ zu einander gedreht werden, wird
der Winkel zwischen dem Empfänger 29 und
der Lichtquelle 25 verändert,
und die Lichtlinie, die durch den Schlitz 35 erzeugt wird,
bewegt sich über
die Pixel des Sensors 29. Bei null Grad sind Pixelelemente
nahe dem Mittelpunkt des CCD-Sensors 29 beleuchtet (siehe 8). Wenn der Empfänger gedreht
wird, werden Elemente, die weiter vom Mittelpunkt des Sensors entfernt
liegen, beleuchtet (9).
Der relevante Ausrichtungswinkel wird durch Ermitteln, welche der Pixel
des Sensors 29 beleuchtet werden, und Berechnen, wie weit
der Winkel von null Grad entfernt ist, gefunden. Wie oben dargelegt
wurde, erfolgt dies einfach durch Abtasten der Pixel, um zu ermitteln, welche
beleuchtet wurden. Für
kleine Winkel ist der gemessene Winkel annähernd proportional zu dem Abstand,
in welchem die beleuchteten Pixel von jenen Pixeln entfernt sind,
die bei null Grad beleuchtet sind (die tatsächliche Beziehung umfasst eine
Arcustangensfunktion).
-
10 ist ein schematisches
Blockdiagramm der Schaltungen des Ausrichtungssystems 1. Zu
Gunsten besserer Übersichtlichkeit
ist nur ein einziges Emitter/CCD-Sensor-Paar dargestellt, wenngleich
es sich versteht, dass jedes derartige Paar, falls es dargestellt
wird, auf dieselbe Weise funktionieren würde. Jeder Emitter 25 weist
einen Emitter-Treiber 25A auf,
der den Ausgang des Emitters wie unten beschrieben treibt. Der Ausgang
des Emitters 25 tritt durch ein optionales Filter 53 hindurch, um
auf die Maske 35 und einen Strahlungsdetektor 55 zu
fallen. Das Filter 53 ist optimiert, um nur die Wellenlängen von
Licht vom Emitter 25 durchzulassen. Das Filter 53 ist
vorgesehen, um die Auswirkung von Umgebungslicht auf die Sensoren
zu minimieren. Der Strahlungsdetektor 55 ist mit dem Kopfeinheit-Mikroprozessor 3A (oder
jedem beliebigen anderen Prozessor) verbunden. Es wird vorgezogen, dass
der Emitter 25 eine relativ helle Lichtquelle vorsieht
und dass die Belichtungszeit im Bereich unter einer Millisekunde
oder im Zehn-Mikrosekunden-Bereich liegt. Es hat sich heraus gestellt,
dass die Kombination aus einem optischen Filter, einer hellen Lichtquelle
und äußerst kurzen
Belichtungszeiten die Auswirkungen der meisten Umgebungslichtquellen minimiert
und den Bedarf an herkömmlicheren
Maßnahmen,
beispielsweise an zusätzlichen
Belichtungszyklen, während
derer der Emitter 25 nicht eingeschaltet ist, um Umgebungslichtquellen
zu kompensieren, im Allgemeinen eliminiert.
-
Wie
in 10 dargestellt ist,
ist der Mikroprozessor 3A mit einem Speicher 59 und
einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 61 verbunden. Er ist
auch mit den CCD-Sensor 29 verbunden, für die Zwecke des Aktivierens
des Sensors zum geeigneten Zeitpunkt und zum Lesen (durch eine herkömmliche
Signalaufbereitungsschaltung 63 und den ADC 61)
des Sensorausgangs.
-
Der
Emitter 25 und der Emittertreiber 25A sind vom
Mikroprozessor 3A und vom CCD-Sensor 29 vollkommen
unabhängig.
Der Emitter wird durch einen festen Zyklus durch den Treiber 25A getrieben, um
einen Freilauf- oder (in Bezug auf den Mikroprozessor) asynchronen
Ausgang vorzusehen. Der Emitter-Ausgangskreis besteht aus einem
modulierten Impuls, um den Beginn des Zyklus zu kennzeichnen, einem
rechteckigen Impuls für
die Belichtung und einem unterschiedlich modulierten Impuls für das Ende
des Zyklus, gefolgt von einer Dunkelzeit, welche gleich der Belichtungszeit
ist. Der Strahlungsdetektor 55 stellt den Beginn des Zyklus
fest und signalisiert dem Mikroprozessor 3A, den CCD-Sensor 29 für einen
Test-Belichtungszeitraum einzuschalten oder zu aktivieren. Aus dieser
Erstbelichtung wird durch den Prozessor die optimale Belichtungszeit
berechnet und auf den nächsten
Lichtzyklus angewandt. Eine Belichtung von gleicher Zeit erfolgt
während
der Dunkelzeit des Zyklus (wenn der Emitter ausgeschaltet ist).
Das Ergebnis aus der Dunkelzeit-Belichtung wird von der optimalen
Belichtung subtrahiert, um das Hintergrundrauschen zu entfernen.
Dann werden die Daten durch den Mikroprozessor 3A verarbeitet und
zum Konsolenprozessor 3 übertragen und durch diesen
zum Sichtgerät 57 zur Anzeige
für den
Benutzer übertragen.
-
Konkret
wendet der Mikroprozessor 3A einen softwaregetriebenen
Algorithmus auf das digitalisierte Signal vom ADC 61 an
und ermittelt daraus den Ort der Energiespitze des Hauptstrahls.
Diese Energiespitze wird in weiterer Folge in einen Winkel umgewandelt
und auf dem Sichtgerät 57 angezeigt. Das
Sichtgerät 57 kann
einen Kathodenstrahlröhrenbildschirm,
einen Drucker oder beides umfassen.
-
Durch
Verschmälern
des Schlitzes 35 der Maske 33 wird die Lichtmenge,
welche durch die Maske 35 durchtritt, reduziert, wodurch
die Anzahl beleuchteter Pixel reduziert wird.
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Da
der Emitter 25 und der Detektor 55 nicht miteinander
verbunden sind, ist keine Rückkopplung vom
Detektor 29 zum Emittertreiber 25A erforderlich, um
die Belichtung des CCD-Sensors
zu steuern. Keine Draht- oder Kommunikationsverbindung ist zwischen
den Sensoren zum Zweck des Steuerns des Emitters erforderlich. Überdies
kann der Strahlungsdetektor 55 verwendet werden, um Überbelichtungs- und
Unterbelichtungsbedingungen zu erfassen, ohne den CCD-Sensor 29 zu
verwenden. Zudem können hohe
Hintergrundsignale durch den Strahlungsdetektor 55 unabhängig vom
CCD-Sensor erfasst
werden.
-
Wenden
wir uns nun 11 zu, so
ist darin ersichtlich, wie die vorliegende Vorrichtung verwendet
wird, um den Radstand elektronisch zu ermitteln. Wenngleich die
vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit dem Ermitteln des Radstandes
beschrieben ist, sollte es sich verstehen, dass die Spurweite auf genau
dieselbe Weise ermittelt werden kann, außer dass die Sensoreinheiten 19 (welche
quer über
das Vorderende des Fahrzeugs gerichtet sind) an Stelle der Sensoreinheiten 21 und 23 (welche
jede Seite des Fahrzeugs entlang gerichtet sind) verwendet werden.
Im Allgemeinen ermittelt die vorliegende Erfindung den Abstand zwischen
Sensoren, die an einem Fahrzeug angebracht sind, wobei der Abstand
je nach den verwendeten Sensoren der Radstand, die Spurweite oder
das Fahrzeugniveau oder jede beliebige Anzahl anderer relevanter
Messungen sein kann. Darüber
hinaus weist das System 1, welches oben beschrieben wurde,
vorzugsweise eine Maske 33 mit mindestens drei Schlitzen
auf, wobei jedoch nur zwei Schlitze in der Maske erforderlich sind,
um den Radstand (oder die Spurweite) zu ermitteln.
-
Zum
Ermitteln des Radstandes sind die Sensoreinheiten 21 und 23 an
ihren jeweiligen Rädern entfernbar
angebracht. Aus Gründen
der Einfachheit wird nur ein einziges Paar von Sensoreinheiten 21 und 23 berücksichtigt,
wenngleich es sich verstehen sollte, dass die Sensoreinheitspaare
auf jeder Seite des Fahrzeugs auf dieselbe Weise funktionieren,
um den Radstand zu ermitteln. Jedwede Differenz in den Radständen, welche
durch die Sensoreinheitspaare ermittelt werden, wird durch den Konsolenmikroprozessor 3 erkannt
und zeigt ein mögliches
Problem der Fahrzeugausrichtung, beispielsweise nichtparallele Achsen,
an.
-
Es
ist zu beachten, dass die Messung des Radstandes keine andere Anordnung
als jene, die zum Ermitteln der Radausrichtungsdaten erforderlich ist,
erfordert, so dass die Radstandermittlung ein integrierter Teil
des Radausrichtungsvorgangs ist. Sie erfordert keine zusätzlichen
Arbeiten durch den Techniker/Benutzer. Der Mikroprozessor oder die Steuerung
ermitteln die Radausrichtungseigenschaften der Vorder- und der Hinterräder aus
den Radausrichtungsdaten von den Sensoreinheiten 21 und 23 auf
genau dieselbe Weise wie jene, die oben dargelegt wurde. Die vorliegende
Vorrichtung ist in der Lage, auch zusätzliche Informationen, Radstandinformationen,
von jenen Sensoren zu beziehen. Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass
die Sensordetektoren Aktiv-Pixel-Array-Detektoren, beispiels weise
die oben beschriebenen CCD-Detektoren, sind. Tatsächlich ist
es für
Zwecke des Ermittelns des Radstandes lediglich erforderlich, dass
einer der Detektoren auf jeder Seite des Fahrzeugs ein Aktiv-Pixel-Array-Detektor
ist, welcher wie in 11 dargestellt konfiguriert
ist. Da die Emitter und Detektoren in der oben beschriebenen Konfiguration
in Paaren (eines für
jede Sensoreinheit) vorliegen, kann jedes beliebige der beiden Paare
zum Ermitteln des Radstandes verwendet werden. Alternativ dazu können beide Paare
verwendet werden, und die Radstandresultate für jedes Paar können behandelt
werden (durch Mittelwertbildung usw.), um den Radstand für jene beiden
spezifischen Räder
zu ermitteln.
-
Wie
in 11 zu ersehen ist,
projiziert der Emitter 25 Strahlung (vorzugsweise Infrarotlicht, wenngleich
auch andere Frequenzen verwendet werden könnten) in einem Strahl zur
Maske 33 und zum CCD-Detektor 29 hin. Zum Ermitteln
des Radstandes wird vorgezogen, dass die Maske 33 zwei
Schlitze 35 aufweist, die wie dargestellt angeordnet sind.
Der beispielsweise in 4 und 10 dargestellte mittige Schlitz
kann auch vorhanden sein, jedoch muss in diesem Fall der entsprechende
Ausgang des Detektors 29 durch den Prozessor ignoriert
werden. Algorithmen zum Durchführen
eines derartigen Ausblendens von mittigen Spitzen in Software sind
im Stand der Technik bekannt und stellen keinen Teil der vorliegenden
Erfindung dar. Zu Gunsten besserer Übersichtlichkeit bei der Veranschaulichung
der Grundsätze
des Ermittelns des Radstandes sind in 11 nur
jene beiden Schlitze 35 dargestellt, welche für diesen
Zweck erforderlich sind.
-
Der
Emitter 25 in Verbindung mit den beiden Schlitzen 35 stellt
ein Mittel zum Projizieren von zwei räumlich getrennten Bildern auf
den Detektor 29 dar. In der Praxis ist das Resultat ein
Paar von Spitzen auf dem Detektor, welche angeordnet sind, wo die
Strahlen 25B und 25C auf den Detektor auftreffen.
Eine Vorgangsweise zum Orten jener Spitzen anhand eines CCD-Linear-Array-Detektors 29 ist
in US-Patent 5,018,853 beschrieben. Natürlich könnten auch viele andere Verfahren
zum Orten derartiger Spitzen verwendet werden. Die Aktiv-Pixel-Array-Detektoren
besitzen die Eigenschaft, dass derartige Spitzen sowohl relativ
zu einander als auch relativ zu einer beliebigen Referenz vom Ausgang
des Detektors geortet werden können.
Der Ausgang des Detektors 29 liefert daher den Abstand "B" (die Trennung der beiden Spitzen in
der Lichtverteilung) an den Mikroprozessor 3A. Es ist zu
beachten, dass sich dieser Abstand mit der Änderung des Abstands "X" zwischen den beiden Sensoreinheiten ändert. Dieser
Abstand "X" ist der Radstand
des Fahrzeugs, gemessen für
jene beiden spezifischen Räder,
an welchen die Sensoreinheiten 21 und 23 angebracht
sind. Die anderen beiden Abstände,
welche in 1 dargestellt
sind, und zwar "D" und "A", sind fest. Der Abstand "D" ist der Abstand zwischen der Maske 33 und
dem Detektor 29 (dieser Abstand ist in 11 nicht maßstabsgetreu dargestellt).
Der Abstand "A" ist der Abstand
zwischen den beiden Schlitzen 35 in der Maske.
-
Bei
der Betrachtung von 11 und
der Anwendung des Gesetzes ähnlicher
Dreiecke wird ersichtlich, dass A/X = B/(X + D). Bei der Auflösung für X ergibt
sich X = (A*D)/(B – A).
Da A und D bekannt sind und B die gemessene Trennung der Spitzen
ist, verfügt
der Mikroprozessor über
alle Informationen, die erforderlich sind, um den Radstand zu ermitteln.
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Es
ist zu beachten, dass, wenngleich zum Projizieren eines Paars von
Strahlungsspitzen auf den Detektor ein einziger Emitter und eine
Maske mit zwei Schlitzen dargestellt sind, stattdessen ebenso ein
Paar von Emittern und eine Maske mit einem einzigen Schlitz verwendet
werden könnten.
Eine derartige Konfiguration ist in 12 dargestellt.
Bei dieser Konfiguration sind der Abstand "E" zwischen
den Emittern 25 und auch der Abstand "D" bekannt,
während
der Abstand "B" zwischen den beiden
Spitzen gemessen wird. Da X/E = D/B ist der Radstand bei dieser
Konfiguration X = (D*E)/B. Es sollte erkannt werden, dass die Abmessungen
E und D fest sind, während
die Abmessung B in Abhängigkeit
von X variiert. Auf Grund von Fertigungstoleranzen wird die Abmessung
D von Einheit zu Einheit etwas variieren. Diese Variation wird bewirken,
dass der Wert der Abmessung B ebenfalls von Einheit zu Einheit variiert. Diese
Variation kann jedoch während
der Erstkalibrierung der Einheit kompensiert werden. Während der
Kalibrierung werden die Abmessungen X und E konstant gehalten, so
dass dieselbe oben besprochene geometrische Beziehung verwendet
werden kann, um für
eine einfache automatische Möglichkeit des
Durchführens
einer Winkelbereichskalibrierung des Messwertumformers zu sorgen.
Da nun die Abmessungen E und X während
der Kalibrierung bekannt und fest sind, ist der Winkel zwischen
den Sichtlinien von jedem der beiden Emitter 25 bekanntermaßen 2*arctan(E/2X).
Die Abmessung B, die Anzahl von Pixeln der Trennung zwischen den
beiden Spitzen, die den beiden Emittern entsprechen, wird während der
Kalibrierung gemessen, und die Trennung wird auf den bekannten Winkel α bezogen,
um die Bereichskalibrierung des Messwertumformers unabhängig von
Variationen anderer Abmessungen wie beispielsweise D zu ermitteln.
-
Es
sollte sich verstehen, dass das Verwenden der Konfigurationen von 11 oder 12 zu einem Bild auf dem Detektor 29 führt, welches
zwei Spitzen aufweist. Die Spitzen erscheinen an zwei verschiedenen
Positionen auf dem CCD-Pixel-Array, sind
jedoch um die wahre Sichtlinie zentriert. Es wird vorgezogen, dass
das Mittel dieser beiden Positionen ermittelt wird und der gewünschte Winkel
aus dem gemittelten Wert ermittelt wird.
-
Der
elektronisch ermittelte Radstand wird vom Konsolenmikroprozessor 3 beim
Korrigieren bestimmter Ausrichtungs messfehler verwendet, welche zum
Teil vom Radstand abhängig
sind. Ein derartiger Fehler ist in 13 veranschaulicht.
Die Messung der hinteren Spur eines Fahrzeugs kann durch den Sturz
des Vorderrads beeinflusst werden. Dazu kommt es, da sich die Achse
der vorderen Sensoreinheit 21 (welche den hinteren Spurwinkel
erfasst) von der Achse der hinteren Sensoreinheit 23 um
den Sturzwinkel "CA" unterscheidet. Es
ist zu beachten, dass das Ausmaß des
Fehlers durch die Tatsache beeinflusst wird, dass der Vorderraddetektor 29 von der
Drehachse des Rades entfernt angeordnet ist. Wären sowohl der Emitter als
auch der Detektor auf der Drehachse des Rades angeordnet, dann würden kleine Änderungen
des Sturzes zu vernachlässigbaren
Auswirkungen auf die Anordnung des Detektors 29 führen. Bei
der in 13 dargestellten
Konfiguration ist jedoch der Fehler, der sich aus einer von der Achse
entfernten Anordnung des vorderen Detektors ergibt, gering, aber
messbar.
-
Auf
Grund der verschiedenen Sensoreinheitsachsen umfasst der gemessene
Spurwinkel einen Fehler "TE", welcher zum Teil
von dem Radstand X (dem Abstand zwischen dem Hinterrademitter 25 und
dem Vorderraddetektor 29) abhängig ist. Die Amplitude dieses
Fehlers wird ausgedrückt
durch die Gleichung: tan(TE) = (D1*sin(CA))/Xwobei
D1 der Abstand zwischen dem hinteren Emitter und dem Detektor ist.
Da D1 bekannt ist und das System CA und X misst, ist der Mikroprozessor 3 in der
Lage, die oben angeführte
Gleichung zu verwenden, um den gemessenen hinteren Spurwinkel mittels
des elektronisch ermittelten Radstandes zu korrigieren. Natürlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf das Korrigieren der hinteren
Spur beschränkt. Jedweder
radstandabhängige
Fehler in den Messungen kann durch den Mikroprozessor 3 korrigiert
wer den, sobald der Radstand wie oben dargelegt ermittelt wurde.
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Wenden
wir uns nun 14 zu, so
ist darin zu ersehen, dass die vorliegende Erfindung auch verwendet
werden kann, um das Fahrzeugniveau und die Radeinpresstiefenabstände zu ermitteln.
Dies setzt allerdings eine zusätzliche
Vorrichtung voraus. In 14 ist
die Sensoreinheit 21 als entfernbar an einem Rad (für Zwecke
der Veranschaulichung am rechten Vorderrad RFW) angebracht dargestellt.
An der Sensoreinheit 21 ist eine Fahrzeugniveau/Einpresstiefen-Sensoreinheit 69 fest
angebracht, welche, wie deutlich wird, einen Emitter 71 (15) und einen Aktiv-Pixel-Array-Detektor 73 (16) umfasst. Insbesondere
weist die Fahrzeugniveau/Einpresstiefen-Sensoreinheit 69 an
deren oberem Ende einen Emitter 71 auf, der im oberen Ende
der Einheit 69 einem Schlitz 75 benachbart angeordnet
ist. Der Detektor 73, welcher vorzugsweise ein Linear-CCD-Array-Detektor ist, ist
am unteren Ende der Einheit 69 angeordnet. Es ist zu beachten,
dass die Fahrzeugniveau/Einpresstiefen-Einheit 69 in einer festen
geometrischen Beziehung in Bezug auf das Rad des Fahrzeugs angebracht
ist.
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Der
Emitter 71 ist angeordnet, um Beleuchtung nach oben zu
projizieren (wie in 14 dargestellt
ist), wenn die Sensoreinheit 21 an einem Fahrzeugrad angebracht
ist. Die Strahlung (vorzugsweise Infrarot), die durch den Emitter 71 projiziert
wird, trifft auf eine Reflektoreinheit 77 auf, die durch
den Techniker/Benutzer entfernbar an einem Kotflügel 79 (oder einer
anderen geeigneten Oberfläche)
des Fahrzeugs angebracht ist. Der vertikale Abstand zwischen der
Fahrzeugniveau/Einpresstiefen-Einheit 69 und der Reflektoreinheit 77 ist
ein Maß für das Fahrzeugniveau
des Fahrzeugs.
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Die
Reflektoreinheit 77 hält
ein Paar von eckenreflektierenden Kuben 81 in einer festen
bekannten relativen Position. Derartige Kuben sind im Stand der
Technik bekannt und besitzen die Eigenschaft, auf sie Licht gerichtetes
Licht entlang einem parallelen Weg zurück zur Lichtquelle zu reflektieren. Strahlung
vom Emitter 71 wird daher nach oben zu den eckenreflektierenden
Kuben 81 hin gerichtet, welche jene Strahlung zurück nach
unten durch den Schlitz 75 auf den CCD-Detektor 73 reflektieren.
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Die
Ermittlung des Fahrzeugniveaus und des Radeinpresstiefenabstands
mittels der Einheiten 69 und 77 ist in 16 und 17 veranschaulicht. In 16 ist der Abstand "rh" zwischen
dem Schlitz 75 und der Reflektoreinheit das Fahrzeugniveau
(oder ein Abstand der sich vom Fahrzeugniveau nur durch eine bekannte
Konstante unterscheidet). Der Abstand "d" ist
die Beabstandung zwischen den beiden eckenreflektierenden Kuben 81 und
ist fest und bekannt. Der Abstand "d" sollte
vom Reflektor aus gesehen breiter als die offensichtliche Trennung
des Emitters und des Detektors sein.
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Die
Strahlung, welche durch den Emitter 71 zu den Kuben hin
gerichtet wird, wird zum Detektor 73 zurück reflektiert,
wo sie das dargestellte Paar getrennter Spitzen bildet, wobei die
Spitzen im Detektorausgang durch einen Abstand "b" getrennt
sind. Der Abstand b variiert in Abhängigkeit von dem Fahrzeugniveau
rh. Dieser Abstand zwischen Spitzen wird durch den Mikroprozessor 3A ermittelt,
dem der Ausgang des Detektors 73 zugeführt wird.
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Wenngleich
das Fahrzeugniveau bei gegebenem Abstand von Spitze zu Spitze "b" auf mehrere Arten ermittelt werden
kann, wird vorgezogen, dass dieses durch Verwendung einer Kalibrierkonstante ermittelt
wird. Die Reflektoreinheit wird durch eine geeignete Halterung in
einem festen, bekannten Abstand "rhcal" und in einer festen,
bekannten Position in Bezug auf den Detektor 73 gehalten.
Der Ausgang des Detektors 73 wird durch den Mikroprozessor 3 geprüft, um den
Kalibrierabstand von Spitze zu Spitze "bcal" zu
finden. Daraufhin ermittelt der Mikroprozessor das Ist-Fahrzeugniveau durch
Verwendung der Kalibriermessung bcal und des Fahrzeugniveau-Kalibrierabstands
rhcal und der aktuellen Spitze-zu-Spitze-Messung "b". Die Gleichung, welche diese Größen in Relation
setzt lautet: rh = bcal*rhcal/b.
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Viele
gleichwertige Gleichungen könnten ebenfalls
verwendet werden.
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17 veranschaulicht die Ermittlung
des Radeinpresstiefenabstands durch Verwendung der vorliegenden
Vorrichtung. Die horizontale Position der Reflektoreinheit 77 in
Bezug auf den Detektor 73 ist ein Maß für den Radeinpresstiefenabstand.
wenn die Reflektoreinheit in einer Position, beispielsweise der
in 17 am weitesten links
dargestellten, angeordnet ist, fällt
die reflektierte Strahlung durchschnittlich rechts von jener Position
der reflektierten Strahlung, die sich ergibt, wenn die Reflektoreinheit
weiter rechts angeordnet ist (siehe gestrichelte Zeichnung der Reflektoreinheit 77).
Das heißt,
dass die absolute Position des Strahlungsmusters auf dem Detektor 73 ein
Maß für den Radeinpresstiefenabstand
ist. Diese absolute Position kann relativ einfach erhalten werden,
da der Ausgang des CCD-Detektor-Array absolute Positionsinformationen
in Bezug auf eine beliebige Referenzposition liefert. Die Position
einer beliebigen der beiden Spitzen oder das Mittel aus den Positionen
beider Spitzen oder eine andere Kombination des Detektorausgangs
kann verwendet werden, um die Radeinpresstiefe zu messen. Es wird
vorgezogen, dass der Mikroprozessor 3A die absolute Position
jeder Spitze ermittelt und dann die Werte mittelt, um die Radeinpresstiefe
zu ermitteln, wobei jedoch jedwedes andere Verfahren ebenfalls verwendet werden
könnte.
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Während der
Kalibrierung zeichnet, wie oben beschrieben wurde, der Mikroprozessor 3A die
absolute Position des reflektierten Strahlungsmusters auf, um die
Radeinpresstiefenmessung zu kalibrieren. Nachfolgende Messwerte
der absoluten Position des Musters werden mit der Kalibrierposition
verglichen, um die Ist-Radeinpresstiefe zu ermitteln. Es wird vorgezogen,
die Ist-Einpresstiefen-Messung
mit den Rädern
geradeaus gelenkt am Beginn der Ausrichtung vorzunehmen. Daraufhin
kann die Reflektoreinheit 77 durch den Techniker/Benutzer
entfernt werden, während
der Rest der Ausrichtung durchgeführt wird. Wenn gewünscht wird,
kontinuierliche Fahrzeugniveaumessungen während der Ausrichtung zu erhalten, kann
die Reflektoreinheit an Ort und Stelle belassen werden.
-
Wenden
wir uns nun der Ausführungsform der
Erfindung, welche in 18 dargestellt
ist, zu, so wird darin vorgezogen, dass jede Kopfeinheit ein Paar
von Emittern (wie in 12 dargestellt),
die als 25A und 25B gekennzeichnet sind, umfasst.
Jede Kopfeinheit umfasst auch einen Mikrocontroller 85 und
einen Lichtmodulationsdetektor 86. Die Emittersysteme agieren
in Paaren, wobei der Emitterausgangszyklus von einer Kopfeinheit
den Start des Emitterausgangszyklus von der gegenüberliegenden Kopfeinheit
auslöst.
Dies ist deutlicher aus 19 zu ersehen,
welche den Ausgang der Emitter 25A und 25B von
einer Kopfeinheit und den Ausgang der Emitter 25A' und 25B' von der anderen
Kopfeinheit jenes Paares schematisch veranschaulicht.
-
Wie
in der obersten Zeile aus 19 dargestellt
ist, steuert der Mikrocontroller 85 den Emitter 25A,
um einen Zeitraum lang einen modulierten Ausgang zu erhalten, gefolgt
von einem Zeitraum, während
dessen dieser Emitter eingeschaltet, jedoch unmoduliert ist, gefolgt
von einem Zeitraum, während dessen
dieser Emitter ausgeschaltet ist. Zu einem späteren Zeitpunkt wird der Emitter 25A einen
Zeitraum lang, der sich von dem vorangehenden Modulationszeitraum
unterscheidet, moduliert und dann ausgeschaltet. Wie in Zeile 2
dargestellt ist, steuert der Mikrocontroller 85 den Emitter 25B auf
dieselbe Weise, wobei der Start zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt. Es
wird vorgezogen, dass sich der Zeitraum, während dessen der Ausgang des
Emitters 25B moduliert ist, von den Modulationszeiträumen für den Emitter 25A unterscheidet.
Der Zyklus wird dann unter der Steuerung des Mikrocontroller 85 der
ersten Kopfeinheit wiederholt.
-
Der
Mikrocontroller 85 der anderen Kopfeinheit des Paares steuert
den Ausgang der Emitter 25A' und 25B' auf ähnliche
Weise, wie in der dritten und vierten Zeile von 19 dargestellt ist. Der Modulationsdetektor 86 an
der zweiten Einheit erfasst die Modulationszeiträume der Emitter an der ersten Einheit,
und der Mikrocontroller 85 der zweiten Einheit synchronisiert
als Reaktion darauf die Emitterzyklen der zweiten Einheit mit jenen
der ersten Einheit. Dies gewährleistet,
dass die Emitter an gegenüberliegenden
Kopfeinheiten niemals gleichzeitig eingeschaltet sind.
-
Ein
Grund dafür,
dass vorgezogen wird, ein CCD-Array als Detektor zu verwenden, ist,
dass ein derartiges System die Fähigkeit
aufweist, direkte und reflektierte Strahlung von den Emittern zu
unterscheiden. Das Prinzip ist in 20 und 21 mit einem einzigen Emitter
veranschaulicht, wenngleich es sich verstehen sollte, dass Systeme,
die sich mehrerer Emitter bedienen, auf im Wesentlichen dieselbe
Weise funktionieren würden.
Es ist bekannt, dass CCD-Arrays,
beispielsweise der Detektor 29, eine Anzahl überaus kleiner
(0,014 mm) Fotostellen aufweisen, wo die Energie empfangen wird.
Das CCD-Array sieht daher eine pixelweise Darstellung des darauffallenden
Bildes vor. Durch Anordnen eines schmalen Schlitzes, beispielsweise
die Apertur 35A in 20,
vor einem CCD-Array 29, derart, dass nur wenige Pixel beleuchtet
werden, kann der Winkel der auftreffenden Strahlung (der direkte
Strahl der Strahlung ist in 20 mit 89 gekennzeichnet)
durch Kenntnis der Pixelnummer, an welcher der Mittelpunkt der Energie
liegt, ermittelt werden. Diese Ermittlung beinhaltet eine Arcustangensfunktion,
welche zusätzliche
Rechnerzeit erfordert, welche das System jedoch durchaus zu berechnen
imstande ist. Wenn ein reflektierter Strahl (beispielsweise der
reflektierte Strahl 91 in 20,
der wie dargestellt von der Oberfläche 93 weg reflektiert
wird) in die Apertur 35A eintritt, werden die Pixel des
Array 29, welche durch den reflektierten Strahl beleuchtet
werden, an einem anderen Ort als die Hauptstrahlpixel liegen und
eine niedrigere Amplitude aufweisen. Demnach kann die Steuerung,
welche die pixelweise Darstellung des Bildes, welches auf das Array
fällt,
analysiert, diese Differenzen verwenden, um zwischen dem direkten
und dem reflektierten Bild der Strahlungsquelle zu unterscheiden.
Die Differenzen zwischen dem direkten und dem reflektierten Bild
sind in 20A grafisch
dargestellt. Somit ermöglicht
das System von 20 die
Unterscheidung des Hauptstrahls und des reflektierten Strahls und
reduziert die Anfälligkeit
gegenüber
Störstrahlung.
-
Dennoch
könnte
selbst das System aus 20 verbessert
werden. Die kleinen Empfangsflächen
des CCD-Array benötigen
einen schmalen Schlitz 35A in der Apertur, so dass eine
gut definierte Spitze gebildet und der Mittelpunkt der Energie exakt ermittelt
wird. Der schmale Schlitz bildet ein gutes Bild, beschneidet die
Energiemenge, welche das CCD-Array vom Emitter 25 erreicht,
jedoch beträchtlich.
Ein auf diese Weise konfiguriertes System erfordert relativ lange
Integrationszeiten auf dem CCD-Array oder auf sehr intensitätsstarken
Emittern. Beide dieser Alternativen sind etwas unerwünscht. Die CCD-Array-
und Schlitz-Anordnung ist eine Verbesserung gegenüber im Stand
der Technik bekannter Vorrichtungen, da sie die Fähigkeit
besitzt, reflektierte Signale zu unterdrücken, jedoch auf Kosten eines niedrigeren
Signal-Rauch-Verhältnisses
infolge der Reduktion der auftreffenden Energie und der kleinen Größe der Erfassungsoberfläche.
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Das
System aus 21 schafft
Abhilfe für diese
Unzulänglichkeiten
durch Einbinden einer Linse 95 in das System. Die Linse 95 konzentriert
das Licht und sieht das schmale Bild für das CCD-Array vor, was zur
Folge hat, dass der Schlitz, der in 21 mit 35B gekennzeichnet
ist, aufgeweitet werden kann, um eine umfassende Erfassung von Energie
zu ermöglichen.
Die Apertur und die Linse sollen vorzugsweise derart zusammenwirken,
dass das Bild über
einen breiten Winkelbereich im Fokus bleibt. Dies kann durch Ausbilden
der Kanten der Linse derart, dass sie eine andere Brennweite als
der mittlere Abschnitt der Linse aufweisen, erreicht werden. Der Winkel,
in welchem das Licht durch die Apertur tritt, bestimmt, welcher
Teil der Linse beleuchtet wird. Das Wissen darum, welcher Teil der
Linse erforderlich ist, um das Licht für eine bestimmten Einfallswinkel
zu fokussieren, ermöglicht
eine Ermittlung der spezifischen Brennweite, welche für den jeweiligen
spezifischen Abschnitt der Linse geeignet ist. Tatsächlich wird
vorgezogen, die Linsenbrennweite zu variieren, so dass Strahlen,
die in vorgegebenen Winkeln eintreten, zu bekannten vorgegebenen
Pixeln auf dem Array 29 hin gelenkt werden. Das Lenken
und Fokussieren des Strahls 89 durch die Linse 95 wird
vorzugsweise derart gesteuert, dass die Linse eine lineare Beziehung
zwischen dem Einfallswinkel und dem beleuchteten Pixel ergibt. Die
Arcustangensfunktion, welche in der vorangehenden Ausführungsform durch
einen Rechner ausgeführt
wird, wird bei diesem System durch die Linse ausgeführt. Mit
der Linse 95 werden alle Aspekte des Systems verstärkt. Beispielsweise
werden eine exakte Winkelermittlung wie auch eine Reflexionsunterdrückung über einen breiten
Bereich von winkeln und einen großen Bereich von Abständen erreicht.
Da die Linse tatsächlich
Berechnungen für
das System ausführt,
werden die Rechneralgorithmen, die für Winkel- und Abstandsermittlungen
verwendet werden, vereinfacht. Das System weist auch einen erhöhten Signalpegel, eine
verringerte Integrationszeit für
das Array 29, ein scharfes Bild über einen breiten Winkelbereich
und (wie in 21A grafisch
dargestellt ist) eine Unterdrückung
der reflektierten Strahlen durch Unterscheidung von Signalen auf.
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Wenden
wir uns nun 22 zu, welche
eine grafische Darstellung des Verfahrens ist, mit welchem das vorliegende
System die Nachspur bei Kurvenfahrt (TOOT) ermittelt. Dies wird
ermöglicht,
da die Sensoren, die im vorliegenden System verwendet werden, in
der Lage sind, sowohl Abstand als auch Winkel zu ermitteln. Unter
Nutzung dieser Tatsache ist es möglich,
den Translationsfehler zu ermitteln, der durch das Schwenken des
Vorderradsensors verursacht wird, und diesen zu kompensieren. Die
beteiligte spezifische Geometrie erfordert Abstands- und Winkelmessungen
nur von dem vorderen Sensor, welcher während seiner Bewegung um ungefähr zwanzig
(20) Grad den Strahl vom entsprechenden hinteren Emitter kontinuierlich
sieht. Bei besonderer Betrachtung von 22 bezeichnet θ die Anzahl
von Graden, um welche das Vorderrad des geprüften Fahrzeugs gedreht wird, α1 den Messwertumformerwinkel,
der an der TOOT-Startposition
gemessen wird, R1 den Abstand, der an der TOOT-Startposition gemessen
wird, α2
den Messwertumformerwinkel, der an der TOOT-Endposition gemessen
wird, und R2 den Abstand, der an der TOOT-Endposition gemessen wird.
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Das
durch die Punkte ODE in 22 definierte
Dreieck weist zwei gleich lange Seiten von der Länge S (wobei die Länge S der
Schwenkradius des Sensors ist) auf. Daher sind die Winkel A1 und
B2, welche diesen Seiten gegenüberliegen,
gleich. Da die Innenwinkel eines Dreiecks summiert 180 Grad ergeben,
gilt: θ +
A1 + B2 = 180
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Durch
Substitution für
B2 und Umformen der Terme ergibt sich: A1 = (180 – θ)/2.
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Analog
dazu werden die anderen Winkel wie folgt ermittelt:
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A2:
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A2 = 90 – A1
A2 = 90 – (180 – θ)/2 = θ/2
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A3:
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A3 = α2 – A2
A3 = α2-θ/2
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B1:
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B1 = 90 – α1
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B3:
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B3 = B1 + B2
B3 = 90 – α1 + (180 – θ)/2
B3 = 180 – (α1 + θ/2)
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Unter
Anwendung des Sinussatzes:
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Unter
Anwendung der Identität
SIN(X) = SIN(180 – X),
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Diese
Gleichung weist nur eine einzige Unbekannte, und zwar den Winkel θ, auf, bei
dem es sich um den gewünschten
Einlenkwinkel handelt. Daher löst
das System für
die gewünschte
Unbekannte wie folgt:
Unter Anwendung der Identitäten:
SIN(X ± Y)
= SIN(X)COS(Y) ± COS(X)SIN(Y)und
Umformung:
(R2)SIN(α2)COS(θ/2) – (R2)COS(α2)SIN(θ/2) = (R1)SIN(α1)COS(θ/2) + (R1)COS(α1)SIN(θ/2) (R2)SIN(α2)COS(θ/2) – (R1)SIN(α1)COS(θ/2) = (R2)COS(α2)SIN(θ/2) + (R1)COS(α1)SIN(θ/2) [(R2)SIN(α2) – (R1)SIN(α1)]COS(θ/2) = [(R2)COS(α2) + (R1)COS(α1)]SIN(θ/2) -
Das
System löst
diese Gleichung, um aus bekannten Größen den gewünschten Winkel zu erhalten.
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Darüber hinaus
können
die Gleichungen auch verwendet werden, um für den Schwenkradius wie folgt
zu lösen:
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Ermittlung der Winkel
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- 1. C1 = 90 – α1
- 2. C2 = 90 – α2
- 3. C3 = C2 + θ – C1 C3
= 90 – α2 + θ – (90 – α1) C3 = θ + α1 – α2
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Unter
neuerlicher Anwendung des Sinussatzes,
Ferner,
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Somit
kann der Schwenkradius auch durch das vorliegende System durch alleinige
Verwendung der Messungen des vorderen Sensors ermittelt werden.
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Die
vorangehende Beschreibung wurde lediglich zu veranschaulichenden
Zwecken dargelegt. Variationen innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche sind
für einschlägig versierte
Fachleute eventuell offenkundig.
