ES2221877T3 - Metodo y dispositivo para detectar la posicion de una rueda de vehiculo en un sistema de referencia ligado al vehiculo. - Google Patents

Abstract

Método para detectar la posición de una rueda de vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo, que comprende los siguientes pasos: fijar rígidamente un cuerpo de medición (4) a la rueda del vehículo (2), teniendo dicho cuerpo de medición dos elementos de detección (14, 16) espaciados uno de otro en la dirección del eje de giro (A-A) de la rueda del vehículo, los cuales están formados de tal manera que el centro de gravedad de las superficies de sus planos de sección que contienen al eje de giro están sobre el eje de giro, detectar las posiciones de los elementos de detección mediante su imagen sobre dos superficies de proyección fijas al vehículo, en modalidad predeterminada fijadas en relación al vehículo y angularmente dispuestas una respecto a la otra, calcular las posiciones de los elementos de detección en un sistema de referencia ligado al vehículo a partir de sus posiciones sobre las superficies de proyección y calcular la posición de la rueda del vehículo a partir de la relación geométrica constante entre los elementos de detección y la rueda del vehículo.

Description

Método y dispositivo para detectar la posición de una rueda de vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo.

La invención se refiere a un método y un dispositivo para detectar la posición de una rueda de vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo.

La exacta detección metrológica de cambios en la posición de las ruedas de un vehículo dentro de un sistema de referencia ligado al vehículo de un vehículo en movimiento es una importante condición previa para el desarrollo de vehículos con comportamiento en ruta seguro y libre de problemas para el conductor.

Un instrumento de medida usual es un así llamado autocolimador, con el ángulo de convergencia y de picado que puede ser dinámicamente detectado en tracción. Un autocolimador tal contiene un espejo rígidamente fijado a la rueda del vehículo, cuya luz reflejada es detectada por un sistema también óptico, que está montado en un bastidor unido al vehículo. Tanto el tamaño como el peso de tales instrumentos de medida afectan al comportamiento en ruta del vehículo y no permiten ninguna detección metrológica precisa de los cambios, condicionados por la construcción del vehículo o de ejes, de la posición de la rueda bajo influencias externas, como fuerzas laterales, etc.

Un dispositivo adicional de detección de la posición de una rueda de vehículo se ha divulgado en US A 6 134 792.

La invención se basa en la misión de lograr un método y un dispositivo con el cual la situación o posición en funcionamiento práctico de una rueda de vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo puede ser detectada con precisión, sin que el comportamiento del vehículo se vea influenciado por la técnica de medida.

La parte del objeto de la invención dirigida al método se logra con las características de la reivindicación 1.

Con el método según la invención las posiciones de ambos elementos de detección pueden ser determinadas como posiciones de elementos de imagen según métodos de evaluación de imágenes habituales (determinación de punto o seguimiento de punto). Así pueden ser utilizados métodos de evaluación, como los que son habituales por ejemplo en desarrollo y mejora de la seguridad pasiva contra accidentes (investigación de colisión). Debido a que la posición de los elementos de detección es detectada en dos niveles diferentes, es posible una determinación tridimensional de su posición en un sistema de referencia ligado al vehículo. La rígida disposición geométrica entre los elementos de detección y la rueda del vehículo permite el cálculo directo de la posición de la rueda de vehículo en el sistema de referencia ligado al vehículo, por ejemplo con respecto a las coordenadas cartesianas del centro del eje de la rueda y el ángulo sólido del eje de la rueda, es decir con respecto a los seis grados de libertad que describen inequívocamente la posición de la rueda del vehículo.

La reivindicación 2 caracteriza la estructura fundamental del dispositivo para resolver la parte correspondiente del objeto de la invención.

Las reivindicaciones dependientes 3 a 6 están dirigidas a formas de realización ventajosas y perfeccionamientos del dispositivo según la invención.

La invención puede ser usada en todas partes donde la posición de una rueda de vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo deba ser determinada con precisión, tanto para vehículo parado como para vehículo en marcha.

La invención se explica a manera de ejemplo y con detalles adicionales por medio de los siguientes dibujos esquemáticos.

Representan:

Fig. 1 una vista en perspectiva oblicua desde arriba de una rueda con el dispositivo montado en ella.

Fig. 2 una vista en sección vertical esquemática a través de la rueda del vehículo con el dispositivo montado en ella y un diagrama de bloques de componentes adicionales y

Fig. 3 un diagrama de bloques modificado frente a la Fig. 2.

Según las figuras un cuerpo de medición 4 está fijado a una rueda de vehículo 2 de tal manera que se alinea con el eje A-A, alrededor del cual gira la rueda de vehículo 2. Este eje es al mismo tiempo el eje de un muñón de eje 6, en el que está colocado giratoriamente un soporte de rueda 8, al cual por otro lado está fijada la rueda de vehículo 2. El muñón de eje 6 está conformado con una biela 10, que está giratoriamente unida a un soporte de eje o pieza de bastidor 12 del vehículo.

El cuerpo de medición 4 es en conjunto de forma de haltera y tiene dos esferas 14, 16 que están rígidamente unidas una a la otra por una barra 18. La barra 18 se prolonga a partir de la esfera 16 y está fijada a la llanta de la rueda 2 o al soporte de rueda 8 de tal manera que el cuerpo de medición 4 está alineado con el eje A-A. La fijación del cuerpo de medición 4 a la rueda 2 o al soporte de rueda 8 puede realizarse de diferentes maneras, por ejemplo el cuerpo de medición 4 puede estar formado por brazos, los cuales son fijados con tornillos de rueda (no representados), que sujetan la rueda al soporte de rueda 8. El cuerpo de medición 4 puede estar formado de tal manera que puede ser insertable en una entalladura central del soporte de rueda 8 y en ella se pueda fijar centrado, por ejemplo por medio de una rosca.

Una primera cámara 20 está rígidamente fijada a la carrocería del vehículo 19 de tal manera que su lente se encuentra aproximadamente en la perpendicular sobre el centro entre las esferas 14 y 16, de forma que el campo visual de la cámara cubre la totalidad de la zona dentro de la cual se mueve el cuerpo de medición 4. Para el caso en que la rueda 2 sea una rueda delantera orientable del vehículo, la cámara 20 se encuentra aproximadamente en la perpendicular sobre el cuerpo de medición 4, si la rueda delantera no está deformada por choques.

Una cámara adicional 22 está montada de tal manera delante (o detrás) del cuerpo de medición 4 en unos planos que contienen al eje A-A, y se encuentra aproximadamente centrada delante (respectivamente detrás) del cuerpo de medición 4. Las cámaras 20 y 22 son cámaras electrónicas (como por ejemplo CCD o CMOS), cuyos elementos fotodetectores, que forman el plano de la imagen, están conectados mediante líneas de datos 24, 26 con un ordenador 28. Al menos una entrada 30 del ordenador está conectada con un sensor del estado de la marcha 32, como por ejemplo un sensor de velocidad, sensor de ángulo de dirección o similar. Las salidas 34 del ordenador se dirigen a aparatos periféricos, como pantallas, impresoras etc.

La función del dispositivo descrito es como sigue:

Las esferas 14, 16 son proyectadas por cada cámara 20, 22 como discos, de forma que mediante evaluación electrónica de imágenes es posible una determinación exacta del centro de los discos. En la figura 1 está dibujado un sistema de referencia ligado al vehículo, de forma que el eje X indica la dirección longitudinal del vehículo, el eje Y la dirección transversal del vehículo, y el eje Z la dirección de alzado del vehículo. Adicionalmente está indicado el cuerpo de medición 4 con ambas esferas. Como se comprende de manera inmediata, con ayuda de la cámara 20 y evaluación de imágenes en el ordenador 28 se pueden determinar las coordenadas x e y de las esferas en un sistema de referencia ligado al vehículo. Análogamente se pueden determinar con la cámara 22 las coordenadas y y z. De las coordenadas tridimensionales de ambas esferas y la relación geométrica fija entre el cuerpo de medición 4 y la rueda 2 se pueden calcular las coordenadas tridimensionales de por ejemplo el centro de la llanta de la rueda 2 y los ángulos que forma el eje A-A con los ejes de coordenadas. Con ello es posible determinar, mediante evaluación de las imágenes de ambas cámaras 20, 22 en el ordenador 28, la posición que la rueda 2 toma en el sistema de coordenadas ligado al vehículo con relación a sus seis grados de libertad.

Con el vehículo en marcha, la posición de la rueda 2 en el sistema de coordenadas ligado al vehículo dada por los seis grados de libertad, cambia de forma continua conforme a las fuerzas actuantes y eventualmente al ángulo de dirección. Mediante el uso de métodos rápidos de evaluación de imagen y de seguimiento de punto, como se emplean por ejemplo en la técnica de colisión para el seguimiento de los puntos de marcación abiertos en el vehículo, es posible evaluar y registrar las coordenadas del centro de ambas esferas 14 y 16. Además es útil registrar al mismo tiempo las señales de salida de al menos un sensor de estado de la marcha 32, con lo que los cambios de la posición de la rueda del vehículo se pueden correlacionar con influencias externas.

Con el sistema descrito las cualidades de marcha del vehículo no son modificadas en la práctica, pues la masa del cuerpo de medida 4 es despreciable en comparación con la de la rueda 2. Las cámaras 20 y 22 pueden ser construidas también de forma compacta y peso favorable, con lo cual es posible su fijación rígidamente a la carrocería 19. Para considerar eventuales cambios de posición u oscilaciones, puede ser fijada adicionalmente a la carrocería 19 del vehículo una marca elevada al campo visual de las cámaras, cuya situación relativa a la carrocería no se modifique incluso con fuertes aceleraciones.

El sistema descrito puede ser llevado a cabo y modificado de diversas maneras.

El cuerpo de medición 4 no tiene que estar inevitablemente formado por dos esferas; las esferas facilitan en verdad la evaluación de imagen en relación a la identificación de su punto medio; las esferas pueden sin embargo estar también formadas por discos o como ranuras anulares de la barra 18. Es esencial que el cuerpo de medición 4 esté formado por dos elementos de detección (esferas en el ejemplo representado), los cuales estén formados de tal manera que los puntos medios de las superficies de sus planos de sección, seccionados en el plano del eje, estén situados sobre el eje independientemente de la posición de giro del eje. Esto permite una determinación precisa de las coordenadas relevantes del cuerpo de medición. El cuerpo de medición puede para mejor detectabilidad ser iluminable por medio de un dispositivo no representado, de manera ventajosa con una gama de longitudes de onda para la cual las cámaras sean especialmente sensibles.

El ordenador 28 puede según la Fig. 3 estar "descentralizado", por ejemplo estando prevista para las cámaras una unidad de mando 28_{1} conteniendo un procesador, la cual está conectada mediante un sistema de línea común 36 (por ejemplo CAN o IEEE 1394) con un procesador de medida 28_{2} y otros componentes no representados. De esta manera un ordenador central estará equilibrado y los procesadores individuales pueden estar específicamente adaptados a sus tareas. En la unidad de mando 28_{1} no solo se realiza el mando de las cámaras, sino que ventajosamente también la evaluación de imágenes, con lo que marcas de tiempo son agregadas a los datos para hacer posibles evaluaciones posteriores en referencia de tiempo o de suceso.

Es ventajoso no evaluar la totalidad de la zona de imagen captada por las cámaras, sino solo aquellas zonas en las cuales se encuentran las esferas. De este modo son posibles altas frecuencias de exploración desde por ejemplo 400 Hz con costes de computación justificables.

El procesador de medida registra según técnicas conocidas parámetros de marcha, como velocidad, guiñada, ángulo de balance etc. y los evalúa. A estos datos de medidas son también ventajosamente agregadas marcas de tiempo.

Mediante la conexión de línea común se puede conseguir un sistema completo que sea utilizable de manera flexible.

Los datos pueden en la medida necesaria estar disponibles en forma digital o, tras apropiada transformación, analógica.

La evaluación de imágenes no tiene obligatoriamente que realizarse en línea, sino que puede realizarse fuera de línea, con lo que se pueden utilizar conocidos métodos de evaluación tridimensional de imágenes y se puede trabajar con CAMs de baja o alta velocidad. La evaluación de imágenes se puede realizar con pasos de almacenamiento intermedio. Además no tienen que ser usadas obligatoriamente cámaras electrónicas; pueden también ser usadas cámaras tomavistas, cuyas imágenes sean evaluadas posteriormente, con lo que este método es en efecto engorroso y exige mucho tiempo.

Las cámaras no tienen que estar dispuestas perpendicularmente una respecto a la otra; es importante que sus direcciones de imagen sean diferentes, para que a partir de imágenes bidimensionales puedan ser generadas coordenadas tridimensionales.

Lista de símbolos de referencia

2

Rueda de vehículo

4

Cuerpo de medición

6

Muñón de eje

8

Soporte de rueda

10

Biela

12

Pieza de bastidor

14

Esfera

16

Esfera

18

Barra

19

Carrocería

20

Cámara

22

Cámara

24

Línea de datos

26

Línea de datos

28

Ordenador

28_{1}

Unidad de mando

28_{2}

Procesador de medida

30

Entrada

32

Sensor de estado de la marcha

34

Salida

36

Línea común

Claims (6)

1. Método para detectar la posición de una rueda de vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo, que comprende los siguientes pasos:

fijar rígidamente un cuerpo de medición (4) a la rueda del vehículo (2), teniendo dicho cuerpo de medición dos elementos de detección (14, 16) espaciados uno de otro en la dirección del eje de giro (A-A) de la rueda del vehículo, los cuales están formados de tal manera que el centro de gravedad de las superficies de sus planos de sección que contienen al eje de giro están sobre el eje de giro,

detectar las posiciones de los elementos de detección mediante su imagen sobre dos superficies de proyección fijas al vehículo, en modalidad predeterminada fijadas en relación al vehículo y angularmente dispuestas una respecto a la otra,

calcular las posiciones de los elementos de detección en un sistema de referencia ligado al vehículo a partir de sus posiciones sobre las superficies de proyección y

calcular la posición de la rueda del vehículo a partir de la relación geométrica constante entre los elementos de detección y la rueda del vehículo.

2. Dispositivo para detectar la posición de una rueda de vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo, que comprende:

un cuerpo de medición (4) rígidamente fijado a la rueda del vehículo (2) con dos elementos de detección (14, 16) espaciados uno de otro en la dirección del eje de giro de la rueda del vehículo, los cuales están formados de tal manera que los centros de gravedad de las superficies de sus planos de sección que contienen al eje de giro están sobre el eje de giro,

un dispositivo de detección de posición (20, 22), el cual proyecta las imágenes de los elementos de detección sobre dos superficies de proyección fijas al vehículo, en modalidad predeterminada fijadas en relación al vehículo y angularmente dispuestas una respecto a la otra, y

un dispositivo de cálculo (28) el cual, a partir de las posiciones de los elementos de detección sobre las superficies de proyección y de la relación geométrica constante entre los elementos de detección y la rueda del vehículo, calcula la posición de la rueda del vehículo en un sistema de referencia ligado al vehículo.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que el cuerpo de medición (4) comprende como elementos de detección dos esferas (14, 16) espaciadas una de otra.

4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3, en el que el dispositivo de detección de posición está formado por dos cámaras (20, 22) electrónicas rígidamente montadas en el vehículo, las cuales detectan el cuerpo de medición desde dos direcciones distintas.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que una cámara (20) está montada aproximadamente en la perpendicular sobre el eje de giro (A-A) de la rueda del vehículo (2), y la otra cámara (22) está montada en un plano aproximadamente horizontal que contiene al eje de giro.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 ó 5, en el que el dispositivo de cálculo es un ordenador (28) conectado con las cámaras electrónicas, el cual tiene una entrada (30) conectada con al menos un sensor del estado de la marcha (32).