ITRE970055A1 - Metodo e dispositivo per regolare l'assetto di un autoveicolo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

di Brevetto per Invenzione Industriale per il trovato avente per titolo : "METODO E DISPOSITVO PER REGOLARE L'ASSETTO DI UN AUTOVEICOLO ",

Il presente brevetto concerne un Metodo per misurare gli angoli caratteristici dell'assetto di un veicolo al fine di effettuarne la regolazione, nonché il Dispositivo per. attuare il Metodo.

Il controllo periodico della regolazione dell'assetto di un veicolo è importante per garantire la migliore tenuta di strada ed il migliore comfort di guida.

La tenuta di strada è direttamente proporzionale all'aderenza del veicolo alla strada che è a sua volta funzione principalmente di due fattori, l'area di contatto dei pneumatici con il terreno, e la deriva della ruota, i quali dipendono entrambi dalla geometria dell'autotelaio e delle sospensioni.

La geometria di un autotelaio dotato di ruote e sospensioni definisce gli angoli caratteristici delle ruote, cioè gli angoli esistenti tra ciascuna ruota e le altre, tra ciascuna ruota e gli assi longitudinali e trasversali del telaio, tra ciascuna ruota e l'asse di marcia del veicolo, nonché tra ciascuna ruota e la verticale del terreno e gli angoli propri dello sterzo; i valori corretti di questi dati sono dettati dal fabbricante del veicolo.

E' quindi necessario misurare i suddetti angoli per poterli ricondurre ai valori desiderati.

Gli angoli caratteristici sono :

- convergenza anteriore sinistra, destra e totale

- convergenza posteriore sinistra, destra e totale

- campanatura anteriore destra e sinistra

- campanatura posteriore destra e sinistra

- incidenza destra e sinistra

- king-pin destro e sinistro

- set-back anteriore e posteriore

- angolo di spinta

- differenza di carreggiata

Per una migliore comprensione del testo si ricordano le definizioni degli angoli caratteristici:

- la convergenza è l'angolo formato dal piano ortogonale all'asse di ogni ruota con l'asse di simmetria longitudinale del veicolo.

- la convergenza totale è l'angolo risultante dalla somma degli angoli di convergenza relativi alle ruote appartenenti ad uno stesso asse.

- la campanatura è l'angolo formato dal piano ortogonale all'asse di ogni ruota con il piano verticale.

l'incidenza è l'angolo compreso tra la proiezione dell'asse di sterzo sul piano longitudinale del veicolo e la verticale.

il king-pin è l'angolo formato dalla proiezione dell'asse di sterzo sul piano trasversale del veicolo con la verticale. - il set-back è il disassamento tra le ruote di uno stesso assale rispetto all'asse di simmetria del veicolo.

l'asse di spinta è l'asse definito dalla bisettrice dell'angolo totale di convergenza posteriore.

- la differenza di carreggiata è l'angolo compreso tra la linea che congiunge le ruote poste sullo stesso lato, ma appartenenti a due assali differenti, e l'asse di simmetria del veicolo.

I più recenti dispositivi noti utilizzati per regolare l'assetto delle ruote di un veicolo si basano su strumenti di misura e rilevazione di tipo opto-elettronico.

Questi dispositivi comprendono strumenti misuratori di angolo che vengono generalmente applicati alle ruote del veicolo ed interagiscono tra di loro in modo meccanico o ottico, oppure sono fissi al terreno e rilevano l'immagine di riferimenti posti sulle ruote. Questi riferimenti possono essere o riscontri materiali fissati alle ruote, o anche immagini proiettate sulle ruote.

I dati rilevati dai detti dispositivi vengono inviati ad un processore che li elabora utilizzando notorie formule geometriche che danno come risultato i valori degli angoli caratteristici dell'assetto del telaio.

I dispositivi noti sono tuttavia afflitti da una serie di problemi che ne limitano sostanzialmente sia le possibilità di impiego sia la precisione.

Un primo non indifferente inconveniente è il tempo necessario per effettuare le misure e le relative regolazioni. Infatti nei dispositivi noti per preparare il veicolo ed effettuare la misura occorrono oltre venti operazioni, e si è rilevato che le operazioni preliminari coprono mediamente oltre il 70% del tempo necessario all'esecuzione di un normale ciclo di misura.

Un ulteriore inconveniente è determinato dagli errori sistematici introdotti dalla operazione di compensazione. L'operazione di compensazione riduce gli errori di misura imputabili alle deformazioni geometriche del cerchio e quelli dovuti all'accoppiamento sensore ruota.

Ciò viene ottenuto introducendo nella misura un fattore di correzione calcolato utilizzando i dati rilevati durante un giro della ruota del veicolo.

Tuttavia per ottenere una rotazione della ruota senza ricorrere a grossi spazi è necessario sollevare la stessa dal terreno scaricando il gruppo sospensioni-ammortizzatori dal peso del veicolo.

In questo modo però si introducono degli errori dovuti al fatto che le sospensioni nella loro corsa inducono variazioni agli angoli caratteristici del veicolo, quindi il sollevare la ruota dal terreno porta all'inconveniente di avere le ruote posizionate in modo diversi rispetto alla condizione di marcia che viene raggiunta solo dopo un assestamento delle sospensioni.

Un altro limite degli attuali allineatori è il campo massimo di misura angolare dei trasduttori. In particolare questo limite si evidenzia nelle misure relative alla geometria della sterzata.

I costruttori di autoveicoli hanno generalmente adottato uno schema cinematico per gli organi dello sterzo chiamato "Triangolo di Jeantaud". Questa configurazione garantisce la concentricità delle circonferenze percorse dalle ruote nelle curve ad ampio raggio, mentre per sterzate aventi un raggio di curvatura minore, il Triangolo di Jeantaud fornisce una condizione che si discosta progressivamente da quella ideale.

Risulta quindi evidente l'importanza dell'accuratezza delle misure relative alla geometria della sterzata al fine di garantire la sicurezza e la tenuta di strada del veicolo. Gli allineatori opto-elettronici attualmente in commercio utilizzano per effettuare queste misure delle piastre rotanti, dotate di dispositivi elettronici, poste sotto le ruote sterzanti; la misura dell'angolo di sterzata avviene tramite indici graduati o con trasduttori elettronici che misurano la rotazione delle piastre.

Questi sistemi sopperiscono, in parte, al limitato campo di misura dei trasduttori ma eseguono misure indirette e soggette ad errori dovuti al movimento dì roto-traslazione del piatto. Infatti durante la sterzata il moto della ruota è scomponibile in una traslazione e in una rotazione, questo fenomeno è dato dall'asse di sterzata che non passa per la mezzeria della ruota.

E' evidente che una misura indiretta, come quella effettuata dai dispositivi noti, è soggetta ad errori dovuti alla doppia natura del fenomeno da misurare.

La misurazione e successiva regolazione dell'assetto può essere effettuata mediante apparecchiature che eseguono le misure utilizzando dispositivi connessi al cerchione della ruota oppure per mezzo di apparecchiature che non utilizzano alcun dispositivo fisso sul cerchione.

Sono note apparecchiature che effettuano la misura degli angoli caratteristici dell'assetto montando dispositivi di misura su tutti i cerchioni del veicolo.

Questi dispositivi sono goniometri o trasduttori d'angolo interagenti con strumenti uguali fissati ai cerchioni di due ruote adiacenti, in senso trasversale e longitudinale.

L'interazione tra i suddetti strumenti può essere realizzata sia meccanicamente, per mezzo di fili o molle, sia mediante dispositivi di tipo elettrico e/o ottico.

Una volta effettuate le misure un processore elabora i dati rilevati mediante algoritmi matematici di tipo noto.

Sono conosciuti anche dispositivi che utilizzano sistemi di misura in cui non viene posto alcun riferimento materiale sul cerchione.

Il brevetto US 4,899,218 a nome di WALDEKER illustra un processo di misura che si basa sulla proiezione di un raggio oscillante di luce strutturata sulla ruota in modo da produrre almeno due immagini di riferimento sulla superficie della stessa.

Le dette immagini vengono lette da telecamere posizionate ad un certo angolo rispetto al piano ottico definito dal piano di oscillazione di detto raggio.

La posizione spaziale delle linee di contorno e quindi della ruota è calcolata da un computer mediante un noto sistema di triangolazione.

Definita così la posizione spaziale della ruota, un elaboratore calcola gli angoli caratteristici dell'assetto rispetto ad un opportuno sistema di riferimento.

I dispositivi utilizzati nel brevetto citato sono molto complessi da utilizzare specie per quanto concerne le procedure di calibrazione dell'apparato.

La domanda di brevetto pubblicata DE 2948573 a nome SIEMENS, descrive un apparato in cui il processo di misura si basa su coppie di immagini del bordo del cerchione o di una circonferenza dello stesso prese da angolazioni diverse.

Da tali immagini si ricavano delle ellissi dai cui parametri si determina la posizione spaziale della ruota, una volta nota l'esatta posizione e l'orientamento delle telecamere. La pubblicazione non dà alcuna indicazione di come il sistema è in grado di distinguere il bordo del cerchione, o una circonferenza concentrica posizionata sullo stesso, dal pneumatico che lo circonda, inoltre non insegna come tenere conto delle inevitabili distorsioni dell'immagine dell'ellisse che rappresenta il bordo del cerchione, che ovviamente influiscono negativamente sulla accuratezza della misura .

L'immagine vista dalla telecamera si presenta infatti come un'ellisse distorta in quanto il lato più prossimo alla telecamera si presenta più largo del lato più distante e pertanto per non commettere errori di misura si dovrebbe tenere conto anche della distorsione.

Per concludere tutti i dispositivi noti sono affetti da errori di misura sistematici dovuti alle inevitabili imprecisioni compiute dell'operatore durante il posizionamento dei dispositivi di misura sui cerchioni, o durante le operazioni di compensazione che richiedono di sollevare le ruote del veicolo e di girare ogni ruota, oppure da errori nascenti dalle nominate distorsioni di tipo ottico, o da irregolarità di forma del pneumatico su cui si producono le immagini, o dello stesso cerchione.

Il presente brevetto ha lo scopo di eliminare i sopra evidenziati inconvenienti rendendo disponibile un metodo ed un dispositivo di misura atto a funzionare senza bisogno di porre specifici riferimenti o sensori sulla ruota, nemmeno in forma di immagine proiettata, il quale esegua l'operazione di compensazione senza sollevare le ruote del veicolo dal suolo e riduca sensibilmente i tempi di preparazione e di esecuzione della misura degli angoli caratteristici dell'assetto.

Il metodo con cui l'apparato esegue la misura prevede la rilevazione e l'elaborazione di un certo numero di coppie di immagini di ogni ruota, mentre il veicolo ancora in movimento si sta posizionando nel sito di misura, al fine di individuare la posizione spaziale del cerchione. Ciò viene ottenuto ricercando nelle immagini delle strutture circolari ed identificando quelle zone in cui la transizione fra i livelli di grigio nell'immagine è massima, come verrà meglio spiegato nel seguito.

In questo modo si determinano dei punti appartenenti a segmenti del bordo del cerchione che vengono elaborati, ed associati ad un sistema di riferimento cartesiano, per determinarne la posizione spaziale in modo accurato mediante procedimenti matematici di tipo noto 'cui si farà riferimento nel seguito.

Una volta determinato un certo numero di punti appartenenti al bordo del cerchione il trovato calcola, per ogni immagine, l'ellisse passante per tali punti.

In alternativa l'ellisse viene calcolata come interpolazione di un numero discreto ma elevato di punti giacenti sulla immagine della ruota.

Determinate due ellissi per ogni ruota, ricavate da immagini riprese da due posizioni poste ad angolazioni diverse, il trovato stabilisce una corrispondenza fra gli elementi del bordo delle due ellissi.

In questo modo viene determinato in modo univoco il bordo del cerchione ed il piano contenente lo stesso, e quindi la campanatura e la convergenza di ogni singola ruota.

Si deve notare che la determinazione delle ellissi non è fondamentale al fine di individuare il bordo del cerchione ed il piano che lo contiene ma viene effettuata in quanto permette di rendere più veloce l'elaborazione dei dati in quanto si concentra la ricerca dei punti del bordo del cerchione in zone limitate.

Il trovato consegue questo risultato mediante un metodo di misura dell'assetto del veicolo comprendente due telecamere per ogni ruota aventi l'obbiettivo rivolto verso il sito di misura e connesse in modo stabile allo stesso. Le telecamere sono collegate, mediante mezzi di per sé noti, ad un processore destinato ad elaborare le immagini di ogni ruota viste dalle stesse, a determinare lo sfarfallio del cerchione, vale a dire la non ortogonalità del piano del cerchione rispetto all'asse di rotazione dello stesso, e ad eseguire i calcoli dei valori degli angoli caratteristici dell'assetto .

Per ogni ruota vengono rilevate dalle due telecamere più coppie di immagini con la ruota in movimento, il trovato è in grado di determinare, mediante algoritmi noti, lo sfarfallio del cerchione rispetto all'asse di rotazione.

Confrontando i dati di variazione angolare sui piani orizzontale, verticale e rotazionale rilevati in almeno due diverse posizioni di sterzata, il trovato calcola anche la posizione spaziale dell'asse di sterzo ed è quindi in grado di calcolare i valori di tutti gli angoli caratteristici dell'assetto del veicolo, e di visualizzarli sul monitor dell'elaboratore affinché l'operatore proceda alle regolazioni necessarie.

E' evidente che il trovato può ottenere lo stesso risultato utilizzando una sola telecamera per ruota o una sola telecamera in assoluto e la conseguente adozione di percorsi ottici opportuni, realizzati con l'ausilio di specchi fissi e/o mobili ed eventuali otturatori, che consentano di vedere in successione tutte le ruote dal punto di rilevamento.

Le caratteristiche peculiari del dispositivo e del metodo sono specificate nelle rivendicazioni.

Per una migliore comprensione del trovato, sia sotto il profilo del metodo che sotto il profilo del dispositivo, se ne descrive una preferita forma di attuazione, data a titolo di esempio non limitativo ed illustrata nei disegni delle tavole allegate.

La Figura 1 mostra una vista dall'alto del trovato mentre un veicolo in movimento si sta posizionando nel sito di misura. La Figura 2 mostra una vista dall'alto del trovato col veicolo già posizionato.

La Figura 3 mostra una vista laterale del trovato.

La Fig.4 mostra i rapporti tra i vari sistemi di riferimento Cartesiano utilizzati.

La Fig.5 mostra una parte ingrandita della Fig.4.

La Fig.6 rappresenta le coordinate nel piano dell'immagine di un determinato punto del cerchione.

La Fig.7 rappresenta un esempio di rete neurale.

La Fig.8 rappresenta il bordo del cerchione calcolato rispetto allo schema di riferimento posto in ogni telecamera, con la corrispondenza fra punti del bordo del cerchione posti nello stesso "punto" fisico

La Fig.9 rappresenta il cerchione visto dalla telecamera e, a lato, lo stesso trasformato nel piano proiettivo.

La Fig.10 rappresenta un'intersezione spuria.

La Fig. 11 rappresenta la determinazione del piano del cerchione .

Dalle suddette figure si rileva un sito di misura 1, che comprende un usuale ponte sollevatore 2 cui sono connessi, in modo stabile e con mezzi noti, quattro dispositivi— di supporto 3,4,5,6, uguali due a due, delle telecamere 7,che sono collegate ad unità di elaborazione 12 dei dati rilevati .

I dispositivi 3 e 4 sono affacciati e posizionati sui lati esterni delle corsie del ponte sollevatore 2, in prossimità dell'estremità anteriore dello stesso.

Invece i dispositivi 5 e 6 sono affacciati e posizionati sui lati esterni delle corsie del ponte sollevatore 2, in prossimità dell'estremità posteriore dello stesso.

Ognuno dei detti dispositivi di supporto 3,...,6, comprende un telaio mobile 8 che scorre su due guide 9 poste parallele all'asse di simmetria del ponte, e sul quale sono montate due uguali telecamere 7. Lo spostamento del telaio mobile 8 avviene ad opera di un motoriduttore fisso 10 che aziona una vite senza fine 11 e una boccola, non illustrata, che è collegata al telaio mobile 8.

I dispositivi 5 e 6 si differenziano dai dispositivi 3 e 4 solo per quanto concerne la lunghezza delle guide 9 e della vite senza fine 11.

Inoltre i dispositivi 3 e 6 sono dotati di un trasduttore di posizione lineare, di tipo noto e non illustrato, che permette di determinare il passo del veicolo.

Ciò è conseguito dal trovato, come illustrato nella figura 12, utilizzando la seguente relazione:

dove D è la distanza tra le posizioni iniziali dei due trasduttori, d1 è la distanza misurata dal trasduttore di posizione del dispositivo di supporto 3, d2 è la distanza misurata dal trasduttore di posizione del dispositivo di supporto 6 (si veda Fig.l e Fig.2).

Quando il sistema si accorge che un nuovo veicolo entra nel sito di misura, il motoriduttore aziona il telaio mobile 8 che sostiene le telecamere 7 in modo da'mantenere l'immagine della ruota sempre al centro del campo visivo delle telecamere stesse. Ciò si ottiene realizzando un usuale sistema ad anello chiuso in cui l'immagine rilevata dalle telecamere 7 viene inviata all'unità'di elaborazione 12 dei dati che comanda , mediante attuatori di tipo noto, l'azionamento del motoriduttore. In particolare i parametri del motoriduttore controllati dall'unità di elaborazione 12 sono la velocità ed il senso di rotazione; infatti entrambi questi parametri sono indispensabili per avere un controllo totale sulla distanza relativa dei trasduttori di posizione dei dispositivi di supporto 3 e 6.

Per meglio comprendere il trovato facciamo una breve introduzione sul sistema di riferimento, considerando l'area di misura di una singola ruota essendo questa uguale per tutte le ruote.

I punti TI e T2 identificano le origini dei sistemi di riferimento ortogonali di ciascuna telecamera rispetto al sistema di riferimento assoluto avente origine in 0, come illustrato in Fig. 4.

II generico punto P dello spazio ha coordinate Px, Py, Pz, rispetto al sistema di riferimento assoluto avente origine in 0.

Inoltre per ciascuna telecamera si definisce un piano immagine che è perpendicolare all'asse z del sistema di riferimento avente per origine Ti, i=l,2 e a distanza unitaria rispetto all'origine Ti, i=l,2.

I punti appartenenti ai piani immagine hanno coordinate Ui=(Uxi, Uyi, 1) ; questi punti vengono determinati mediante la trasformazione proiettiva, la quale associa ad ogni punto dello spazio tridimensionale un punto Ui dato dall'intersezione della retta congiungente P e Ti con il piano immagine, dove i =1,2.

Le coordinate in pixel di un punto della superficie attiva della telecamera sono identificate con il vettore bidimensionale I le cui componenti (Ix, Iy) sono la colonna e la riga dell'immagine come risulta evidente dalla Fig. 6. La trasformazione fra le coordinate Ui e le coordinate I in termini di pixel di un punto sulla superficie attiva della telecamera viene effettuata mediante l'operazione di calibrazione.

Lo scopo della calibrazione è quello di realizzare una funzione che permetta di eseguire la trasformazione dalle coordinate in pixel (superficie attiva del sensore) alle coordinate Ui del piano immagine definite in precedenza, per ogni apparato costituito da una telecamera del sistema di misura.

Per passare dal punto I dell'immagine, ad un punto U nel piano immagine si possono utilizzare delle tecniche di modellistica non parametrica note anche come Reti Neurali. Queste rappresentano una possibile soluzione al problema di determinare una funzione ingresso/uscita usando uno schema di apprendimento da esempi disponibili, cercando la funzione migliore tra un'opportuna classe di funzioni secondo un criterio prestabilito.

In particolare il percettrone multi-livello è una rete neurale, schematizzata in Fig.7, costituita da unità dette neuroni disposte su livelli diversi. La risposta in uscita ad un segnale di ingresso si ottiene con la propagazione in avanti del segnale dai neuroni del primo livello fino a quelli dell'ultimo livello. Tale propagazione avviene in base alle connessioni (dette "pesi") esistenti tra neuroni appartenenti a livelli adiacenti.

L'esecuzione dell'addestramento della rete consiste nel determinarne i pesi attraverso un metodo iterativo partendo da un punto arbitrariamente scelto.

È opportuno illustrare come lavori un percettrone multilivello da un punto di vista matematico. In questo contesto, facendo riferimento per semplicità a reti con un solo strato nascosto, si indicano con li gli ingressi, con hi ed Hi i valori rispettivamente di input e di output dello strato nascosto, con ui e Ui l'input e l'output dei neuroni di uscita. I pesi della rete si denotano con wij e con Wij per i due strati. La funzione che trasforma un vettore di ingresso I , le cui componenti sono numeri reali, nel corrispondente vettore di output U è così costruita: per prima cosa si valutano gli ingressi dei neuroni nascosti, dati da

(a)

dove wj0 rappresenta la soglia del neurone. L'uscita di ciascun neurone nascosto è funzione unicamente del rispettivo ingresso; utilizzando una funzione sigmoidale l'uscita risulta

(b)

In modo analogo per lo stato di uscita si calcolano prima i valori di ingresso dei neuroni

e quindi quelli di uscita che, assumendo di usare ancora la funzione di trasferimento sigmoidale, sono dati dalla formula

(d)

La funzione di trasferimento che permette il passaggio dall'input all'output di un neurone può essere una delle seguenti :

L'allenamento del sistema viene effettuato usando un insieme di P esempi noti e minimizzando la funzione obiettivo rispetto ai pesi.

Durante ogni iterazione l'algoritmo esegue la propagazione in avanti (dallo strato degli ingressi a quello delle uscite) dei patterns di ingresso in base alle equazioni (a), (b), (c), (d), valuta le derivate parziali della funzione rispetto ai pesi della rete e determina la direzione di ricerca per ogni singolo passo di minimizzazione unidimensionale .

Si passa ora alla descrizione delle operazioni svolte dal sistema nelle usuali routine di misura.

Quando il veicolo entra nel sito di misura, come illustrato nella Fig.l, i sensori del sistema automaticamente riconoscono l'inizio del ciclo di misura ed attivano le procedure per il riconoscimento delle ruote.

Ogni telecamera, mentre il veicolo si sta posizionando, esegue una serie di fotografie necessarie per determinare la posizione spaziale del cerchione.

Le fotografie vengono analizzate dall'elaboratore per discriminare il cerchione dal resto delle immagini.

Ciò è ottenuto dal trovato ricercando, nelle immagini, le "strutture" circolari mediante identificazione di quelle zone in cui la transizione fra i livelli di grigio nell'immagine è massima, e collegando gli elementi del bordo lungo il cerchione.

A tal fine il sistema utilizza un filtro di tipo Gaussiano per ridurre il rumore (disturbo) presente nelle immagini e successivamente un filtro Zero Crossing che agisce ricalcolando il valore dei pixel originari in una zona di dimensioni n x n centrata nel pixel stesso.

Il nuovo pixel è ottenuto pesando i valori originari con una opportuna matrice.

Ad esempio nel caso n = 3 il nuovo pixel è ottenuto pesando i valori originari con la seguente matrice:

I bordi sono identificati da quelle zone della immagine cosi ottenuta dove pixel adiacenti cambiano segno. Queste zone corrispondono ai punti di massima rapidità di transizione nei cambiamenti di toni di grigio, punti che appartengono al bordo del cerchione, oltre che ad elementi spuri, come si vedrà nel seguito.

Individuati i punti di transizione rispetto ad un sistema di riferimento ortogonale con origine in TI e T2 (si veda Fig.9) e definiti gli stessi sul piano immagine utilizzando i metodi matematici citati in abbinamento con le tecniche note del Flusso ottico, il trovato ne determina la posizione spaziale con maggiore accuratezza utilizzando delle funzioni di interpolazione note di tipo "spline".

Si individuano inoltre delle zone continue (insieme di punti) che comprendono oltre al bordo del cerchione anche degli elementi spuri derivanti da strutture geometriche all'interno dello stesso, quali bulloni o fori, come viene mostrato nella Fig.8.

Per rendere più snella e veloce la procedura di calcolo il bordo del cerchione viene individuato dal trovato in riferimento ad un modello di conica quale un'ellisse, infatti con questo modo di procedere si concentra la ricerca dei punti in zone limitate e quindi si velocizzano i calcoli .

Per meglio comprendere la modalità con cui il trovato determina i parametri dell'ellisse passante per i punti di transizione individuati, se ne riporta il procedimento.

La forma più generale dell'equazione cartesiana di una conica è la seguente:

Dati cinque punti nel piano disposti lungo una ellisse, è possibile determinare univocamente l'equazione dell'ellisse che passa per essi.

Si sostituiscono ad x e ad y le coordinate di ciascuno dei cinque punti ottenendo cinque equazioni nelle sei incognite a , b , c , d , e , f .

Questo sistema omogeneo ammette infinite soluzioni tutte proporzionali tra loro.

Per identificare in modo univoco una fra le possibili soluzioni si normalizzano i parametri, ponendo che a<2 >+ b<2>+ c<2 >= 1 . Il sistema è risolto utilizzando tecniche standard per la risoluzione di sistemi di equazioni lineari.

Per determinare il centro dell'ellisse, si risolve il seguente sistema lineare di due equazioni in x ed y :

Le coordinate del centro sono quindi date dalla soluzione (XQ, Υθ> questo sistema.

E' evidente che utilizzando questo procedimento di calcolo non è necessario vedere l'intera ruota per determinare il bordo del cerchione ma è sufficiente vederne una porzione. Una volta determinate le ellissi per l'immagine destra e sinistra della stessa ruota (si veda Fig. 8) e selezionati i segmenti del bordo del cerchione, il trovato stabilisce una corrispondenza fra elementi del bordo nelle immagini che corrispondono allo stesso punto fisico.

Ad esempio, in Fig. 8, l'elemento di bordo dell'immagine di sinistra identificato con U1 viene messo in corrispondenza con l'elemento di bordo dell'immagine di destra identificato con U2 . In modo analogo l'elemento U'1 viene messo in corrispondenza con U'2 .

Tali corrispondenze vengono utilizzate nella procedura di intersezione tra due raggi.

È possibile che nel determinare l'intersezione fra due raggi, si ottenga una intersezione spuria (si veda la Fìg. 10).

Tali intersezioni vengono scartate utilizzando l'associazione, determinata inizialmente, fra zone che corrispondono approssimativamente allo stesso punto fisico. Per ogni coppia di raggi corrispondenti a punti approssimativamente associati allo stesso punto fisco (si veda anche Fig. 10), si determina la loro "intersezione". In realtà, data la precisione finita dei sensori e dell'aritmetica di macchina, non si cerca un'intersezione esatta, ma i punti lungo ì due raggi a distanza minima.

L'intersezione è quindi definita come la posizione intermedia fra tali punti.

La procedura matematica di calcolo è la seguente.

Siano dati i due punti T1 = (a1, a2 , a3) , T2 = (b1, b2 , b3) .Si noti che a3 = b3 = 0 e che a1 = -b1-Siano U1 = (p1, p2 , 1 e 3⁄4 = (q1, q2, 1 , due punti appartenenti al piano immagine che individuano la direzione delle rette congiungenti TI ed U1.

Dati i due vettori X1(t) = T1 + t1 U e X2 (t) = T2 + t2 U2 ,ove con t si indica il modulo dei vettori partenti da T1 e da T2 con direzione definita da U1 e U2 vogliamo calcolare la minima distanza fra essi. La distanza al quadrato è data da :

Derivando poi rispetto a t^ e t2 si ha :

ed uguagliando a zero si ottiene il seguente sistema di due equazioni lineari in due incognite :

Si ha quindi il sistema matriciale :

Questo sistema ha sempre soluzione purché i due raggi non siano fra loro paralleli, visto che :

e vale la relazione:

dove Θ è l'angolo compreso fra i due vettori ed U2

Al termine di questa fase si produce un insieme di punti nello spazio, dati dall ' intersezione di detti raggi . Tali punti rappresentano la posizione reale nello spazio di elementi del cerchione .

Una volta determinati almeno tre punti nel modo descritto, è possibile determinare i parametri propri del piano che passa per tali punti (Fig. 11) ed avere in modo univoco le informazioni spaziali del piano della ruota e quindi i corrispondenti angoli. Per aumentare la precisione è possibile utilizzare più punti e determinare il piano ruota utilizzando procedure note di interpolazione matematica.

Ottenute le posizioni spaziali di tutti i piani delle ruote si passa al calcolo degli angoli caratteristici del veicolo utilizzando tecniche note.

Il calcolo degli angoli caratteristici del veicolo viene eseguito dal trovato tenendo conto anche di un eventuale posizionamento non corretto del veicolo stesso all'interno del sito di misura. Infatti può accadere che l'asse longitudinale del veicolo non sia parallelo all'asse longitudinale del sito di misura, allora occorre calcolare l'entità dell'errore di posizionamento ed un parametro di correzione delle misure eseguite.

Ciò è conseguito dal trovato una volta determinata la posizione spaziale delle ruote, infatti noti tali dati è facile determinare il centro di rotazione delle ruote e di conseguenza il punto di mezzeria tra ruote dello stesso assale. Individuato tale punto per entrambi gli assali si determina in modo univoco la retta passante per i due punti di mezzeria, che è la retta di simmetria del veicolo, e quindi si calcola con relazioni matematiche note l'inclinazione di tale retta rispetto all'asse di simmetria del sito di misura e se ne tiene conto nella determinazione degli angoli caratteristici del veicolo.

Un errato posizionamento del veicolo all'interno del sito di misura può essere determinato anche utilizzando dei sensori ad ultrasuoni, di tipo noto, preposti alla misura della posizione della scocca del veicolo. A tal fine su ogni fianco del sito di misura vengono posti ad una distanza nota due sensori ad ultrasuoni la cui zona di misura è rivolta verso l'unione della fiancata del veicolo con il sotto scocca, e si misura la distanza tra il sensore ed il veicolo. Confrontando i valori delle misure dei quattro trasduttori è possibile risalire alla posizione della scocca (telaio) e quindi all'asse di simmetria longitudinale del veicolo .

Nota la posizione dell'asse di longitudinale di simmetria del veicolo se ne determina lo scostamento dall'asse longitudinale di simmetria del sito di misura e si tiene conto di tale scostamento nei calcoli utilizzati per la determinazione degli angoli caratteristici dell'assetto.

Questo seconda soluzione presenta anche il vantaggio rispetto alla precedente di allineare le ruote del veicolo alla posizione del telaio, cosa non possibile con gli allineatori di tipo noto.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per regolare l'assetto di un autoveicolo mediante il rilevamento degli angoli caratteristici delle ruote, caratterizzato dal comprendere le seguenti operazioni: - rilevare almeno una coppia di immagini di ogni ruota in movimento mentre l'autoveicolo si sta posizionando nel sito di misura; - calcolare per ogni immagine l'ellisse risultante dalla interpolazione di un numero discreto di punti giacenti sulla immagine; - stabilire una corrispondenza tra i punti individuati in ogni coppia di determinando in modo univoco il bordo del cerchione e la posizione spaziale dello stesso; calcolare il valore degli angoli caratteristici dell'assetto relativi alla posizione speziale del cerchione.
2. 2. Metodo secondo la riv.l caratterizzato dal fatto che nella coppia di immagini di ogni ruota viene individuato il bordo del cerchione.
3. 3. Metodo secondo la riv.2 caratterizzato dal fatto che l'individuazione del bordo del cerchione si effettua individuando la zona ove la transizione tra i livelli di grigio dell'immagine è massima.
4. 4. Metodo secondo la riv.l caratterizzato dal fatto che il calcolo della ellisse viene effettuato a partire da cinque punti giacenti sulla immagine del bordo del cerchione
5. 5. Metodo secondo la riv.l caratterizzato dal fatto che prevede di rilevare almeno due coppie di immagini della ruota in movimento mentre il veicolo si sta posizionando nel sito di misura.
6. 6. Metodo secondo la riv.5 caratterizzato dal fatto che confrontando tra loro le due copie di immagini di ogni ruota in movimento calcola il difetto di ortogonalità dell'asse del cerchione rispetto al suo asse di rotazione.
7. 7. Metodo secondo la riv.l caratterizzato dal fatto che prevede di rilevare almeno due coppie di immagini della ruota stazionaria nel sito di misura, corrispondenti ad almeno due diverse posizioni di sterzata.
8. 8. Metodo secondo la riv.7 caratterizzato dal fatto che prevede di confrontare i dati di variazione angolare rilevati in dette posizioni e di calcolare la posizione spaziale dell'asse di sterzo.
9. 9. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che prevede di determinare il centro di rotazione delle ruote, gli assi che uniscono i centri di rotazione delle ruote rispettivamente anteriori e posteriori, la retta che passa per i punti mediani di detti assi e gli scostamenti angolari di detta dall'asse longitudinale del sito di misura, ed infine i parametri di correzione delle misure calcolate.
10. 10. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che prevede di visualizzare su un monitor tutti i dati calcolati onde consentire all'operatore di effettuare le necessarie regolazioni.
11. 11. Dispositivo per rilevare i dati dell'assetto delle ruote di un autoveicolo, comprendente un sito di misura; una coppia di telecamere collocate di fronte alla posizione di stazionamento di ogni ruota nel sito di misura; un processore elettronico delle immagini rilevate dalle telecamere, caratterizzato dal fatto che le telecamere hanno un campo visivo tale da coprire il tratto finale della corsa delle ruote mentre il veicolo si sta posizionando nel sito di misura.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che ogni coppia di telecamere è posta su un telaio scorrevole i cui movimenti sono demandati ad un motore associato ad un encoder che è comandato da mezzi rilevatori della presenza del veicolo in prossimità della sua posizione finale sul sito di misura.