JP4447323B2 - ホイールの位置および方向を動的に測定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つのカメラ・ユニットを有する光学測定システムを用いて、車両の第１の部分の、この第１の部分が移動可能に取り付けられた第２の部分に対する位置および／または方向を測定する方法であって、一直線上にない少なくとも３つの基準点（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）が前記部分の一方に設けられており、これら基準点がカメラ・ユニットで感知できるようになっている方法に関する。前記車両は、例えば乗用車、貨物自動車、モーターバイクなどであり、前記部分は、例えば車両のホイールおよび車体からなることができる。

現況技術によれば、車両のホイールの、その車体に対する位置を決定するように測定が実施されている。その場合、ホイールは、いくつかのセンサを有する機械的な測定アームによって車体に接続される。こうしたシステムでは、ホイールが高い振動数で動いている間は、測定アームの慣性のために測定を実施することができない。また、きわめて低い振動数での測定も十分な精度で実施することができない。そのため、こうした測定の範囲は非常に限定される。さらに、車体およびホイールの挙動は、それに取り付けられた測定アームによる影響を受ける。

車両のホイールの位置を測定するため、あるいは試験台上で車体の変位を決定するための光学測定システムがいくつか知られている。こうした測定システムは比較的多数のカメラ・ユニットを有し、例えば試験用サーキットを走行している車両に適用することはできない。

本発明は、車両の車体に対するホイールの位置および方向を、この車両が走行している間に測定する方法を提供することによって、これらの不利益を軽減することを目的とする。したがって車両の挙動に対する影響を実質的に少しも受けることなく、いわゆる実際の道路状態におけるホイールの位置の測定を実施することが可能になる。さらに本発明の方法により、きわめて高い振動数、またはきわめて低い振動数の動きを受けている間も、ホイールの動きが大きい場合にも、きわめて正確な方法でホイールの位置を測定することが可能になる。

この目的のために、前記カメラ・ユニットは他方の部分に対して固定して取り付けられ、前記基準点の位置は、前記光学測定システムを用いて、これらの基準点が設けられた部分の連続する位置および／または方向のために測定される。

実際には、基準点を設けた前記部分の３次元位置が、前記部分の特定の位置に関して前記各基準点の２次元位置測定を実施することによって決定され、それよって基準点の位置、すなわち前記基準点を設けた部分の位置が、基準点間の実際の距離および測定された２次元位置に基づいて、３次元の形で決定される。

有利な方法では、前記カメラ・ユニットにマトリクス・カメラを用いる。

特に有利な方法では、好ましくは全く同一の平面内の異なる２方向に２つのリニア・カメラを配置することによって前記カメラ・ユニットが構成される。リニア・カメラは、互いに直角に配置することが好ましい。

本発明はまた、カメラ・ユニットを有する光学測定システムを用いて物体の空間位置を決定する方法であって、この物体上に前記カメラ・ユニットで感知することができる少なくとも３つの基準点を設ける方法に関する。この方法は、前記カメラ・ユニットを用いて前記基準点の位置をまず２次元で測定し、その後、前記基準点間の実際の距離に基づいて前記基準点の空間位置を計算することを特徴とする。

本発明の他の特色および利点は、本発明の方法の実施例についての以下の記述から明らかとなろう。この記述は単に実施例を示すものであり、いかなる形であれ請求する保護範囲を限定するものではない。また、以下で用いる参照番号は添付図面に関連したものである。

異なる図面において、同じ参照番号は同一または類似の要素を指す。

本明細書において、概念位置は、物体の空間位置ならびにその方向を含む。物体は３次元空間で６自由度、すなわち並進３自由度および回転３自由度を有するため、６自由度が定められればこの物体の位置が決まる。例えば後述する基準点によって表される点の位置は、その並進の３自由度を定めることによって決定される。

本発明は、車両の第１の部分の、車両の第２の部分に対する位置を測定する方法に関する。本発明の方法の好ましい実施例によれば、これらの部分は、車両のホイールおよび車体からそれぞれなり、このホイールの位置および／または方向を、それが取り付けられている車体に対して測定する。この方法によれば、図１に概略的に示すように、光学測定システムのカメラ・ユニット１を支持体７によって車体２に固定する。カメラ・ユニット１は、アンテナ８を介して処理ユニット９に接続された送信器および受信器を有しており、送受信器１０とも一緒に動作する。この方法では、カメラ・ユニット１から処理ユニット９に信号を送り、カメラ・ユニット１を処理ユニット９によって制御することが可能である。

さらに、少なくとも３つの基準点４、５および６が、ホイール３に設けられている。これらの基準点４、５および６は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、前記カメラ・ユニット１で感知することができる。したがって光学測定システムを用いて基準点４、５および６の空間位置をこのような周知の方法で測定すると、ホイール３の空間位置も判明する。実際、ホイール３に固定されたこれら３つの基準点４、５および６の位置により、ホイール３の空間位置が一義的に決まる。

計算を簡単にするために、ホイール３に対して固定されたホイール座標系１４が選択される。したがって基準点４、５および６は、このホイール座標系１４におけるその位置によって定められる。

本発明の方法の好ましい実施例によれば、基本座標系は車体２のカメラ・ユニット１に対応付けられる。特に車両に対して固定された車両座標系１５が選択され、またカメラ・ユニット１に対して固定されたカメラ座標系１６。したがって測定された基準点４、５および６の位置の座標が、光学測定システムによって、車両の座標系１５に対して計算されることが好ましい。

第１の測定は、例えば車両が停止し、ホイール３が停止位置にある間に実施する。したがって、この停止位置での基準点４、５および６の位置によって基準位置が決まる。次に、車両の走行中に基準点４、５および６の位置を測定し、測定されたこれらの位置を前記基準位置と比較する。その結果、この方法でホイール３の車体２に対する相対移動および対応する位置が決まる。

したがって、例えばテスト・ロードを走行中および乗車中の車両の挙動を調べることが可能になる。これにより、特に車体２に対するホイール３のサスペンションおよびばね、ならびに車両の路面安定性を調べることが可能になる。

本発明の方法の特別な実施例によれば、前記基準点４、５および６の位置はカメラ・ユニット１によって２次元で測定される。特にホイール３の特定の位置では、基準点４、５および６それぞれの位置の座標は、カメラ・ユニット１の光軸に対して直角に位置する平面において、好ましくは互いに垂直な２方向によって決まる。

次に、基準点４、５および６の位置、したがって２次元による方法で測定された位置、ならびに基準点４、５および６それぞれの間の実際の距離に基づいて、基準点４、５および６のその時点での３次元位置を計算する。

２次元位置の測定の場合、前記基準点４、５および６の位置は、カメラ・ユニット１の光軸に対して直角に位置する平面内で測定される。しかし、これらの基準点４、５および６が互いに固定された位置にあることを考慮に入れることにより、これらの基準点４、５および６の間の空間距離、ならびに２次元で測定されたその座標に基づいて、基準点４、５および６それぞれの座標がカメラ・ユニット１の光軸の方向に基づいて計算される。この計算は、通常の角度測定による計算法によって行われる。その後、例えばこのようにして決定された基準点４、５および６の位置を上述の停止位置と比較するために、基準点４、５および６の座標を上述の基本座標系に対して３次元で表現することが可能であろう。

有利な方法では、カメラ・ユニット１は２つのいわゆるリニア・カメラを有する。こうしたリニア・カメラは、一列に並んだ連続するセンサを有し、そのセンサを用いて像を感知することが可能であり、したがって、これを用いて位置を１次元で測定することができる。

すなわち、カメラ・ユニット１は同一平面内に、ただし異なる２方向に配置された２つのリニア・カメラを有している。これは、カメラの前記センサの列が、交差する２本の直線に従って全く同一の平面内に延びていること意味する。計算を簡単にするためには、前記センサの列が同一平面内で互いに直角になるように、これらのリニア・カメラを直角に配置することが好ましい。そうすると、カメラ・ユニット１の光軸は、前記平面に対して垂直に延びることになる。

２つのリニア・カメラを有するこうしたカメラ・ユニット１を用いて、前記基準点４、５および６の位置を２次元で測定する。それによって、それぞれのリニア・カメラを用いて、対応するセンサの列の方向に従って基準点の位置が測定される。

次いで上述のように、前記２次元測定、ならびに基準点４、５および６の間のその時点での距離に基づいて、前記基本座標系における基準点４、５および６の座標を計算する。

当然に、前記カメラ・ユニット１が、例えばマトリクス・カメラを有していてもよい。このマトリクス・カメラにより、前記２次元位置の測定を実施することが可能になる。その場合、光軸はマトリクス・カメラの観察面に対してほぼ垂直に延びている。

本発明の方法のきわめて興味深い実施例によれば、前記基準点４、５および６が、支持体１１に固定して取り付けられる。この方法では、確実に基準点４、５および６の間の距離がほぼ一定になる。図１に示した支持体１１は、平坦な三角形の面で形成されており、取り外し可能な形でホイール３に取り付けられることが好ましい。

基準点４、５および６は支持体に固定されているため、これらの基準点間のその時点での距離は、簡単な方法で測定することができる。

本発明の方法はまた、ホイール３を少なくとも異なる３つの位置に、その回転軸線の周りに回転させることにより、基準点４、５および６に対するホイール３の回転軸線の位置、または上述の基本座標系に対するホイール３の回転軸線の位置を決定することを可能にする。

この回転運動中に、少なくとも１つの基準点４、５または６の連続する位置を測定する。測定されたこれらの位置は１つの円弧上にある。回転点および回転軸線の正確な位置を決定するために、円弧が位置している円の中心、ならびにこの円弧に含まれる平面を計算する。その結果、ホイール３の回転点はこの中心と一致し、その回転軸線はこの円の垂直２等分線と一致し、回転点を通り円の平面に対して直角に位置する直線となる。

カメラ・ユニット１が車体２に対して一定の位置にあるかどうかを検知するために、追加の基準点を有利な方法でホイール３の近くの車体２に固定する。この追加の基準点を前記車両の座標系１５におけるその座標によって定め、やはりカメラ・ユニット１で観察する。ホイール３に固定された基準点４、５および６の空間位置を測定すると、この追加の基準点の２次元位置も測定される。したがって、この基準点の位置が前記カメラの座標系１６内で変化したことが観察されると、それに基づいて車体２に対するカメラ・ユニット１の移動が決定される。これによって、検知されたカメラ・ユニット１の移動に基づいて測定されたホイール３の位置を修正するか、あるいはこれを位置測定の判定のために考慮に入れることが可能になる。

発生する可能性がある車体２に対するカメラ・ユニット１の移動をさらに正確な方法で考慮に入れるために、例えばホイール３の近くの車体２に３つの基準点を設けることができる。それによってこれらの基準点間の正確な距離が決まり、カメラ・ユニット１に対する車体２の空間位置を上述したものと同じ方法で決定することができる。

さらに、カメラ・ユニット１を車両の２つ以上のホイール３の前面に固定することができる。したがって、例えば本発明の方法を車両の３つのホイール３それぞれに同時に適用すること、ならびに異なるホイールの相互の位置関係を測定することが可能になる。後者により、例えばホイール３の互いに対する動的挙動を調べることが可能になる。

その場合、異なるカメラ・ユニットの相互の位置を決定するために、少なくとも２つのカメラ・ユニット１で感知することができる固定された基準点を車体に設ける。

きわめて有利な方法では、図２に概略的に示すように、角度エンコーダ１３によって前記支持体１１をホイール３に、その回転点の高さ（すなわち回転軸線の高さ）に取り付け、支持体１１自体は車両の車体２に固定する。支持体１１は、例えば機械ばね１２により弾力のある形で車体２に接続することが好ましい。したがって車両が動いている間、支持体１１に設けられた基準点４、５および６が、ホイール３と一緒にホイール軸線の周りを回転することはない。

こうした角度エンコーダ１３を用いることにより、例えば車体２に対するホイール３の移動および方向を測定することが可能になり、そのため、ホイール３のその軸線周りの回転をカメラ・ユニット１で感知することはできなくなる。角度エンコーダ１３によって、例えばホイール３の回転数が決まり、したがってこれを、測定されたホイール３の位置および／または方向の判定ために考慮に入れることが可能である。

この実施例の簡単な変形形態では、支持体１１をホイール３に、そのホイール軸線の周りを自由に回転することができるような形で取り付ける。次いで、実質的にはこの支持体１１がホイール３の軸線周りのどんな回転も受けることがないように、支持体１１を１つまたは複数のばね１２によって車体１に接続する。

本発明の方法および装置が、車両のホイールの、その車体に対する位置および／または方向の測定に限定されないことは明らかである。したがってどんな物体であっても車両の車体に対するその位置または移動を決定するために本発明を適用することができる。

したがって前記基準点４、５および６は、例えばいわゆる衝突テスト中は車両内に設置したダミーに、好ましくはこうしたダミーの頭部に、あるいは車両のエンジン・ブロックにも固定される。

さらに、本発明の方法および装置を用いて、車体２のある特定の変位を測定することができる。特に、車体自体に前記基準点４、５および６を適用し、その後車体に負荷が加えられたとき、これらの基準点が位置する平面の位置および／または方向の変化を決定することにより、車体２のトーションを決定することができる。

本発明はもちろん、上述の方法、および添付図面に示した装置に限定されるものではない。

したがって、４つ以上の基準点をホイールに適用することも可能である。あるいは、最初の３つの基準点からなる平面にない第４の基準点を選択することができる。

追加の基準点をホイールの周りのタイヤにも設けて、例えばタイヤの変位または圧縮を測定することもできる。またもちろん、処理ユニット９が送受信器を介してカメラ・ユニット１と一緒に動作する必要はない。処理ユニット９は、例えば車両自体の中に設置してもよく、またカメラ・ユニット１に直接接続することもできる。

あるいは、カメラ・ユニット１は３つ以上のリニア・カメラを有していてもよい。したがって、その位置の測定および計算中に生じる冗長度のために、前記基準点の位置をより正確に決定することができる。

支持体１１の形は上述の平板に限定されない。支持体１１は、例えば前記基準点が設けられた角錐体、円筒体または円錐体からなっていてもよい。さらに、４つ以上の基準点を支持体に固定することも可能であり、また基準点間の前記実際の距離を、例えば支持体の表面に従って延びる円弧による距離とすることもできる。

本発明の第１の実施例によるホイールと、光学測定システムのカメラ・ユニットが設置された車両の車体との概略的な斜視図である。 本発明の第２の実施例によるホイールと、光学測定システムのカメラ・ユニットが設置された車両の車体との概略的な斜視図である。

Claims (1)

1. 少なくとも１つのカメラ・ユニット（１）を有する光学測定システムを用いて、車両の第１の部分（３）の、該第１の部分（３）が移動可能に取り付けられた車両の第２の部分（２）に対する位置および／または方向を測定する方法であって、一直線上にない少なくとも３つの基準点（４、５、６）が前記第１および第２の部分の一方の部分（３）に設けられ、これらの基準点（４、５、６）が前記カメラ・ユニット（１）で感知され得るようになされた方法において、
   前記カメラ・ユニット（１）が前記第１および第２の部分の他方の部分（２）に関して固定して取り付けられ、前記基準点（４、５、６）の位置は、前記光学測定システムを用いて、これらの基準点（４、５、６）が設けられた前記一方の部分（３）の連続する位置および／または方向のために測定されることを特徴とする方法。

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