用於進行車輪校準的方法和系統的製作方法
2023-04-24 19:42:16 2
專利名稱：用於進行車輪校準的方法和系統的製作方法
相關申請本申請要求2000年6月28日提交的、題為「用於進行車底盤診斷的方法和裝置」的美國臨時申請No.60/214,390的優先權。
可以採用多種方式來校準機動車上的輪子。例如操作者或校準技師可以採用視覺成像系統，例如採用光傳感設備如攝影機的計算機輔助的三維(3D)機器影像，來確定各種標的的位置。在Jackson等人的題為「用於確定機動車輪校準的方法和設備」的US5,724,743(1998，3，10)和Jackson等人的題為「用於確定機動車輪校準的方法和設備」的US5,535,522(1996，7，16)中披露了這種設備和方法的示例，這兩篇專利在此引入作為參考。
在校準過程中，測量並調節多種參數來獲得正確的車輪校準。這些參數包括車輪外傾角、主銷後傾角、主銷內傾角(SAI)和車輪前束。
車輪外傾角是側視的車輪平面相對於垂直平面的傾斜角。當車輪在頂部向外斜時將外傾角定義為正，當向內斜時為負。
主銷後傾角是通過上、下球節的轉向節主銷軸線和輪胎垂直中心線之間的測量值。主銷後傾角是通過上、下球節的轉向節主銷軸線和輪胎垂直中心線之間的角度。當主銷軸線的頂部向後傾斜時，認為主銷後傾角為正，當主銷軸線的頂部向前傾斜時為負。正的後傾角設置提供了較大程度的轉向力、自動回中和車輛的穩定性。因此幾乎每輛汽車都有一個正的主銷後傾角設置。大的正主銷後傾角在高速直行時提供了較大的穩定性，但在低速時轉向沉重。小的正主銷後傾角設置有利於更容易的低速轉向，但在高速時，車輛趨向於漂移。
主銷內傾角(SAI)是前視圖中主銷軸線與垂直線之間的夾角。
在特定的車輪處，車輪前束角為車輛的縱向軸線與車輪平面和路面相交線之間的夾角。如果車輪的前部朝向車輛的中心縱向軸線轉動，那麼為車輪前束，如果向外轉，則為車輪後束。
通常使用連接到車輪上的測斜器測量車輪外傾角、主銷後傾角、主銷內傾角。對於車輪外傾角，測斜器測量車輪平面和垂直平面之間的角度。為了測量主銷後傾角，車輪轉過一定弧度，而且車輪外傾角讀數中的差用於導出主銷後傾角值。此步驟稱作主銷後傾角擺動。
除了當車輪轉過一弧度時，用於SAI讀數的測斜器測量車輪平面中一直線的縱傾角變化之外，以和主銷後傾角相同的方式測量SAI。SAI測量的測斜器被調節到用於指示車輪外傾角和主銷後傾角的測斜器的90°處。
車輪外傾角表示轉向輪的傾斜量。車輪外傾角的值受幾個不同因素的影響而且隨轉向輪的方向變化。換句話說，在轉向輪轉動期間，轉向輪的車輪傾斜程度變化。影響車輪外傾角的因素包括轉向角、主銷後傾角和SAI。主銷後傾角和SAI的值將使轉向角(車輪前束)、車輪外傾角和SAI之間存在特定的關係。車輪外傾角的改變與主銷後傾角、轉向角和SAI的值成正比。由於固定了主銷後傾角和SAI，所以存在車輪外傾角相對於車輪前束的關係。這可以憑經驗測量，或者可以根據車輪外傾角、主銷後傾角和SAI的設定值計算。
圖1a和1b表示在不同前束角下轉向輪的外傾角。圖1a和1b中所描述的轉向輪是機動車輛的左前輪。在圖1a中，轉向輪處於零前束角下。轉向輪具有一個φ1角度的負外傾角。在圖1b中，轉向輪處於θ角度的後束角下並具有一個φ2角度的正外傾角。結果，如果在θ角度的後束角下調節車輪外傾以獲得規定的車輪外傾角，例如零度的車輪外傾角，那麼必須調節φ2角度以獲得零度的車輪外傾角。但是，車輪外傾中φ2角度的調節會導致零前束角下的(φ1+φ2)角度的車輪外傾。因此，在非零前束角下進行的車輪外傾調節通常不準確。
為了車輪校準，製造商規定了零前束角下可接受的車輪外傾角度值。但是，一些技師會在前束角非零時進行車輪外傾調節，因為這樣做，技師不必在進行車輪外傾調節前每次都將車輪轉到零前束角的情況下。
對於具有小主銷後傾角和SAI的車輛，在非零前束角下進行車輪外傾調節有時是可以接受的。如果主銷後傾角和SAI小，不同轉向角下的車輪外傾角的差別也非常小。因此，不同轉向角下的車輪外傾角調節量是類似的而且可以忽略差別。
但是，對於具有大主銷後傾角和SAI的車輛，例如奔馳汽車，這種方法將引起不準確的車輪外傾調節。例如，零前束角下的車輪外傾角可以是2°，但同一車輛在10°前束角下的車輪外傾角可能是15°。如果技師在10°前束角下進行15°車輪外傾角的調節，那麼在零前束角下車輪外傾角將為-13°。
因此，車輛製造商，特別是那些具有大主銷後傾角的車輛，嚴格地需要在零前束角下進行車輪外傾的調節。
這種要求給技師帶來了問題。例如，如果技師想調節左前輪的外傾角，那麼技師將不得不首先轉動方向盤以將左前輪轉動到零前束的位置，然後調節外傾角並使其位於製造商的規定範圍內。然後技師將不得不再次轉動方向盤，將右前輪轉動到零前束的位置，然後調節右前輪的外傾角。因此，問題是所述工序比較耗時，這是因為技師經常調節方向盤以將轉向輪定位到零前束的位置。另外，此工序可能引入誤差，這是因為在調節過程中任何前束偏離零的小偏差都會影響車輪外傾角。
這些和其它需要是通過本發明實現的。本發明提供了一種方法和系統，所述方法和系統用於提供一種改進的車輪外傾調節技術。本發明通過簡化校準工序提高了技師的效率，同時提供了精確的車輪外傾調節。
本發明的一方面涉及一種測量轉向輪的車輪外傾調節量的方法。該方法包括下述步驟將轉向輪轉動到第一位置，其中轉向輪或者為前束或者為後束；將轉向輪轉動到第二位置，其中如果轉向輪在第一位置中為前束，則在該位置中為後束，如果轉向輪在第一位置中為後束，則在該位置中為前束；測量轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間的前束角和外傾角；確定轉向輪在零前束下的外傾角大小；根據規定的外傾角和零前束下的外傾角大小確定車輪外傾角的調節量。
轉向輪通常是機動車輛的前輪。根據本發明的一方面，首先將轉向輪轉動到第一位置，例如後束位置，然後將轉向輪轉動到第二位置，該位置具有和第一位置相反的方向，例如前束位置。或者，可以將該順序反過來進行，即首先將轉向輪轉動到前束位置，然後轉動到後束位置。因此，在轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間，轉向輪將通過零前束位置至少一次。
在轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間，測量轉向輪的車輪外傾角和前束角。根據本發明的一方面，記錄與各前束角對應的車輪外傾角。或者，僅記錄零前束下的車輪外傾角。在另一個例子中，測量和記錄各前束角，而僅測量和記錄零前束下的車輪外傾角。在本發明的又一個例子中，當轉向輪的前束角接近或離開零前束角時，短期內測量與各前束值對應的車輪外傾角。
因此，在本發明的另一方面中，使用前束傳感器、車輪外傾傳感器和SAI測量傳感器測量懸架、通常是轉向節主銷軸線的各種特性，這由主銷後傾角和SAI角限定。然後，使用這些已知的特性，以相反的方式使用相同的關係來描述轉向角(車輪前束)和車輪外傾角之間的關係。因此，對於任何轉向角，計算零前束下的車輪外傾角，通過改變車輪外傾角的計算結果的規定值可以容許外傾角設定到所需的規定值。
根據本發明的另一方面，提供了一種車輪校準系統，該系統用於測量轉向輪的車輪外傾調節量。所述車輪校準系統包括一個車輪前束測量裝置，用於產生代表轉向輪前束角的前束角信號；一個車輪外傾測量裝置，用於產生代表轉向輪外傾角的外傾角信號；和一個計算機，用於進行下述步驟在轉向輪被轉動到第一位置和第二位置期間，接收代表車輪前束角和外傾角的信號，在第一位置中轉向輪或者是前束或者是後束，在第二位置中，如果轉向輪在第一位置為前束則在此位置為後束，如果轉向輪在第一位置為後束則在此位置為前束；確定零前束時的車輪外傾角大小；根據零前束時的外傾角大小和當前的外傾角大小確定車輪外傾角的調節量。
車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置用於測量車輪外傾角和車輪前束角。作為一實施例，車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置可以包括若干標的和用於進行成像的光傳感設備。所述標的被連接到車輛上，用於標記各測量點。光傳感設備如攝影機捕獲標的的圖像，並通過連接到光傳感設備的計算機分析這些圖像。根據另一實施例，車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置包括一個信號源和一個傳感器，前者如LED、LED陣列或紅外線發射裝置。車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置可以包括雷射源和光傳感設備，例如攝影機。
所述計算機用於執行校準軟體並從車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置接收代表前束角和外傾角的信號。可以將轉向輪轉動到第一位置，其中轉向輪的前束角或者為前束或者為後束。然後將轉向輪轉動到第二位置，其中如果轉向輪在第一位置為前束則此時為後束，如果轉向輪在第一位置為後束則此時為前束。在轉向輪轉向期間檢測並記錄車輪前束角和車輪外傾角，並將其傳送給計算機。然後通過計算機根據接收的信號確定零前束時的車輪外傾角。計算機根據零前束時的外傾角和規定的外傾角之間的差計算車輪外傾角的調節量。
可以將校準軟體存儲在與計算機相聯的硬碟驅動器存儲器中，或者存儲在與計算機相聯的CD-ROM驅動器可讀的CD-ROM盤上。或者，可以將校準軟體存儲在遠程計算機中，該機可通過網絡由所述計算機存取。
根據本發明的另一方面，測量轉向輪的當前外傾角。根據連接到計算機的顯示器顯示外傾角的調節量和當前的外傾角。例如，顯示一等於當前的外傾角減去外傾角調節量的外傾角，以幫助技師進行校準過程。
從下面的示例性但非限制性的詳細描述中，本發明的其它優點將變得顯然。將認識到在不偏離本發明範圍的前提下，本發明可以有其它的和不同的實施例，而且其可以在各種不同的方面進行變型。因此，附圖和解釋被認為是示例性的，而不是限制性的。
圖2表示在實施本發明時轉動轉向輪的例子。
圖3表示根據本發明的車輪校準系統的例子。
圖4表示和根據本發明的校準系統一起使用的標的的例子。
優選實施例的描述本發明提出了用於提供一種校準方法和系統的改進技術。在下面的描述中，為了解釋目的，為了對本發明進行全面的理解，對特定的細節進行了闡述。但是，對於本領域的技術人員而言沒有這些特定的細節顯然也可以實施本發明。在其它情況中，為了避免不必要地影響本發明，以框圖形式示出已知的結構和裝置。
根據本發明的方法，使用一種新工序進行車輪外傾的校準。首先將轉向輪從前束位置轉動到後束位置。相反地，可以將轉向輪從後束位置轉動到前束位置。車輪轉過的後束或前束角不必是精確的或相等的。在轉向輪轉動期間連續地進行車輪外傾角和前束角的測量。
圖2表示轉動轉向輪的例子。在圖2a中，首先將轉向輪定位在後束位置(a1)，然後轉動到另一後束位置(b1)，然後轉動到前束位置(c1)。圖2b表示一例子，其中首先將轉向輪定位在前束位置(a2)，然後轉動到後束位置(b2)。圖2c表示第三個例子，其中首先將轉向輪定位在後束位置(a3)，然後轉動到前束位置(b3)，然後轉動到後束位置(c3)。在各情況中，轉向輪至少經過零前束位置一次。由於在轉向輪轉動期間進行車輪外傾角和前束角的測量，所以測量結果中包括零前束下的車輪外傾角。
根據零前束下的車輪外傾角和規定的車輪外傾角計算任何前束角下正確的外傾角調節量。零前束下的車輪外傾角和規定的車輪外傾角之間的差為所需的正確調節量。因此儘管轉向輪位於非零前束位置，也可以準確地進行外傾調節。因此，技師不必首先將轉向輪精確定位在零前束處，然後在那個位置調節外傾，接著將其它車輪精確地定位在零前束位置並最後調節所述轉向輪在零前束位置處的外傾角。
本發明的一方面利用了主銷後傾擺動(caster swing)工序，該工序經常在機動車輛的主銷後傾和SAI測量中進行。主銷後傾擺動是轉向輪轉過一個弧度。在用於計算主銷後傾和/或SAI的主銷後傾擺動期間進行車輪前束角和外傾角的測量。通常，在調節主銷後傾和/或SAI之前和之後都進行主銷後傾擺動，以確保精確的調節。在主銷後傾擺動期間進行車輪前束角和外傾角的測量。然後獲得一條車輪前束和車輪外傾的關係曲線。該曲線反映不同車輪前束角度下的車輪外傾角讀數。如果主銷後傾擺動工序符合上述規定的要求，那麼該曲線將包括零前束下的車輪外傾角讀數，這然後可以用來計算車輪外傾的調節量。
圖3表示根據本發明的車輪校準系統的例子。在Jackson等人的題為「用於確定機動車輪校準的方法和設備」的US5,724,743(1998，3，10)和Jackson等人的題為「用於確定機動車輪校準的方法和設備」的US5,535,522(1996，7，16)中披露了校準系統的其它例子，這兩篇專利在此引入作為參考。
在圖3中，機動車輛20由其示意性的底盤表示，並包括兩個前輪22L和22R以及兩個後輪24L和24R。所示車輛20位於傳統的車輪校準試驗臺26上，實驗臺以虛線示出。
車輪前束和外傾測量裝置包括若干標的54和連接到計算機32上的攝影機30。僅示出了標的54和攝影機30的位置。標的和攝影機的其它不同位置可以被用來測量校準參數。
攝影機30在沿經過鏡頭40併到達分光器42及反光鏡46L和46R的觀測路徑38瞄準各標的裝置54。計算機32用於執行處理信號的校準軟體，所述信號是從車輪外傾和前束測量裝置發出的。
圖4中示出了一種可以用在車輪校準系統中的標的的例子。標的54可以包括一個平板，其上以預定格式標出一種具有兩個或多個不同尺寸圓圈62、63的圖案。儘管示出了一種特定的圖案，但在標的54上可以使用大量不同的圖案。
實際上，與標的54的實際圖像(即，垂直於標的54的基本平面觀察得到的圖像)和尺寸對應的數學表達或數據被預編入計算機32的存儲器中，以便在校準過程中，計算機32具有一個參考圖像，觀察到的標的裝置的透視圖像可以與該參考圖像進行比較。
計算機32通過識別標的54上的某些幾何特性計算標的54的方位。計算機32進行投影測量並將這些測量結果和以前預先編入計算機32存儲器中的實際圖像進行比較。
計算機32，例如能通過形心曲線(centroiding)計算各圓圈62a，62b的中心。圖像分析計算機通常使用這種方法來確定物體的中心點或中心線的定位。一旦已經確定了兩個圓圈62a，62b的中心點，就可以測量兩者之間的距離。然後對於標的54上的圖案中的其它圓圈重複此過程。然後將這些距離與各中心之間的實際距離(即非投影距離)進行比較。同樣地，可以確定連接這兩個中心的直線與水平面(或垂直面)的夾角。然後計算標的54的方位。
如上所述，首先將轉向輪轉動到第一位置，其中該輪處於前束位置或後束位置，然後將轉向輪轉動到第二位置，其中如果轉向輪在第一位置中為前束，則在該位置中為後束，如果轉向輪在第一位置中為後束，則在該位置中為前束。測量轉向輪轉動期間的前束角和外傾角。然後根據所述前束角和外傾角確定零前束下的外傾角大小。
根據零前束下的外傾角和規定外傾角之間的差計算車輪外傾角的調節量。在一個例子中，通過從規定的外傾角減去零前束下的外傾角計算車輪外傾角的調節量。規定的外傾角，例如是由製造商規定的零前束下所需的外傾角。規定的外傾角的信息，例如可以從連接到計算機的數據存儲裝置或從互連網得到，或者通過兩者得到。然後將車輪外傾角的調節量顯示給技師用以進行校準過程。調節量能以數學格式出現，或者可以用連續的轉向輪的當前外傾角顯示車輪外傾角的調節量。
儘管已經結合示例性實施例對本發明進行描述，但是應該理解本發明不限於所公開的實施例，相反地，本發明旨在覆蓋包含在所附權利要求精神和範圍內的各種變型和等效設置。
權利要求
1.一種用於調節轉向輪外傾的方法，包括下述步驟將轉向輪從第一位置轉動到第二位置，在第一位置中轉向輪或者為前束或者為後束，在第二位置中，如果轉向輪在第一位置中為前束，則在該位置中為後束，如果轉向輪在第一位置中為後束，則在該位置中為前束；測量轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間的前束角和外傾角；確定轉向輪在零前束下的外傾角大小；根據規定的外傾角和零前束下的外傾角之間的差計算車輪外傾角的調節量。
2.一種用於調節轉向輪外傾的車輪校準系統，包括一個車輪前束測量裝置，用於產生代表轉向輪前束角的前束角信號；一個車輪外傾測量裝置，用於產生代表轉向輪外傾角的外傾角信號；一個連接到車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置的計算機，其中該計算機被預編程序以進行下述步驟在將轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間，接收代表轉向輪外傾角和前束角的信號，在第一位置中轉向輪或者是前束或者是後束，在第二位置中，如果轉向輪在第一位置為前束則此時為後束，如果轉向輪在第一位置為後束則此時為前束；確定零前束時的轉向輪外傾角大小；根據零前束時的外傾角和規定的外傾角計算車輪外傾角的調節量。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於車輪前束測量裝置包括第一標的和第一圖像傳感器，車輪外傾測量裝置包括第二標的和第二圖像傳感器。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於第一標的和第二標的為光源。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於所述光源為紅外發射裝置。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於用轉向輪的當前外傾角顯示外傾角的調節量。
7.一種用於調節轉向輪外傾的車輪校準系統，包括一個車輪前束測量裝置，用於產生代表轉向輪前束角的前束角信號；一個車輪外傾測量裝置，用於產生代表轉向輪外傾角的外傾角信號；一個連接到車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置的計算機，其中該計算機被預編程序以進行下述步驟在將轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間，接收代表外傾角和前束角的信號，在第一位置中轉向輪或者是前束或者是後束，在第二位置中，如果轉向輪在第一位置為前束則此時為後束，如果轉向輪在第一位置為後束則此時為前束；確定零前束時的轉向輪外傾角大小；根據零前束時的外傾角和規定的外傾角大小確定車輪外傾角的調節量；根據轉向輪的當前外傾角顯示外傾角的調節量。
8.一種和用於調節轉向輪外傾的車輪校準系統一起使用的計算機可讀介質，其中所述車輪校準系統包括一個車輪前束測量裝置，用於產生代表轉向輪前束角的前束角信號；一個車輪外傾測量裝置，用於產生代表轉向輪外傾角的外傾角信號；一個連接到車輪前束測量裝置和車輪外傾測量裝置的計算機，計算機可讀介質承載指令，所述指令用於使計算機進行下述步驟在將轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間，接收代表轉向輪外傾角和前束角的信號，在第一位置中轉向輪或者是前束或者是後束，在第二位置中，如果轉向輪在第一位置為前束則此時為後束，如果轉向輪在第一位置為後束則此時為前束；確定零前束時的轉向輪外傾角大小；和根據零前束時的外傾角和規定的外傾角計算車輪外傾角的調節量。
全文摘要
本發明提供了一種方法和系統，所述方法和系統用於提供一種改進的車輪外傾調節技術。所述方法包括下述步驟將轉向輪轉動到第一位置，其中轉向輪或者為前束或者為後束，然後將轉向輪轉動到第二位置，其中如果轉向輪在第一位置中為前束，則在該位置中為後束，如果轉向輪在第一位置中為後束，則在該位置中為前束。測量轉向輪從第一位置轉動到第二位置期間的前束角和外傾角。通過零前束下的外傾角和規定的外傾角之間的差確定任何前束角下的車輪外傾調節量。
文檔編號G01B5/00GK1439090SQ01811873
公開日2003年8月27日 申請日期2001年6月28日 優先權日2000年6月28日
發明者大衛·A·傑克遜, 詹姆斯·L·小戴爾 申請人:捷裝技術公司