測量車輪滾動半徑的方法和設備的製作方法

2023-05-05 20:03:21 2

專利名稱：測量車輪滾動半徑的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般性地涉及汽車維修設備和維修方法，尤其涉及車輪滾動半徑和相關參數的測量設備和方法。
汽車車輪輪位對準的方法有許多種。例如，操作員或輪位對準技術員使用諸如機器視覺系統等視覺成像設備測定各種物體的位置。這些機器視覺系統採用攝像機等光敏器件，例如、名為「汽車車輪輪位對準用攝像機的校正方法和設備」的美國專利5,809,658中和名為「汽車車輪輪位對準測定方法和設備」的美國專利5,535,522中披露的設備和方法。這些對比文件描述的設備有時稱為「三維對準器」，或簡稱「對準器」。

圖1示出這種對準器的俯視圖。以下詳細討論圖1所示的對準器。
汽車車輪的尺寸變化可能影響車輪輪位的對準。即使車輪尺寸微小的變化，也可能引起輪位對準出現較大的變化。因此，絕大多數汽車製造商建議輪位對準技術員要對所有車輪進行檢驗，應確保車輪匹配(即車輪尺寸一致)，輪胎不磨損，並且每個輪胎充氣合適。如果出現任一問題，在繼續進行輪位對準之前，輪位對準技術員必須先予以解決。不幸的是，輪位對準技術員有可能忘記進行這些檢驗和維修，或者難以評估輪胎的狀況。這樣一來，無論是哪種情況，都會嚴重地影響輪位對準，並有可能降低車輛的性能。
此外，汽車製造商提供的輪位對準規範是參照車輛停放的平面，也稱為「重心面」或「臺架面」制訂的。然而，在某些輪位對準系統中，例如在上述輪位對準器中，是參照通過車輪中心的平面，也稱為「車輛面」進行輪位對準測量的。對於具有同一尺寸車輪的車輛，臺架面與車輛面是平行的。但是，如果車輪的尺寸不同，則臺架面與車輛面就不再平行。因此，製造商提供的規範便不能直接和輪位對準器測得的輪位對準數據進行比較。
輪位對準技術員在正確地實施輪位對準時還必須掌握有關信息。這些信息包括車輪尺寸、與另一個車輪比較時的車輪相對尺寸、汽車製造商提供的規範、輪位對準測量數據、以及對採用本文上述輪位對準器那樣的輪位對準系統測得的輪位對準數據進行調整的結果，或對製造商提供的有關臺架面與車輛面夾角規範的調整結果。
發明目的通過以上所述，在這一領域需要有一種設備和方法，以便提供測量數據，表明汽車車輪的尺寸。
還需要一種設備和方法，測定某種特定的汽車車輪尺寸之間可能出現的差異。
也還需要一種設備和方法，顯示車輪測量結果，以便輔助輪位對準技術員完成如下任務探測低氣壓輪胎、測定某些輪胎是否比其它輪胎磨損更為嚴重、確定各車輪是否匹配、或者表明懸掛載荷不對稱。
也還需要一種設備和方法，測量臺架面與車輛面之間的夾角，以便允許技術員測定這兩個平面是否平行。
還需要一種設備和方法，當臺架面與車輛面不平行時，能調整輪位對準測量數據，達到正確的輪位對準。
在輪位對準工序中，可部分地自動測定和顯示重要信息的設備和方法，是非常有利的。這些信息包括車輪尺寸、汽車車輪的比較數據、汽車製造商提供的輪位對準規範、輪位對準測量數據、以及對臺架面與車輛面之間出現不平行時對輪位對準測量數據進行調整的結果。
圖2是一個車輪的車輪半徑和滾動半徑的示意圖。
圖3A是車輪滾動時的車輪行進距離圖。
圖3B是車輪滾動時的車輪轉動角度圖。
圖4是車輪滾動半徑測量數據的典型顯示圖。
圖5是車輛的每一側車輪滾動半徑測量數據比較結果的典型顯示圖。
圖6A是相同尺寸車輪的車輛圖，表明臺架面與車輛面平行。
圖6B是不同尺寸車輪的車輛圖，表明臺架面與車輛面不平行。
圖7是測量臺架面與車輛面夾角用的信息說明圖。
圖8是採用線性傳感器測量車輪行進距離的說明圖。
圖9A是採用重力測量儀測量轉動角的說明圖。
圖9B是重力測量儀的舉例說明圖。
圖10是實施例實施可依據的計算機系統的方框圖。
描述車輪滾動半徑和臺架面與車輛面夾角的測量設備和方法。在以下描述中，為了說明，陳述了許多具體的細節，以便全面了解本發明。顯然，對所屬領域的技術人員來說，沒有這些具體的細節，也能實施本發明。在其它情況下，為了避免不必要地使本發明難以理解，以方框圖的形式示出人們熟知的結構和部件。背景知識和基礎概念滾動半徑的定義圖2示出具有車輪半徑204和滾動半徑206的車輪202。車輪202一般有一個恆定的輪徑208，在圖2中被示出停放在平面214上。車輪202半徑定義為車輪中心212與車輪外表面210之間的距離。該半徑的值依選擇的車輪外表面210上的測量點而變化。例如，如果是從車輪中心212至車輪202的頂表面測量半徑，則該測量結果是車輪半徑204，等於輪徑208的二分之一。然而，由於車輛的重量作用，輪胎偏置和扁壓在滾壓的平面214上。如果車輪202的輪胎氣壓低於製造商的規範，車輪202很可能扁壓在平面14上，形成較大的扁平接地點或接觸面。因此，從車輪中心212至車輪202的底表面，即與表面214接觸的表面，測量車輪202半徑，得出的滾動半徑206要小於車輪半徑204。
滾動半徑206和車輪半徑204之差可能嚴重影響車輛輪位對準，因而影響車輛的性能。車輛車輪滾動半徑測量數據的比較還可給輪位對準技術員提供車輪不匹配、不均勻磨損、輪胎氣壓不足或懸掛載荷不對稱等情況。滾動半徑的測定由於滾動半徑206小於車輪半徑204，在規定距離，車輪202在平面214上滾動時行進的距離要大於充氣合適的車輪202的行進距離。實際上車輪202起著半徑等於滾動半徑206的較小的圓形車輪的作用。車輪202滾動一個較短的距離，便可測得滾動半徑206。具體地說，通過測定車輪滾動的距離和車輪轉過的角度，便可測定滾動半徑206。
圖3A是車輪300從左方初始位置302滾動一個短距離至右方最終位置304時車輪位置的變化圖。以下描述也適用於車輪從右滾動到左的情況。
初始位置302是指處於初始位置302的車輪300表面與車輪300停放或滾動的表面322之間的初始接觸點310。初始接觸點310直接位於車輪中心的初始位置312下方。在車輪上可安裝一個標板307。標板307具有初始方位306。標板307是一個矩形件，利用機械視覺系統或其它等效設備可對它進行光掃描或光探測。
在圖3A給出的實例中，最終位置304是指位於最終位置304的車輪表面與表面322之間的最終接觸點318。最終接觸點318直接位於車輪中心的最終位置314下方。標板307具有最終方位308。
對初始接觸點310和最終接觸點318進行比較，得出車輪300滾動的「行進距離」316。行進距離316有時也稱為「橫進距離」。典型的行進距離為6英寸～3英尺。
圖3B是車輪從初始位置302滾動到最終位置304通過的轉動角320示意圖。比較標板307的初始方位306和最終方位308，得出轉動角320的角度。轉動角320有時稱為「滾動角」。可採用在合適的軟體控制下的自動化機械視覺系統獲取標板307的位置信息。下文將作進一步描述。
利用表示行進距離316和轉動角320的值，可測得車輪的滾動半徑。
圓的周長通過如下關係式測得C＝2πR (1)式中C是圓的周長，R是圓的半徑，π是幾何常數(圓周率)。
如果一個圓轉過某個給定的角度，該角度θ與轉過一周360度之比跟圓轉動的部分周長P與圓的全周長C之比是相同的。這一關係可由下式表示360=PC----(2)]]>求解周長C的這一表達式，得出C=360(P)----(3)]]>為了求出圓的半徑R，將周長C的表達式(3)代入方程式(1)，求出R。這便得出求解圓半徑的關係式R=360(P)2----(4)]]>採用其它轉動角也可寫出類似的表達式。例如，如果以弧度測量轉動角，則方程式(4)中的常數「360」可用「2π」替換。
將這一關係式應用到圖3A所示的滾動車輪，部分周長P便是行進距離316。θ角便是轉動角320。半徑R是圖2所示的滾動半徑206。因此，如果已知行進距離316和轉動角320，便可測定車輪202的滾動半徑206。可採用本專利申請下文進一步描述的輪位對準系統，測定進行距離316和轉動角320的值。計算機輔助三維車輛輪位對準系統綜述圖1是一種計算機輔助三維車輛輪位對準系統(「三維輪位對準器」或「對準器」)的示意圖。雖然圖1描述的是一種單攝像機輪位對準系統，也可以使用其它機械視覺系統，包括採用多臺攝像機的機械視覺系統。
在圖1中，由車輛底盤的示意圖表示汽車20，包括兩個前輪22L和22R，兩個後輪24L和24R。汽車20位於常規輪位對準試驗臺或輪位對準臺架26上，用虛線表示。在每一個車輪上安裝有標板54。
一臺電視攝像機30連接在諸如處理信息的計算機32、數據處理機或其它等效設備等電子處理設備上。計算機32還能將結果顯示在視覺顯示裝置34上。可採用鍵盤36等輸入設備將數據和其它有關信息輸入計算機32。可將計算機產生的擬進行輪位對準的車輪的準三維圖描繪在顯示裝置34上。此外，顯示裝置34還可描繪提示或建議，指導輪位對準技術員進行輪位對準操作。計算機32、顯示裝置34和鍵盤36是對實施本實施例的計算機硬體的簡要描述。下面討論本實施例和其它實施例可採用的其它各種硬體。
電視攝像機30沿著觀察光路38通過透鏡40照到車輪22L、22R、24L和24R上，以及分束器42上。分束器42把觀察光路38分成為兩路，分別為38L和38R。如圖1所示，觀察光路38的左分光路38L經分束器42反射後與初始觀察光路垂直。同樣，右分光路38R經過安裝在分束器42附近的稜鏡或反射鏡44反射後與初始光路垂直。該裝置還有一個外罩48，罩內安裝有分束器42、反射鏡44，並且至少有兩個平面-斜置反射鏡46L和46R。從該點向前，該裝置在汽車左側和右側的相應部件和光路是完全相同的，因此，僅對一側進行描述即可。
可對其進行光掃描的標板54被安裝在每一個車輪22L和24L上。觀察光路38的左分光路38L被左邊的平面-斜置反射鏡46L反射到標板54上。該左邊的平面-斜置反射鏡46L可活動，可使電視攝像機30相繼觀察汽車20的前輪22L和後輪24L。左邊的平面-斜置反射鏡46L也可採用另一種構型，能同時觀察前輪22L和後輪24L。
在本單個攝像機輪位對準系統的實施例中，觀察光路38經左邊的平面-斜置反射鏡46L通過外罩壁上的孔徑50L，到達對應的車輪22L和24L。設有一個塊門52L用來關閉孔徑50L，從而能有效地阻斷分光路38L，使電視攝像機30僅照射汽車20右側。另外也可以設兩個塊門53L和53R，和/或在電視攝像機30裡設置可以與一個或多個閃光源同步的電子塊門，以便在只有特定標板被照射時拍攝圖像。
在典型的操作中，本實施例採用的輪位對準系統的一般工作過程如下將汽車20放置在輪位對準臺架26上，該臺架可以升高，以便輪位對準技術員進行輪位對準操作。將標板54安裝在每一個車輪22L、22R、24L和24R上。輪位對準系統生成每一個標板54的圖像。計算機32處理這些探測到的圖像，計算出每一個標板相對於觀察分光路38L和38R的方位。計算機32還可以將對應於探測到的每一個圖像位置的值儲存起來。
還要確定主軸的位置。在這一操作中，計算機32需獲取標板的圖像。汽車向後倒退，計算機獲取標板的第二組圖像，並計算出汽車向後倒退經過的角度，根據這些計算，測定主軸位置。汽車可向前行進，再行測量，以校驗。
計算機32還可以進行必要的校正，計算出車輪相對於相應兩個觀察分光路的真實方位，以及平面-斜置反射鏡46L和46R的方位。然後，計算出每一個車輪22L、22R、24L、和24R主平面的確切方位。「主平面」是一個一般具有垂直方位的、與車輪輪胎花紋平行的成像平面，上述計算結果顯示在顯示裝置34上。計算機32也有顯示裝置34，給輪位對準技術員顯示指令，當探測到汽車20的車輪22L、22R、24L和24R出現任何未對準時，指導他們需要作哪些校正工作。行進距離和轉動角的對準器測量在最佳實施例中，採用圖1所示的輪位對準系統測量汽車20從初始位置302行進到最終位置304的每一個車輪22L、22R、24L和24R的行進距離316和轉動角320。
汽車20最初位於輪位對準臺架26上，在每一個車輪22L、22R、24L和24R上安裝標板54。輪位對準器拍攝每一個標板54的圖像，測定每一個車輪22L、22R、24L和24R的初始位置302。計算機32計算出並儲存對應於每一個車輪22L、22R、24L和24R的初始位置值。
汽車20從初始位置302行進到最終位置304。一旦汽車20滾動，輪位對準器就拍攝每一個標板54的圖像，測定每一個車輪22L、22R、24L和24R的最終位置304。計算機32計算出並儲存對應於每一個車輪22L、22R、24L和24R的最終位置值。輪位對準器還可通過計算機32生成的指令或信號，協助技術員使汽車行進，並進行位置測量。
輪位對準器處理每一個車輪22L、22R、24L和24R在初始位置和最終位置的圖像，以測定每一個車輪22L、22R、24L和24R的行進距離316和轉動角320。在軟體或電子器件的控制下，得出並儲存行進距離316和轉動角320的值。根據上述兩種測量數據，輪位對準器根據方程式(4)計算每一個車輪22L、22R、24L和24R的滾動半徑206。將計算出的滾動半徑儲存起來。然後，輪位對準器將這些結果顯示在顯示裝置34上，供評估。而後，輪位對準技術員可以使用這些結果，幫助診斷汽車和車輪的狀態，包括對車輪是否正確匹配、是否有哪一個車輪過度磨損、輪胎充氣是否合適、以及懸掛載荷是否不對稱等等的診斷。
當汽車20從初始位置302行進到最終位置304時，汽車20行進的距離足以對每一個車輪22L、22R、24L和24R的行進距離316和轉動角320進行準確的測量。但是，考慮到實際情況，諸如要將汽車一直保持在輪位對準臺架26上，對汽車20的行進距離要有所限制。對本實施例來說，汽車20必須以大約10度的最小轉動角320行進。此外，汽車20一直保持在輪位對準臺架26上，汽車行進的轉動角320大約30度就能提供準確的測量數據。
圖4是顯示在顯示裝置34上的典型顯示圖400，顯示了汽車20的每一個車輪22L、22R、24L和24R的滾動半徑206的值。顯示圖400的標題402指明顯示的數據是每一個車輪22L、22R、24L和24R的滾動半徑206。例如，顯示單元412顯示的是車輪22L的滾動半徑206。同樣，顯示單元414、416和418分別顯示的是車輪22R、24L和24R的滾動半徑206。提供的汽車圖404輔助輪位對準技術員建立顯示單元的測量數據與對應車輪的關係。
此外，輪位對準器還能對獲取的每一個車輪的測量值進行比較。例如，輪位對準器可將對應車輪初始位置302的值與對應車輪最終位置304的值進行比較，計算出對應於行進距離316值的線性差。同樣，輪位對準器可將對應於車輪初始位置302的值和對應於車輪最終位置304的值進行比較，計算出對應於轉動角320的角度差。
在輪位對準過程中，輪位對準器還可進行輪位對準測量，並根據滾動半徑206的值調整一個或多個輪位對準測量數據。此外，輪位對準器還可以將輪位對準測量數據與表示理想的輪位對準值的預定值進行比較。同樣，輪位對準器也能對滾動半徑測量數據與表示理想滾動半徑值的預定值進行比較。
輪位對準器還可以對兩個或更多個車輪的輪位對準測量數據或滾動半徑測量數據進行比較，並計算出其差值。這些差值還可與預定的規範進行比較。可在兩個前輪22L和22R之間和兩個後輪24L和24R之間進行這些比較，以判明兩側的輪位對準或車輪滾動半徑是否存在差異。同樣，可從前輪至後輪，即車輪22L和22R之間和24L和24R之間進行比較。
此外，滾動半徑的各個測量數據可與預定值、預定值的範圍或製造規範作比較，輪位對準器可指明測量值是否超出規定的允許值，其方法是產生一個可包含告警信息的異常信號，向輪位對準技術員提供告警。除本實施例所列出的比較外，還可對滾動半徑測量數據進行其它多種比較。根據對顯示裝置34的顯示結果的觀察，輪位對準技術員便可較好地確定出存在的問題是否足以造成輪胎過度磨損或不對稱磨損、或車輛性能下降，諸如操作性或穩定性降低。
圖5是顯示裝置34的典型顯示結果500圖，該圖給出了汽車20每一個車軸兩側車輪22L、22R、24L和24R的比較結果。在該實例中，告警信息502表明對兩側前輪22L和22R，以及對兩側後輪24L和24R從側面至側面進行了比較。顯示結果500利用了圖4給出的滾動半徑採樣結果。
輪位對準器採用告警信息502，讓顯示裝置34提示一對前車輪22L和22R的滾動半徑是否超差。這種提示可促使輪位對準技術員去研究前輪22L和22R滾動半徑超差的原因。例如，該超差可能由於如下一個或多個原因造成的，前輪22L和22R不匹配(即車輪尺寸不一)，右前輪22R過度磨損，右前輪氣壓不足，或懸掛載荷不對稱，為此在繼續進行輪位對準之前應加以調整。利用滾動半徑計算臺架平面與車輛面之間的平面角也可利用滾動半徑值來測量其它重要參數，這些重要參數可用來對汽車輪位對準有關的參數進行比較或修改。尤其是可利用滾動半徑值來測量參考平面或地平面(在本發明的實施例中稱為「臺架面」)與通過車輪中心的平面(在本實施例中稱為「車輛面」)之間的夾角。
臺架面與車輛面之間的夾角(在此稱為「平面角」)測量數據的用途有多種。例如，需對輪位對準測量數據進行校準或調整，以便對這些測得的輪位對準數據與汽車製造商提供的輪位對準規範進行比較。這一點在汽車製造商提供的是臺架平面對準規範的情況下尤為重要，因為輪位對準測量數據是依據車輛面測定的，而且臺架面和車輛面是不平行的，如圖1所示的輪位對準器的情況。否則，需調整製造商的規範。
圖6A是前輪22和後輪24的尺寸相同的汽車20示意圖。在這一示例中，臺架面602與車輛面604相互平行。因此，平面角等於0度。如果該平面角等於0度，則輪位對準測量數據可直接與汽車製造商提供的輪位對準規範作比較。
然而，汽車車輪的尺寸常常不完全相同。圖6B給出的車輛20前輪22比後輪24小。請注意，為了描述，圖6B示出的前輪22和後輪24的尺寸差被誇大了。在本示例中，臺架面602與車輛面604互相不平行，造成平面角不等於0度。因此，圖1所示的輪位對準測量系統測得的輪位對準數據需要調整後再與汽車製造商提供的輪位對準規範作比較，該規範一般是參照臺架面制訂的。或者調整汽車製造商提供的輪位對準規範。雖然，圖6B表示出前輪22和後輪24之間的尺寸差，但是，兩側的車輪尺寸也可不相同，也存在前面討論的同樣問題。
根據負切線的幾何關係測出臺架面602與車輛面604之間的平面角。如圖7所示，可在前輪22的中心704、後輪24的中心706與後輪24中心706直接下方的一個點708之間畫出一個直角三角形。如圖7所示，前輪22的中心704與後輪24的中心706之間的水平位移等於Wb，即汽車輪組定距。
圖7還顯示了前輪22的滾動半徑710，用R1表示，和後輪24的滾動半徑712，用R2表示。後輪24中心706與點708之間的垂直位移714等於(R2-R1)，即R2，後輪24的滾動半徑712，與R1，前輪22的滾動半徑710之差。
如果給定垂直位移714和輪組定距716，則根據如下關係式可在負切線函數的基礎上測定平面角720，用Ψ表示=Tan-1(R2-R1Wb)----(5)]]>對不同尺寸的前輪和後輪計算得出的平面角720，同樣適用於計算兩側車輪尺寸不同的平面角720。
一旦測定了平面角720，經調整後便可以用於顯示輪位對準測量值，這樣，這些測量數據便可與臺架面參照。將主銷後傾角值與平面角差相加，得出臺架面。行進距離測量的其它實施例在另一個實施例中，可不參照平面角來測量汽車行進距離。圖8為這一實施例的實例。圖中，汽車20從初始位置804朝離開壁802的方向行進到最終位置806。在圖8中，線性傳感器800有一個元件814被安裝在汽車的一個固定點上，線性傳感器800的外殼體816固定在輪位對準臺架、地板或壁802的某個固定點上。當線性傳感器的元件814從初始位置810運動到最終位置812時，根據線性傳感器元件814的指示變化測定行進距離808。
在另一個實施例中，輪位對準技術員可採用雷射測距儀、測量磁帶或等效設備手工測量行進距離808。然後將測得的行進距離數據輸入輪位對準系統，例如上述的輪位對準器。這樣的輪位對準器還具有其它功能，諸如測量轉動角、進行計算、比較這些結果，並為輪位對準技術員評估顯示結果。轉動角測量在另一個實施例中，通過安裝在車輪上的重力測量儀來測量轉動角，該重力測量儀與車輪面平行。車輪面是一種成像面，它一般呈垂向，並與輪胎花紋平行。因此，當車輪滾動時，安裝成與車輪面平行的重力測量儀轉動的角度與車輪轉動的角度是相同的。如果由重力測量儀測出車輪初始位置和車輪最終位置的角度，則可從這兩個角度測量數據之差得出轉動角的角度。
圖9A是這另一實施例的示意圖。車輪900位於初始位置902。該示圖還顯示在初始位置906處有一個重力測量儀901。當車輪900滾動到最終位置904時，重力測量儀901便位於最終位置908。圖9B是位於初始位置906和最終位置908的重力測量儀901的簡化示意圖。如圖所示，轉動角910是重力測量儀901初始位置906與最終位置908之差。靜止時，重力測量儀901垂直於平面912。
本實施例可採用的重力測量儀包括亨特工程公司或FMC公司製造的那些電子對準頭。在這樣的電子對準頭中，最典型的有三種重力測量儀。車輪平面上的第一重力測量儀被稱為主銷後傾測量儀。採用第二重力測量儀來測量車輪滾動距離(已跑的裡程)，以測定車輪跑偏補償。由於這兩個重力測量儀與車輪面平行，故均適用於本實施例。
在另一個實施例中，轉動角可由輪位對準技術員採用手工方式測量。然後將轉動角測量數據輸入上述輪位對準器那樣的輪位對準系統。該輪位對準器還可進行其它測量，諸如行進距離測量，並對測量結果進行計算，和/或比較、以及顯示這些測量數據、計算結果和比較結果。測量滾動半徑在許多輪位對準系統中，採用自定中心的夾緊裝置將對準頭或標板固定在車輪上。這樣，對準頭和夾緊裝置上的一個點便位於車輪中心。通過測量該中心點與車輪外緣上任何一點之間的距離，便可測出車輪外緣上該點的車輪半徑。如果測量中心點與車輪底面接觸地面點之間的距離，由於該點直接位於車輪中心的下方，這樣便可直接測量出車輪滾動半徑。
在另一個實施例中，可採用行車高度測量裝置測量滾動半徑。通常採用行車高度測量裝置測量車輪中心與車輪頂端之間的距離來測量行車高度。例如，亨特工程公司製造的一種行車高度測量裝置在進行機械改裝後能夠接觸車輪頂端或接觸汽車停放的試驗臺或輪位對準臺架。改裝包括安裝L杆，頭朝下，並且增加一個較長的水平段，使它能與車輪頂端接觸。該裝置可以頭朝下安裝。這樣，線性測量裝置運動，並接觸車輛停放表面。這就可使輪位對準系統直接測量特定車輪的滾動半徑。
在另一個實施例中，輪位對準技術員可以採用測量帶或等效設備手工測出車輪中心至車輪外緣上某點(該點直接位於車輪中心下方)的距離來測出滾動半徑。然後將滾動半徑測量數據輸入上述輪位對準器這樣的輪位對準系統。該輪位對準器還可進行其它測量，諸如對測得的結果進行計算和/或比較，並顯示這些測量、計算和比較結果。硬體綜述圖10是一個方框圖，示出完成本發明實施例的計算機系統1000。計算機系統1000包括一個傳送信息用的總線1002或其它通信設備，一個與總線1002連接、處理信息用的處理機1004。計算機系統1000還包括一個與總線1002連接、存儲信息和處理機1004執行指令的主存儲器1006，諸如隨機存取存儲器(RAM)或其它動態存儲設備。主存儲器1006還可用來存儲處理機1004執行指令過程中的臨時變量或其它中間信息。計算機1000還可包括與總線1002連接、存儲靜態信息和處理機1004執行指令的只讀存儲器(ROM)1008或其它靜態存儲設備。一個存儲設備1010，諸如磁碟或光碟與總線1002連接，用於存儲信息和指令。
計算機系統1000經總線1002與顯示設備1012，如陰極射線管(CRT)等連接，將信息顯示給計算機用戶。輸入設備1014包括字母數字鍵和其它鍵與總線1002連接，將信息和指令有選擇地傳送到處理機1004。其它類型的用戶輸入設備是光標控制設備1016，諸如滑鼠器、跟蹤球或光標方向鍵，用來將方向信息和指令有選擇地傳送到處理機1004，並控制滑鼠在顯示器1012上運動。這種輸入設備最為典型的是兩個軸，第一軸，即X軸；第二軸，即Y軸，具有二自由度，這樣輸入設備便可以確定平面上的位置。
本發明涉及使用計算機1000測定汽車每一個車輪的滾動半徑以及臺架面與車輛面之間的平面角。根據本發明的一個實施例，計算機系統1000通過執行主存儲器1006存儲的一個或多個指令的一個或多個序列，計算出滾動半徑和平面角。這些指令可從其它計算機可讀媒體，諸如存儲設備1010，讀入主存儲器1006。主存儲器1006存儲的指令序列的執行使處理機1004按照本文描述的處理步驟處理信息。在另一個實施例中，可使用硬連線電路代替，或與軟體指令結合來實施本發明。因此，本發明的實施例不限於硬體電路和軟體的任何特定的組合。
文中使用的術語「計算機可讀媒體」是指參與給處理機1004提供執行指令的任何媒體。這樣一種媒體可以有許多形式，包括，但不限於非易失性媒體、易失性媒體和傳輸媒體。非易失性媒體包括光碟或磁碟，例如存儲設備1010。易失性媒體包括動態存儲器，例如主存儲器1006。傳輸媒體包括同軸電纜、銅線和光纜，包括含有總線1002的線路。傳輸媒體還可呈聲波或光波形式，諸如無線電通信和紅外數據通信產生的波。
計算機可讀媒體的常見形式包括軟磁碟、硬碟、磁帶、或任何其它磁媒體、只讀光碟存儲器、任何其它光學媒體、穿孔卡、紙帶、任何其它帶孔的媒體、隨機存取存儲器、可編程只讀存儲器、可擦可編程只讀存儲器、快速可擦可編程只讀存儲器、任何其它存儲器晶片或盒式磁帶、本文上述的載波、或任何其它計算機能讀出的媒體。
各種形式的計算機可讀媒體可以包括攜帶處理機1004執行的一種或多種指令的一個或多個序列。例如，指令最初可攜帶在遙控計算機的磁碟上。遙控計算機可將指令裝載入它的動態存儲器中，並採用數據機通過電話線發送指令。位於計算機系統1000附近的數據機能接收電話線傳送的數據並利用紅外發射機將數據轉換成紅外信號。紅外探測器可以接收紅外信號攜帶的數據，合適的線路將數據送到總線1002。總線1002將數據帶給主存儲器1006，處理機1004從主存儲器1006檢索並執行指令。主存儲器1006接收到的指令在被處理機1004執行之前或之後，可存儲在存儲設備1010上。
計算機系統1000還包括一個與總線1002連接的通信接口1018。通信接口1018提供與網絡鏈路1020相接的雙向通信。網絡鏈路1020與區域網1022連接。例如，通信接口1018可以是一種綜合服務數字網絡(ISDN)卡或一個數據機，將數據通信送到相應類型的電話線。另一個例子是，通信接口1018可以是一種區域網(LAN)卡，將數據通信送到某個兼容的區域網。也可採用無線鏈路。在任何一種情況下，通信接口1018發送和接收帶有表示各種類型信息的數字數據流的電信號、磁信號或光信號。
網絡鏈路1020通過一種或多種網絡給其它數據設備提供數字通信。例如，網絡鏈路1020通過區域網1022與主計算機1024或與網際網路服務提供器(ISP)1026操作的數據設備連接。然而網際網路服務提供器1026再通過全球分組數據通信網，現通常稱為「網際網路」1028，提供數字通信服務。區域網1022和網際網路1028均利用攜帶數字數據流的電信號、磁信號或光信號。通過各種網絡的信號、網絡鏈路1020上的信號和通過通信接口1018的信號，均將數字數據送入計算機系統1000，或從計算機系統1000帶走數字數據，是傳輸信息的典型載波形式。
計算機系統1000可通過網絡、網絡鏈路1020和通信接口1018發送信息和接收數據，包括程序代碼。例如通過網際網路，一臺伺服器1030可通過網際網路1028、網際網路服務提供器1026、區域網1022和通信接口1018發送應用程式要求的代碼。根據本發明，為測定汽車車輪滾動半徑和測定文中所述的平面角，提供了這樣一種下載應用功能。
接收到的代碼，在接收時便由處理機1004執行，和/或存儲在存儲設備1010或其它非易失性存儲器中以便以後執行。在這種情況下，計算機系統1000可獲得載波形式的應用代碼。
在上述說明書中，參照具體實施例對本發明作了描述。但是，很明顯，對本實施例可作各種更改和修改，但都不會越出本發明的原則和範圍。因此，說明書和附圖視為一種說明，而不是一種限制。
權利要求
1.一種測量安裝有光掃描標板的車輪滾動半徑(R)的方法，包括用計算機實施如下步驟當車輪處於初始位置時，光掃描標板，並得出和儲存表示該初始位置的值；使車輪從初始位置滾動到最終位置；光掃描處於最終位置的標板，得出和儲存表示該最終位置的值；根據初始位置值和最終位置值，測量車輪在滾動過程的行進距離值(P)；根據初始位置值和最終位置值，測量車輪在滾動過程橫移的轉動角的角度(θ)；根據如下關係式得出並儲存車輪的滾動半徑值R=360(P)2]]>
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於行進距離值的測量包括對初始位置值與最終位置值進行比較的步驟和對這兩個值的線性差進行計算的步驟。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於行進距離值的測量包括採用機器視覺系統對初始位置值和最終位置值進行比較的步驟，和對這兩個值的線性差進行計算的步驟。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於轉動角角度的測量包括對初始位置值與最終位置值進行比較的步驟，和計算它們的角度差的步驟。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於轉動角角度的測量包括採用機器視覺系統對初始位置值與最終位置值進行比較的步驟，和計算它們的角度差的步驟。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於得出車輛滾動半徑值(R)的步驟包括採用機器視覺系統的數據處理機計算如下關係式R=360(P)2]]>
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，它還包括如下步驟採用輪位對準器得出和存儲汽車輪位為對準過程中的一個或多個車輪輪位對準值；以及根據滾動半徑值修改一個或多個輪位對準值。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，它還包括如下步驟對滾動半徑值和預定範圍的值進行比較；以及當滾動半徑值超過預定值的範圍時，產一個異常信號。
9.根據權利要求1所述的方法，它還包括如下步驟對滾動半徑值和表示理想滾動半徑值的預定的第二個滾動半徑值進行比較。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，它還包括如下步驟使第二個車輪滾動；測量第二個車輪滾動過程中的第二個行進距離(P2)；測量第二個車輪滾動過程中橫移的第二個轉動角的值(θ2)；根據如下關係式測定第二個車輪的第二個滾動半徑值(R2)；R2=360(P2)22]]>對滾動半徑值和第二個滾動半徑值進行比較；得出和儲存表示第一個車輪和第二車輪不匹配量值的不匹配值。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，它還包括如下步驟通過測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)，測量臺架面和停在輪位對準臺架上的汽車的車輛面之間的平面角的值(Ψ)；測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；根據如下關係式測出並儲存平面角的值=Tan-1(R2-R1Wb)]]>
12.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，它還包括如下步驟通過測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值R2)，測量臺架面和停在輪位對準臺架上的汽車的車輛面之間的平面角的值(Ψ)；測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；根據如下關係式求出平面角的角度值=Tan-1(R2-R1Wb)]]>以及根據該平面角的角度值，修改與汽車輪位對準有關的一個或多個值。
13.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，滾動半徑值的測量包括如下步驟測定車輪的中心；確定車輪與車輪停放面之間的觸地點，該觸地點位於車輪中心的正下方；以及測量車輪中心與車輪觸地點之間的垂直距離，即相當於車輪滾動半徑值。
14.一種測量臺架面與停放在輪位對準臺架上的汽車的車輛面之間的平面角角度(Ψ)的方法，它包括如下步驟測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑(R2)；測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；根據如下關係式求出平面角的角度值=Tan-1(R2-R1Wb)]]>以及根據該平面角的角度值，修改與汽車輪位對準有關的一個或多個值。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，它還包括如下步驟調整一組輪位對準值，以計算平面角的角度值；以及產生供輪位對準技術員用來顯示經調整後的輪位對準值的信息。
16.一種計算機可讀媒體，它攜帶一個或多個指令序列，當由一臺或多臺處理機執行指令序列時，使一臺或多臺處理機測量裝有光掃描標板的車輪滾動半徑值(R)，實施步驟如下當車輪位於初始位置時光掃描標板，得出和存儲表示初始位置的值；使車輪從初始位置滾動到最終位置；光掃描位於最終位置的標板，得出和存儲表示最終位置的值；根據得出的位置值，測量車輪在滾動過程的行進距離值(P)；根據得出的位置值，測量車輪在滾動過程橫移的轉動角的值(θ)；根據如下關係式得出和儲存車輪的滾動半徑值R=360(P)2]]>
17.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於行進距離的測量，包括對初始位置值與最終位置值作比較和計算兩者線性差的執行步驟的指令。
18.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於測量行進距離，包括採用機器視覺系統實施對初始位置值與最終位置值作比較和計算兩者線性差的執行步驟的指令。
19.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於轉動角角度測量，包括對初始位置值與最終位置值作比較和計算兩者角度差的執行步驟的指令。
20.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於轉動角角度測量，包括採用機器視覺系統對初始位置值與最終位置值作比較和計算兩者角度差的執行步驟的指令。
21.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於求出車輪滾動半徑值(R)的步驟，包括利用機器視覺系統的數據處理機計算如下關係式的指令R=360(P)2]]>
22.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令採用輪位對準器得出和存儲汽車在對準過程中一個或多個輪位對準值；以及根據滾動半徑值修改一個或多個輪位對準值。
23.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令對滾動半徑值和預定範圍的滾動半徑值進行比較；以及當滾動半徑值超過預定滾動半徑值的範圍時產生一個異常信號。
24.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令對滾動半徑值和表示理想滾動半徑值的預定的第二滾動半徑值進行比較。
25.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令使第二個車輪滾動；測量第二個車輪滾動過程的第二行進距離值(P2)；測量第二個車輪滾動過程橫移的第二轉動角的值(θ2)；根據如下關係式測定第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)；R2=360(P2)22]]>對滾動半徑值和第二滾動半徑值進行比較；以及得出和儲存表示第一個車輪和第二個車輪不匹配量值。
26.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令通過測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)，測量臺架面和停放在輪位對準臺架上的汽車的車輛面之間的平面角的值(Ψ)；測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；根據如下關係式求出並儲存平面角的值=Tan-1(R2-R1Wb)]]>
27.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令通過測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)，測量臺架面和停放在輪位對準臺架上的汽車車輛面之間的平面角的值(Ψ)；測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；根據如下關係式求出平面角的角度值=Tan-1(R2-R1Wb)]]>根據平面角的角度值，修改與汽車輪位對準有關的一個或多個值。
28.根據權利要求16所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令測定車輪的中心；確定車輪與車輪停放面之間的觸地點，該觸地點位於車輪中心的正下方；以及測量車輪中心與車輪觸地點之間的垂直距離，即相當於車輪滾動半徑值。
29.一種計算機可讀媒體，它攜帶一個或多個指令序列，當由一臺或多臺處理機執行指令序列時，通過測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)，使該一臺或多臺處理機測量臺架面和停放在輪位對準臺架上的汽車車輛面之間的平面角的角度值(Ψ)的步驟；測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；根據如下關係式求出平面角的角度值=Tan-1(R2-R1Wb)]]>以及根據該平面角的角度值，修改與汽車輪位對準有關的一個或多個值。
30.根據權利要求29所述的計算機可讀媒體，其特徵在於，它還包括執行如下步驟的指令調整一組輪位對準值，以計算平面角的角度值；以及將調整後的輪位對準值顯示給輪位對準技術員。
31.一種測量設備，用來測量裝有標板的車輪從初始位置滾動到最終位置的滾動半徑值，該設備包括一個視覺成像設備，探測車輪位於初始位置時標板的初始圖像，並探測車輪位於最終位置時標板的圖像；以及一臺數據處理機，通過設計的程序，根據對標板的初始圖像和最終圖像的比較，測量車輪滾動過程的滾動半徑值。
32.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於視覺成像設備採取光掃描車輪處於初始位置時的標板，探測標板的初始圖像，和光掃描車輪處於最終位置時的標板，探測標板的最終圖像。
33.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計程序，(a)根據初始圖像和最終圖像，測量車輪滾動過程的行進距離值(P)；(b)根據初始圖像和最終圖像測量車輪滾動過程橫移的轉動角的角度值(θ)；以及(c)根據如下關係式測定車輪的滾動半徑值(R)R=360(P)2]]>
34.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計程序，(a)得出和存儲對應於初始圖像的初始位置值和對應於最終圖像的最終位置值；(b)對初始位置值和最終位置值進行比較，(c)計算兩個位置的線性差，對應於行進距離值(P)；(d)根據初始圖像和最終圖像測量車輪滾動過程橫移的轉動角的角度值(θ)；以及(e)根據如下關係式測定車輪的滾動半徑值(R)R=360(P)2]]>
35.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，(a)根據初始圖像和最終圖像測量車輪滾動過程的行進距離值(P)；(b)得出和儲存對應於初始圖像的初始位置值和對應於最終圖像的最終位置值；(c)對初始位置值和最終位置值進行比較；(d)計算兩個位置的角差，對應於轉動角的角度值(θ)；以及(e)根據如下關係式測定車輪滾動半徑值(R)R=360(P)2]]>
36.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，(a)採用輪位對準器，得出和儲存汽車輪位對準過程中的一個或多個輪位對準值；(b)根據滾動半徑值，修改一個或多個輪位對準值。
37.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，(a)對滾動半徑值和預定範圍的值進行比較；(b)當滾動半徑值超過預定值的範圍，產生一個異常信號。
38.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，對滾動半徑值和表示理想半徑值的預定的第二滾動半徑值進行比較。
39.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，(a)測量第二個車輪滾動後的第二滾動半徑，測量行進距離值(P2)，測量第二轉動角的角度(θ2)，並且根據如下關係式測定第二滾動半徑值(R2)R2=360(P)22]]>(b)對滾動半徑值和第二滾動半徑值進行比較；(c)得出和存儲表示第一個車輪和第二個車輪不匹配量值的不匹配值。
40.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，(a)測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)；(b)測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；(c)根據如下關係式測出並儲存臺架面和停放在輪位對準臺架上的汽車車輛面之間的平面角的角度值(Ψ)；=Tan-1(R2-R1Wb)]]>
41.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，(a)測量汽車的第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)；(b)測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；(c)根據如下關係式測出臺架面和停放在輪位對準臺架上的汽車車輛面之間的平面角的角度值(Ψ)；=Tan-1(R2-R1Wb)]]>(d)根據平面角的角度值，修改與汽車輪位對準有關的一個或多個值。
42.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序，(a)測定車輪中心；(b)確定車輪與車輪停放面之間的觸地點，該觸地點位於車輪中心的正下方；並且(c)測量車輪中心與車輪觸地點之間的垂直距離值，對應於車輪的滾動半徑值。
43.一種測量設備，用來測量臺架面與停放在輪位對準臺架上的汽車車輛面之間的平面角角度(Ψ)，該汽車有兩個或多個車輪，每一個車輪上裝有標板，該設備包括一個視覺成像設備，探測固定安裝在第一個車輪上的第一個標板的第一個圖像和固定在第二車輪上的第二個標板的第二個圖像；和一臺數據處理機，通過設計的程序，(a)測定第一個車輪的第一滾動半徑值(R1)和第二個車輪的第二滾動半徑值(R2)；(b)根據第一個圖像和第二個圖像，測量第一個車輪的第一中心與第二個車輪的第二中心之間的水平位移值(Wb)；(c)根據如下關係式測定平面角的角度值=Tan-1(R2-R1Wb)]]>(d)根據平面角的角度值，修改與汽車輪位對準有關的一個或多個值。
44.根據權利要求43所述的設備，其特徵在於數據處理機通過設計的程序調整一組輪位對準值，以計算平面角角度值，該設備還包括一個顯示裝置，其中，該顯示設備將調整後的輪位對準值顯示給輪位對準技術員。
45.一種測量車輪滾動半徑值的方法，它包括在計算機控制下實施的步驟得出和儲存表示車輪初始位置的值；使車輪從初始位置滾動到最終位置；得出並存儲表示車輪最終位置的值；通過對初始位置值和最終位置值的比較，測量車輪滾動過程的行進距離值(P)；通過對初始位置值和最終位置值的比較，測量車輪滾動過程橫移的轉動角的角度值(θ)；根據如下關係式得出和儲存車輪的滾動半徑值(R)R=360(P)2]]>
全文摘要
一種在輪位對準和其它診斷或維修操作中使用的車輪滾動半徑測量方法和設備。在車輪上安裝一個光掃描標板。採用機器視覺系統,諸如三維輪位對準器,測量第一位置。使汽車行進一個短距離,測量第二位置。利用第一位置測量數據和第二位置測量數據的線性差和角度差,計算和儲存滾動半徑值。根據滾動半徑值,對汽車輪位對準操作取得的輪位對準值進行修改。可以用得出和儲存的平面角的角度值來調整輪位對準值。
文檔編號G01B11/00GK1376258SQ00813408
公開日2002年10月23日 申請日期2000年9月26日 優先權日1999年9月28日
發明者戴維·A·傑克遜, 霍尚·施羅夫, 史蒂芬·L·格利克曼 申請人:捷裝技術公司