[发明专利]用于无接触式3D车轮校准的装置、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无接触式测量车轮校准的校准测量设备、校准测量系统和校准测量方法。

本发明尤其涉及一种机动车辆等的车轮的校准测量设备，通过悬挂车辆利用该设备以无接触方式测量、也就是对静止(非旋转)车轮进行非接触式距离测量所安装车轮的倾斜角、尤其是前束角和外倾角。

在本申请中，“车轮”应当被理解为包括车轮的轮毂、轮辐或者轮盘以及轮辋，尤其是轮辋的凸缘也被称之为胎圈，在胎圈处的边缘形成所安装的轮胎之间的边界。车轮可以采用适用的材料制成，目前大多数是铝合金。车轮上安装轮胎的部分是轮辋，轮辋的防止轮胎从轮辋脱开的边缘是轮辋的胎圈。车轮的中部一般安装在车轴上，是车轮的轮毂。在轮毂和轮辋之间的部分是车轮的轮辐或者轮盘，轮辐并入轮辋的区域是轮辐基部。在本说明书中，机动车辆通常是马达驱动的车辆、摩托车、小汽车、卡车甚至是飞机，飞机的起落架也具有车轮。换句话说，带有转动车轮的任何物体，其车轮可以采用本发明的方法或者设备。安装至车轮的轮胎有时候也被视为车轮的一部分，但是为了调整机动车辆等上的车轮校准，测量车轮自身的校准是更可靠的，因为轮胎可能是不规则的。

一般来说，机动车辆车轮的正确校准要求测量用于显示车轮相对于彼此和相对于机动车辆的各自安装位置的各倾斜角。在本说明书中，前束角是车轮或者轮胎表面相对于车辆前进方向的倾斜角，外倾角是车轮或者轮胎表面相对于垂直平面的倾斜角，主销后倾角是在车轮中心处的纵向和在中心销轴的倾斜之间从车轮的侧面直接观看的角度。包括所有这些角度在内的准确测量和正确调整车辆校准是提升各车辆的驾驶性能、尤其是就轮胎磨损来说的一个重要因素。

前束角表示从车体上方看在前面或者是在后面轮胎是否分开得过宽，它涉及到前轮和后轮。如果车轮在前面分开得过宽，称之为前轮负前束，如果车轮在后面分开得过宽，称之为车轮前束。外倾角表示从车的正前方或者正后方看在顶部或者在底部车轮是否分开得过宽，它代表轮胎的地面接触点的法线与沿着轮胎的直线之间的角度。当轮胎垂直于地面时，外倾角为0，当轮胎向内倾斜时，外倾角是负的，当轮胎向外倾斜时，外倾角是正的。测量外倾角用于方便操纵方向，较少车辆负载和防止车轮在底部变得过于分开。如果中心销轴向后倾斜则涉及正的主销后倾角，如果中心销轴向前倾斜则涉及负的主销后倾角，如果中心销轴处于竖直位置则涉及0主销后倾角。主销后倾角用于保持直线稳定性。

背景技术

美国专利US 6,657,711披露了一种用于采用非接触方式测量车轮校准的动态特性的设备。激光源朝着车轮侧面发出具有特定几何图案的激光束。激光束控制装置按照仅照射车轮侧面的预定范围的方式控制激光束的宽度，特别是使用发出非平行激光束的两个激光源。光电子检测装置接收车轮侧面上的两个激光束的几何图案，并将其转换为对应的两个图像数据。处理单元根据两个图像数据计算在两个图像之间的距离，并且根据该距离计算车轮校准。

但是现有技术的非接触测量设备非常复杂，需要很多的电子和光-机可动零件、用于产生具有一定几何图案的激光束的类似光学部件、用于控制激光束的各部件以及如液晶光闸、硅微反射镜或者电磁效应可变光阑光闸。这些零件或者装置都非常容易损坏和/或调解不正确，因为汽修广或者修理厂的环境是简陋的。另外，现有技术的设备要求旋转车轮，这不仅是一个附加的技术要求，也需要用于防止事故的特定装置。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种本说明书开头部分所述的方法和设备，利用它们可以采用简单的方式确定机动车辆车轮的校准。

本发明的另一个目的是提供一种校准测量设备，它能够处理各种不同设计和尺寸的机动车辆车轮，高精度地测量和调整车轮校准。

在另一个方面，提供一种能长时间不用维护的设备，它耐用而且简单，以适应汽修厂或者修理厂的简陋环境。

根据本发明的第一种实施方案，用于无接触式测量车轮校准的校准测量设备包括：一个支撑体，一个载体在所述支撑体处绕旋转点可旋转安装；至少一个测量单元，安装在该载体上，从而测量单元具有一个限定的几何位置，并被构成用于以非接触的方式测量车轮上的测量点相距各测量单元的距离数据，其中测量单元可绕轴线枢转，该轴线与和载体装置绕安装点的旋转平面相对应的参考平面平行，并垂直于从旋转点到测量单元的半径；控制装置，用于控制载体装置的旋转和至少一个测量单元的枢转，从而测量点在车轮上处于轮辋的胎圈区域中；以及处理装置，用于根据所提供的至少三个测量点的测量距离数据以及各至少一个测量单元的各几何位置和各枢转角、载体的各旋转角计算车轮校准数据。