[发明专利]非接触式车轮定位传感器以及方法

说明书

本申请是申请号为200880014747.5、申请日为2008年5月2日、发明名称为“非接触式车轮定位传感器以及方法”的PCT国际发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于确定三维对象相对于参照系的取向的测量设备，尤其是，涉及一种包括一个或多个专门适用于机动车车轮的传感器的测量系统，传感器使用投射到轮胎和车轮组件上的光束来限定车轮相对于预定取向的取向平面。

背景技术

在汽车工业中，适当的机动车质量需要在制造期间及其后机动车使用寿命期间对车轮定位设置进行测量和调节。机动车车轮的适当定位和对准，尤其是导向轮比如机动车的前轮，需要设置束角、外倾角角度以及后倾角角度。束角是机动车径向轴和通过该车轮/轮胎中心的平面之间的角度而且影响该机动车的直前运作还有导向。外倾角角度是轮轴在竖直平面内朝着道路表面的倾斜并且在该车轮顶部朝着机动车中心倾斜时为负数。后倾角角度是平行于机动车中心线方向的转向轴的倾斜。朝着机动车后面倾斜导致正的后倾角。在组装和/或修理机动车期间，重要的是测量、调节或监察、以及设置束角还有机动车车轮的外倾角和转向角角度，尤其是导向轮，所以该机动车会适当地开走并驾驶。

过去，使用了各种方法来测量机动车车轮的束角和外倾角，包括直接和间接方法。直接测量方法需要人类司机或机制将测量工具放置成与机动车接触并且容易出现放置误差和磨损。间接测量方法，有时称为非接触方法，典型地包括在轮胎安装到机动车上时察看或检测投射在其上的光线图像，并使用计算机从这些图像中算出轮胎定位以提供最终的定位信息。现有公知的直接测量方法很麻烦、耗费时间、常常是劳动密集的、而且比理想的精确度低。现有的非接触或间接方法涉及将一个或两个光束投射到轮胎的离散位置上，而且接收并处理从该轮胎反射的这些光束的图像以重建车轮/轮胎平面。

因此，确定了需要用来测量和确定机动车车轮更广泛来说是任何三维对象的取向的设备和方法，其都会使车轮或对象的平面得以为了定位为了设置车轮/轮胎的束角和/或外倾角起见更精确并牢固地确定以指示车轮/轮胎相对于车辆中心线的定位。

发明内容

因此，本发明提供一种用于确定三维对象的取向的设备和方法，而且优选方式是有理想的定位特征的轮胎和车轮组件。传感器在轮胎和车轮组件上投射多个光束以形成多个大体上平行且水平的照明图像。然后这些照明线中的一些或所有所反射的图像被传感器接收。投射到轮胎上的多个照明线和捕获的图像中这些线的定位使车轮的三维空间取向或几何形状能够算出。

根据本发明一方面，一种确定安装在机动车上的轮胎和车轮组件的定位特征的方法包括从第一光线投射仪投射多个光线平面到轮胎和车轮组件上以在轮胎和车轮组件中的轮胎上形成多个大体上平行的照明线，用光电装置在相对于第一光线投射仪的投射角度的角度上接收从轮胎反射的这些照明线中至少一些所反射的图像，并且确定由来自被选择的点的空间坐标所限定的平面，该被选择的点位于由光电装置成像的每个照明线上，该平面代表轮胎和车辆组件的取向。

从第一光线投射仪投射的多个光线平面可被发散地投射。反射装置可以用于投射多个光线平面而且/或者用于将所反射的图像对准光电装置。可以将多个光线平面相对于车轮投射到轮胎仅一侧上，或者可以同时投射在周围或在车轮周围车胎完全相反的部分上。当轮胎和车轮组件旋转时光电装置可以重复成像这部分被反射的照明线。在这种情况下，例如，可以对于每一帧重复计算该平面并求平均值，或者可以对每个照明线上所选择的点的空间坐标在重复的帧图像上求平均值以限定该平面。

确定定位特征的方法还可以包括将从第二光线投射仪投射单一光线平面到该轮胎和车轮组件上以形成该轮胎和车轮组件的轮胎上的单一参考照明线，用光电装置从轮胎接收该参考照明线被反射的图像，而且确定从参考照明线到非接触式车轮定位传感器的参考距离，该非接触式车轮定位传感器包括第一和第二光线投射仪和光电装置。该方法进一步包括使用参考距离在接收被反射图像的步骤识别哪些照明线被成像。根据这一方面，第二光线投射仪相对于第一光线投射仪有角度地取向。