專利名稱：車輪定位系統(tǒng)的校準(zhǔn)和操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車服務(wù)系統(tǒng)，例如車輪定位系統(tǒng)。本發(fā)明特別適用于采用基于圖像 處理的定位技術(shù)和一種或多種其它定位技術(shù)的組合的車輪定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的車輪定位系統(tǒng)采用與車輛的車輪連接的傳感器或感測(cè)頭，來(lái)測(cè)量車輪 和懸掛系統(tǒng)的各種角度。上述角度被傳達(dá)至主機(jī)系統(tǒng)，在主機(jī)系統(tǒng)它們被用于計(jì)算車輛定 位角度。在標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)定位器設(shè)置中，四個(gè)定位頭被連接至車輛的車輪上。每個(gè)感測(cè)頭包 括兩個(gè)水平或束角測(cè)量傳感器，和兩個(gè)垂直或外傾角/縱傾角傳感器。每個(gè)感測(cè)頭還包括 電子器件，以便支持總體傳感器數(shù)據(jù)采集，以及與定位器控制臺(tái)、本地用戶輸入和本地顯示 進(jìn)行通信，用于獲取狀態(tài)反饋、診斷和校準(zhǔn)支持。構(gòu)成每個(gè)感測(cè)頭的四個(gè)傳感器和電子器件 以及機(jī)械外殼有必要重復(fù)四次，因?yàn)槊總€(gè)車輪需要一個(gè)。近年來(lái)，在一些店(工廠)中利用計(jì)算機(jī)輔助的三維(3D)機(jī)器視覺(jué)定位系統(tǒng)對(duì)機(jī) 動(dòng)車的車輪進(jìn)行定位。在所述系統(tǒng)中，一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)(照相機(jī))觀察與車輪連接的目 標(biāo)，而定位系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)分析目標(biāo)的圖像，以確定車輪位置和車輪根據(jù)車輪位置數(shù)據(jù)的 定位。計(jì)算機(jī)通常根據(jù)從處理圖像數(shù)據(jù)所獲得的計(jì)算結(jié)果來(lái)引導(dǎo)操作者正確調(diào)整車輪，以 便精確定位。這種圖像處理類型的車輪定位系統(tǒng)或定位器有時(shí)被稱作"3D定位器"。采 用所述圖像處理的車輪定位器的一個(gè)示例是Visualiner 3D或〃 V3D"，它可從John Bean Company of Conway, Ark 購(gòu)買，該公司是 Snap-on Incorporated 的分公司。另外，機(jī)器視覺(jué)車輪定位系統(tǒng)可以包括一對(duì)被動(dòng)頭和一對(duì)主動(dòng)感測(cè)頭。被動(dòng)頭被 用于安裝在要測(cè)量的第一對(duì)車輪上，而主動(dòng)感測(cè)頭被用于安裝在第二對(duì)車輪上。每個(gè)被動(dòng) 頭包括一目標(biāo)；而每個(gè)主動(dòng)感測(cè)頭包括重力計(jì)，用于測(cè)量后傾角和外傾角，和圖像傳感器， 用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)包括被動(dòng)頭之一的目標(biāo)的圖像，此時(shí)各個(gè)頭安裝在相應(yīng) 的車輪上。系統(tǒng)還包括與至少一個(gè)主動(dòng)感測(cè)頭相聯(lián)系的空間關(guān)系傳感器，以便當(dāng)主動(dòng)感測(cè) 頭安裝在車輪上時(shí)能夠測(cè)量主動(dòng)感測(cè)頭之間的空間關(guān)系。系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，它用于處理 與觀察的目標(biāo)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)，以及來(lái)自空間關(guān)系傳感器的位置數(shù)據(jù)，以便計(jì)算車輛的至 少一個(gè)測(cè)量值。傳統(tǒng)車載傳感器的車輪定位系統(tǒng)利用公知的校準(zhǔn)固定裝置可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行校準(zhǔn)， 其中所述固定裝置包括直桿和精確水平儀。3D機(jī)器視覺(jué)車輪定位系統(tǒng)還可以利用公知的技 術(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，所述公知技術(shù)例如，披露于授予Jackson等人的美國(guó)專利號(hào)5，809，658。用于 上述類型定位器的測(cè)量算法也是公知的。需要一種方法，它能夠方便和有效地校準(zhǔn)使用3D機(jī)器視覺(jué)和傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的組 合的定位測(cè)量系統(tǒng)。還需要用于所述定位系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為利用3D機(jī)器視覺(jué)和傳統(tǒng)傳感器的組合的定位系統(tǒng)提供了校準(zhǔn)技術(shù)，其
5中校準(zhǔn)技術(shù)方便地實(shí)施于利用傳統(tǒng)校準(zhǔn)固定裝置的領(lǐng)域。本發(fā)明還提供了用于所述系統(tǒng)的定位方法。根據(jù)本發(fā)明，前述和其它優(yōu)點(diǎn)在某種程度上通過(guò)校準(zhǔn)車輪定位系統(tǒng)的傳感器單元 (sensor pod)的方法實(shí)現(xiàn)，所述傳感器單元包括可旋轉(zhuǎn)安裝在心軸上的外殼，和外殼中的 圖像傳感器，具有沿基本垂直于心軸的旋轉(zhuǎn)軸的方向定向的觀測(cè)軸，用于對(duì)固定至一對(duì)象 (例如車輪)的目標(biāo)進(jìn)行成像。所述方法包括通過(guò)單元心軸將單元安裝在固定裝置上，使得 單元心軸是靜止的；和對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，以便用單元圖像傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像。轉(zhuǎn)動(dòng)所述 單元，使得它的圖像傳感器獲得目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，并且目標(biāo)在所述至少 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置的圖像被處理，以確定相對(duì)于圖像傳感器的心軸的旋轉(zhuǎn)軸線的位置。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種對(duì)機(jī)動(dòng)車車輪進(jìn)行定位的方法包括將目標(biāo)連接至車 輛的第一輪軸的每個(gè)車輪，和將傳感器單元連接至車輛的第二輪軸的每個(gè)車輪，每個(gè)傳感 器單元上安裝有圖像傳感器，用于對(duì)相應(yīng)的一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行成像。轉(zhuǎn)動(dòng)第一輪軸的每個(gè)車輪 而同時(shí)第二輪軸的車輪保持靜止，以便圖像傳感器獲得它們相應(yīng)的目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位 置上的圖像。對(duì)每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像進(jìn)行處理，以確定第一輪軸的每個(gè) 車輪的旋轉(zhuǎn)軸線的方向。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和其它特征部分會(huì)在隨后的說(shuō)明中進(jìn)行陳述，而部分會(huì)在本領(lǐng) 域技術(shù)人員對(duì)下文進(jìn)行查驗(yàn)或通過(guò)實(shí)施本發(fā)明后變得顯而易見(jiàn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以如所附 權(quán)利要求書(shū)中具體指出的那樣實(shí)現(xiàn)和獲得。


參見(jiàn)附圖，其中，具有相同附圖標(biāo)記的元件在本文中表示類似的元件，并且其中圖1示意性地示出了用于實(shí)施本發(fā)明方法的目標(biāo)和主動(dòng)感測(cè)頭相對(duì)于車輪的結(jié) 構(gòu)。圖IA和IB示出了可用于被動(dòng)頭的不同類型的目標(biāo)。圖2是圖1所示一個(gè)主動(dòng)感測(cè)頭的局部剖視透視圖。圖3a是連接至車輪固定夾的圖1所示一個(gè)主動(dòng)感測(cè)頭的透視圖。圖3b是圖1所示一個(gè)主動(dòng)感測(cè)頭和車輪固定夾安裝至車輪的側(cè)視圖。圖4a和4b分別是用于實(shí)施本發(fā)明方法的傳統(tǒng)校準(zhǔn)固定裝置的側(cè)視圖和俯視圖。圖5示意性地示出了用于實(shí)施本發(fā)明方法的目標(biāo)和主動(dòng)感測(cè)頭安裝在校準(zhǔn)固定 裝置上的結(jié)構(gòu)。圖6是用于實(shí)施本發(fā)明方法的校準(zhǔn)目標(biāo)的正視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法適用于一種車輪定位系統(tǒng)，所述車輪定位系統(tǒng)將圖像處理的各方面 與一種或多種其它類型的測(cè)量技術(shù)組合。所述混合系統(tǒng)采用可見(jiàn)目標(biāo)；例如，位于被動(dòng)頭 上，用于接受測(cè)試的兩個(gè)車輪，以及在主動(dòng)感測(cè)頭上的光學(xué)成像傳感器(例如，攝像機(jī))和 其它定位傳感器的組合，其中主動(dòng)感測(cè)頭連接至另外兩個(gè)車輪。所述定位系統(tǒng)披露于待審 的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/487，964，申請(qǐng)日為2006年7月18日，該專利文獻(xiàn)的全文在此被結(jié)合 入本文引用。
圖1示出了可以實(shí)施本發(fā)明方法的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)涉及目標(biāo)和主動(dòng)感測(cè)頭相對(duì) 于待測(cè)車輛20的車輪22，24，26，28的結(jié)構(gòu)；例如，用于測(cè)量一個(gè)或多個(gè)車輪定位參數(shù)。除 了車輪之外，車輛的部件被省略，以便于說(shuō)明。車輪定位系統(tǒng)包括一對(duì)被動(dòng)頭21和23，在本文又被稱作"目標(biāo)"，安裝在車輛的 相應(yīng)車輪22和24上，在本例中為前轉(zhuǎn)向輪。主動(dòng)感測(cè)頭25和27在本文中又被稱作"傳 感器單元(sensor pod)“，適于安裝在相關(guān)的車輛的其它相應(yīng)車輪26和28上，在這里是后 輪。每個(gè)主動(dòng)感測(cè)頭包括外殼200和用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器210，它在各頭安裝至 車輛20的相應(yīng)車輪20時(shí)預(yù)計(jì)包括被動(dòng)目標(biāo)21或23的圖像。在本第一示例中，在主動(dòng)感 測(cè)頭25和27上的圖像傳感器210是二維(2D)成像裝置，例如照相機(jī)(攝像機(jī))。
頭21和23是被動(dòng)的，因?yàn)樗鼈儼繕?biāo)但不包括任何感測(cè)元件。每個(gè)被動(dòng)頭21 和23包括可由主動(dòng)頭25和27上的一個(gè)圖像傳感器210觀察到的一種類型的目標(biāo)。被動(dòng) 頭21或23上的目標(biāo)(用于通過(guò)另一頭上的傳感器感測(cè)圖像)，可以是主動(dòng)或被動(dòng)的。主動(dòng) 目標(biāo)，如發(fā)光二極管(LED)，是通過(guò)能源(功率)驅(qū)動(dòng)的源，所述能源(功率)發(fā)射可由傳感 器檢測(cè)的能量(例如IR或可見(jiàn)光)。被動(dòng)目標(biāo)是不由功率驅(qū)動(dòng)的元件，并且不發(fā)射能量以 供傳感器檢測(cè)。假設(shè)頭25或27上有圖像傳感器，被動(dòng)目標(biāo)是以相應(yīng)圖像傳感器可檢測(cè)的 方式反射(或不反射)光線或其它能量的對(duì)象(物體)。在示例中，盡管目標(biāo)可以包括一個(gè) 或多個(gè)發(fā)光元件，所述目標(biāo)包括亮區(qū)和暗區(qū)，所述亮區(qū)和暗區(qū)在通過(guò)其它源照射并通過(guò)主 動(dòng)感測(cè)頭25和27上的照相機(jī)(攝像機(jī))或類似裝置成像時(shí)可被檢測(cè)到。圖IA示出了可用于任一被動(dòng)車輪頭21上的目標(biāo)的第一示例。在該第一示例中，目 標(biāo)是矩形的。圖IB示出了可用于任一被動(dòng)車輪頭21上的目標(biāo)的第二示例。在該第二示例 中，目標(biāo)是圓形的。在每種情況，目標(biāo)由具有圖案的平板組成，其中所述圖案是不同大小的 圓圈以預(yù)定的形式和圖案標(biāo)記在或安裝在板表面上。盡管圖IA和IB示出了特定的圖案，很 顯然大量的不同圖案可用于每個(gè)目標(biāo)上。例如，可以包括更多或更少量的點(diǎn)，并且其它大小 和形狀可用于所述點(diǎn)。作為另一個(gè)示例，多層面板或物體也可用于目標(biāo)。很多示例采用多 個(gè)反光元件排列以形成每個(gè)目標(biāo)。更多信息可參見(jiàn)授予Jackson的美國(guó)專利號(hào)5，724，743。系統(tǒng)還包括空間關(guān)系傳感器，它與至少一個(gè)主動(dòng)感測(cè)頭25或27關(guān)聯(lián)。當(dāng)主動(dòng)感 測(cè)頭安裝在車輪上時(shí)，空間關(guān)系傳感器能夠測(cè)量主動(dòng)感測(cè)頭25和27之間的空間關(guān)系。一 般，空間關(guān)系傳感器可以根據(jù)所用的傳感器類型測(cè)量相對(duì)位置和/或方向。位置測(cè)量是指 從透視圖或在測(cè)量裝置的坐標(biāo)系統(tǒng)中所測(cè)量物的相對(duì)位置。位置的測(cè)量一般采用標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo) 系，如笛卡兒坐標(biāo)或極坐標(biāo)。定向可以從三維位置測(cè)量獲得，或者定向可以獨(dú)立于位置而進(jìn) 行測(cè)量。定向與被測(cè)量裝置相對(duì)于測(cè)量裝置在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系所表示的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)。定向一 般以在三個(gè)正交參考面的轉(zhuǎn)動(dòng)角表示。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，本文所討論的車輪定位系統(tǒng)可以用各種不同類型 的空間關(guān)系傳感器進(jìn)行實(shí)施。在本例中，系統(tǒng)采用兩個(gè)傳統(tǒng)的一維(ID)角度傳感器230來(lái) 測(cè)量主動(dòng)感測(cè)頭25和27在束角平面的相對(duì)角度。主動(dòng)頭25和27還包括傳統(tǒng)的重力傳感器或類似裝置，以測(cè)量所述頭的傾角，通常 是外傾角和縱傾角。在本第一示例中，頭25包括一個(gè)或多個(gè)傾角傳感器220 ；而頭27包括 一個(gè)或多個(gè)傾角傳感器220。系統(tǒng)還包括與主動(dòng)感測(cè)頭進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)(未示出)，用于處理來(lái)自主動(dòng)感測(cè)頭有關(guān)觀測(cè)目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)和傾角數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)還處理來(lái)自至少一個(gè)空間關(guān)系傳感器的空 間關(guān)系數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理能夠計(jì)算車輛的至少一個(gè)測(cè)量結(jié)果。計(jì)算機(jī)用于以電子方式執(zhí)行本 文所述方法的處理步驟。在車輪定位系統(tǒng)中采用圖像處理技術(shù)進(jìn)行測(cè)量從根本上不同于采用傳統(tǒng)角度測(cè) 量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。盡管基礎(chǔ)的圖像處理技術(shù)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的，為清楚起見(jiàn) 在本文提供簡(jiǎn)要說(shuō)明。主體的圖像根據(jù)觀察所述主體的視角而不同，并且圖像的不同直接 與觀察所述主體的觀察路徑的透視角相關(guān)并且可以根據(jù)所述透視角確定。另外，已知只通 過(guò)將該物體的透視圖像與其真實(shí)的非透視圖像關(guān)聯(lián)來(lái)確定所觀察物體的透視角是可行的。 反之，通過(guò)將物體的透視圖像與其非透視圖像進(jìn)行比較來(lái)確定物體所定向的觀察路徑(或 與其垂直的平面)的角度是可行的。在實(shí)踐中，對(duì)應(yīng)真實(shí)圖像(即通過(guò)垂直于其主平面來(lái)觀察目標(biāo)所獲得的圖像)的 數(shù)學(xué)表示或數(shù)據(jù)以及目標(biāo)的尺寸(維數(shù))被預(yù)編程到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，以便在定位過(guò)程 中，計(jì)算機(jī)具有目標(biāo)的所觀察透視圖像可以進(jìn)行比較的參考圖像。 計(jì)算機(jī)計(jì)算目標(biāo)定向的方式是識(shí)別目標(biāo)上的某些幾何特征，獲取這些特征的透視 測(cè)量值，并且將這些測(cè)量值與在先被預(yù)編程到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的真實(shí)圖像進(jìn)行比較。另外，由于目標(biāo)的實(shí)際尺寸被預(yù)編程到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，本發(fā)明的方法和裝置 可用于確定車輪在三維空間中的精確位置。這可以通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)首先確定目標(biāo)上圖 案的某些元素(元件)的透視圖像(例如，圓圈之間的距離)，并且將該圖像的尺寸與所述 元素(元件)的實(shí)際尺寸進(jìn)行比較。這會(huì)產(chǎn)生所述元素(元件)并因此是目標(biāo)相對(duì)于圖像 傳感器的距離。對(duì)于本文所討論的車輪定位系統(tǒng)，主動(dòng)頭上的圖像傳感器觀察與車輪連接的目 標(biāo)，并且生成表述目標(biāo)的透視圖像的圖像數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)使目標(biāo)的透視圖像數(shù)據(jù)與目標(biāo)的實(shí) 際形狀相關(guān)聯(lián)。通過(guò)這樣，計(jì)算機(jī)將目標(biāo)的某些已知幾何元素的尺寸與透視圖像中相應(yīng)因 素的尺寸相關(guān)聯(lián)。因此，通過(guò)將車輪/目標(biāo)組件移動(dòng)到多個(gè)位置，在這些位置上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行 成像，并隨后進(jìn)行某些三角計(jì)算(或通過(guò)任何其它合適的數(shù)學(xué)或數(shù)值方法)，計(jì)算機(jī)計(jì)算車 輛車輪的定位。計(jì)算機(jī)還可以計(jì)算與被動(dòng)目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的車輪(輪軸)的旋轉(zhuǎn)軸的定向。有關(guān)基于目標(biāo)圖像處理的測(cè)量的更多信息，同樣可以參見(jiàn)授予Jackson的美國(guó)專 利號(hào) 5，724，743，以及授予 Jackson 的美國(guó)專利號(hào) 5，943，783 ；5，535，522 ；和 6，148，528，和 授予Jackson等人的美國(guó)專利號(hào)5，809，658，上述每篇專利文獻(xiàn)的全文在此被結(jié)合入本文 引用。圖1的傳感器單元25，27之一在圖2中更詳細(xì)地示出。所述單元包括外殼200，其 內(nèi)安裝有二維攝像機(jī)(照相機(jī))210 (例如，傳統(tǒng)攝像機(jī))；重力計(jì)220，用于測(cè)量外傾角和縱 傾角(即后傾角)；一維交叉束角傳感器230 ；和交叉束角目標(biāo)(未示出)。所述單元還包 括軸(心軸)240，外殼200可旋轉(zhuǎn)地安裝至心軸240;和轉(zhuǎn)動(dòng)(傳動(dòng))傳感器250。所述單 元通過(guò)心軸240連接至圖3a所示的車輪固定夾組件300，從而外殼200可以相對(duì)于固定夾 組件300繞心軸240的旋轉(zhuǎn)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)。該轉(zhuǎn)動(dòng)由轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器250測(cè)量。圖3b示出了傳感 器單元和固定夾組件300連接至車輛輪胎/車輪組件335。在本示例中，心軸240的軸線在它和固定夾組件300安裝至車輛時(shí)近似垂直于車 輛的縱向軸線，并且攝像機(jī)210的觀察軸安裝在外殼上，定向沿基本垂直于心軸的旋轉(zhuǎn)軸的方向，用于對(duì)固定至車輛同側(cè)車輪的目標(biāo)進(jìn)行成像(參見(jiàn)圖1)。因此，外殼200在重力作用下繞心軸240旋轉(zhuǎn)，以便如果目標(biāo)所安裝的車輪335轉(zhuǎn)動(dòng)，攝像機(jī)210指向目標(biāo)，并且仍 然可以對(duì)其前方車輪上的目標(biāo)進(jìn)行成像。交叉束角傳感器230沿心軸240的旋轉(zhuǎn)軸線定向，用于感測(cè)安裝在車輛相對(duì)側(cè)的 車輪上的另一傳感器單元的交叉束角目標(biāo)。傳統(tǒng)的交叉束角傳感器230是一維陣列的傳感 元件(例如，CCDs)，其前面具有狹縫，它跨過(guò)車輛面向另一單元上的光學(xué)交叉束角目標(biāo)，如 LED。兩個(gè)單元之間的角度以傳統(tǒng)的方式根據(jù)LED目標(biāo)照射哪個(gè)傳感元件進(jìn)行計(jì)算。在利用上述系統(tǒng)進(jìn)行車輪定位程序之前，必須執(zhí)行校準(zhǔn)程序，以使傳感器單元的 傳感器彼此定向。下文將詳細(xì)描述所述校準(zhǔn)程序的示例。在校準(zhǔn)期間，傳感器單元25，27連接至如圖4a和4b所示的固定裝置，所述固定裝 置被稱作"零桿"400。該校準(zhǔn)固定裝置400可以是用于校準(zhǔn)傳統(tǒng)非視覺(jué)定位系統(tǒng)的傳感 器單元的固定裝置。固定裝置400包括垂直件410和剛性橫桿420，所述剛性橫桿可旋轉(zhuǎn)地 安裝至垂直件410。橫桿420通過(guò)它們的心軸240支撐單元25，27，使得心軸240基本彼此 同軸，因此它們的旋轉(zhuǎn)軸線A是相同的。由于單元外殼200可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在它們的心軸240 上，外殼200在重力作用下繞它們的相應(yīng)心軸240自由旋轉(zhuǎn)，從而當(dāng)如圖5所示設(shè)置時(shí)，它 們的攝像機(jī)210在橫桿420轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)指向目標(biāo)21，23。固定裝置400安裝跨過(guò)傳統(tǒng)的定位臺(tái) 架(未示出)，因此橫桿420基本上平行于臺(tái)架的表面。橫桿420對(duì)于校準(zhǔn)目的來(lái)說(shuō)被認(rèn)為 是“完美的”，因?yàn)樗莿傂缘?，并且安裝在定位臺(tái)架上方的已知高度。現(xiàn)參見(jiàn)圖5，設(shè)置目標(biāo)21，23使得它們的每一個(gè)處于一個(gè)攝像機(jī)210的視野范圍 內(nèi)。在所示的示例中，在校準(zhǔn)過(guò)程中目標(biāo)21，23被安裝至傳統(tǒng)的校準(zhǔn)固定裝置500，并且設(shè) 置在定位臺(tái)架(未示出)上，使得目標(biāo)21，23面向單元25，27，并且每個(gè)目標(biāo)21，23可以由 位于臺(tái)架同側(cè)的單元25，27的攝像機(jī)210進(jìn)行成像。為了開(kāi)始校準(zhǔn)程序，確定每個(gè)單元心軸240在其攝像機(jī)210的坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置。 這通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)單元25，27，使得它的圖像傳感器210 (即，攝像機(jī)或照相機(jī))獲得其相應(yīng)目標(biāo) 21，23在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像；并且處理目標(biāo)在所述至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像， 如同通過(guò)計(jì)算機(jī)利用公知的旋轉(zhuǎn)軸計(jì)算公式，以確定心軸240的旋轉(zhuǎn)軸線A相對(duì)于圖像傳 感器210的位置而實(shí)現(xiàn)。在校準(zhǔn)之后，心軸軸線A對(duì)于定位測(cè)量和計(jì)算是參考坐標(biāo)系統(tǒng)。在一種示例校準(zhǔn)技術(shù)中，單元25，27和標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)21，23安裝在它們的相應(yīng)校準(zhǔn)桿 上，并且每個(gè)單元獨(dú)立于另一單元被校準(zhǔn)。轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)單元外殼200，使得它的相應(yīng)目標(biāo)靠近 攝像機(jī)210視野的上部，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像，隨后轉(zhuǎn)動(dòng)外殼200，使得目標(biāo)靠近攝像機(jī)210視野 的下部，并且再次對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像。隨后通過(guò)計(jì)算機(jī)以傳統(tǒng)的方式處理圖像，以便計(jì)算心軸 的旋轉(zhuǎn)軸線A。在采用該技術(shù)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸線計(jì)算的精確性得到改進(jìn)，因?yàn)閱卧鈿?00，并因此攝 像機(jī)210的旋轉(zhuǎn)角度增大。通常為2英尺正方形或更小的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)21，23只會(huì)允許攝像機(jī) 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為大約15度。為了增大該角度，在另一示例中，采用了更大的目標(biāo)21，23，如8 英尺長(zhǎng)的目標(biāo)，以使攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角度增大到約45度。不過(guò)，由于目標(biāo)的尺寸和成本，在實(shí)地中使用大目標(biāo)是不利的。因此，在另一個(gè)示 例中，如圖6所示的校準(zhǔn)目標(biāo)600安裝在固定裝置500上，而不是目標(biāo)21，23。目標(biāo)600 包括直桿610，直桿610具有一希望的長(zhǎng)度，在其兩個(gè)遠(yuǎn)端的每一個(gè)上具有光學(xué)元件(目標(biāo))620，630。光學(xué)元件620，630相對(duì)于彼此的位置是已知的。校準(zhǔn)目標(biāo)600安裝至目標(biāo)校 準(zhǔn)固定裝置500的一端，并且所述桿設(shè)置使得單元攝像機(jī)210通過(guò)較大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)(如45 度)，可轉(zhuǎn)動(dòng)以對(duì)一個(gè)目標(biāo)620進(jìn)行成像，并隨后轉(zhuǎn)動(dòng)以對(duì)另一個(gè)目標(biāo)630進(jìn)行成像。所述至 少兩個(gè)圖像隨后如在其它討論的示例中所述的那樣被進(jìn)行處理，以便計(jì)算單元心軸240的 旋轉(zhuǎn)軸線A。該技術(shù)是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗梢栽趯?shí)地使用，這是由于桿610和光學(xué)元件620， 630相對(duì)較小、重量輕并且不昂貴。例如，光學(xué)元件620，630可以分別是8英寸和12英寸 尚ο轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器250也可被校準(zhǔn)，其中單元和目標(biāo)安裝至它們相應(yīng)的校準(zhǔn)固定裝置；例如，在確定心軸240的位置的同時(shí)校準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器。為了校準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器250，在目標(biāo)21， 23進(jìn)行成像的單元25，27的每個(gè)(至少兩個(gè))旋轉(zhuǎn)位置獲得轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器測(cè)量值，并且根據(jù) 所獲得的傳感器測(cè)量值確定測(cè)得的角(心)軸旋轉(zhuǎn)。然后處理目標(biāo)21，23在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn) 位置上的圖像，以確定計(jì)算的角(心)軸旋轉(zhuǎn)，并且所測(cè)得的角(心)軸旋轉(zhuǎn)與所計(jì)算的角 (心)軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行比較。如果所測(cè)得的旋轉(zhuǎn)角不同于所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角，兩者之間的差異用于 校準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器250。在確定了心軸軸線A的位置之后，確定單元中其它傳感器(S卩，重力計(jì)220和交叉 束角計(jì)230)相對(duì)于心軸240的位置。關(guān)于重力計(jì)220，它們通常在工廠相對(duì)于重力校準(zhǔn)，采 用傳統(tǒng)的技術(shù)，即將它們安裝在已知水平夾具(jig)上，記錄所述測(cè)量計(jì)讀數(shù)，并且從測(cè)量 計(jì)的隨后測(cè)量值中減去所述讀數(shù)，以得到關(guān)于重力的實(shí)際讀數(shù)。為了校準(zhǔn)每個(gè)單元25，27相對(duì)于定位臺(tái)架的外傾角測(cè)量計(jì)，傳感器單元如圖4a和 4b所示安裝至剛性可旋轉(zhuǎn)的校準(zhǔn)桿420上，并且校準(zhǔn)固定裝置400設(shè)置跨過(guò)定位臺(tái)架，如圖 5所示。由于固定裝置400平行于定位臺(tái)架，所述臺(tái)架對(duì)于外傾角(即，左/右傾角)成為 零基準(zhǔn)，即使臺(tái)架不是完全水平。記錄外傾角測(cè)量計(jì)讀數(shù)，然后將桿420轉(zhuǎn)動(dòng)到多個(gè)不同位 置(例如，四個(gè)位置)，以消除桿420的偏位(runout)的影響，并且測(cè)量值是由外傾角測(cè)量 計(jì)220在每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置獲得的。傳感器單元25，27在該過(guò)程中會(huì)保持水平，因?yàn)樗鼈兛尚?轉(zhuǎn)地安裝至固定裝置400。以傳統(tǒng)的方式處理在每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置的外傾角測(cè)量計(jì)的測(cè)量值，以 便分別為每個(gè)單元25，27獲得零外傾角參考值。每個(gè)單元的交叉束角傳感器230可以與外傾角測(cè)量計(jì)同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。每個(gè)交叉束 角傳感器230在桿420的每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置(例如，四個(gè)位置)上感測(cè)相對(duì)傳感器單元的交叉 束角目標(biāo)230a。隨后以傳統(tǒng)的方式處理關(guān)于交叉束角目標(biāo)230a的所得到數(shù)據(jù)，以確定每個(gè) 相應(yīng)交叉束角傳感器230的零束角參考值。重力后傾角計(jì)220，又被稱為"縱傾角計(jì)"，通常在工廠進(jìn)行校準(zhǔn)，采用基本水平 的(即，水平線的)定位臺(tái)架。單元25，27安裝在圖4a和4b所示的校準(zhǔn)固定裝置400上， 固定裝置400設(shè)置跨過(guò)水平定位臺(tái)架的一端，以便單元攝像機(jī)210面向定位臺(tái)架的另一端， 并且目標(biāo)21，23被安裝在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤(pán)550而非固定裝置500上，從而它們可通過(guò)攝像機(jī)210進(jìn) 行成像。轉(zhuǎn)盤(pán)以公知的方式調(diào)節(jié)，使得它們的旋轉(zhuǎn)軸基本垂直，例如沿兩個(gè)方向校平轉(zhuǎn)盤(pán)。 在另一個(gè)示例中，目標(biāo)21，23可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在垂直心軸而非轉(zhuǎn)盤(pán)上；例如，安裝至垂直固定 裝置的心軸。隨后，轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)目標(biāo)21，23，使得其相應(yīng)的單元攝像機(jī)210獲得目標(biāo)在至少兩個(gè)旋 轉(zhuǎn)位置上的圖像；所述旋轉(zhuǎn)位置例如至少間隔30度。每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像以傳統(tǒng)的方式處理，以分別確定每個(gè)目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置。隨后利用公知的數(shù)學(xué)原理 處理每個(gè)目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置，以分別獲得每個(gè)單元的零后傾角參考值。換句話說(shuō)，由于 每個(gè)縱傾角測(cè)量計(jì)具有特定的非零值，當(dāng)測(cè)量計(jì)220讀取該非零值時(shí)，已知實(shí)際的后傾角為零。在本發(fā)明的另一個(gè)示例中，傳感器單元25，27的重力外傾角測(cè)量計(jì)220與重力縱 傾角測(cè)量計(jì)220同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)；就是說(shuō)，利用水平定位臺(tái)架。在本例中，對(duì)安裝在垂直轉(zhuǎn)盤(pán) 550上的每個(gè)目標(biāo)21，23的旋轉(zhuǎn)軸線的位置進(jìn)行處理，以分別獲得每個(gè)單元25，27的零外傾 角參考值。因?yàn)榕_(tái)架是水平的，該技術(shù)確定相對(duì)于重力的外傾角，而不是相對(duì)于定位臺(tái)架的 外傾角(如同上文所討論的第一種外傾角測(cè)量計(jì)校準(zhǔn)方法)。因此，在本例中消除了外傾角 的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)；定位系統(tǒng)的使用者只是被指示確保其定位臺(tái)架是水平的，并且不需要進(jìn)一步 的外傾角校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)了單元中所有的傳感器之后，系統(tǒng)準(zhǔn)備好對(duì)車輛進(jìn)行定位測(cè)量。如圖1所 示，目標(biāo)21，23通過(guò)車輪固定夾(如圖3所示的車輪固定夾組件300)連接至車輛的第一輪 軸的每個(gè)車輪22，24 ；即，車輛的前車輪；并且傳感器單元25，27，例如利用固定夾組件300， 連接至車輛的第二輪軸的每個(gè)車輪26，28 ； S卩，車輛的后車輪。傳感器單元25，27的心軸240由于所述固定夾結(jié)構(gòu)通常不平行于車輪的中心，因 此每個(gè)心軸的定向必須相對(duì)于它所連接的車輪26，28的中心進(jìn)行確定。這被稱作"偏位 (runout)“并且利用傳統(tǒng)程序進(jìn)行計(jì)算，其中，車輛被頂起使車輪抬升，并且每個(gè)車輪26， 28旋轉(zhuǎn)至三個(gè)位置，大致間隔120度。在每個(gè)位置，記錄每個(gè)單元的外傾角測(cè)量計(jì)讀數(shù)的變 化，以及心軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器250的讀數(shù)。隨后利用公知的數(shù)學(xué)算法來(lái)計(jì)算每個(gè)車輪26，28的 偏位。偏位程序的輸出為正弦曲線，它的幅度是輪軸和單元心軸240之間的角度，并且它的 起點(diǎn)由角度值表示(即，曲線在車輪旋轉(zhuǎn)開(kāi)始的地方)。因此，根據(jù)在任何給定車輪/固定 夾組件位置上的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器讀數(shù)，可以對(duì)外傾角和束角讀數(shù)應(yīng)用校正系數(shù)。還可以在安裝有目標(biāo)21，23的前輪22，24上進(jìn)行偏位程序。車輛被頂起使輪胎離 地，并且后輪26，28 (其上安裝有傳感器單元)保持靜止。轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)前輪22，24，使得每個(gè)傳 感器單元25，27的攝像機(jī)210獲得它們相應(yīng)目標(biāo)21，23在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像。隨 后處理每個(gè)目標(biāo)21，23在多個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，以確定每個(gè)前輪22，24的旋轉(zhuǎn)軸線的位 置。在這里，可以確定車輪相對(duì)于目標(biāo)的位置，因?yàn)槟繕?biāo)牢固安裝至車輪。車輛的車輪隨后安置在定位臺(tái)架上，并且進(jìn)行定位測(cè)量。后輪外傾角以傳統(tǒng)方式 計(jì)算，始于外傾角測(cè)量計(jì)220讀數(shù)，校正偏位(即，輪軸和單元心軸240之間的位置差異)， 并且校正外傾角測(cè)量計(jì)讀數(shù)和在先在前述校準(zhǔn)程序中確定的重力之間的差異。利用由單元的交叉束角傳感器230獲得的總束角和車輛的幾何中心線確定各后輪束角。總束角以傳統(tǒng)方式通過(guò)用交叉束角傳感器230感測(cè)交叉束角目標(biāo)230a來(lái)確定。幾 何中心線通過(guò)在空間中定位每個(gè)目標(biāo)21，23，指定空間中相對(duì)于每個(gè)目標(biāo)21，23的點(diǎn)P，并 且計(jì)算從每個(gè)后單元25，27到其相應(yīng)點(diǎn)P的矢量來(lái)確定。更具體地講，每個(gè)目標(biāo)用它們相 應(yīng)的單元攝像機(jī)進(jìn)行成像，以確定它們?cè)诳臻g的位置，隨后相對(duì)于目標(biāo)的點(diǎn)P相對(duì)于車輪 固定夾300上的已知點(diǎn)被指定。這被稱作"爪點(diǎn)"。隨后計(jì)算每個(gè)單元25，27和相應(yīng)爪點(diǎn) P之間的矢量。每個(gè)后輪的各束角測(cè)量值是根據(jù)車輛的每個(gè)車輪的相應(yīng)側(cè)的矢量和總束角 計(jì)算的。
前輪的外傾角和束角通過(guò)計(jì)算每個(gè)前輪軸相對(duì)于它們相應(yīng)的單元攝像機(jī)210的位置和定向來(lái)確定，例如執(zhí)行上文所討論的前輪偏位程序。前輪軸繞垂直軸線的旋轉(zhuǎn)表示 車輪的束角，而輪軸相對(duì)于水平面的傾角表示車輪的外傾角。前輪的后傾角利用類似技術(shù)，通過(guò)確定每個(gè)前輪22，24相對(duì)于其相應(yīng)傳感器單元 25,27的轉(zhuǎn)向軸線SA的位置來(lái)確定。在本發(fā)明的該方法中，前輪22，24在它們被阻止開(kāi)啟 它們的輪軸(即它們的心軸)時(shí)被轉(zhuǎn)向，例如通過(guò)采用車輛的剎車，而攜帶有傳感器單元 25,27的后輪26，28保持靜止。傳感器單元25，27的攝像機(jī)210獲得它們相應(yīng)的目標(biāo)21， 23在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的圖像。隨后對(duì)每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的圖像進(jìn)行處 理，以便利用公知的數(shù)學(xué)方程式來(lái)確定每個(gè)車輪22，24的轉(zhuǎn)向軸線SA的位置。隨后用已知 的方式可以方便地導(dǎo)出每個(gè)車輪的后傾角(即，轉(zhuǎn)向軸相對(duì)垂直面的前/后傾角)。除了后 傾角之外，每個(gè)目標(biāo)21，23在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的相同圖像還可被處理，以確定轉(zhuǎn)向軸 傾斜角(SAI)，它是轉(zhuǎn)向軸SA相對(duì)垂直面的內(nèi)/外傾角。再次參見(jiàn)圖1，在本發(fā)明方法的另一示例中，只在車輛的一個(gè)輪軸的一對(duì)相對(duì)的車 輪上進(jìn)行"兩輪定位"，例如前輪22，24。這為車輛擁有者提供了更廉價(jià)的定位，因?yàn)樗?更少的時(shí)間來(lái)完成定位。在該例中，目標(biāo)21，23連接至要定位的一對(duì)車輪22，24的每一個(gè)， 并且并非如圖所示將傳感器單元25，27通過(guò)車輪固定夾300連接至后輪26，28，傳感器單元 被設(shè)置在(不必然通過(guò)它們的心軸240安裝)定位臺(tái)架上，以允許用每個(gè)單元圖像傳感器 (攝像機(jī)210)對(duì)目標(biāo)21，23中的一個(gè)進(jìn)行成像，以及允許通過(guò)另一單元的交叉束角傳感器 230感測(cè)每個(gè)單元的交叉束角目標(biāo)230a。隨后轉(zhuǎn)動(dòng)要定位的每個(gè)車輪22，24，例如通過(guò)推動(dòng)臺(tái)架上的車輛，使得攝像機(jī)210 獲得它們相應(yīng)的目標(biāo)21，23在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，同時(shí)單元25，27保持靜止。對(duì) 每個(gè)目標(biāo)21，23在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像進(jìn)行處理，以確定要定位的每個(gè)車輪的圖像 導(dǎo)出的束角。通過(guò)利用前述的交叉束角傳感器230感測(cè)交叉束角目標(biāo)230a，以傳統(tǒng)方式確 定交叉束角。要定位的車輪22，24的總束角隨后根據(jù)每個(gè)車輪的圖像導(dǎo)出的束角和單元的 交叉束角；例如，通過(guò)將每個(gè)車輪的圖像導(dǎo)出的束角添加至交叉束角值，來(lái)進(jìn)行計(jì)算。應(yīng)該 注意，在本例中不能計(jì)算每個(gè)車輪22，24的單獨(dú)束角。為了確定每個(gè)車輪22，24的外傾角，對(duì)每個(gè)目標(biāo)21，23在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的 圖像進(jìn)行處理，以確定每個(gè)車輪22，24相對(duì)于其相應(yīng)攝像機(jī)210的圖像導(dǎo)出的外傾角。還 獲得了每個(gè)外傾角測(cè)量計(jì)220的測(cè)量值。每個(gè)車輪22，24的外傾角隨后根據(jù)每個(gè)車輪的圖 像導(dǎo)出的外傾角和相應(yīng)單元的外傾角測(cè)量計(jì)測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算；例如，車輪24的圖像導(dǎo)出的 外傾角和傳感器單元27的外傾角測(cè)量計(jì)220的讀數(shù)之間的差異是車輪24的實(shí)際外傾角。前輪的后傾角利用類似技術(shù)確定，通過(guò)確定每個(gè)前輪22，24的轉(zhuǎn)向軸SA相對(duì)于它 的相應(yīng)傳感器單元25，27的位置進(jìn)行確定。在本發(fā)明的該方法中，前輪22，24在它們被阻 止開(kāi)啟他們的輪軸(即，它們的心軸)時(shí)被轉(zhuǎn)向，例如通過(guò)采用汽車的剎車，而傳感器單元 25，27保持靜止。傳感器單元25，27的攝像機(jī)210獲得它們相應(yīng)的目標(biāo)21，23在至少兩個(gè) 轉(zhuǎn)向位置上的圖像。隨后對(duì)每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的圖像進(jìn)行處理，以便利用公 知的數(shù)學(xué)方程式確定每個(gè)車輪22，24的轉(zhuǎn)向軸SA的位置。隨后通過(guò)已知的方式可以方便 地導(dǎo)出每個(gè)車輪的后傾角(即，轉(zhuǎn)向軸相對(duì)垂直面的前/后傾角)。除了后傾角之外，每個(gè)目標(biāo)21，23在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的相同圖像還可以被處理，以確定SAI?？梢蕴幚硐嗤膱D像，以及車輪直徑的測(cè)量值(通過(guò)已知方式根據(jù)目標(biāo)在 至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像確定)，以確定"后傾角拖距"，它是車輛輪胎接觸定位臺(tái)架 (即，地面)的中心點(diǎn)和轉(zhuǎn)向軸SA與定位臺(tái)架相交點(diǎn)之間的前/后距離。同時(shí)可以確定的 相關(guān)測(cè)量值被稱作"摩擦半徑"，它是車輛輪胎接觸定位臺(tái)架(即，地面)的中心點(diǎn)和轉(zhuǎn)向 軸線SA與定位臺(tái)架相交點(diǎn)之間的內(nèi)/外距離(即，橫向于車輛縱向軸線的距離)。上述車 輪尺寸、摩擦半徑等的確定詳細(xì)披露于授予Jackson的美國(guó)專利號(hào)6，532，062 ；6, 661，505 ； 和6，237，234，上述每篇專利文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容在此被結(jié)合入本文引用。
能夠確定后傾角拖距是有利的，因?yàn)樗捎糜谠\斷和解決車輛"牽引(pull)"的 問(wèn)題，所述問(wèn)題僅利用后傾角讀數(shù)不易診斷。例如，兩個(gè)前車輪的后傾角可以相等，不過(guò)車 輛會(huì)牽引。如果測(cè)量后傾角拖距并發(fā)現(xiàn)在一側(cè)超出規(guī)定，可以調(diào)整該車輪的后傾角，以校正 后傾角拖距并消除牽引。可以通過(guò)采用傳統(tǒng)材料、方法和設(shè)備實(shí)施本發(fā)明。因此，本文中沒(méi)有詳細(xì)陳述所述 材料、設(shè)備和方法的細(xì)節(jié)。在前文的說(shuō)明中，陳述了多個(gè)特定細(xì)節(jié)，如特定的材料，結(jié)構(gòu)，化 學(xué)物，工藝等，以便提供對(duì)本發(fā)明的充分理解。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以在不采用具體 提供的所述細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其它情況，公知的處理結(jié)構(gòu)沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以防對(duì)本 發(fā)明的特征造成不必要的模糊。盡管上文描述了被視為的最佳模式和/或其它示例，但應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)它進(jìn)行 各種改進(jìn)，并且本發(fā)明的主題能夠以不同形式和示例實(shí)施，并且本發(fā)明可應(yīng)用于多個(gè)用途， 本文只描述了其中的某些。所附權(quán)利要求書(shū)希望要求保護(hù)落入本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的任何和所 有用途、改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
一種用于校準(zhǔn)車輪定位系統(tǒng)的傳感器單元的方法，所述傳感器單元包括可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在心軸上的外殼，和位于所述外殼中的圖像傳感器，它具有觀察軸，所述觀察軸定向沿基本垂直于心軸的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，用于對(duì)固定至對(duì)象諸如車輪的目標(biāo)進(jìn)行成像，所述方法包括通過(guò)單元心軸將單元安裝在固定裝置上，使得單元心軸是靜止的；對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，以允許用單元圖像傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像；轉(zhuǎn)動(dòng)所述單元，使得它的圖像傳感器獲得目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像；和處理目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，以確定心軸的旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于圖像傳感器的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括提供具有桿的目標(biāo)，所述桿在兩個(gè)遠(yuǎn)端的每一個(gè) 上具有光學(xué)元件；其中，確定單元的心軸旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于圖像傳感器的位置包括轉(zhuǎn)動(dòng)所述單元，使得圖 像傳感器獲得每個(gè)光學(xué)元件的至少一個(gè)圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述單元還包括重力型外傾角測(cè)量計(jì)，并且所述 固定裝置包括可旋轉(zhuǎn)桿，所述方法包括通過(guò)單元心軸將所述單元安裝在固定裝置的可旋轉(zhuǎn)桿上； 安置固定裝置，使得固定裝置基本平行于參考面的表面； 將所述桿轉(zhuǎn)動(dòng)至多個(gè)旋轉(zhuǎn)位置；在所述桿的多個(gè)旋轉(zhuǎn)位置的每一個(gè)上獲得外傾角測(cè)量計(jì)的測(cè)量值；和 處理外傾角測(cè)量計(jì)的測(cè)量值，以便獲得單元的零外傾角參考值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括提供一對(duì)傳感器單元，每個(gè)傳感器單元包括外殼中的交叉束角傳感器和交叉束角目 標(biāo)，所述交叉束角傳感器定向沿心軸的旋轉(zhuǎn)軸線方向，用于感測(cè)另一傳感器單元的交叉束 角目標(biāo)；通過(guò)單元心軸將單元安裝在固定裝置的可旋轉(zhuǎn)桿上，使得單元心軸彼此基本同軸； 轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置的桿，以獲得在多個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上與交叉束角目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)；和 處理與交叉束角目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)，以確定每個(gè)交叉束角傳感器的零束角參考值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述單元還包括重力型縱傾角測(cè)量計(jì)，所述方法 包括將固定裝置設(shè)置在基本水平的表面上；對(duì)所述目標(biāo)進(jìn)行定位，以便它可繞基本垂直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)目標(biāo)，以便所述單元圖像傳感器獲得目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像；處理目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，以確定目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置；和處理目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置，以獲得所述單元的零后傾角參考值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述單元還包括重力型外傾角測(cè)量計(jì)，所述方法 包括處理目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置，以獲得所述單元的零外傾角參考值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述單元包括位于其心軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器，用于 測(cè)量心軸旋轉(zhuǎn)的角度量，所述方法包括獲得在所述單元的至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置的每一個(gè)上的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器測(cè)量值；根據(jù)所獲得的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器測(cè)量值確定測(cè)量的心軸角轉(zhuǎn)動(dòng)；處理目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，以確定計(jì)算的心軸角轉(zhuǎn)動(dòng)；和比較所測(cè)量的心軸角轉(zhuǎn)動(dòng)和所計(jì)算的心軸角轉(zhuǎn)動(dòng)，以便校準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器。
8. 一種對(duì)機(jī)動(dòng)車的車輪進(jìn)行定位的方法，所述方法包括 將目標(biāo)連接至車輛的第一輪軸的每個(gè)車輪；將傳感器單元連接至車輛的第二輪軸的每個(gè)車輪，每個(gè)傳感器單元上安裝有圖像傳感 器，用于對(duì)相應(yīng)的一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行成像；轉(zhuǎn)動(dòng)第一輪軸的每個(gè)車輪，同時(shí)第二輪軸的車輪保持靜止，以便圖像傳感器獲得它們 的相應(yīng)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像；和處理每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，以確定第一輪軸的每個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)軸線 的定向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，每個(gè)傳感器單元具有可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在心軸上的 外殼，和外殼中的交叉束角傳感器，所述交叉束角傳感器定向沿心軸旋轉(zhuǎn)軸線的方向，用于 感測(cè)另一傳感器單元的交叉束角目標(biāo)，其中圖像傳感器具有觀察軸，所述觀察軸定向沿基 本垂直于心軸旋轉(zhuǎn)軸線的方向，用于對(duì)其相應(yīng)的目標(biāo)進(jìn)行成像，所述方法還包括用目標(biāo)相應(yīng)的圖像傳感器在單個(gè)位置對(duì)每個(gè)目標(biāo)進(jìn)行成像；計(jì)算每個(gè)圖像傳感器和在空間中相對(duì)于它們相應(yīng)目標(biāo)的相應(yīng)點(diǎn)之間的矢量；利用交叉束角傳感器獲得與交叉束角目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)；根據(jù)與交叉束角目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算第二輪軸的車輪的總束角；和根據(jù)所述矢量和交叉束角數(shù)據(jù)計(jì)算第二輪軸上每個(gè)車輪的單獨(dú)束角測(cè)量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括根據(jù)第一輪軸的每個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)軸線的位置計(jì) 算第一輪軸的每個(gè)車輪的束角和外傾角中的至少一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，第一輪軸的車輪是可轉(zhuǎn)向的，所述方法包括 對(duì)第一輪軸的車輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向，同時(shí)防止第一輪軸的車輪繞所述輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且第二輪軸的車輪保持靜止，以便圖像傳感器獲得它們的相應(yīng)目標(biāo)在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的圖像； 和處理每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的圖像，以確定第一輪軸的每個(gè)車輪的后傾角和 轉(zhuǎn)向軸傾斜角中的至少一個(gè)。
12. —種對(duì)機(jī)動(dòng)車的一個(gè)輪軸的一對(duì)相對(duì)的車輪進(jìn)行定位的方法，所述方法包括提供一對(duì)傳感器單元，每個(gè)傳感器單元具有圖像傳感器，用于對(duì)固定至對(duì)象諸如車輪 的目標(biāo)進(jìn)行成像；和交叉束角傳感器，用于感測(cè)另一傳感器單元的交叉束角目標(biāo)； 將目標(biāo)連接至要定位的一對(duì)車輪的每一個(gè)；對(duì)傳感器單元進(jìn)行定位，以允許用每個(gè)單元圖像傳感器對(duì)目標(biāo)中的一個(gè)進(jìn)行成像，并 允許通過(guò)另一單元的交叉束角傳感器感測(cè)每個(gè)單元的交叉束角目標(biāo)；轉(zhuǎn)動(dòng)要定位的每個(gè)車輪，以便圖像傳感器獲得它們的相應(yīng)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上 的圖像；利用交叉束角傳感器獲得與交叉束角目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)；處理每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，以確定要定位的每個(gè)車輪的圖像導(dǎo)出的 束角；處理與交叉束角目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)，以確定單元的交叉束角；和 根據(jù)每個(gè)車輪的圖像導(dǎo)出的束角和單元的交叉束角，計(jì)算要定位的車輪的束角。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，每個(gè)傳感器單元包括重力外傾角測(cè)量計(jì)，所述 方法包括處理每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，以確定要定位的每個(gè)車輪相對(duì)于它們的 相應(yīng)圖像傳感器的圖像導(dǎo)出的外傾角； 獲得每個(gè)外傾角測(cè)量計(jì)的測(cè)量值；和根據(jù)每個(gè)車輪的圖像導(dǎo)出的外傾角和相應(yīng)單元的外傾角測(cè)量計(jì)的測(cè)量值，計(jì)算要定位 的每個(gè)車輪的外傾角。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，要定位的車輪是可轉(zhuǎn)向的，所述方法包括 對(duì)要定位的車輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向，同時(shí)阻止所述車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，以便圖像傳感器獲得它們的相應(yīng)目標(biāo)在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的圖像；和處理每個(gè)目標(biāo)在至少兩個(gè)轉(zhuǎn)向位置上的圖像，以確定要定位的每個(gè)車輪的后傾角，后 傾角拖距，摩擦半徑和轉(zhuǎn)向軸傾斜角中的至少一個(gè)。
全文摘要
提供了一種用于校準(zhǔn)車輪定位系統(tǒng)的傳感器單元的方法，所述傳感器單元包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在心軸上的外殼，和外殼中的圖像傳感器，具有觀察軸定向沿基本垂直于心軸的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，用于對(duì)固定至對(duì)象(如車輪)的目標(biāo)進(jìn)行成像。所述方法的一個(gè)示例包括通過(guò)單元心軸將單元安裝在固定裝置上，使得單元心軸是靜止的，并且對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，以允許用單元圖像傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像。轉(zhuǎn)動(dòng)所述單元，使得它的圖像傳感器獲得目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像，并且對(duì)目標(biāo)在至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)位置上的圖像進(jìn)行處理，以確定心軸的旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于圖像傳感器的位置。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101809404SQ200880109731
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者D·A·杰克遜, S·L·格里克曼 申請(qǐng)人:實(shí)耐寶公司