專利名稱：輪胎狀態(tài)評(píng)估裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別適用于但是又不是專用于汽車輪胎的輪胎狀態(tài)評(píng)估方法和裝置。本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是可以與汽車車輪平衡或剎車試驗(yàn)設(shè)備結(jié)合在一起的一種方法及裝置，使之當(dāng)在一臺(tái)車輛上執(zhí)行其他的車輪試驗(yàn)的同時(shí)對(duì)輪胎花紋和輪胎側(cè)壁以及其他的輪胎狀態(tài)等諸因素進(jìn)行評(píng)估。同樣，本發(fā)明還可以用于(比方說)帶有一個(gè)可供汽車駛上的斜臺(tái)的試驗(yàn)設(shè)備，用來作車輛輪胎在原處的路側(cè)試驗(yàn)而不必將輪胎從車上卸下來。本發(fā)明的這些應(yīng)用適用于執(zhí)法、法規(guī)實(shí)施機(jī)關(guān)以及他們的流動(dòng)人員。進(jìn)一步的應(yīng)用涉及商業(yè)性的路側(cè)試驗(yàn)操作所用的試驗(yàn)設(shè)備，特別是那些快速試驗(yàn)服務(wù)的專業(yè)化設(shè)備。
進(jìn)行評(píng)估輪胎花紋的已知系統(tǒng)包括常見的手工測(cè)量技術(shù)(包括使用插入花紋的輪胎花紋深度的測(cè)量)以及用花紋的涂料處理后通過對(duì)軌跡的圖象分析評(píng)估花紋的磨損。
這些現(xiàn)有的系統(tǒng)是相對(duì)粗糙和麻煩的，不便用于汽車工業(yè)中。汽車工業(yè)需要能對(duì)車輛的設(shè)備和操作特性進(jìn)行瞬時(shí)評(píng)估。
在國(guó)際公開號(hào)為WO 96/10727(Russell)的專利申請(qǐng)中揭示了一種輪胎掃描裝置和相應(yīng)的方法，能夠提供一個(gè)關(guān)于輪胎花紋深度的輸出指示信息。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于一個(gè)輪胎使用了一個(gè)激光傳感器，當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)激光傳感器沿著輪胎花紋的橫向?qū)挾榷鳈C(jī)械掃描。激光傳感器裝載在一個(gè)小車上，小車在滑動(dòng)桿或滑動(dòng)棒上在輪胎寬度上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。依靠小車的橫向運(yùn)動(dòng)，一個(gè)單獨(dú)的激光點(diǎn)就沿輪胎作機(jī)械掃描。就該裝置在對(duì)路側(cè)試驗(yàn)的可用短時(shí)間周期內(nèi)在一個(gè)給定的車輛上提供一個(gè)花紋測(cè)定的可接受范圍的能力而言，這種配置是有嚴(yán)重缺點(diǎn)的。該系統(tǒng)不可避免地受到激光點(diǎn)源的掃描機(jī)構(gòu)的機(jī)械限制，從而對(duì)一個(gè)單個(gè)的車輛來說，一個(gè)完整的掃描操作的時(shí)間消耗就變得不可接受了。并且，為了提供一個(gè)現(xiàn)實(shí)而實(shí)際的裝置，另外還需要某些設(shè)備才能有一個(gè)較大的花紋評(píng)估率。
在德國(guó)專利DE 4316984(Mercedes)中揭示了一個(gè)用于自動(dòng)測(cè)量輪胎剖面的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，利用一個(gè)非接觸式光學(xué)三角測(cè)量法的橫斷測(cè)量頭沿著與輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)方向相交叉的線來測(cè)量剖面。這個(gè)系統(tǒng)同樣有先有描述過的功能性缺點(diǎn)。
在英國(guó)專利GB 2241061A(FMC)中揭示了一個(gè)用于自動(dòng)服務(wù)設(shè)備中的成型光掃描系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，一個(gè)激光源向一個(gè)車輪的輪輞/輪胎部件發(fā)出一束已知形狀的光，以便形成光條紋。正如在該文獻(xiàn)第9頁(yè)和第10頁(yè)上所述，光條紋22照到輪胎/輪輞部件21/19上，使一個(gè)傳感單元陣列受到激勵(lì)。象素(pixels)52b相對(duì)于它的鄰近象素被抬高了，并與輪輞上的閥桿27相對(duì)應(yīng)。傳感器單元上的象素53b在光條紋與車輪的輪輞19的圓周相交處與光條紋22中的凸緣相對(duì)應(yīng)。該系統(tǒng)特別適用于測(cè)定輪胎/輪輞部件的平衡、徑向擺動(dòng)以及校直或剎車表面平整和光滑性的測(cè)定。
上面的英國(guó)專利GB 061A說明書中所述的系統(tǒng)不適用于能夠提供輪胎花紋的測(cè)定，特別是沿車輪寬度的花紋剖面和花紋深度的測(cè)定。
本發(fā)明的目的是提供一種輪胎花紋評(píng)估方法和裝置，對(duì)上面所討論過的先前技術(shù)和/或?qū)λ鼈兊母倪M(jìn)方案中的缺點(diǎn)進(jìn)行改善。
本發(fā)明還提供一種用于測(cè)定車輪相對(duì)于光度測(cè)定式或其他形式的輪胎評(píng)估裝置的適當(dāng)定位校直的方便而經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，它利用了可從裝置引出的數(shù)據(jù)而不需要任何更進(jìn)一步的硬件設(shè)施。本發(fā)明還提供一個(gè)簡(jiǎn)單的接界系統(tǒng)，用于確定輪胎或其他物件在試驗(yàn)時(shí)相對(duì)于裝置窗口的適當(dāng)?shù)慕咏?，用于進(jìn)行分析的輻射通過該窗口發(fā)出。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面涉及一種用于相對(duì)于車輛輪胎安裝輪胎花紋評(píng)估裝置從而進(jìn)行花紋和/或其他測(cè)定的系統(tǒng)。本發(fā)明的這個(gè)方面考慮了這樣的事實(shí)，即為試驗(yàn)?zāi)康亩D(zhuǎn)車輪的滾軸系統(tǒng)依據(jù)初始設(shè)備的價(jià)格和安裝其費(fèi)用可能是相對(duì)高昂的，而且還需要在一個(gè)已選的路側(cè)位置上根據(jù)快速和簡(jiǎn)便易行原則來執(zhí)行路側(cè)車輪試驗(yàn)的能力。能夠提供這樣的一種裝置的方法和裝置將是非常實(shí)用的。
在下面描述的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中要描述這樣一種方法和裝置，其中，利用一個(gè)輻射源和一個(gè)輻射檢波器以及處理裝置的聯(lián)合信號(hào)，能夠獲得一個(gè)提供花紋深度和花紋圖樣的直接測(cè)量值的讀數(shù)，從而能夠測(cè)定出關(guān)于輪胎歷史的過充氣/欠充氣實(shí)際，并能夠獲得潛在的目前車輪校直問題的相應(yīng)測(cè)量。利用合適地改變輻射源的位置使之大致指向輪胎的軸向而不是徑向并由此向著輪胎的側(cè)壁，該實(shí)施例就能容易地適用于輪胎側(cè)壁狀態(tài)的評(píng)估。
在上面所描述的實(shí)施例中，輻射源發(fā)射出寬帶光束，照在輪胎的全部寬度上。輪胎的照射足跡是一個(gè)正規(guī)的精確確定的區(qū)域(例如一條線或其他形狀的圖樣)，并且具有均勻的光密度。一個(gè)典型的實(shí)施例的物理尺寸示于圖4中。
在另一個(gè)實(shí)施例中，利用了一個(gè)激光能量源，并根據(jù)花紋表面圖象與花紋底面圖象之間的激光圖象位移來分析花紋的深度。同樣的分析方法用于輪胎側(cè)壁狀態(tài)或其他輪胎狀態(tài)的評(píng)估，方法是測(cè)定側(cè)壁的剖面并辨別其中的不規(guī)則性，或者真正比較其與標(biāo)準(zhǔn)側(cè)壁剖面是否相同。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，輻射源配置成使輻射以一個(gè)稍微偏離輪胎的徑向的方向加到輪胎上，并且輻射是一個(gè)條紋或者是光帶或光線，在一個(gè)給定的圓周位置上。在該方法中，輻射檢波器接收從輪胎來的至少穿過輪胎橫向?qū)挾鹊囊徊糠值妮椛?，以便藉圖象位移或偏離在所述的圓周方向位置上提供一個(gè)在所述橫向?qū)挾壬系幕y特性的測(cè)量值。通過采用圖象位移技術(shù)來識(shí)別輪胎側(cè)壁和其他結(jié)構(gòu)上的突變性去評(píng)估輪胎的側(cè)壁和其他結(jié)構(gòu)或特性所采用的是模擬方法。
通過在一個(gè)位置上提供輻射源并因而配置成使它能夠?qū)⑤椛渥鳛榉菑较虼厣渚€或入射條紋或入射帶加到與輪胎全寬的主要部分或與輪胎側(cè)壁相交叉的輪胎上，本發(fā)明的裝置和方法能夠使輪胎花紋和側(cè)壁的測(cè)定與上述的先前技術(shù)的掃描型裝置相比有盡可能高的、十分顯著的速率。輻射線能夠沿輪胎橫向?qū)挾然蜉喬?cè)壁相對(duì)瞬時(shí)地提供輪胎花紋或側(cè)壁圖象，來表示花紋底部和花紋頂部或輪胎側(cè)壁相對(duì)位移的突起物。這樣，就有可能在一個(gè)給定的圓周位置上獲得輪胎花紋或側(cè)壁的剖面，并借助于一系列的測(cè)量，獲得全部輪胎花紋或側(cè)壁剖面的測(cè)定，從而可得到輪胎狀態(tài)的平均測(cè)量值。這樣的比較廣泛的測(cè)定當(dāng)車輪/輪胎部件旋轉(zhuǎn)時(shí)在幾秒鐘內(nèi)就能夠作出，從而提供了一個(gè)實(shí)際的路側(cè)試驗(yàn)裝置，并且具有與切合于用在日常實(shí)際狀態(tài)(非實(shí)驗(yàn)室狀態(tài))下的系統(tǒng)相適應(yīng)的速度提供數(shù)據(jù)的能力。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輻射源是一個(gè)激光源，其方法包括使輻射檢波器檢測(cè)激光束在花紋底和頂之間所產(chǎn)生的圖象位移的步驟，作為沿輪胎橫向?qū)挾鹊闹辽僖徊糠值幕y深度的測(cè)量。激光源的使用能夠更有效地測(cè)定輪胎特殊圓周位置上橫向擴(kuò)展的花紋剖面，使該圖象提供花紋深度和花紋剖面的測(cè)量。同樣，在使用激光能的實(shí)施例中，圍繞輪胎的圓周在兩個(gè)或多個(gè)位置上完成輪胎花紋圖象和輪胎花紋剖面的測(cè)定，就產(chǎn)生一個(gè)輪胎剖面，能夠全部評(píng)估輪胎的磨損狀況。這些測(cè)定可以在圍繞輪胎的一系列位置上和/或在輪胎旋轉(zhuǎn)期間作出。對(duì)于側(cè)壁測(cè)定和其他的輪胎結(jié)構(gòu)上的測(cè)定，方法是相同的。
在本發(fā)明應(yīng)用于輪胎側(cè)壁和其他的輪胎結(jié)構(gòu)上的狀態(tài)評(píng)估的實(shí)施例中，其方法和裝置只需要對(duì)上述輪胎花紋評(píng)估有一個(gè)十分小的修正。實(shí)際上，該裝置只需要相對(duì)于大致軸向的輪胎側(cè)壁表面而改變一點(diǎn)位置，使得這個(gè)剖面能夠獲得，并因而能夠識(shí)別出在側(cè)壁剖面中突變物存在與否。
因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)施例中，包括激光源或其他輻射源以及相應(yīng)的輻射傳感器的裝置或模型位于輪胎的前面或后面或在實(shí)際上在輪胎的一側(cè)，而不是直接在輪胎的下面，所以在試驗(yàn)期間就不會(huì)有灰塵、粉末、水落到裝置上。該試驗(yàn)是以非接觸的方法在輪胎前面或后面的“潔凈”位置上完成的，盡管激光線與之接觸的位置對(duì)輪胎花紋不是嚴(yán)格的徑向校直的。
本實(shí)施例的一個(gè)重要方面涉及完成試驗(yàn)的裝置，該試驗(yàn)需要車輪/輪胎部件的旋轉(zhuǎn)而又無需提供滾軸設(shè)備。因此，在該實(shí)施例中，在對(duì)輪胎花紋和側(cè)壁或其他輪胎狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，以一個(gè)簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)了(例如在一個(gè)路側(cè)位置上)車輪/輪胎部件的旋轉(zhuǎn)。
依照本發(fā)明的這個(gè)方面，輪胎花紋測(cè)定裝置由安裝有被測(cè)試輪胎的車輛的結(jié)構(gòu)來支撐，以便使需要測(cè)定輪胎數(shù)據(jù)的步驟能夠在車輪移動(dòng)時(shí)或移動(dòng)后進(jìn)行。
在一個(gè)設(shè)想實(shí)施例中，用于支撐輪胎狀態(tài)評(píng)估單元的裝置藉助于可拆卸的安裝設(shè)備安裝在車輛上，使得該單元能夠在試驗(yàn)前后容易地安裝和卸除。這種可拆卸的安裝設(shè)備的一個(gè)例子是一個(gè)可手工操作的(例如藉助一根杠桿)空吸單元，以便利用對(duì)車輛表面(例如油漆過的車身的任何方便的部分)的光滑部分的吸力而支撐其自身。通常，與一個(gè)可調(diào)節(jié)的支撐架或手臂(隨需而定)一起會(huì)提供兩個(gè)或多個(gè)這樣的空吸單元，以致于一旦虹吸單元加到車身的方便部分時(shí)，輪胎花紋評(píng)價(jià)單元能夠在輪胎旁邊方便地定位于合適的位置上。然后，當(dāng)車輛向前或向后移動(dòng)時(shí)花紋的測(cè)定能夠順次作出，并不需要卸下有問題的車輪。從而路側(cè)試驗(yàn)被十分方便地進(jìn)行，只要有一小短段合適的道路或公路可用于此目的的話。
按照本發(fā)明的這個(gè)方面，需要兩次或多次測(cè)定車輛和/或輪胎部件的特性的任何一個(gè)單元或裝置可以用這個(gè)方法相對(duì)于車輪來安裝，因而，本發(fā)明的這個(gè)方面不限于用在輪胎狀態(tài)的評(píng)估中。
能夠按照上面剛剛描述過的原則來安裝的與車輪/輪胎特性有關(guān)的另一個(gè)系統(tǒng)的例子在我們的共同未決美國(guó)專利(No.686,964，申請(qǐng)日為1996年7月25日)中有所描述，其涉及用非接觸或接觸的方法用超聲波測(cè)定輪胎的壓力。因此本發(fā)明的系統(tǒng)還能夠提供關(guān)于輪胎過充氣/欠充氣的信息。
至此可以看出，本發(fā)明的一系列實(shí)施例提供了一種非接觸的、測(cè)量輪胎的狀態(tài)和特性(包括花紋深度和圖樣，側(cè)壁狀態(tài))的方法，并且該方法能夠方便地與測(cè)量輪胎壓力的裝置(按照在我們的上面所提及的歐洲專利申請(qǐng)中所揭示的技術(shù)主題)相結(jié)合，而方法本身則使用一個(gè)激光束或激光帶和有關(guān)的圖象光學(xué)設(shè)備。在一個(gè)設(shè)想的組合實(shí)施例中，安裝了一個(gè)單元，使在輪胎的完整一轉(zhuǎn)之內(nèi)評(píng)估輪胎花紋的幾個(gè)部分并進(jìn)行記錄和處理，以便提供對(duì)輪胎狀態(tài)包括輪胎壓力的測(cè)量。該組合系統(tǒng)能提供寬范圍的診斷信息，不僅包括輪胎花紋深度而且包括車輪校直諸方面信息，后面那些信息可以根據(jù)我們的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)(序號(hào)No.718,784，申請(qǐng)日為1996年9月24日)所揭示的內(nèi)容來獲得。由此可見，這樣就可以提供車輪前端的調(diào)整測(cè)量和支承位移的測(cè)量，并且該裝置可用來提供可用在包括路測(cè)情況、中間商、輪胎店、獨(dú)立汽車庫(kù)以及汽車車間的許多環(huán)境中的一個(gè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一方面涉及提供用于測(cè)定被試輪胎和輪胎評(píng)估裝置之間適當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)系的裝置。按照本發(fā)明的這個(gè)方面，提供了光度測(cè)定的方法或者其他的用光度測(cè)定或別的入射能分析方法來進(jìn)行輪胎評(píng)估的方法。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了這樣一種方法和相應(yīng)的裝置，其中，被測(cè)試輪胎與裝置之間的位置關(guān)系利用用于分析輪胎本身的入身能的反射部分作為輪胎與裝置的位置分析的參考基面來決定。該能量反射部分由分析裝置中能量發(fā)射面(即，它的外部窗口)產(chǎn)生的內(nèi)部反射能來得到。
這樣，通過參考從裝置的外部窗口來的內(nèi)部反射能(輪胎分析光束通過該窗口發(fā)出)，可獲得一個(gè)參考數(shù)據(jù)，它容易地測(cè)定輪胎與裝置是不是合適的90°關(guān)系。
在該實(shí)施例中，所利用的該能量是以加到輪胎上的光帶、光條或光線的形式出現(xiàn)的，這種能量形式因此而產(chǎn)生了一個(gè)相應(yīng)的參考帶、參考線或參考條作為從裝置窗口內(nèi)表面的內(nèi)反射，它位于與裝置有關(guān)的一個(gè)已知的位置上。換句話說，在這個(gè)例子中，內(nèi)部反射的輻射產(chǎn)生一個(gè)水平參考基線，基線位置能夠與輪胎的象征性垂直底面相比較，以便確定基線是否正確地被校直到裝置的駕駛軸線上。如果需要校正，可用物理地移動(dòng)裝置或輪胎來達(dá)到，或者用相應(yīng)的由裝置軟件提供的計(jì)算調(diào)整來達(dá)到。
通過這種方式，可以以最小的特價(jià)提供了一個(gè)方便、簡(jiǎn)單、廉價(jià)的設(shè)備，達(dá)到了合適地建立一個(gè)裝置用于準(zhǔn)確的輪胎評(píng)價(jià)的目的。
申請(qǐng)人設(shè)想，當(dāng)本裝置安裝成汽車庫(kù)或服務(wù)站的設(shè)備時(shí)，提供一個(gè)滾軸系統(tǒng)用來在試驗(yàn)時(shí)旋轉(zhuǎn)車輛將是非常方便的，因此車輛將可以由一個(gè)相對(duì)與輪胎掃描裝置適當(dāng)定位的簡(jiǎn)單的輥軸系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。申請(qǐng)人還有一個(gè)改進(jìn)方案設(shè)想提供兩個(gè)滾軸系統(tǒng)，用于同時(shí)與車輛的兩個(gè)前輪或兩個(gè)后輪嚙合，從而用輪胎試驗(yàn)裝置達(dá)到基本的車輛校直。這樣，檢查車輛相對(duì)于裝置的合適的位置校直這個(gè)特征變成為細(xì)致地細(xì)調(diào)位置關(guān)系。
現(xiàn)在將參考附圖通過示例的方式來描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。附圖中

圖1表示了一個(gè)前視圖，是本發(fā)明第一個(gè)例證性實(shí)施例舉例結(jié)合車輪平衡裝置的部分方框視圖；圖2表示圖1裝置的對(duì)應(yīng)視圖，是圖1中箭頭Ⅱ向的視圖；圖3表示與圖1相類似的視圖，是本發(fā)明第二個(gè)及原理性實(shí)施例，其中使用了結(jié)合了滾軸裝置的評(píng)估裝置；圖4是一個(gè)放大視圖，表示了與圖3實(shí)施例有關(guān)的尺寸信息；圖5表示了一個(gè)典型的輪胎花紋的圖樣，其上示出了入射輻射線束的位置；圖6表示上述圖形的裝置輸出軌跡；圖7表示了一個(gè)實(shí)施例的檢波器陣列的理想化輸出，該實(shí)施例利用激光圖象位移來作花紋深度的評(píng)估；圖8表示了其尺寸放大了的輪胎花紋的一部分，它表示下述圖9所示的本發(fā)明的特性；圖9表示了一個(gè)用于在一臺(tái)車輛上相對(duì)于其輪胎安裝傳感頭的系統(tǒng)；圖10與圖1和圖3的圖示方法有些類似，它表示了一個(gè)實(shí)施例，其中，一個(gè)輪胎的位置與花紋評(píng)估裝置有關(guān)并與它的合適的位置關(guān)系由內(nèi)反射能所確定；圖11和12分別表示本裝置的實(shí)施例的側(cè)視圖和前視圖，利用了圖10的位置檢查系統(tǒng)并提供精確的輪胎接近保證。
正如圖1和圖2所示，用于輪胎花紋評(píng)估的裝置10包括一個(gè)安裝被試輪胎14的旋轉(zhuǎn)架12。在這個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)架12(僅出于示例目的)采取一般結(jié)構(gòu)的車輪平衡裝置16的形式。它有一根驅(qū)動(dòng)軸18，輪胎14通過與輪胎相連的車輪20裝在軸18上，用于進(jìn)行按照本發(fā)明的輪胎花紋評(píng)估。
另外，如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一個(gè)輻射源22和一個(gè)輻射檢波器以及與之相連接的信號(hào)處理裝置26。該裝置26與輻射源22和輻射檢波器24相聯(lián)合，適用于提供一個(gè)強(qiáng)度分析功能，能夠分析下面要詳述的被反射的輻射28。
在使用時(shí)，輻射源22發(fā)出規(guī)則的、精確確定的、有均勻密度的光線。圖4的實(shí)施例提供了物理尺寸，并能適用于本實(shí)施例的設(shè)計(jì)。
信號(hào)處理裝置26與一視覺顯示單元30相耦合，提供如圖6所示的輸出軌跡32。這個(gè)軌跡代表了圖5中位置34上的花紋圖樣，輻射28被入射到輪胎14的這個(gè)位置上。信號(hào)處理裝置26與輻射檢波器24相組合，提供密度分析功能，從而軌跡32提供了花紋圖樣36、38和40的深度和位置表示。
輻射源22有一個(gè)石英鹵燈與一個(gè)光導(dǎo)相連，產(chǎn)生在上面定義過的具有均勻光強(qiáng)的光線發(fā)射。激光源可以在特殊應(yīng)用中優(yōu)選，這樣的一個(gè)實(shí)施例在下面參考圖7來描述。
輻射檢波器24包括一個(gè)檢波器元件陣列，這樣的陣列最小包括375個(gè)元件，考慮最小花紋溝槽為2mm，每個(gè)溝槽需要最少3個(gè)象素。在輪胎上入射輻射束的線寬應(yīng)小于2mm。檢波器24的模擬輸出(在0～5V的范圍內(nèi))在裝置26上處理并在裝置30上顯示。
輪胎每旋轉(zhuǎn)一周其掃描速率為15～25線的讀取對(duì)分析目的來說是足夠的，最好是取20線。在圖3和圖4的滾軸剎車系統(tǒng)中，最大滾軸速度為5Km/h，輪胎最大半徑為0.3m，則檢波器元件陣列的最小掃描速率是每行檢波器15Hz。
在圖3和圖4的實(shí)施例中，用滾軸剎車系統(tǒng)42代替了車輛平衡裝置16。在該系統(tǒng)中滾軸44、46與輪胎14嚙合，輻射源22和輻射檢波器24如前那樣設(shè)置，同樣也連接有信號(hào)處理裝置26和視覺顯示單元30。這個(gè)實(shí)施例的操作方式與圖1和圖2的實(shí)施例基本相同，產(chǎn)生與上面討論過的類似的檢波器輸出軌跡。
圖4表示了這個(gè)實(shí)施例的有關(guān)尺寸數(shù)據(jù)，這些尺寸的確定與輻射源和檢波器安裝在其上的基板48。
用在本實(shí)施例中的滾軸的尺寸取決于輪胎的尺寸和車輛的重量。
上述系統(tǒng)預(yù)期能夠分辨輪胎剖面高度和花紋深度達(dá)6比特(即1/26=1.6％)，這樣的分辨力通常對(duì)于表示輪胎的磨損度及并提供有關(guān)花紋深度的較具體的信息來說是足夠了。
在圖4中除了輪胎14外，還示出了滾軸44,46、基板48、一個(gè)跨輪滾軸50和一個(gè)靜止支持桿52。當(dāng)車輪14不在滾軸44和46上的位置時(shí)，跨輪滾軸50和桿52被一個(gè)彈簧(未畫出)抬起，這些部分抬起來上升到一個(gè)確定的高度以上時(shí)就觸發(fā)一個(gè)安全斷流開關(guān)使電源與滾軸44和46的馬達(dá)脫開。
在另一個(gè)實(shí)施例中(未畫出圖例)，與上面描述過的圖4的結(jié)構(gòu)相似，提供光密度檢測(cè)功能的輻射檢波器24由雙尺寸成象攝像機(jī)來代替。
同樣，在圖4的該實(shí)施例中的輻射源22(圖4中未畫出，但在圖1和圖3中描述過)由提供均勻照射斑紋于輪胎14上的相應(yīng)光源來代替。
根據(jù)在攝像機(jī)中由入射輻射在光敏元件陣列上聚焦所產(chǎn)生的二次圖象，成象攝像機(jī)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)輸出。這些元件的輸出可以按行來分析以便產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于表示在圖6中的輪胎花紋深度的顯示。
雙尺寸成象攝像機(jī)的輸出連接到如前述實(shí)施例中的信號(hào)處理裝置26，因此，本實(shí)施例基本上只在輻射源和輻射檢波器的結(jié)構(gòu)和配置方面與前述那些實(shí)施例不同。
在本實(shí)施例中，雙尺寸成象攝像機(jī)自己并不實(shí)施圖象分析功能。從攝像機(jī)來的圖象數(shù)據(jù)在裝置26上進(jìn)行信號(hào)處理，例如對(duì)光敏元件各行進(jìn)行分析，以便產(chǎn)生一個(gè)(比方說)如圖6所示的輪胎花紋深度的顯示。
還有，在本實(shí)施例中，在車輪驅(qū)動(dòng)和光敏元件(或象素)的掃描之間提供了一個(gè)同步系統(tǒng)，從而經(jīng)協(xié)調(diào)的掃描和環(huán)形運(yùn)動(dòng)使之能在這些功能之間有一個(gè)運(yùn)作關(guān)系，產(chǎn)生出增強(qiáng)的結(jié)果。否則，這些結(jié)果就不能得到。
其他的輻射源和輻射頻率(比方說)包括紅外輻射也可以利用，這樣的變化在輻射檢波器系統(tǒng)和密度分析配置中隨之要有相應(yīng)的補(bǔ)充變化。申請(qǐng)人還設(shè)想到輻射源發(fā)射系統(tǒng)的變化，如光導(dǎo)、透鏡和相應(yīng)輻射控制系統(tǒng)的利用。根據(jù)位置和因別的原因而采用的系統(tǒng)的需要，還可以考慮硬件器件的修改。例如，可以意料的是安裝被試輪胎并使之旋轉(zhuǎn)的設(shè)備會(huì)有較大的變化。通常，最好是保持輪胎就在車輪上，就在車輛上的原來位置上。因此，起碼需要一些設(shè)備(如圖4所述的滾軸系統(tǒng))能使輪胎和車輪轉(zhuǎn)起來。這樣一種配置可能安裝成與相對(duì)于輻射源和輻射檢波器提供合適的接近配置的簡(jiǎn)單可移動(dòng)斜臺(tái)和滾軸部件類似的結(jié)構(gòu)。在固定安裝的情況下，對(duì)于滾軸的驅(qū)動(dòng)和提高試驗(yàn)所有車輪的速度的裝置方面等，能夠提供相當(dāng)多的先進(jìn)技術(shù)。
在圖7的實(shí)施例中(該實(shí)施例與上述的幾個(gè)實(shí)施例所類似)，一個(gè)激光源用來與檢波器陣列結(jié)合，該檢波器陣列相對(duì)于被試輪胎花紋的空間關(guān)系與上面描述過的實(shí)施例非常之相似。在該實(shí)施例中，與密度分析相對(duì)，通過激光圖象位移對(duì)花紋進(jìn)行評(píng)估。因此，藉助于檢波器陣列的檢波器元件的適當(dāng)?shù)膾呙杓夹g(shù)(例如機(jī)械掃描技術(shù))，得到一個(gè)大致如圖7所示的城墻形狀的輸出。在這個(gè)輸出中，“城墻”與分別從花紋表面和花紋深度底面反射的激光能之圖象位移結(jié)果相對(duì)應(yīng)。城墻的深度60、62、64提供了輪胎花紋深度的測(cè)量值。
現(xiàn)在看圖8和圖9的實(shí)施例，它們與圖7相對(duì)應(yīng)，不過有一些重要修改。因而，在圖8和圖9中，激光源和激光檢波器藉助于汽車106的上層結(jié)構(gòu)104上的臂102裝在傳感頭100中，與車輛的輪子108有一個(gè)確定的關(guān)系。可拆卸的安裝設(shè)備110用來使安全臂102在桿形臂112的控制下向上層結(jié)構(gòu)104移動(dòng)。這里的安裝設(shè)備可以是(比方說)一個(gè)空吸裝置、一個(gè)磁性裝置或一個(gè)機(jī)械夾鉗裝置。雖然不太方便，傳感頭100可以安排成僅僅是被支在地114上，大約是圖9所示的位置。
如圖9所示，傳感頭100位于與車輪108上輪胎118的花紋116大致徑向?qū)R的一個(gè)位置上。
一般來說，傳感頭100和輪胎118之間的空間關(guān)系與圖1～圖7的實(shí)施例中所采用的相類似，但有以下的差別。在圖9中，傳感頭1100位于(相對(duì)于車輛前進(jìn)的正常方向F而言)前方或后方的位置上，以便當(dāng)車輪108支在地114上時(shí)與輪胎118上的花紋116大致對(duì)齊。因此，采用車輪(也就是車輛)以通常的方法保持支撐在地上并與地具有正常的滾動(dòng)關(guān)系的配置，同時(shí)傳感頭相對(duì)于輪胎118合適地定位，那么這樣的配置就提供了簡(jiǎn)單的斷續(xù)或連續(xù)地進(jìn)行花紋測(cè)定度量的選擇，不必再花費(fèi)配置車輪滾軸支持系統(tǒng)或者圖2所示那類車輪安裝機(jī)構(gòu)的費(fèi)用。
在使用時(shí)，傳感頭100例如藉參照手臂102進(jìn)行調(diào)節(jié)最初定位于與輪胎118有一確定的關(guān)系，使之有一個(gè)精確的水平位置。這可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的酒精水平儀來達(dá)到(未畫出)。
傳感頭100的激光源適用于產(chǎn)生線狀、帶狀、條紋狀的激光能，能夠延伸至輪胎118的橫向?qū)挾?20的至少主要部分。適當(dāng)?shù)剡x擇在激光源技術(shù)范圍內(nèi)已知的激光源或者光學(xué)設(shè)備就能達(dá)到這一點(diǎn)。
現(xiàn)在看圖8，這里以放大的尺寸表示了輪胎118的花紋的一部分，包括輪胎側(cè)壁部分122和花紋溝槽126的圖樣124，它是以橡膠或其他輪胎用聚脂材料用通常的方法來制成的。
傳感頭100和激光源相對(duì)于輪胎118的配置是這樣的激光線128以非純粹的徑向入射到輪胎118的結(jié)構(gòu)上。換句話說，激光線在橫截輪胎的位置上相對(duì)與通過輪胎圓周的半徑有傾斜。因此，激光線沿著線132(如圖8所示，有三部分134、136、138)橫截花紋的頂面130。激光線128在兩個(gè)偏離或移位的位置上橫截花紋圖樣124的底面140，提供了激光線的兩個(gè)進(jìn)一步的部分142,144。
正如在圖8中清楚看到，134部分、136部分和138部分之間相對(duì)于142部分、144部分的偏離度是尺寸146，并且，從這個(gè)偏差尺寸146能根據(jù)激光束入射到輪胎的角度簡(jiǎn)單地計(jì)算出花紋的深度，這個(gè)角度由在傳感頭100中激光發(fā)射器的高度以及傳感頭相對(duì)于輪胎118的整體高度來確定。這些數(shù)據(jù)(對(duì)傳感頭的水平位置而言)都是已知的參數(shù)，對(duì)于一套具體的裝置而言能夠非常容易地確定。
因此，現(xiàn)在可以看出，由線部分134、136、138和有表示為146的偏離度的偏離線部分142和144所提供的激光線圖象提供了花紋深度的測(cè)量。另外，激光線128的剖面提供了在該特定位置上完整的花紋/輪胎剖面的指示。
現(xiàn)在可以看出，通過使激光裝置或者其他的輻射源提供輻射線橫向穿過輪胎寬度部分，利用上面討論過的光線偏離技術(shù)，根據(jù)激光或共他入射能的非徑向入射的角數(shù)據(jù)能測(cè)定出花紋深度和花紋剖面。利用將輻射能傳感器和傳感源安裝在允許相關(guān)的車輪支在地面上同時(shí)車輪仍然裝在車輛上的位置上，提供了能在間歇或者連續(xù)地進(jìn)行花紋測(cè)定的機(jī)會(huì)而不必花費(fèi)滾軸等設(shè)備的耗費(fèi)。
在圖10(未按比例畫出)所示的實(shí)施例中，表示了車輛輪胎200與花紋評(píng)估裝置206(與上面描述的結(jié)構(gòu)不同)的定位桿202、204的鄰接關(guān)系，裝置206與上面描述過的相類似，包括一個(gè)外部窗口208，通過208，用于實(shí)現(xiàn)花紋評(píng)估目的的能量束210從源212射出，經(jīng)反射回到檢波器214，所有都與上面描述過的一樣。
正如圖中216處所示，從窗口208的內(nèi)表面218向檢波器214也產(chǎn)生反射，從而產(chǎn)生一條參考或數(shù)據(jù)線，從中能分析出輪胎200與裝置206的關(guān)系。數(shù)據(jù)線用作參考，從而輪胎相對(duì)于裝置206的適當(dāng)高度能容易地達(dá)到或系統(tǒng)的軟件來調(diào)節(jié)。
圖11和圖12表示了具有上面圖10中描述過的結(jié)構(gòu)實(shí)用實(shí)施例，圖中相應(yīng)的部分被標(biāo)上了相應(yīng)的參考數(shù)字。定位棒或叫定位桿202、204安裝在裝配杯220中，輪胎200移向這兩根桿，緊靠嚙合，以便確定一個(gè)輪胎的精確接近。安裝桿可軸頸安裝在軸承中，以便當(dāng)輪胎在連續(xù)分析程序之間或進(jìn)行全面的輪胎評(píng)估時(shí)允許其自由旋轉(zhuǎn)。不過，裝置通常是這樣的結(jié)構(gòu)一旦建立起確定的接近和類似的裝置的精確校直，裝置就在相對(duì)于輪胎的確定位置被固定，并且棒或桿此后能被移開以便使輪胎能夠自由地旋轉(zhuǎn)。這種配置在避免直接接觸及避免將振動(dòng)傳送給裝置方面是有優(yōu)點(diǎn)的。
在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中(未畫出)，其方法和裝置基本上與前面裝置中所描述的一樣，只是裝置改變了位置，它面向輪胎的軸向而不是徑向，且適當(dāng)?shù)叵鄬?duì)于輪胎的側(cè)壁而不是相對(duì)于輪胎的花紋定位。處理和分析的步驟基本上與上面描述的一樣，且在本方法中所獲得的數(shù)據(jù)能夠是輪胎側(cè)壁的剖面，從而能夠出于校正作用或?yàn)榱颂鎿Q目的而直接地識(shí)別間斷的、顯著突出物。
上面圖示和描述了本發(fā)明的特定的幾個(gè)實(shí)施例，很明顯，那些本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員不脫離本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)能對(duì)本發(fā)明作改變和修正。因此，附后的權(quán)利要求的目的就是涵蓋所有落在本發(fā)明的精神與范圍之內(nèi)所有這樣的改變和修正。在上面的描述和示圖中所陳述的內(nèi)容僅是示例性的，并非限制性的。當(dāng)依據(jù)先前的技術(shù)觀察本發(fā)明的合適的前景時(shí)，申請(qǐng)人希望本發(fā)明的實(shí)際范圍由以下的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1．一種輪胎評(píng)估狀態(tài)方法，包括以下步驟(a)裝上被試輪胎使之旋轉(zhuǎn)；(b)將入射輻射指向輪胎；(c)檢測(cè)從輪胎反射的輻射；(d)處理該檢測(cè)到的輻射，以便提供一個(gè)包含有關(guān)輪胎剖面信息在內(nèi)的輻射分析功能；以及(e)參考輪胎剖面至少測(cè)定輪胎狀態(tài)的一種性能。
2．按照權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括對(duì)于反射輻射實(shí)現(xiàn)圖象分析功能的步驟。
3．按照權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括對(duì)于反射輻射實(shí)現(xiàn)密度分析功能的步驟。
4．按照權(quán)利要求1的方法，其中所述輻射是激光輻射，且輻射分析功能包括對(duì)于反射輻射實(shí)現(xiàn)圖象位移分析功能的步驟。
5．按照權(quán)利要求1的方法，其中的測(cè)定步驟包括獲得輪胎花紋位置和/或花紋深度的測(cè)量值的步驟。
6．按照權(quán)利要求1的方法，其中的安裝步驟包括在輪胎保持裝在一臺(tái)車輛上的情況下安裝該輪胎，方法是在所結(jié)合的滾軸設(shè)備上支撐該輪胎及車輛重量的至少一部分，滾軸設(shè)備相對(duì)輻射方向和檢測(cè)位置有一個(gè)確定的位置關(guān)系。
7．按照權(quán)利要求1的方法，其中輻射指向的步驟包括將帶狀或條紋狀或線狀的輻射加到輪胎上與輪胎的橫向?qū)挾戎辽儆幸徊糠窒嘟徊?，且入射方向在輪胎上的一個(gè)給定圓周位置上與輪胎的半徑相傾斜，檢測(cè)步驟包括至少?gòu)妮喬M向?qū)挾鹊乃霾糠纸邮蛰椛?，從而使之能根?jù)圖象的位移或離花紋深度的偏移在處理步驟中提供一個(gè)輪胎上所述圓周位置的花紋深度的測(cè)量。
8．按照權(quán)利要求7的方法，其中輻射指向的步驟和輻射檢測(cè)的步驟在圍繞所述輪胎的圓周上兩個(gè)或多個(gè)隔開的位置上來執(zhí)行。
9．按照權(quán)利要求1的方法，其中安裝步驟包括鄰近輪胎安裝一個(gè)輻射源和一個(gè)輻射檢波器，所述輻射源和輻射檢波器被安裝上輪胎的車輛結(jié)構(gòu)所支撐，處理步驟和測(cè)定步驟在車輛移動(dòng)時(shí)或移動(dòng)后來執(zhí)行。
10．按照權(quán)利要求1的方法，包括這樣的步驟使用一個(gè)從相對(duì)于裝置的已知位置的表面反射的入射輻射的反射部分，作為該輪胎相對(duì)于提供輻射的裝置的位置分析的參考基礎(chǔ)。
11．按照權(quán)利要求10的方法，其中所述的已知位置的表面是在該裝置的一個(gè)窗口上，該方法將一個(gè)內(nèi)部反射部分用作所述入射能的所述反射部分。
12．按照權(quán)利要求11的方法，包括提供用于與被試輪胎接近嚙合的接界設(shè)備，并且，為了確定輪胎與裝置的預(yù)定接近，該設(shè)備在所述輪胎與其本身之間產(chǎn)生接界。
13．按照權(quán)利要求12的方法，包括將所述的接界設(shè)備定位在所述的入射能量通過此發(fā)出的窗口和該輪胎之間。
14．一種不必從車輛上卸下輪胎或車輪而在汽車車輪上作輪胎或車輪數(shù)據(jù)的診斷測(cè)定和/或維護(hù)測(cè)定的方法，該方法包括以下步驟(a)利用適合于在鄰近車輪的位置上安裝裝置的非嚙合安裝設(shè)備，在車輛上可拆卸地安裝診斷和/或保持裝置；(b)使車輪旋轉(zhuǎn)；以及(c)在車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)或旋轉(zhuǎn)后用裝置作診斷測(cè)定和/或維護(hù)測(cè)定。
15．一種用于輪胎狀態(tài)評(píng)估的裝置，包括(a)用于可旋轉(zhuǎn)地支撐被試輪胎的安裝設(shè)備；(b)一個(gè)被定位為將入射輻射指向在被試輪胎上的輻射源；(c)一個(gè)被定位為檢測(cè)從該輪胎反射的輻射的輻射檢波器；(d)一個(gè)與所述的輻射檢波器相連的信號(hào)處理器，其適合于提供一個(gè)輻射分析功能，包括相對(duì)于由所述檢波器檢測(cè)的反射輻射的輪胎剖面之信息；以及(e)所述的信號(hào)處理器包括適用于參考輪胎的剖面至少測(cè)定輪胎狀態(tài)的一種性能的設(shè)備。
16．按照權(quán)利要求15的裝置，其中所述的信號(hào)處理器包括對(duì)反射輻射執(zhí)行圖象分析功能的設(shè)備。
17．按照權(quán)利要求15的裝置，其中所述的信號(hào)處理器包括對(duì)反射輻射執(zhí)行密度分析功能的設(shè)備。
18．按照權(quán)利要求15的裝置，其中所述的輻射源包括一個(gè)激光源，所述的信號(hào)處理器包括對(duì)反射輻射執(zhí)行圖象位置分析功能的設(shè)備。
19．按照權(quán)利要求15的裝置，其中所述的信號(hào)處理器包括測(cè)定輪胎花紋深度的測(cè)量值的設(shè)備。
20．按照權(quán)利要求15的裝置，其中所述的安裝設(shè)備包括一個(gè)適用于支撐至少一個(gè)車輪的滾軸設(shè)備，被測(cè)試輪胎位于所述的至少一個(gè)車輪上而不必從車輪上卸下來，所述的滾軸設(shè)備與所述的輻射源和所述的輻射檢波器有一個(gè)可確定的位置關(guān)系。
21．按照權(quán)利要求20的裝置，其中所述的安裝設(shè)備包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備，用于旋轉(zhuǎn)被試輪胎，所述的信號(hào)處理器包括有使所述分析功能與所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備使輪胎旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速率協(xié)調(diào)起來的設(shè)備。
22．按照權(quán)利要求15的裝置，其中所述的輻射源包括將帶狀、條狀或線狀的入射輻射加到輪胎上使之穿過至少與該臺(tái)橫向?qū)挾鹊囊徊糠值脑O(shè)備，同時(shí)入射方向傾向于輪胎的半徑，指向輪胎上的一個(gè)圓周位置；所述的輻射檢波器包括從輪胎橫向?qū)挾鹊闹辽偎霾糠纸邮蛰椛涞脑O(shè)備，所述的信號(hào)處理器包括根據(jù)花紋深度的圖象位移或偏移在所述的圓周位置上提供花紋深度測(cè)量的設(shè)備。
23．按照權(quán)利要求22的裝置，其中所述的信號(hào)處理器包括在多個(gè)位置上根據(jù)花紋的測(cè)定來產(chǎn)生一個(gè)輪胎剖面的設(shè)備。
24．按照權(quán)利要求15的裝置，進(jìn)一步包括支撐設(shè)備，該設(shè)備從安裝1輪胎的車輛的結(jié)構(gòu)支撐所述的輻射源和所述的輻射檢波器。
25．按照權(quán)利要求15的裝置，進(jìn)一步包括反射設(shè)備，提供一個(gè)相對(duì)于所述裝置的已知位置的反射表面，用于反射一部分所述的入射輻射作為輪胎位置分析的參考基礎(chǔ)。
26．按照權(quán)利要求25的裝置，其中所述的已知位置的表面包括一個(gè)窗口，且所述的輻射的所述反射部分是窗口的內(nèi)反射部分。
27．按照權(quán)利要求26的裝置，進(jìn)一步包括接界設(shè)備，該設(shè)備能與輪胎嚙合，從而在所述裝置和該輪胎之間建立一個(gè)確定的接近關(guān)系。
28．按照權(quán)利要求27的裝置，進(jìn)一步包括用在所述窗口和該輪胎之間支撐所述接界設(shè)備的設(shè)備。
29．按照權(quán)利要求27的裝置，其中所述的接界設(shè)備包括一對(duì)安裝在所述窗口之上的準(zhǔn)直桿，用于在使用時(shí)同時(shí)與輪胎嚙合。
30．一種在汽車車輪上作輪胎和/或車輪數(shù)據(jù)的診斷和/或保持測(cè)定而不必從車輛上卸下車輪的裝置，包括診斷和/或維護(hù)機(jī)械以及支撐設(shè)備，所述支撐設(shè)備用于可拆裝地將所述的診斷和/或保持機(jī)械裝在車輛上接近車輪的一個(gè)位置上。
全文摘要
本發(fā)明的用于汽車輪胎的狀態(tài)和其他項(xiàng)目的評(píng)估的方法和裝置基于旋轉(zhuǎn)輪胎的輻射分析。根據(jù)強(qiáng)度傳感器的反射輻射的分析提供了花紋深度和側(cè)壁剖面以及花紋位置和其他數(shù)據(jù)的測(cè)量。利用花紋深度位置的位置分析提供花紋磨損圖樣的補(bǔ)充信息。側(cè)壁剖面的測(cè)定能夠辨別其他的輪胎狀態(tài)因素?；y深度和側(cè)壁剖面也由激光或其他的輻射線圖象位移技術(shù)來測(cè)定，并且提供一個(gè)安裝系統(tǒng)用于作測(cè)定的裝置而不必使用滾軸床。車輪對(duì)裝置的合適的位置準(zhǔn)直借助于從裝置中反射輻射所導(dǎo)出的參考數(shù)據(jù)來測(cè)定。輪胎的合適的確定接近由位于裝置的光學(xué)窗口上方的準(zhǔn)直桿來確定。
文檔編號(hào)G01M17/02GK1227629SQ97197188
公開日1999年9月1日 申請(qǐng)日期1997年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月4日
發(fā)明者巴巴拉·L·瓊斯, 斯蒂芬·J·戴維斯, 馬庫(kù)斯·J·豪金斯, 戴維·斯托萊利 申請(qǐng)人:太陽(yáng)電英國(guó)有限公司