[发明专利]用于光学轮位调准的智能传感器

说明书

本发明一般涉及到汽车轮位调准装置，更确切地说是涉及到用于非接触式轮位调准装置中以确定一个或更多个汽车轮子的调准特性的光学传感器。

轮位调准装置已被汽车制造厂家和维修部门用来确定并根据厂家推荐的指标来设定车轮的各项调准特性。这些指标被选定来满足一种给定车型的要求，因而在不同车型之间可以改变。原先，车轮是由生产厂家根据设计指标来调准的。然后在车辆的使用期内还要周期性地检查并重新调准车轮。与厂家推荐的指标不断保持一致，这在确保适当的行车处置能力和尽量减少轮胎磨损方面是很重要的。

对于可操纵的车辆(例如二个前轮)，存在一些影响操纵性能和轮胎磨损的轮位调准特性。这些特性包括外倾(camber)、主销后倾、斜向(toe)和操纵轴倾斜(SAI)。其中的二个特性(主销后倾)角和SAI角与操纵轴相对于完全垂线的倾斜有关并可用本技术领域熟练人员所知的各种方法来确定。例如见1994年3月8日授予A.Koerner的美国专利5291660。另外二个特性(外倾和斜向)与车轮旋转平面的取向有关且对可操纵和不可操纵的车轮都很重要。具体地说，车轮的外倾是对车轮相对于沿车辆纵向延伸的垂直平面的向内或向外倾斜的一种度量。车轮的斜向是对车轮相对于通过车轮中心的水平面的向内或向外倾斜的一种度量。

已发展了许多技术来确定车辆的旋转平面从而确定车辆的外倾和斜向。这些技术的绝大多数需要某种形式的与车轮的物理接触。例如，在某些轮位调准装置中，位置编码器被用来产生表明与轮胎侧壁相接触的滚筒的位置的信号。通常，每个轮子用三个这样的滚筒及相关的编码器，各滚筒相隔90°。编码器提供表明滚筒到沿车辆纵向延伸的垂直平面的距离的数据流。中央计算机用这些数据来确定外倾角和斜向角。

新近发展了光学技术来确定这些调准特性而无需任何与车轮作物理接触的测量部件。例如见1988年5月17日授予T.J.Waldecker等人的美国专利4745469、1989年9月5日授予S.Masuko等人的美国专利4863266以及1993年12月7日授予M.Fuchiwaki等人的美国专利5268731。轮位调准特性的非接触式光学测量由于能提供良好的分辨率并能够确定调准特性而无需运动部件且在测量设备和车辆之间无需接触而有其优越性。对每个车辆，用一个光学传感器来实现轮位的实际测量，此光学传感器包括一个用来将光投射到车轮上的光源和一个用来检测从车轮反射的部分投射光的光响应接收器。

在Waldecker等人的专利中，用位于各个车轮附近的非接触式传感站来实现轮位调准测量。每个轮子的传感站采用多个传感器模块，各包括一个激光光源和一个相关的摄象机。各轮子处的激光光源用来投射条状激光，它们在二个或更多个分开的位置处沿径向跨越侧壁。

各传感站处的摄象机用来检测相关激光从轮胎侧壁的反射。每个摄象机偏离于其相关激光器的光学平面，为其提供一个可确定传感器和轮胎侧壁之间距离的透视图。由于轮胎的侧壁有弯曲的外形，如从相关摄象机的透视图所见，将具有通常抛物线的形状。摄象机所检测到的图象被送到计算机系统，此计算机系统包括一个调准处理机和一个集成主/调准处理机，二者用分立的WME总线通信。这些处理机用来分析图象以确定反射激光线条图象中的位置。然后用此信息推导出外倾和斜向或二者。此系统可包括一个过渡检测电路，它在数字视频流被写入存储器时对它进行监控以确定代表最靠近传感器模块的轮胎侧壁点的反射抛物线激光线的顶部。这可借助于在其侧转动各摄象机使摄象机所看到的反射激光线具有一般垂直取向来完成。相机的各扫描线则会与反射激光线相交，且借助于确定反射抛物线形激光线的顶部的行(扫描线)数和列数，就可找到轮胎侧壁的最靠近点。然后可由处理机利用这一信息以快速确定最靠近传感器模块的可能位置。

这一现有技术的主要问题是其复杂性及其引起的设备成本。更具体地说，在最佳实施例中，此系统对每个轮子采用三个激光器和三个摄象机以确定外倾角和斜向角。对于一个四个轮子的车辆，这就意味着需要12个激光器和12个摄象机。此外，计算机系统从这些相机的每一个获得完整的数据结构并必须采用二个同时运行的VME基处理机执行图象处理以确定各反射激光结构中的位置。而且，传感器站本身不提供表明轮胎和传感器之间距离的数据；它们只提供视频结构，因此，它们的输出数据不能被现有轮位调准计算机或以常规的方式所采用以确定轮位调准特性。