在诊断、维护或监测操作中测定车辆的至少一个元件的至少一个参数特征的设备和方法与流程

本发明涉及相位位移为车辆及其部件进行诊断、维护或监测操作的设备。此处在说明书中使用术语“车辆服务设备”用于表示上述类型中的任何一个设备。车辆服务设备包括以下设备，例如：用于对准车轮、平衡机器的装置、用于安装和拆卸轮胎的装置、升降机和车辆检测系统，其中，通过集成各种类型的检测装置，能够在独立检查期间，提供车辆上的多个部件的“健康状况”的信息。

更准确地说，本发明涉及车辆服务设备，能够无接触地获取关于车辆的一个或多个部件的形状信息，和\或用于无接触地测量与所述部件相关的空间距离，并随后基于所获取的信息和所测量的距离测定与操作类型(诊断、维护或监测)相关的所述部件的至少一个参数特征的值。“无接触”是指，在采集或测量过程中，不与所述车辆或操作对象进行任何物理接触。特别地，本发明涉及通过飞行时间传感器无接触地进行上述采集和/或测量的车辆服务设备。

本发明还涉及一种通过所述车辆服务设备测定至少一个特征参数的值的方法。

背景技术：

现有技术中的车辆服务设备用于通过对所述部件(一个或多个)的操作对象进行三维扫描的方式无接触地获取关于车辆的一个或多个部件的形状、尺寸和位置信息，例如通过光学三角测量技术(例如在专利申请US2013/0271574A1中示出的)。

以举例的方式参照对车轮对准设备，所述设备对车辆的车轮或操作对象进行三维扫描，并从开始所述扫描以及不同扫描设备的相对位置的信息确定所述车轮、方向盘和地盘的特征尺寸和角度，从而进行车轮的对准(例如上述专利申请US2013/0271574 A1中示出的)。

由对准设备和，更常见的，由本发明中涉及的类型的车辆服务设备执行的测量操作能够获取关于车辆的部件(一个或多个)或操作对象的更加精确且分辨率更高的三维扫描图像。所述测量越精确，对车辆进行的操作越好；因此，从以上所述可以推测出以高分辨率进行三维扫描的优点。光学三角测量的技术允许进行高分辨率扫描，但由于传感器的生产成本高导致对车辆服务设备的市场吸引力减小。可选地，为了控制成本，可以通过同时向车辆服务设备提供用于移动所述扫描设备的合适设备来减少扫描设备的数量。然而，这增加了所述车辆服务设备的机械复杂度。

发明目的

本发明的目的是克服上述缺点，并提供对于目前通过光学三角测量的方式无接触的获取车辆的形状、尺寸和所述车辆的一个或多个部件的位置信息的车辆服务设备的有效替代方案。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种车辆服务设备，能够在诊断、维护或监测操作的范围中测量所述车辆的一个或多个部件的至少一个参数特征的至少一个值，

所述车辆服务设备包括：

·采集装置，用于无接触地采集数据，所述数据包括与所述车辆的部件的形状相关的信息和/或相对于所述部件的至少一个空间距离的至少一个尺寸信息；

·第一处理单元，其可操作地连接到所述采集装置，用于从后者接收所述数据，所述第一处理单元适用于基于所述采集数据计算所述特性参数的值，

所述车辆服务设备的特征在于所述采集装置包括至少一个飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包括：

·用于向车辆的部件发射波的第一装置；

·用于接收由所述部件反射的波的第一装置；

·第二处理单元用于：

-测量在所述部件上入射的入射波的相位位移，以及用于根据所述相位位移计算所述波在所述部件上的入射点与传感器之间的距离；

-确定所述入射点相对于所述传感器的空间位置，

传感器能够产生分辨率不低于320×200像素的深度图和大于0.2mm^-1的深度分辨率。

飞行时间传感器是公知的，在此不再进行进一步的详细讨论。关于飞行时间传感器的定义和它们的操作原理信息可以在下面的出版物中找到，例如：“飞行时间摄像机和微软Kinect”-作者：Carlo Dal Mutto,Pietro Zanuttigh,Guido M Cortelazzo-ISBN 978-1-4614-3806-9.

在本发明中，通过飞行时间的传感器的“深度分辨率”，它被用于通过如下步骤获取传感器特征参数：

a)通过用于测量深度分辨率的传感器装置覆盖一个干燥的295/45ZR20 110Y型的轮胎的肩部，在道路上行驶100公里后，该轮胎被置于距离所述传感器1m的位置，如前所述，在该覆盖区域的中心的正面，对轮胎肩部进行300lx(光强单位)的阳光照射；

b)2.5秒的总时间间隔内产生多个轮胎肩部的深度图；

c)将2.5秒的时间间隔细分为十个0.25秒的连续子间隔，并且对于每个子间隔，对由传感器产生的深度图的每个像素，计算从传感器到对应该像素的轮胎肩部的入射点之间距离测量的平均值，以为每个像素活的所述距离的十个平均值；

d)对于每个像素，计算所述距离的十个平均值的标准偏差；

e)确定对应于轮胎肩部中的所有像素之间的所述标准偏差的最小值的倒数。

在步骤e)中确定的值定义了传感器的深度分辨率。

通过“深度图”，它被用于图形化显示关于所述飞行时间传感器与所述入射点之间的距离信息。深度图的概念基是公知常识；因此，将不对此进行详细讨论。

优选地，通过飞行时间传感器发射的波是红外线辐射，并且更优选地，它们的波长属于所谓的“近红外”的范围，即，它们的波长在0.75微米和1.4微米之间。

本发明的目的在于所述车辆服务设备不是使用光学三角测量，而是使用具有一定分辨率的深度图和具有足够深度以允许进行分辨率扫描的飞行时间传感器，能够媲美通过光学三角测量得到的分辨率，而在成本却是明显低于光学三角测量。因此，能够提高传感器的数目以避免移动传感器时必然导致的机械复杂度。

例如，符合上述规范的飞行时间传感器可以是创新交互式手势相机(Creative Interactive Gesture Camera^TM)传感器。

本发明的进一步的创新特征在从属权利要求中描述。

根据本发明的一个方面，所述采集装置包括通过频率调制用于对从所述传感器到所述入射点的距离进行去假频的至少一个去假频单元，所述去假频单元被可操作地连接到所述传感器，所述去假频单元包括：

●用于控制所述传感器的第一装置，使得所述传感器利用至少一个第一调制频率f1和一个第二调制频率f2测量所述波的相位位移，其中f2大于f1，用于无歧义测量的相应的深度间隔为Z1和Z2，使得Z1大于Z2；

●用于控制传感器的第二装置，以使所述传感器通过与A·f1-B·f2成比例的第三去假频频率f3来测量所述相位位移，A和B为加权系数(即，在用于计算去假频的表达式中用于定义相乘的频率的重要度的系数)，对应于去假频频率f3的用于无歧义测量第三深度间隔Z3大于Z1。

所述传感器具有用于计算所述入射点的距离的分辨率，所述分辨率大于当以频率f1操作时忽略当以频率f2操作时执行的测量由所述传感器所拥有的分辨率，并且大于当以频率f2操作时忽略当在频率f1操作时执行的测量,传感器所具有的分辨率。

优选地，所述调制频率f1、f2和f3以及所述加权系数A和B的值能够使得用于无歧义测量的深度间隔Z3的间隔不小于3米。

使用“去假频单元”旨在提供一个能够通过在调制频率f时用于无歧义测量飞行时间传感器的扩大深度间隔Z减小混叠现象的单元。

对应于调制频率f的用于无歧义测量的深度间隔Z意味着在基于该频率f的间隔内物体反射信号可以由该传感器所识别。确认该去假频单元是“具有频率调制”的，意味着它能够控制传感器，从而在后续过程中使用至少两个调制频率。

根据本发明的这一方面，作为上述创新交互式手势相机(Creative Interactive Gesture Camera^TM)传感器的替代，可以使用美国专利US7791715B1中的传感器实施例中的传感器，例如在Kinect的2.0微软传感器。

本发明的另一个目的是用于在对车辆进行诊断、维护或监测操作的范围中确定车辆的一个或多个部件的至少一个特征参数的至少一个数值的方法，该方法包括以下步骤：

a)安装本发明所述的车辆服务设备；

b)对于每个传感器，向车辆一个所述部件发射入射波；

c)对于每个传感器，接收所述部件反射的波；

d)对于每个传感器，测量在所述部件上入射的所述入射波的持续相位位移；

e)对于每个传感器，基于相位位移计算所述部件上波入射点与所述传感器之间的距离，并确定所述入射点相对于所述传感器的空间位置；

f)对于每个传感器，将所述部件的入射点的距离和位置发送到第一处理单元；

g)基于所述入射点的距离和位置计算所述特征参数的数值。

在本发明中，为便于描述，仅参照本发明中的优选实施例，其中车辆服务设备是一个用于对准的车辆的车轮的装置，并且所示方法是用于确定所述车辆服务设备的装置的所述特征参数的至少一个值，本发明的目的在于，提供一种用于间接测量转向和车辆的底盘的特征尺寸和车轮的角度的方法，从而实现车轮的对准。在使用用于检测车轮对准的设备的形式中，前述的部件将因此优选地在轮胎中自我标识。必须明确的是，本发明中的所述车辆服务设备和相应的方法并不限于上述实施例，并分别包括汽车服务设备和提供了其用途的方法，用于通过满足上述规格的飞行时间传感器装置获取关于车辆的一个或多个部件的形状的信息，和/或相对于所述部件的无接触测量的空间距离，随后基于所获取的信息和所测量的距离确定所述部件关于正在进行的操作类型(诊断、维护或监测)的至少一个参数特征的值。特别是，本发明中的车辆服务设备的例子在专利申请WO2014/048831 A1中被描述。

附图说明

本发明进一步的目的和优点将在以下给出的一个非限制性实施例和附图的详细说明中更加清楚，其中：

-图1示出了根据本发明的车辆服务设备的顶视图；

-图2示出了图1中的车辆服务设备的变体的顶视图；

-图3示出了图2中的车辆服务设备的变体的顶视图；

-图4示出了图1或2或3的车辆服务设备中的一个塔的前视图。

具体实施方式

在以下的说明中，附图中可以参照在该图中没有明确地示出，但在其他图中示出的部件。所描述的各种部件的尺度和比例并不一定与实际的尺度和比例对应。

图1显示了所谓“四轮定位设备”的车辆服务设备1，即借助于能够间接测量车轮2、转向和车辆3的底架的的特征尺寸和角度的装置，以便进行车轮2的对准。

该装置1包括多个塔4，其中每一个都包括一个飞行时间传感器5，适用于无接触获取与车辆3的车轮2所占据的空间的形状、大小和位置相关的信息。该装置1还包括一个可操作地连接到塔4的处理单元6，用于从塔4接收为每个车轮2获取的信息，以及基于所述信息计算所述特征尺寸和角度，用于对准车辆3的车轮2。

在一个实施例中，所述装置1包括四个塔4，所述车辆3是一个设有四个车轮的汽车，分别在车辆3的两个彼此相对的侧面7和8上两两相对。该车辆位于塔4之间，使得传感器5整体上能够覆盖车辆3的全部车轮2。此外，通过确认传感器5覆盖车轮2，意味着所述传感器能够获取所述车轮2的形状、尺寸和空间位置信息。尤其是，传感器5最好被成对划分，以及所述塔4被置于与车辆3相对的位置，从而使得属于同一对的传感器5分别面对与车辆3的相对的侧面7和8。更优选地，每个传感器5与车轮2相对。在这种结构中，通过示例的方式示出传感器5与车辆3的距离使得每个传感器5能够只覆盖与其相对的车轮2。

在图中未示出的设备1的一个替代实施例中，装置1的四个塔4相对于车辆3放置，使得传感器5与车辆3的侧面7和8相对，但不与车轮2相对，从而使得每个传感器能够覆盖与传感器相对的侧面7和8的两个车轮2。

在图中未示出的设备1的一个替代实施例中，装置1的四个塔4位于与车辆3相对的位置，使得传感器5不与车辆3的侧面7和8相对，但与车辆3顶视图所呈现的矩形的四个顶点相对。

在图中未示出的设备1的一个替代实施例中，所述对准装置仅包括两个分别与车辆3的侧面7和8相对的塔。在该备选实施例中，所述塔必须相对于车辆3放置，从而使得每座塔的传感器能够覆盖与所述传感器相对的侧面7或8的两个车轮2。可替换地，如果每个塔只能覆盖与传感器相对的侧面7或8的车轮2中的一个车轮，则有必要进行两次采集，一次采集针对一对车轮。为了这样的目的，已经进行了第一次采集后，有必要移动车辆、操作对象、或塔，以便于对另一对车轮进行采集。

在图中未示出的设备1的一个替代实施例中，所述对准设备包括移动所述传感器5的装置。

例如，由于具有所述移动装置，能够在对准过程期间的运动中通过所述传感器跟随车辆、操作对象(例如，当车辆前进或在升降台中升降)。出于这样的目的，所述移动装置可以包括分别连接到塔4的致动器(例如液压缸)，或者它们可以与升降台本身对应。在后一种情况下，所述塔4与升降台整体连接。

此外，由于存在所述移动装置，能够减小由于像素的空间距离量化产生的系统测量误差，即由于连续的尺寸的可变性的范围(在本实施例中为空间距离)产生的误差被划分为一个有限的间隔数(在本实施例中对应于深度图的像素)，其中的每一个尺寸被认为是恒定的，并具有代表值。出于这一目的，所述移动装置包括用于围绕相对于地面固定各自的轴线旋转或振动每个塔4(和与之相应的传感器5)的装置。

图2示出了从装置1衍生的对准装置10，其中包括框架11，塔4连接到所述框架11，使得传感器5与框架11被铰接为一体，但是不能彼此相对平移。类似于上面说明参考装置1，所述传感器5被优选地成对划分，车辆3相对于塔4定位，使得每个传感器5属于分别位于车辆3的相对的侧面7和8上的同一对。更优选地，每个传感器5与车轮2相对。

如下所示，与装置1相比，在装置10中，所述框架11的存在(以及因此5传感器之间的相互连接)简化了传感器5的相对于相互位置的校准的操作(即，传感器5的位置的在一个共同的参考系中校准)，但存在以下缺点，当有必要进行具有轴距比该车辆3更大的车辆15(如图3所示)的车轮2的对准操作时，通过放置车辆15，使得前轮2与第一对传感器5相对，则后轮2无法被第二对传感器5覆盖。

图3示出了装置10衍生的对准装置16，包括六个塔17而不是四个，这种塔也连接到一个框架18，使得各个传感器5与框架18被铰接为一体，但是不能彼此相对平移。类似于塔4的传感器5，所述塔17的传感器5被优选地成对划分，车辆15相对于塔17定位，使得每个传感器5属于分别位于车辆15的相对的侧面7和8上的同一对。第一对传感器5位于车辆15的前部。其它两对传感器5位于车辆15的后部。所述间隔的值的幅度通过车辆的轴距推测，该车辆的车轮落入大于装置10的装置16的至少一对传感器5的覆盖范围内，给出车辆、操作对象的传感器5相同的距离。如图3所示，塔17优选地相对于车辆15以下面的方式定位：两个传感器5分别与车辆15的前轮2相对，另两个传感器5分别与后轮2相对，最后两个传感器5处于其它两对传感器5之间的中间位置。以这种方式，后两个传感器5能够以较小的轴距覆盖车辆3的后轮2。

每个传感器5包括：向车辆3(或15)的车轮2发射波的波发射器，接收在所述发射的波被车轮2反射后的所述入射波的接收器，以及测量由于车轮2上的入射波引起的相位位移的第二处理单元。基于所测量的相位位移，所述第二处理单元能够计算从所述波发射器发出的波入射在车轮2的点到传感器5的距离。所述第二处理单元也能够相对于车轮2上的波入射点上的传感器5确定空间位置。与所述传感器5的入射点的距离相关的信息可通过深度图的装置被图形化，其中，每个像素对应于车轮2上的一个入射点。

如前所述，由传感器5发射的波优选地是红外辐射，并且更优选地，它们具有属于所谓的“近红外”间隔的波长。所述传感器5能够产生分辨率不低于320×200像素的深度图以及大于0.2mm^-1的深度分辨率。满足上述规格的飞行时间传感器可以是，例如，创新交互式手势相机(Creative Interactive Gesture Camera^TM)传感器和Kinect2.0传感器。在后一种情况下，传感器5还包括具有上述频率调制的去假频单元，具有用于无歧义测量的优选不小于3μm的振幅的深度间隔。

如图4所示，每座塔4(或类似17)包括与传感器5集成的目标20以及，其相对于传感器5的位置由所述处理单元6已知。目标20能够扩散由传感器5的发射器发射的波并且可以是二维或三维的。特别的，例如它可以与这些点的网格进行比较。关于目标20的几何形状的可能信息相对于的处理单元6是已知的。如下所示，目标20可以进行传感器5的相互位置的校准。

目标20能够扩散例如环境光这样的其它来源的光辐射，作为传感器5的发射器发射的波的替代或补充。这样的辐射可通过传感器5的第二接收器来检测。所述第二处理单元能够测量从所述第二处理单元所属的传感器5到目标20的距离，以及目标20与所述传感器5的相对位置，所述目标20连接到另一个传感器5。所述第二接收器包括，例如，RGB照相机。

作为能够反射由传感器5的发射器发射的波或光辐射的替代或补充，目标20可以包括波发射体，例如发光二极管(也称为“LED”)。在这种情况下，第二接收器还用于接收由目标20发射的波，以便使所述第二处理单元以能够测量从目标20到所述第二处理单元所属的传感器5的距离，以及目标20相对于所述传感器5的位置，所述目标20连接到另一个传感器5。

如下所述，如果传感器5由于相对于处理单元6被预先铰接而不能彼此相对平移而只能转动(如在在图2和3中分别示出的装置10和16)，可以进行传感器5的相互位置校准，无需重建目标20的内部几何形状，所述几何形状也不必由所述处理单元6提前预知。换言之，在这些情况下，目标20是相当于点状部件。这使得目标20无论是在减小尺寸和结构精度上都需要相当大的简化。必要条件是，上述传感器5的支点的相互位置相对于处理单元6是已知的。

无论目标20是何种类型，塔4(或类似地17)相对于车辆3(或15)被定位，使得传感器5中的至少一个的接收器能够在所述接收机的相对侧接收来自至少另外两个相对于车辆3的传感器5的目标20的波。换言之，参考装置1中，所述车辆3的相对侧7的传感器5中的至少一个必须能够覆盖车辆3的相对侧8的两个传感器5的目标20，以及车辆3的相对侧8的传感器5中的至少一个必须能够覆盖车辆3的相对侧7的两个传感器5的目标20。在传感器5的相互位置的校准操作中，以便于建立位于相对于车辆3的相同侧的传感器5的相互位置。

为了提高车辆维修设备的分辨率，如果扫描对象是轮胎部件，有利的是，由传感器5的发射器发射的波的反射可以通过在轮胎上整体施加白色材料增强。非限制性-实例包括粉笔灰，或第二目标，如纸粘合剂。所述第二目标的几何形状是处理单元6已知的。由申请人进行的实际测试中白色的目标车轮，目标对准中车辆维修设备的分辨率增加了一倍。

本发明的目的在于对所述汽车服务设备的全部及其可能的变体进行说明，在此说明了一种方法——这也是本发明的目的——用于间接测量车辆3或15的转向和底盘的车轮2的特征尺寸和角度，以便进行车轮2的对准。所述方法包括：

a)安装本发明的车辆服务的设备，如对准装置1或10或16；

b)相对于车辆3(或15)放置塔4(或类似地17)，使得每个车轮2可被传感器5中的至少一个覆盖。优选地，塔4(或17)被放置以使得每个车轮2与一个传感器5相对；

c)每个传感器5的各个发射器发出波射入到与传感器5相对的车轮2上；

d)每个传感器5的各个接收器接收被车轮2反射的波；

e)每个传感器5的各个第二处理单元测量在车轮2上的入射波引起的持续的相位位移；

f)根据所述相位位移，每个传感器5的各个所述第二处理单元计算从车轮2上的波射入点到传感器5的距离，并确定与所述入射点相对于传感器5的空间位置；

g)从传感器5的第二处理单元将每个车轮2的入射点的距离和位置信息传送到处理单元6，用于在这些信息的基础上计算所述转向和车辆3或15的底架和车轮2的特征尺寸和角度，用于车轮2的对准。

如前所述，所述目标20用于在获取与车轮2的形状、尺寸和位置相关的信息之前执行传感器5的相互位置的校准。需要进行所述校准时，上述方法在步骤b)和步骤c)之间包括以下步骤：

b1)每个传感器的各个发射器发出波射入连接着相对于车辆3在所述发射器的相对位置的至少一个其它传感器5的目标20；

b2)每个传感器的各个接收器接收被目标20反射的波；

b3)每个传感器的各个第二处理单元测量由于目标20上的入射波引起的持续的相位位移；

b4)每个传感器的各个发射器的所述第二处理单元基于所述相位位移计算每个传感器5到目标20上的波射入点的距离，并确定与所述入射点相对传感器5的空间位置；

b5)从该传感器5的第二处理单元将每个目标20的入射点的距离和位置的信息传送到处理单元6，用于基于这些信息和目标20的可能几何形状计算目标20以及传感器5的相互位置，从而执行所述校准。

利用同样用于生成车轮2的深度图的发射器和接收器，通过生成每个目标20的深度图，来执行所述校准。

此外，在步骤b)中，有必要相对于车辆3定位塔4，不仅使得每个车轮2是由传感器5中的至少一个覆盖，也可对车辆3的每一侧7和8，两个传感器5中的至少一个能够覆盖位于车辆3的相对位置上的两个传感器5的目标20。因为每一个传感器5覆盖的目标20不能被连接到位于在车辆3的相同侧7或8的其他传感器5，为了能够对传感器5的相互位置进行校准，两个传感器5中的至少一个必须覆盖位于车辆3的相反侧的传感器5的目标20，以便获取关于相互位置的信息。

如果目标20能够反射光辐射，为了校正传感器5的相互位置：

·省略上述步骤b1)

·步骤b2)包括在每个传感器5中由相应的第二接收器接收由目标20反射的光辐射；

·步骤b3)和b4)用于确定目标20的相对于该传感器5的距离，和所述目标20相对于所述传感器5的位置。

在这种情况下，校准不能通过能够产生所述车轮2的深度图的所述发射和接收装置执行，而是通过上述第二接收机装置，例如上述的RGB摄像机执行。

类似的考虑在目标20包括发光二极管时也成立。

如果传感器5相对于彼此(如在装置1)是完全可动地，用于传感器5之间的相互位置的校准将减少所述角度校准，步骤b)和步骤b1之间)有需要完成以下步骤：

bb1)相互连接传感器5使得同一传感器不能彼此相对平移(以便获得，例如，设备10或16)；

bb2)确定传感器5的相互距离；

bb3)发送所述相互距离到处理单元6。

如上所述，移动装置的存在，特别是当其中包括振动装置时，能够使至少部分系统误差由于以像素为单位的空间距离量化而得到校正。为了这样的目的，执行步骤g)之前，执行步骤c)至f)，有必要通过该移动装置移动传感器5，重复步骤c)至f)，在步骤g)中将两个测量距离的平均值和每个车轮2的各入射点所确定的两个位置的平均值发送到处理单元6。步骤c)至f)被重复的次数越多，所述系统误差被校正的越好。点的“平均位置”意味着利用三个直角坐标的平均值表示三维笛卡尔参考系统中点的位置。

特别地，为了减少系统误差，有必要在步骤f)和步骤g)之间完成以下步骤：

f1)相对于所述部件移动传感器；

f2)将步骤c)至步骤f1)重复至少一次；

f3)对于每个入射点，利用为入射点确定的所测量距离和位置计算平均值。

基于如上所述的对一个优选实施例的描述，很明显，可以在不脱离由下面的权利要求所限定本发明的范围的情况由本领域中的本领域技术人员做出一些改变。