容错车轮定位头和系统的制作方法

专利名称：容错车轮定位头和系统的制作方法
技术领域：
本发明的主题涉及用于高可靠性车轮定位的技术和设备，所述技术和设备容错、 抗恶劣操作环境且可提供有效自我诊断。
背景技术：
车轮定位系统在一挑战该系统的可靠性和可操作性的恶劣环境中工作。温度和 湿度的明显改变，以及汽车服务设施中常见的电噪声可干扰该定位系统的操作，并且对于 无线车轮定位系统来说，可干扰定位头和控制台计算机系统之间无线通信的可靠性和有效 性。所述设备偶尔停止或者与车辆或其他设备冲突。另外，许多定位系统易受单点故障的 影响，即使只有一个次要部件或装置失效，所述单点故障也可使整个系统不可用。此外，车轮定位系统的操作人员使用所述设备的技术或训练往往有限。当一定位 系统未如预期工作时，操作人员无法知道所述定位系统未如预期工作是否是由不当操作、 环境干扰或实际上系统故障引起的。在这些情况下，即使所述定位系统实际上处于良好的 工作状态，所述操作人员也可能不必要地要求维修所述定位系统。所述定位系统的不必要 维修和不可用性明显降低了生产率，并提高了维修和操作成本。尽管有些定位系统提供粗 糙的自我诊断信息，但所述自我诊断信息通常与功能特性有关而并不识别一特定部件。因此，高度可靠、容错、抗恶劣操作环境且可提供有效自我诊断的车轮定位系统是 非常值得需要的。

发明内容
本公开文本描述了容错、高度可靠的定位头和系统的具体实施方式
，所述定位头 和系统提供替代性操作模式，例如使用冗余系统资源和避免单点故障。还提供有效自我诊 断和与用户通信的技术和设计，所述自我诊断和与用户通信与系统故障有关。一示例性传 感头提供冗余系统资源。所述传感头包括一个或多个功能模块，每一所述功能模块配置为 执行一可用于获取测量结果的功能，所述测量结果用于计算一车辆的车轮定位参数。所述 功能模块包括至少一个无线通信接口模块，配置为以无线方式与一计算机系统或一固定在 所述车辆上的辅助传感头通信，一空间关系传感模块，配置为测量所述传感头和所述辅助 传感头之间的空间关系，一图像传感模块，配置为产生表示从与一车辆车轮相连接的目标 拍摄到的图像的图像数据；和一照明模块，配置为照亮所述目标。提供一数据处理器用于基 于从所述一个或多个功能模块接收到的数据计算所述测量结果。所述功能模块通过下述方 式提供操作冗余利用在所述照明模块中提供的多套照明装置中的至少一套，其中至少一 套独立于另一套并配置为独立地照亮所述目标；使用无线通信模块为与计算机系统的通信 提供多个路径，其中至少一路径与另一路径不同；为所述空间关系传感模块提供多套照明 装置，其中至少一套独立于另一套并配置为独立向所述辅助传感头产生一信号；且提供多 个处理单元用于实现所述数据处理器，其中每一处理单元配置为独立执行所述数据处理器 的功能。
根据本公开文本的另一方面，一示例性传感头可提供自我诊断信息。所述示例性 传感头包括一个或多个功能模块，每一功能模块配置为执行一可用于获取测量结果的功 能，所述测量结果用于计算一车辆的车轮定位参数，和一与所述一个或多个功能模块连接 的数据处理器，配置为处理数据。至少一个所述功能模块配置为执行各自功能模块的自检。 所述数据处理器基于与针对所述各个功能模块执行的自我检测相关的数据确定所述各个 功能模块的操作状态。如果所述数据处理器确定所述功能模块正常工作，一用户界面传递 指示所述传感头处于正常操作状态的信息。根据本公开文本的另一方面，一示例性传感头利用一独特的通信配置实现资源冗 余。所述示例性传感头在一车辆定位系统中使用以产生在计算定位参数中有用的数据。所 述传感头包括一外壳，用于安装在将通过车轮定位系统的操作测量的一车辆的一车轮上； 和一无线通信模块，配置为选择性地在所述传感头和一远程计算机系统之间建立一第一无 线通信路径和一第二无线通信路径。一所述第一无线通信路径和所述第二无线通信路径之 一内的故障不影响其他通信路径的工作。所述传感头产生的所述数据通过所述第一无线通 信路径和所述第二无线通信路径中的至少一个传送给所述计算机系统。根据又一方面，一示例性传感头包括一独特的多点总线系统，所述多点总线系统 通过所述总线系统选择性地将所述一个或多个功能模块中的仅仅一个与一数据处理器连 接并将所有其他功能模块与所述总线系统隔离。本公开文本的另一方面允许一传感头探测并提供与一跌落事件相关的信息。一示 例性传感头包括一外壳，用于安装在将通过所述车轮定位系统的操作测量的一车辆的一车 轮上，一跌落传感器，配置为采集与所述传感头的一跌落有关的数据，和一数据存储装置， 与所述跌落感应器相连，配置为存储所述跌落传感器采集的所述数据。可以提供一数据处 理器用于基于所述跌落传感器采集的所述数据确定一跌落的发生。另外的优点和新颖特征将在下述描述的部分中地提出，并且当检验下述内容和附 图的时候，本领域的技术人员容易了解部分所述另外的优点和新颖特征，或者也可以通过 所述实施例的提供或操作了解所述另外的优点和新颖特征。可以通过所附权利要求中重点 提出的所述方法、工具和组合的实施或使用实现和得到本教导的优点。


所述附图只通过实施例的方式而非限制的方式描述一个或多个符合本教导的实 施例。在所述附图中，相似的参考数字指的是相同或相似的元件。图1表示一与车辆车轮有关的目标和主动传感头的第一配置。图IA和IB说明了可在被动头上使用的的不同种类的目标。图2是一示例性车轮定位系统的功能框图，元件安装在一对象车辆的车轮上(为 了方便而省略了所述车辆的其他元件)。图3是所述系统的一些车轮安装部件的侧视图，在一局部截面详图中示出了所述 主动传感头中的一个。图4是所述主动传感头之一的一侧视图，所述侧视图对解释所述摄影光轴与所述 测量过的重力矢量的俯仰角平面(pitch plane)的关系有用。图5是其中一个所述主动传感头的后视图，所述后视图对解释所述摄像机与所述测量过的重力矢量的外倾角平面的关系有用。图6是一所述示例性主动传感头之一的部件的功能框图。图7说明了与车辆车轮有关的目标和主动传感头的另一配置，这种情况下使用附 加的目标和图像传感来测量所述主动头之间的空间关系。图8是图7中所述系统的一些所述车轮安装部件的侧视图，在一局部截面详图中 示出了所述主动传感头中的一个，大体与图3中的相似；但其中所述空间关系传感器利用
另一摄像机。图9是图7中的详图示出的一示例性主动传感头的所述部件的一功能框图。图10-18示出了一系列替代性配置，使各种头/目标与所述车辆车轮的不同组合 连接并且使用各种不同的配置和设备用于空间关系传感。图19示出了一示例性传感头的一详细功能框图。图20是一示例性照明模块的一简化框图。图21示出了一示例性空间关系传感模块的前视图和侧视图。图22说明了使用两无线通信路径的数据副本的传输。图23是一示例性串行外设接口多路器(SPI multiplexer)的一示例性电路图。
具体实施例方式在下述具体实施方式
中，通过实施例的方式提出了大量具体细节，以便提供对所 述相关教导的全面了解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，本教导可以在没有所 述细节的情况下实施。在其他情况下，将相对上位地、不带细节地描述众所周知的方法、程 序、部件和电路，以避免不必要的模糊本教导的特征。下面结合附图对实施例进行详细描述。系统结构图1描述了一体现本公开文本的教导和技术的示例性定位系统。为了易于说明， 省略所述车辆除所述车轮外的元件。所述车轮定位系统包括安装在所述车辆的各个车轮22和24上的一对被动头21 和23，在该第一实施例中所述各个车轮22和24是前转向轮。所述主动传感头25和27适 于与所述车辆的其他各个车轮26和28连接在一起安装，在这种情况下所述各个车轮26和 28是后轮。每一主动传感头包括一用于产生图像数据的图像传感器29或31，这有望在将 所述各种头安装到所述车辆20的各个车轮上时，包括一被动目标的图像。在所述第一实施 例中，所述主动传感头25和27里的所述图像传感器29和31是二维(2D)成像装置，例如 摄像机。所述头21和23是被动的，因为其包括目标但不包括任何传感元件。每一所述被 动头21和23包括一某种类型的目标，所述某种类型的目标可由所述主动传感头25和27 里的所述图像传感器29和31观测。一被动头21或23上的用于通过另一头上的传感器进 行图像传感的目标可以是主动的或被动的。一主动目标，例如一发光二极管(LED)，是一靠 电源驱动的释放能量(例如红外线(IR)或可见光)的源，所述能量可被一传感器探测到。 一被动目标是一不靠电源驱动也不释放用以被传感器探测的能量的元件。假定头25或27 里有一图像传感器，一被动目标应是一以可被所述图像传感器探测到的方式反射(或不反射)光或其他能量的物体。在本实施例中，尽管所述目标可包括一个或多个发光元件，但所 述目标包括明亮和黑暗区域，当被其他源照亮时所述明亮和黑暗区域可被探测到并被所述 主动传感头25和27里的摄像机或类似的装置成像图IA中说明了可在所述被动车轮头21的任一个上使用的一目标的一第一实施 例。在该第一实施例，所述目标是长方形的。图IB中说明了可在所述被动车轮头21的任 一个上使用的一目标的一第二实施例。在所述第二实施例中，所述目标是圆形的。在每一 情况下，所述目标包括一平板，所述平板带有不同尺寸的圆圈，所述圆圈以预设的格式和样 式标记在或安装在所述板的表面上。尽管图IA和IB中示出了所述平板的特定样式，但显 而易见，大量不同的样式可在每一目标上使用。例如，可包括大量或少量圆点且其他尺寸和 形状可用于所述圆点。作为另一实施例，多层面的板或物体也可用于所述目标。许多实施 例利用一些回光反射元件，配置所述回光反射元件来形成各目标。要获取更多信息，请 参考 授予杰克逊(Jackson)的5，724，743号美国专利，所述美国专利的完整公开文本以引用的 方式并入本文中。本系统还包括一与所述主动传感头25或27中的至少一个相连接的空间关系传感 器。当所述主动传感头安装在所述车辆的车轮上时，所述空间关系传感器使所述主动传感 头25和27之间空间关系的测量成为可能。通常，依据所用传感器的类型，空间关系传感器 可测量相对位置和/或方向。位置测量指所测量的物品距离观察点或在所述测量装置的坐 标系内的相对位置。位置的测量通常使用一标准坐标系例如笛卡尔坐标或极坐标。方向可 从一三维位置测量得到，或者方向可独立于位置被测量。方向与所述被测量的装置相对于 在一标准坐标系中表示的所述测量装置的旋转位置有关。方向通常用在三个正交参考平面 内的旋转角度表示。易于为本领域的技术人员所理解的是，本文讨论的所述车轮定位系统可通过各种 不同类型的空间关系传感器实现。在该第一实施例中，所述系统在所述前束平面中使用两 个传统的(1维)角度传感器33和35来测量所述主动传感头25和27的相对角度。所述主动头25和27还包括重力传感器或类似的装置来测量所述头的倾角 (tilt)，通常是外倾角和俯仰角(camber and pitch)。在该第一实施例中，所述头25包括 一个或多个倾角传感器37 ；并且所述头27包括一个或多个倾角传感器39。正如下述一更为详细的实施例所示(结合图2)，所述系统还包括一计算机。所述 计算机处理来自所述主动传感头的与所述目标的观测有关的图像数据和所述倾角数据。所 述计算机还处理来自所述至少一个空间关系传感器的空间关系数据。所述数据处理使所述 车辆的至少一个测量结果的计算成为可能。在一车轮定位系统内使用图像处理技术的测量与使用传统角度测量技术的测量 基本上不相同。尽管基本的图像处理技术为本领域的技术人员所了解，为了清楚起见提出 一简要说明。一主体的图像根据观测所述主体的视角而变化，且所述图像的变化与观测路 径的透视角度直接相关并可由所述观测路径的透视角度决定，沿所述观测路径能够观测所 述主体。此外，众所周知，仅仅通过将所述物体的透视图像和所述物体的一真正非透视图像 相关联可确定观测一物体的透视角度。反之，可通过比较一物体的一透视图像与所述物体 的一真正非透视图像确定所述物体朝向一观测路径(或一垂直于所述观测路径的平面)的 角度。
实际上，一数学表示，或对应于一真实图像(即，通过朝向所述目标的主平面垂直观测所述目标所拍摄到的图像)的数据和所述目标的尺寸被预编程到所述计算机的存储 器中，以便在定位过程中所述计算机有一参考图像，所观测到目标的透视图像可与所述参 考图像相比较。 所述计算机计算所述目标的方向的方法是识别所述目标的特定几何特征，对所述 几何特征采取透视测量并将这些测量结果与之前预编程到所述计算机存储器中的真实图 像作比较。此外，由于所述目标的所述真实尺寸被预编程到所述计算机的所述存储器，本发 明的方法和设备可用于确定所述车轮在三维空间中的精确位置。这可以通过首先确定所述 目标上的所述图形的特定元素(例如，圆圈之间的距离)的透视图像并比较此图像的尺寸 与所述元素的真实尺寸完成。这可得出所述元素与所述图像传感器之间的距离，并相应地 得出所述目标与所述图像传感器之间的距离。对于本文讨论的所述车轮定位系统，所述主动头中的所述图像传感器观测一附设 于车轮上的目标并且产生描述所述目标的透视图像的图像数据。所述计算机把所述目标 的透视图像数据与所述目标的真实形状相关联。这样，所述计算机将所述目标的特定已知 几何元素的尺寸与所述透视图像中相应元件的尺寸相关联并且通过执行特定的三角计算 (或通过其他适当的数学或数字方法)，计算所述车辆的车轮的定位。所述计算机还可计算 与所述被动目标相连接的所述车轮转动轴(轮轴)的三维位置和方向。要得到关于基于目标图像处理的测量的更多信息，请将注意力再次集中于授予杰 克逊的专利号为5，724，743的美国专利。所述美国专利的完整公开文本以引用的方式并入 本文中。图2描述了一示例性车轮定位系统50和一车辆(然而为了简单并未示出)的四 个车轮41、43、45和47的更加全面的实施例。正如在所述图中在文体上示出的那样，所述 系统50包括用于安装在车轮41、43、45和47上或与车轮41、43、45和47相连接的四个头 51、53、55和57。可使用各种不同类型的安装装置。在本实施例中，所述被动头51和53安 装在前轮41和43上，并且所述前方的头51和53使用回归反射目标(retro-reflective targets)。正如示出的那样，当所述回归反射目标安装在所述车轮上时，所述回归反射目标 面对后方，以便可被所述各个主动传感头中的所述图像传感器观测到。所述回归反射目标 可与三维(3D)机器视觉定位系统中使用的回归反射目标相似。安装在所述后轮45和47上 的所述头55和57是主动传感头，因为其包括图像传感元件。在本实施例中，所述头55和 57进一步包括下文讨论到的倾角和空间关系传感元件，用于获取用来由所述车轮定位系统 50的主计算机系统100处理的信息。所述主计算机系统100可作为所述头之一的一部分 实现，或用一计算机系统来实现，例如一固定计算机或一便携式计算机，远离所述头。根据 本公开文本的一具体实施方式
，使用无线保真(WIFI)、蓝牙、超宽带(Ultra-Wideband)、紫 蜂(Zigbee)或任何其他适当的无线技术以无线方式将由所述头55和57获取的数据传送 到所述主计算机系统100。—成像传感器，例如一定位摄像机，安装于每一后方的头内。每一所述定位摄像机 的光轴沿所述车辆的轨迹面对前方，以测量附设于所述前轴上的所述目标的所述位置和方 向。所述摄像机不需要直接位于所述车辆车轮的轨迹上，也就是说在所述车轮的轧线上。所述摄像机只需充分面对所述车轮轨迹的旁边以观测和捕捉与所述前轮相连接的所述被动头51、53上的目标的图像。在所述实施例中，所述主动传感头55包括一图像传感模块或类 似的结构，所述图像传感模块或类似的结构包括一摄像机61形式的沿所述左轮的轨迹面 对前方的图像传感器。当如此安装时，所述摄像机61的视野包括安装在所述左前轮41上 的所述被动头51的目标部分。相似地，所述主动传感头57包括一图像传感模块或类似的 结构，所述图像传感模块或类似的结构包括一摄像机63形式的沿所述右轮的轨迹面对前 方的图像传感器。当如此安装时，所述摄像机63的视野包括安装在所述右前轮43上的所 述被动头53的目标部分。一个或多个传感器附设在所述后方的头55、57上并且位于适当位置以测量所述 两个主动传感头之间的空间关系。可使用各种有效的传感技术，并且稍后将讨论两个实施 例。在图2说明的实施例中，所述主动传感头55包括一传感器65 ；和所述主动传感头57包 括一传感器67。在本申请中所述传感器65和67用于传感所述主动传感头55和57之间的 相对角度关系，而来自所述摄像机61和64的图像信号被处理以计算常规前轮定位参数，例 如外倾角和前束角。每一后方的头55或57还包括一个或多个倾角仪，所述倾角仪用于作为倾角传感 器来测量每一后方的头相对于重力的相对外倾角和俯仰角。例如，这些倾角仪可包含微机 电系统类型装置(MEMS)，该微机电系统类型装置与所述轨迹摄像机(track camera)的印 制电路板设计为一体。图3是所述系统的一些安装在所述车轮上的部件的侧视图。所述左侧视图示出了 附设在所述左前轮41上的所述左前头51和所述左前头51的被动目标。所述侧视图还示 出了附设在所述左后轮45上的所述左后主动传感头55。图3还提供了所述主动传感头55 的元件的一放大的细节图，部分是横截面。正如所示出的那样，所述头55包括一外壳71。为了简单省略了用于将所述外壳 安装在所述车轮上的硬件。所述外壳71包括所述面对前方的轨迹摄像机61。在本实施例 中，所述空间关系传感器65使用一波束角探测技术，稍后将结合图6进行讨论，但是也可能 使用其他类型的传感器。所述外壳还包括一用于和用户通信的用户界面74和一印制电路 板75，所述印制电路板75包含用于处理来自所述摄像机和其他传感器的数据并与所述主 计算机通信的数据处理电子设备。为了构成一示例性系统的所述传感头，所述板75还支撑 一俯仰角倾角传感器77和一外倾角倾角传感器79。尽管被分别示出，所述两个倾角传感器 77、79可以是一单独的倾角仪模块的元件。所述传感器77、79将倾角读数传递给所述板75 上的一处理机用于将所述摄像机数据传送给所述主计算机系统100。图4和5是用侧视图和后视图对所述主动传感头55进行的稍微程式化的说明，所 述图4和5说明了所述倾角传感器测量到的轴相对于其他元件的关系。此处假设所述倾角 传感器77-79是一单独的微型机电系统倾角仪的元件以供讨论。所述倾角仪确定相对于所 述俯仰角平面的重力矢量(图4)和相对于所述外倾角平面的重力矢量(图5)。当然，也能 够为另一主动传感头57进行相似的测量(图2)。这样，可处理每一头的重力方向以将每一 面对轨迹的摄像机的光轴与重力关联(图4和5)。这样，也可通过处理所述重力矢量数据 和所述图像数据测量每一前目标相对于重力的关系。图6是所述主动传感头之一的所述元件的一功能框图，这种情况下所述主动传感头之一是所述头55，尽管在所述第一实施例中所述头57的所述元件将大体相似。如上所述，所述主动传感头55包括一图像传感模块81或类似的模块，所述图像传 感模块81或类似的模块包括一所述轨迹摄像机61形式的图像传感器，在应用中，所述图像 传感器沿所述左轮的轨迹面对前方以允许所述摄像机获取包含所述被动头51的目标的图 像(也参看图2)。图6中说明的所述面对轨迹的图像传感器模块81包括一二极管阵列83， 所述二极管阵列83作为一照明器来发光以为位于安装在所述车辆同一侧的所述车辆车轮 41上的所述头51上的目标提供所需的照明。所述摄像机61是一为所述车轮定位应用传感 所述图像的数码摄像机。在操作中，所述摄像机61基于在所述图像内与像素相对应的点处 所感测的光的模拟强度产生一每一图像像素的值。可将所述值数字化并读出到所述主印制 电路板75上的电路。也可将所述值在所述摄像机传感器芯片上或不在所述摄像机传感器 芯片上数字化。在本实施例中，所述空间关系传感器模块65包括一缝隙86和一线性图像传感器 87例如一电荷耦合装置(CXD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)单元。提供一红外发光二 极管(IR LED)用于向所述对面的头57中的一相似前束角传感器发射一光束。类似地，所 述对面的头57包括一向所述头55发射一光束的红外发光二极管。来自所述对面的头57的所述红外发光二极管的红外光/辐射由所述线性图像传 感器87通过所述缝隙86感测到。在所述传感器87上的精密点可探测来自另一头的所述 红外光，所述精密点指示来自所述对面的头的光在所述头55内的传感器87的相对入射角。 以相似的方式，来自所述头55的所述红外发光二极管的红外光/辐射由所述线性图像传感 器通过所述对面的头57内的所述缝隙感测；所述对面的线性图像传感器上的精确点可探 测来自所述发光二极管的所述红外光，所述精密点指示来自所述头55的光的在所述头57 内的所述线性传感器上的相对入射角。处理来自所述两线性传感器的角度探测数据使所述 两个主动传感头内的所述摄像机61和63的摄像机光轴之间关系的确定成为可能。所述电路板75包括一数据处理器89和一相连接的数据/程序存储器91。所述 数据处理器89可实现为一单独的芯片或一套独立封装的芯片。在操作中，每一摄像机61、 63向所述数据处理器89提供数字图像数据。正如示出的那样，所述主动传感头55还包括 所述外倾角倾角传感器79和所述俯仰角倾角传感器77。这些倾角仪元件向所述处理机89 提供所述重力角度测量(参看图4和5的讨论)。所述处理机89对所述数据执行一个或多 个操作并提供用于向所述主计算机系统100传送的数据。所述数据处理器89的图像处理操作可以涉及格式化(formatting)各种用于通信 的数据。或者，向所述主计算机系统100传送之前所述处理机89在可以执行一定程度的预 处理。就图像数据而言，图像处理可包括梯度计算、背景减除和/或行程编码或其他数据压 缩(参看例如美国专利号为6，871，409的罗伯(Robb)等人的专利)。响应于来自所述倾角 传感器77、79的倾角数据和/或所述空间关系测量数据，所述处理机89还可在一定程度上 处理所述图像数据。或者，所述倾角和交叉位置数据可仅仅被提交给所述主计算机用于在 所述图像数据的进一步处理中使用。所述主动头之一中的所述处理机89可配置为从另一头接收数据并在内部执行车 轮定位参数计算，然后只将所述车辆的测量结果发送给所述主计算机系统100。此外，所述 主动头之一中的所述处理机89可配置为计算所有定位值并且也产生所述用户界面。在这种情况下，所述主动头可作为一网络服务器来提供网页服务，所述网页为所述车轮定位系统的用户界面，并且所述主计算机可包括任何带有一网络浏览器而不带有车轮定位专用软 件的通用计算机。所述板75上的所述处理机89或另一控制器(未分别示出)还提供对所述主动传 感头55的操作的控制。例如，所述控制元件(处理机89或其他控制器)将控制所述发光 二极管阵列83和所述红外发光二极管的放射强度和时间以及所述摄像机81和所述线性图 像传感器87的所述时间以及其它可能的操作参数。响应于指定事件的发生或传感头的休 止状态，所述控制元件可执行电源管理来选择性地关闭或减少供给所述传感头的不同元件 或模块的电源，以降低电能消耗并延长操作时间。将马上描述传感头的所述电源管理的细 节。所述主动传感头55还包括一用于与一用户通信的用户界面74，并且所述处理机89或 其他控制器将通过所述用户界面74感测并响应输入。遵照一个或多个适当的数据协议标准，在所述主动传感头55的所述部件和所述 主计算机系统100之间提供双向数据通信(图2)并且在某些配置中在所述主动头之间提 供双向数据通信，以使往返于所述主计算机100的数据通信可以无线方式以理想的速度进 行。本领域的技术人员将意识到在车轮定位系统中可使用其他数据通信接口，例如基于无 线保真(WIFI)或无线以太网、紫蜂(Zigbee)、蓝牙、超宽带(Ultra-Wideband)、红外数据组 织(IrDA)或任何其他适当的窄带或宽带数据通信技术。板75上的电子电路以及图像传感模块81和空间关系传感模块65从一电源94接 收供电。如果头55和57是无线的，所述电源可能利用电源存储介质，例如可充电电池或一 次性电池或者超级电容器。若所述无线通信不能正常工作或电能存储介质电源耗尽，如果 需要，所述系统50可使用电缆来提供功率和传送往返于所述头55和57的信号。所述有线 电源可从传统的交流电网接入或通过通用串行总线(USB)或以太网线缆接收功率。返回到图2，主计算机系统100处理来自所述主动传感头55、57的数据并为所述系 统50提供用户界面。在本实施例中，所述系统100可由一台式个人计算机(PC)或其他计 算机装置例如一笔记本计算机、超级移动个人计算机(ultramobile PC)或类似装置实现。 还可使用一客户端服务器配置，在那种情况下所述服务器将执行所述主处理并且所述主动 头之一或另一用户装置可以作为一客户端来提供所述用户界面。尽管那些先进车轮定位技 术领域的技术人员对各种合适的计算机系统的部件、程序设计和操作非常熟悉，提供一简 单的实施例会有帮助。计算机系统100包括一中央处理器(CPU) 101和用于提供一用户界面的连接在一 起的元件。所述中央处理器部分101包括一总线102或其他用于信息传递的通信机制，和 一与所述总线102连接的用于处理信息的处理机104。计算机系统100还包括一与总线 102连接的用于存储将由处理机104执行的信息和指令的主存储器106，例如一随机存取存 储器(RAM)或其他动态存储装置。主存储器106还可用于在处理机104执行指令期间存储 临时变量或其他中间信息。计算机系统100进一步包括一与总线102连接的用于为处理机 104存储静态信息和指令的只读存储器(ROM) 108或其他静态存储装置。提供一与总线102 连接的用于存储信息和指令的存储装置110，例如一磁盘或光盘。尽管只示出了一个，但许 多计算机系统包括两个或多个存储装置110。所描述的计算机系统100的具体实施方式
还提供例如一本地用户界面，以便所述系统作为一可用于一车轮定位间或一汽车服务站的个人计算机或工作站。所述计算机系统 100可通过所述总线102与一显示器112例如一阴极射线管(CRT)或平板显示器连接，用 于向一计算机用户显示信息。一输入装置114，包括字母数字和其他键，与总线102连接以 向所述处理机104传送信息和指令选择。另一种用户输入装置是光标控制116，例如一鼠 标、一跟踪球或光标方向键，向所述处理机104传送方向信息和指令选择。所述中央处理器 101反过来使用所述方向信息和指令选择来控制显示器112上的光标移动。所述光标输入 装置116通常在两个轴，一第一轴(例如χ)和一第二轴(例如y)，上有两种程度的自由，所 述两个轴允许所述装置在一平面内确定位置。所述用户界面元件112-116和所述中央处理 器101之间的连接可以是有线的也可以使用视觉或射频无线通信技术。所述中央处理器101还包括一个或多个用于通信的输入/输出界面，以与所述主 动传感头55和57进行双向数据通信的一界面118的例子显示。为了应用于车轮定位，所 述接口 118使所述中央处理器可以从所述主动传感头55和57接收图像数据、空间关系测 量数据和倾角数据。通常，所述接口 118还允许所述主计算机系统100向所述主动传感头 55和57发送操作指令以及可能下载软件到所述主动传感头55和57。
尽管未示出，如果需要，另一通信接口可能通过一网络提供通信。这样一种另外的 接口可以是一调制解调器、一以太网网卡或任何其他合适的数据通信装置。往返于所述另 外的通信接口的所述物理连接可以是光学的、有线或无线的。尽管在车间所述计算机100可能服务于其他目的，所述定位系统50使用所述计算 机系统100来处理来自所述头55、57的信息以从所述头提供的数据中获得需要的定位测 量，并为所述系统50提供所述用户界面。所述计算机系统100通常运行多种应用程序并存 储数据，如果通过诸如112-116的元件来执行所需要的处理，使得通过所述用户界面的一 个或多个交互成为可能。对于车轮定位应用，所述程序将包括用来处理从所述头55、57的 特定执行所接收到的数据的适当代码，包括从来自所述头55和57的各种数据得到需要的 车辆车轮定位测量参数的计算。所述主计算机100将通常运行一通用操作系统和一应用软 件或操作系统与外部的接口(shell)，尤其适用于执行所述与定位相关的数据处理和为定 位测量和相关装置提供输入和输出需要的信息的用户界面。由于其是一通用系统，所述系 统100可运行大量需要的应用程序中任何一个或多个。包含在所述计算机系统100中的部件是那些通常见于作为服务器使用的通用计 算机系统、工作站、个人计算机、网络终端以及诸如此类设备中的部件。实际上，所述部件旨 在代表一大类本领域众所周知的这种计算机部件。在不同的时间，用于所述车轮定位应用的所述相关程序可能驻留于几种不同的介 质中的一个或多个。例如，一些或全部程序可存储于一硬盘或其他类型的存储装置110上 并加载到所述中央处理器101内的所述主存储器106里以被所述处理机104执行。所述程 序还可驻留于其他介质内或由其他介质传输以上传到所述系统100，以便从根本上安装和 /或升级所述系统100中的所述程序。因此，在不同的时间，用于所述任何或全部软件元件 的全部或部分可执行代码或数据可驻留于物理介质或由电磁介质传送或通过各种不同的 介质传输以为所述特定系统和/或所述主动传感头55、57的电子设备编制程序。因此，这 里使用的术语诸如计算机或机器“可读介质”指任何参与向一处理机提供用于执行的指令 的介质。这种介质可以有很多形式，包括但不限于非易失性介质(non-volatile media)、易失性介质(volatile media,)和传输介质(例如线、光纤(fibers)或诸如此类)以及可以 在系统之间或系统的部件之间传送数据或指令的各种类型的信号。所述头的跳动补偿可像传统定位头那样通过抬高所述后轮并使用所述外倾角传 感器测量所述跳动矢量然后抬高所述前轮并在所述目标沿前轮的轴旋转时使用摄像机将 所述目标成像来执行。另一种方法是在所述轨迹摄像机将所述前目标以及为建立固定坐标 系而固定在升降机、车辆或其他静止物体上的目标成像时，通过沿升降机滚动所述车辆并 使用所述倾角仪执行对所述头的跳动测量来避免抬高所述车轮。正如提到的那样，所述后方的头55、57包括有倾角仪类型的倾角传感器，用来测 量每一后方的头相对于重力的所述相对外倾角和俯仰角。一旦拍摄到跳动并且测量到所述 倾角仪角度值，可处理每一头相对于重力的方向以将每一面对轨迹的摄像机的光轴与重力 相关联。使用所述面对轨迹的摄像机相对于重力的关系和所述测量到的所述前目标相对于 所述面对轨迹的摄像机的关系，可以计算所述前目标相对于重力的关系。通过所述传感器 65和67测量一空间关系，以确定所述轨迹摄像机61和63之间的空间关系。将使用与体现在一成像定位仪中的技术相似的技术，例如可视三维(Visualiner 3D)或“V3D”定位仪测量前束、主销后倾和主销内倾(SAI)，所述可视三维(Visualiner 3D) 或“V3D”定位仪可从斯纳旁有限公司(Snap-onlncorporated)的分公司阿肯萨斯州康威市 的杰奔公司(John Bean Company, Conway, Ark.)得到。所述后推力角、每一单独后束角和 所述轨迹摄像机相互之间的水平角度关系，可从后空间关系传感器获取的测量结果得到。 通过通用重力参考矢量，所述倾角仪将每一轨迹摄像机与其他轨迹摄像机互相关联。随着 所述轨迹摄像机沿所述后推力线的轴有效地相互关联，可在一与所述推力角和重力直接关 联的坐标系内确定每一前目标的位置和方向。可通过与校准现有的传统头大致相同的方式将每一后方的头安装在一直的校准 棒上执行校准。首先旋转所述棒以补偿跳动。然后可设定所述后空间关系传感器的零偏移， 并且通过拉平所述校准棒可设定每一外倾角传感器的零偏移。通过使用一精密水准泡拉平 所述头和记录所述俯仰角倾角仪的值来设定所述俯仰角零偏移。增强型摄像机校准可通过 增加另一适用于将所述前目标安装在所述轨迹摄像机视野内的校准棒实现(参看例如小 詹姆斯戴尔(James Dale, Jr.)的美国专利申请公开号2004/0244463)。在执行上述初始 校准之后，当将所述目标和棒围绕所述前校准棒的轴旋转时，所述轨迹摄像机测量所述前 目标的方向。可计算一摄像机相对于另一摄像机的关系从而检验或校准每一摄像机相对于 所述后空间关系的关系。通过拉平所述前目标校准棒，也可检验每一轨迹摄像机相对于所 述本地倾角仪的固定关系。本冗余检验能够对客户构成一 ISO检验，该校验要求测量精度 的可追踪性。另外，可将小目标附加于每一前转盘，以允许对转角进行一附加的测量或交叉检查。本领域的技术人员可轻易理解的是本文讨论的所述车轮定位系统可应用各种不 同类型的空间关系传感器来实现。图像传感器是一种类型的空间关系传感器。一图像传感 器可包括一带有传感元件的二维阵列的摄像机，所述摄像机产生代表一预期包括一所述传 感器视野内的目标的图像的数据。可处理来自所述图像传感器的数据，以确定与所述被观 测的目标有关的、以及进而与所述目标相连接的所述头、车轮或其他物体有关的位置和方向信息。现有技术的图像传感器的一个例子应用在可视三维(Visualiner 3D)定位仪中的 摄像机，所述可视三维定位仪可从斯纳旁有限公司(Snap-on Incorporated)的分公司阿肯 萨斯州康威市的杰奔公司(John Bean Company,Conway,Ark.)商购。角度传感器是另一种 类型的可适用的空间关系传感器。一角度传感器产生代表来自与一点相关的传感器的角度 的数据。各种类型的角度传感器广为人知。角度传感器的一个例子是应用于可从杰奔公司 购买的所述可视定位仪中的线性电荷耦合元件(CCD)传感器。因此，现在考虑一实施例是有益的，在所述实施例中用一类似于所述轨迹摄像机的成像型摄像机取代上述的缝隙和线性图像传感器型空间关系传感配置，涉及图3和6。图 7-9是与图1、3和6中的视图/图表相似的视图/图表，只不过所述第二实施例的图解示 出了一种使用一目标和图像传感器用于空间关系传感功能的替代性技术。与图1、3和6中 实施例的所述车轮和元件相似的车轮和元件采用相似的编号并且以与上文所述基本相同 的方式构成和操作。本实施例使用所述前轮41和43上的被动二维目标51和53 ；并且本 实施例使用所述后轮上的主动头55'和57'用于沿所述车辆轨迹测量，和图1的所述实施 例中几乎一样。正如之前结合图2所详细讨论的那样，所述后主动传感头使用摄像机61、 63或相似的二维图像传感器来获取所述前方的头51、53上目标的图像并确定所述目标相 对于所述主动头的相对位置和方向。然而，所述两主动头55' ,57'的空间关系由至少一个 二维图像传感器97确定，所述二维图像传感器97获取一安装在对面的主动头上的二维目 标67'的图像。在本实施例中，所述主动头57'有一相连接的、与头51和53上的目标之 一相似的目标67'，但所述头57'不包括一用于空间关系测量功能的传感器。所述主动传 感头55'基于将所述目标67'成像使用一图像处理型方法来测量所述车辆后部的空间关 系。所述图像传感器97通常与图2中实施例作为2D图像传感器使用的所摄像机或诸如此 类设备相似。如图8和9中更详细地示出的那样，所述空间关系传感器95使用一与所述面对轨 迹的图像传感模块81相似的图像传感模块。所述空间关系图像传感模块95包括一数字摄 像机97和一发光二极管阵列99。所述发光二极管阵列99作为一照明器。就所述空间关 系感测应用而言，所述发光二极管阵列99产生红外光谱(IR)照明。另一后方的头57'包 括一要由所述二极管阵列99照亮的对红外光(IR)敏感的回归反射目标67'(图7)，反过 来，该对红外光(IR)敏感的回归反射目标67'由所述摄像机97感测到。所述空间关系摄像机97取代其他空间关系传感器将位于所述辅助头(在所述车 辆后部)上的所述目标67'成像。两个摄像机61和97能够共享在所述一个头内的通用处 理板，而另一头可仅仅使用一个单独的摄像机(用于追踪(track))和一个目标(用于穿越 (cross))。对摄像机97获取的所述目标图像进行处理能够计算所述后方的头之间的角度 空间关系，该方式与对来自所述主动头摄像机的所述图像进行处理以确定图1和2的实施 例中安装在车轮上的所述目标的相对角度和/或位置的方式几乎一样。与所述前面的实施 例中测量一空间关系角度不同，所述图像传感模块和相关图像处理测量所述对面的主动头 上的目标的所述三维空间关系。要获取更多关于基于目标图像处理的测量的信息，请将注 意力再次集中于授予杰克逊的5，724，743号美国专利。在图7-9的所述系统里，至少一个主动头包含用来测量所述头的外倾角和俯仰角 的重力传感器。由于安装在所述对面的主动头上的所述目标的所述成像允许所述系统获取一所述两主动头之间的三维(3D)空间关系测量，只有一主动头需要具有重力传感器。此 夕卜，所述结构、操作和计算与上述实施例中的大体相似。 在上面讨论的所述实施例中，已将所述主动头与所述后轮连接，并将所述目标与 所述车辆的所述前轮连接。然而，本领域的技术人员会理解上面讨论的所述基本配置有很 多变形。而且，成像传感器与其他可能使用的用于确定所述空间关系的传感器的有各种不 同的组合。下文将描述和示出几种所述组合。例如，图10示出了一与图1的配置相似的配置，在所述配置中所述主动头和目标 头是反向的。图10的所述车轮定位系统包括一对安装在车辆220的车轮222和224上的被 动头221和223，在本实施例中，所述车轮222和224是后轮。所述主动传感头225和227 与所述车辆220的前轮226和228连接在一起安装再一次地，每一主动传感头包括一用于 产生图像数据的图像传感器229或231，当所述各种头安装在所述车辆的所述各车轮上时 所述主动传感头预期包括一被动目标的图像。在本实施例中，所述主动传感头225和227 中的所述图像传感器229和231是二维(2D)成像装置，例如与上述实施例中的所述轨迹摄 像机相似的摄像机。所述头221和223是被动的，因为其包括可由所述主动头225和227中的所述图 像传感器之一观测的一种类型的目标，但其不包括任何传感元件。通常，所述目标包括光 明和黑暗区域，当被其他源照亮时所述光明和黑暗区域可被探测到并由所述主动头225和 227中的摄像机或类似的装置成像。与上述实施例中相同，所述系统还包括一与所述主动传感头225或227中的至少 一个相连接的空间关系传感器。当将所述主动传感头安装在所述车辆的车轮上时，所述空 间关系传感器使所述主动传感头225和227之间空间关系的测量成为可能。在本实施例中， 在所述前束角平面里，所述系统使用两传统的(ID)角度传感器333和335来测量所述主动 传感头225和227的相对角。所述主动传感头225和227还包含重力传感器或类似的装置 来测量所述头的倾角，通常是外倾角和俯仰角。因此，所述头225包括一个或多个倾角传感 器337 ；且所述头227包括一个或多个倾角传感器339。如上述实施例(例如图2)中所示，所述系统还包括一计算机。所述计算机处理与 来自所述主动传感头的与所述目标的观测和倾角数据有关的图像数据。所述计算机还处理 来自至少一个空间关系传感器的空间关系数据。所述数据处理使所述车辆的至少一个测量 结果的计算成为可能。正如提出的那样，本实施例基本上是图1中所述实施例的所述目标/主动传感头 位置的从前至后的逆转。尽管没有示出所有变形，本领域的技术人员会理解相似类型的从 前至后变形和/或从左至右变形也可应用于本文所讨论的每一其他替代性配置。图11说明了另一替代性配置。在本实施例中，两主动传感头安装在所述车辆的一 侧，且两被动传感器安装在所述车辆的对面一侧。正如示出的那样，所述被动头上的目标的 安装在某种程度上提供一远离所述车轮的延伸，以允许所述主动头内的所述图像传感器看 到所述目标并将所述目标成像。每一主动头包含一获取固定在所述车辆对面一侧的相应车 轮上的目标的图像的图像传感器。和上述实施例中一样，每一主动头包含用于测量所述头 的外倾角和俯仰角的重力传感器。这里，所述两主动头的空间关系取决于测量所述两头之 间的所述前束平面的角度(toe plane angles)的两传统角度传感器。由于所述结构、操作和计算与上述实施例的结构、操作和计算大体相同，在此处没有更为详细的讨论的情况下， 本领域的技术人员应能理解图11的所述实施例。图12说明了另一替代性配置。在本实施例中，两主动传感器安装在所述车辆的一 侧，且两被动传感器安装在所述车辆的另一侧。每一主动头包含获取固定在所述车辆对面 一侧的相应车轮上的目标的图像的图像传感器。这里，所述两主动头的所述空间关系取决 于获取安装在所述对面的主动头上的一目标的图像的一个或多个图像传感器。在本实施例 中，所述前主动头包括一目标，且所述后主动头包括一二维成像传感器，所述二维成像传感 器用于以与图7-9的所述实施例中的所述三维空间关系测量的方式相似的方式获取所述 前主动头包括 的所述目标的图像。至少一个主动头包含用来测量所述头的外倾角和俯仰角 的重力传感器。由于本系统获取一所述两主动头之间的三维位置和方向测量，只有一主动 头需要具有重力传感器。再一次地，由于所述结构、操作和计算与上述实施例的结构、操作 和计算大体相同，在此处没有更为详细的讨论的情况下，本领域的技术人员应能理解图12 的所述实施例。图13是又一替代性配置。本实施例使用一包含一单独的二维图像传感器的第一 主动传感头，所述单独的二维图像传感器用于获取安装在所述车辆同一侧的另一车轮上的 一第一被动头上的一被动目标的图像。所述第一被动头所安装的车轮，与所述第一主动头 所安装的车轮在所述车辆的同一侧。在所述附图中示出的特定实施例中，所述第一主动头 安装在所述左后轮上，且所述第一被动头安装在所述左前轮上。所述第一被动头上的一目 标可由与所述左后轮相连接的所述二维图像传感器成像，即沿着车辆左侧的车辆轨迹。然而，所述第一被动头还包含一第二被动目标，所述第二被动目标位于一与所述 被动头的第一被动目标相关的已知相对位置。所述第二被动目标在所述车轮前面延伸以便 可由一所述车辆对面一侧的相应的二维图像传感器观测，用于在一空间关系测量中成像。 因此，所述第二主动头安装在所述第一被动头的对面，即在所描述的配置的右前轮上。所述 第二主动头包含两二维图像传感器。所述传感器之一获取安装在所述第一被动头上的目标 的图像，所述目标固定在所述对面的(左前)车轮上用于所述空间关系测量。所述第二主 动头内的另一二维图像传感器获取安装在一第二被动头上的所述目标的图像，所述第二被 动头安装在所述车辆的同一侧，在本实施例中即所述右后轮。所述第二被动头包含一单独 的目标，且所述第二被动头安装在所述第一主动头对面。在图13的所述配置中，至少所述主动头之一包含用来测量所述头的后倾角和俯 仰角的重力传感器。由于所述系统获取一所述两主动头之间的三维位置和方向测量，只有 一主动头需要具有重力传感器。大体上，图13的所述系统的实施和操作的细节应能从本论 述和上述图1-9的所述实施例的详细披露中显而易见的得到。图14中说明的实施例与图13的所述实施例大体相同，只不过在图14的所述系统 中，所述第一主动头还包含一第二图像传感器。所述第一主动头中的所述第二图像传感器 获取一固定在所述第二被动头上的一第二目标的一图像。本配置与图13的所述配置相比 具有一优点，因为本配置只需要两个而非四个独特的头硬件配置。两主动头相同，且两被动 头相同。每一所述主动头应与图8和9中示出的所述头55'相似。应将一主动头应看作一 前方的头并将另一主动头看作一后方的头。这可通过嵌入式处理机中的固件完成。本配置(图14)的一第二优点是所述第二空间关系测量是计算车轮定位所不需要的冗余信息。本冗余信息可作为所述系统的一校准检验使用。如果两主动头都包含重力传 感器，后倾角和前束角都可得到验证。如果只有一主动头包含重力传感器，只有所述前束角校准可得到验证。
在图15所示的实施例中，与图1-9的所述实施例基本相同，所述系统使用带有目 标的被动头，所述被动头安装在每一所述前轮上。显示在所述后轮上的主动头包含二维图 像传感器。一每端带有一目标的参考棒如此放置以便每一主动头可观测所述参考棒上的目 标之一和所述车辆同一侧的所述前轮上的所述目标。所述参考棒上的所述两目标的相对位 置和方向是已知的。通过所述主动头测量过的所述两参考目标的三维位置和方向以及所述 已知的所述两参考目标的关系，所述系统可找到所述两主动头的所述空间关系。这提供由 图7-9中所述实施例的所述空间关系传感器-目标获取的所述空间关系信息。由于所述参 考目标位置固定，其还可在滚动跳动期间作为测量的参考使用。本领域的技术人员应能从 附图、本描述和上述其他相似实施例的讨论理解本实施例的详细构成和操作。图16中说明的实施例如同图15中的实施例一样工作，只不过只有一单独的参考 目标。所述主动头中的所述图像传感器的视角必须足够宽以便观测所述车辆同一侧的所述 被动头目标和所述单独的参考目标。图17说明了一示例性车轮定位系统的又一实施例。这里，所述系统使用带有附加 的目标的被动头，所述被动头安装在每一前轮上。与上述几个实施例中相同，所述主动头安 装在所述后轮上。每一主动头包含一二维图像传感器以获取所述车辆各侧的所述被动头目 标的图像。所述图像传感器从所述后轮的中心向前延伸以便所述传感器位于所述后车轮轮 胎的前方，以便在所述车辆下提供一穿过车辆的视线。所述图像传感器之一，在所述实施例 中指安装在所述左后轮上的所述主动头的所述传感器，包含一部分反射镜，所述部分反射 镜传递来自所述被动目标的图像或反射来自一安装在所述车辆另一侧的相应主动头上的 目标的图像。所述反射镜的操作在图19中更详细地示出。来自安装在所述车辆的同一侧，更确切地说，所述图解的配置中的所述左前轮上 的所述被动头上的所述被动目标的光，直接穿过所述半镀银反射镜到达安装在所述左后轮 上的所述主动传感头上的所述二维图像传感器。在所述对面的主动头上，确切地说在所述 图解的配置中的安装在所述右后轮上的所述主动头上的被动目标的光，与所述反射镜的部 分反射面成一定角度到达并被反射进入安装在所述左后轮的所述主动传感头上的所述二 维图像传感器。本系统的优点是本系统通过允许所述传感器之一观测两不同目标省略一图 像传感器。要得到更多示例性配置以及定位摄像机和目标的组合的详细信息，请将注意力集 中于一共同申请案，专利申请序列号为11/487，964 (代理人案号66396-275)，标题是《车辆 车轮定位系统和方法》，通常指定给本申请的受让人，所述申请的公开文本本文作为参考完 全引用。图19是一示出一实现高度可靠和容错特征的示例性传感头的详细功能框图。为 了解释的目的，基于图2和6中示出的所述传感头55的结构讨论具体的操作。然而易于为 本领域的技术人员所了解的是，本文讨论的所述电源管理可与各种不同类型的传感头或定 位系统包括那些本文披露的和其他变形，例如基于图像或非图像的车轮定位系统来实现，所述基于图像或非图像的车轮定位系统使用远离一车辆的所述车轮或固定在一车辆的所 述车轮上的传感器或头来测量所述车辆的各种角和支撑(suspension)。所述示例性传感头55包括一电路板75和一用于与一用户通信的用户界面74。所 述用户界面74包括输入和/或输出装置例如键盘、控制按钮、开关、显示器、触摸屏输入、语 音识别、发光二极管、扬声器等等。正如之前结合图6所讨论的那样，所述印制电路板75包 括一数据处理器89、一存储器装置91和一电源94。所述电路板75与一个或多个外围设备 510、511连接。每一外围设备包括一个或多个用于执行各个指定功能的功能模块，所述各个 指定功能在获取对计算定位测量结果有用的数据中有用。所述功能可包括无线通信、相对 于其他传感头的空间关系的探测、照明、图像采集、车轮或定位头空间特征的探测、用户界 面、自我诊断、自检、电源、电源管理、信号处理等等。例如，所述外围设备510包括一带有图像传感器例如一电荷耦合元件(CXD)或互 补金属氧化物半导体(CMOS)单元的摄像机模块61 ；—发光二极管阵列模块83，作为一照明 器来为安装在所述车辆同一侧的车辆车轮上的目标所需的照明发光；和一符合蓝牙标准的 无线通信模块552，用来执行与主计算机系统100的无线通信。所述外围设备511包括一使 用一波束角探测技术的、之前结合图6讨论过的空间关系传感器模块65，用来探测所述主 动传感头55和57之间的相对空间关系；一通过一微机电系统(MEMS)型倾角仪实现的倾角 传感器模块579，用于测量外倾角和传感装置的俯仰角；一通过一旋转电位器实施的电位 器模块577，用来把所述传感装置55的轴相对于所述车轮/车轮固定装配的角度编码；和 一红外收发器模块554，用于形成一用于向传感头57发送和接收测量数据的通信路径，正 如之前结合图2所讨论的那样。虽然基于图2和6中示出的所述传感头描述图19中说明的所述功能模块，但本领 域的技术人员知道功能模块和外围设备的选择与组合不限于图9和19中示出的那些。恰 恰相反，外围设备和/或功能模块的各种类型或不同组合可用于实现具有不同功能的各种 类型的传感头。在一具体实施方式
中，所述传感头或定位系统的一个或多个功能模块或部件执行 自检和/或自我诊断功能。为了确定所述传感头或所述定位系统的整体健康，每一所述功 能模块或部件的操作状态和健康状态被确定并被传送到所述数据处理器89。通常，任何检 测到的问题都将报告给所述主计算机系统100并在所述系统主机的一显示器上和/或所述 传感器55上的所述用户界面74上，例如通过一简单发光二极管指示器或者一小图形或字 符型显示面板，传送给所述用户。如果所述传感头55和所述主计算机系统100之间所有通 信失效，使用所述传感头55上的所述用户界面74的通信是有用的。根据另一具体实施方式
，如果检测到一个别模块或部件内的故障可关闭所述失效 的模块或部件。这避免一失效装置或模块对其他模块或部件的工作情况产生负面影响。无 法提供与所述失效模块或部件有关的性能，但所述传感头或系统的剩余部分将继续工作， 所述剩余部分的性能只因所述失效模块或部件的性能而减少。在另一具体实施方式
中，一 示例性传感头和/或定位系统通过冗余系统资源和/或替代性操作模式实现，以便所述定 位或系统即使发生一单点故障也可继续工作。例如，可提供多套选定的装置，例如照明发光 二极管。每套发光二极管能够为目标的照明独立工作，即使另一套或多套照明发光二极管 不工作、不存在或不正常运转。马上谈到与测试、自我诊断、冗余资源相关的设计、技术、控制和操作的细节。(1)所述数据处理器所述数据处理器89包括一管理处理器560和一数字信号处理(DSP)控制器561。所述管理处理器560处理系统管理任务，例如电源管理、故障判定、数据通信、系统完整性 和用户界面，以及所述功能模块和所述传感头55的各种部件的协同操作。所述管理处理器 560利用主机端口接口(Host Portlnterface, HPI)来与所述数字信号处理控制器561通 信。每一模块使用一串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)通过一串行外设 接口多路器(SPI multiplexer)与所述管理处理器560连接。所述串行外设接口多路器是 一可编程逻辑装置(CPLD)，被设计用来保证每一串行外设接口界面与其他串行外设接口界 面和所述管理处理器560隔离。这样，没有一故障模块可导致信号竞争和所述管理处理器 560的共享串行外设接口界面失效。所述管理处理器560可通过使用一可从加利福尼亚州 圣何塞市的爱特梅尔公司(AtmelCorporation of San Jose, California.)购买的ARM9微 控制器实现。所述数字信号处理控制器561独立于所述管理处理器560执行固件，并负责从 所述摄像机模块61接收到的图像数据的处理和获得所述目标平面方向。在一具体实施 方式中，当调用所述自检性能来使图像传感器产生一测试图像(下文将结合所述摄像机 模块61描述与测试图像有关的细节)时，所述数字信号处理管理器561还确定图像的完 整性。所述数字信号处理控制器561可通过使用来自德州仪器公司(Texas Instruments Incorporated)的视频/成像处理机TMS320DM642实现。在另一具体实施方式
中，所述数字信号处理控制器561配置为作为一后备主处理 机工作，如果所述管理数据处理器560失效，所述后备主处理机将接管所述管理数据处理 器560的许多工作。所述工作可包括无线通信、与所述用户界面74的交互作用等等。例如， 所述数字信号处理控制器561可控制所述传感头55并通过与所述主计算机系统100、所述 辅助传感头57和/或所述用户界面46将所有故障数据发送给所述用户。所述数字信号处理控制器561通过一根或多根信号线了解所述管理数据处理器 560的操作状态。例如，当所述管理数据处理器560正常工作时所述管理数据处理器560可 向所述数字信号处理控制器561发送一心跳信号。若所述管理数据处理器560失效，所述 心跳信号消失，并且基于一有效心跳信号从管理数据处理器560的消失，所述数字信号处 理控制器561确定所述管理数据处理器560已失效，并且所述数字信号处理控制器561执 行用于接管以前由所述管理数据处理器560执行的部分或全部工作的预定步骤。在另一具 体实施方式中，当所述管理数据处理器560正常工作时，所述管理数据处理器560不断驱使 一特定信号线到达一特定状态，例如拉高(pull high)。如果所述特定信号线的状态不是拉 高，所述数字信号处理控制器561确定所述管理数据处理器560未正常工作并将接管以前 由所述管理数据处理器560执行的工作。(2)所述摄像机模块所述摄像机模块61可通过可从加利福尼亚州森尼维耳市的豪威科技 (Omnivision of Sunnyvale, California.)购买的 1280X 1024 像素图像分辨率的豪威 0V9121图像传感器实现。所述图像传感器的设置、曝光时间、增益设置和图像采集由一图 像控制器(未示出)控制。比如，所述图像控制器是一可从德克萨斯州奥斯丁市的飞思卡尔半导体公司(Freescale Semiconductor, Inc. of Austin, Texas)购买的飞思卡尔(Freescale)MC9S08微控制器。所述图像控制器通过所述串行外设接口(SPI)通信总线与 所述管理处理器560通信。所述管理处理器560可命令所述摄像机模块拍摄一背景帧(无 照明)和紧随其后的一照明帧或仅仅是一种或其它类型的帧。由所述图像传感器采集的所 述图像数据与所述数字信号处理控制器561的一视频端口连接，在所述视频端口以预设的 速度，例如24或48兆像素/秒(MegaPixels/sec.)采集图像。在一具体实施方式
中，所述图像控制器还监控所述图像传感器的各种功能、温度、 帧图像的像素数和电源电压来确保所述摄像机模块61正常操作。任何故障或标称差异 (variances from nominal)都将由所述图像控制器通过所述串行外设接口界面报告给所 述管理处理器560。在另一具体实施方式
中，所述图像控制器可命令所述图像传感器产生一 覆盖测试图(overlay test pattern)。所述图像控制器可命令所述图像传感器产生一与一个或多个拍摄到的图像相关 的覆盖测试图，例如一彩条测试图。所述数字信号处理控制器561基于包括所述测试图的 图像数据评估所述摄像机模块61中的图像传感器的功能的完整性。如果从对所述图像传 感器接收到的图像数据的分析显示一正常测试图且没有有缺陷的目标图像(例如一黑暗 的图像)，所述数字信号处理控制器561确定所述图像传感器工作正常，因为所述测试图和 预期的一样被产生和传感。在这种情况下，所述主动头55足以相信和确定所述黑暗的图像 是由所述摄像机模块的所述图像传感器的故障以外的原因造成的。真正的原因可能是光线 不足、定位目标不存在或错位等。另一方面，如果所述测试图和一有效目标图像都无法得 至IJ，所述数字信号处理控制器561确定所述摄像机模块61中的所述图像传感器失效。为了 传达给所述用户，一识别所述故障图像传感器的适当的错误信号被产生并传送到所述管理 处理器561和/或所述用户界面74。(3)所述发光二极管阵列模块所述发光二极管阵列模块83执行图像照明(闪光)。图20示出了所述发光二极 管阵列模块83的一示例性电路图。所述发光二极管阵列模块83由一照明控制器831控制， 所述照明控制器831可通过一同样可从飞思卡尔半导体公司购买的飞思卡尔(Freescale) MC9S08微控制器实现。所述照明控制器831通过所述串行外设接口总线与所述管理处理 器560通信来设置和控制图像照明。所述发光二极管阵列模块83利用一来自所述摄像机 模块61的一闪光信号使图像照明与所述图像传感器曝光时间同步。所述发光二极管阵列模块83包括两套高效率、高输出的红外线发光二极管发光 二极管集A和发光二极管集B。每套所述发光二极管由一分离的电流源驱动。当然，取决于 设计优化可使用多套和/或可视型发光二极管。在正常操作中，只有一套发光二极管需要适当地照亮目标并允许所述摄像机模块 61获取目标图像。每套发光二极管可交替使用从而延长每套发光二极管的寿命。一发光二 极管、一套发光二极管或一电源故障将只影响多套所述发光二极管中的一套。另一套发光 二极管将继续运行。所述故障将不会使所述发光二极管阵列模块83完全无法使用。在一具体实施方式
中，所述照明控制器831监控所述照明模块83的各种参数和操 作，例如温度、电源电压和发光二极管电流来确保正常工作。所述照明控制器831不断监控 通过所述发光二极管集的所述电压(V1、V2和V3)以确定流经所述发光二极管集的电流。所述电流的值指示所述发光二极管集是否正常操作、是否有一个或多个发光二极管短路或 者在所述发光二极管集中是否有断路。任何故障或偏离一预设范围或水平都由所述照明控 制器831通过所述串行外设接口总线报告给所述管理处理器560。(4)所述无线通信模块所述无线通信模块552符合一个或多个无线通信标准，例如所述蓝牙标准，并执行与所述主计算机系统100的无线通信。提供一天线，例如一百夫长(Centurion)D-Puck 高增益天线，来传送和接收无线信号。一通信控制器(未示出)，例如一来自飞思卡尔 (Freescale)的MC9S08微控制器，桥接所述通信模块552的标准蓝牙主机控制接口 -通用 异步接收/发送装置(HCI UART)接口与所述串行外设接口总线。在一具体实施方式
中，所 述通信模块552被编程为进入蓝牙定义的保持、呼吸或暂停模式以在低使用率期间节省功 率。在另一具体实施方式
中，所述通信控制器监控所述通信模块552的各种功能和/或参 数例如无线电接口通信和电源电压来确保正常操作。任何故障和/或标称差异都报告给所 述管理处理器560。(5)所述空间关系传感器模块正如之前结合图2、6和18所讨论的那样，所述空间关系传感器模块65精确测量 所述传感装置55、57之间的平面角度关系(横向前束(cross toe))。在一狭缝或罩子之 后装有一图像传感器，例如一带有一 3648像素线性电荷耦合元件(CCD)的线性电荷耦合元 件(CCD)传感器。提供一可通过可从爱特梅尔公司(Atmel Corporation)购买的一低功率 ARM 7微处理机实现的传感器控制器(未示出)，来执行复杂电荷耦合元件(CCD)时序和数 据采集。在一具体实施方式
中，当所述串行外设接口界面不活跃时，相应于所述空间关系传 感器模块65在休眠模式的任何活动，所述传感器控制器可通过切换所述串行外设接口总 线从出数据线(MIS0，主入从出)发出一中断信号来中断和唤醒所述管理处理器560。所述传感器控制器执行自检并监控各种功能例如发光二极管电流和电源电压来 确保所述空间关系传感器模块65的正常操作。在一具体实施方式
中，提供一独特测试照明 装置以执行所述空间关系传感器模块65的自检。如上结合图6和19所述，所述传感器模 块65包括所述可通过使用一 3648像素线性电荷耦合元件实现的线性图像传感器87，和一 罩子子上的缝隙86，用于探测所述对面的头57中的一相似传感器模块发射的一光束。所述 线性图像传感器87通过所述缝隙86感测来自所述对面的头57的红外光。在所述传感器 87上的精确点探测来自另一头的红外光，所述精确点表示来自对面的头的光在所述头55 中的所述传感器87上的相对入射角。图21说明了一通过一测试照明装置实现的示例性空间关系传感模块65前视图和 侧视图。正如图21中的前视图所示，所述空间关系传感模块65包括电荷耦合元件(CCD)87、 发光二极管1和发光二极管3，和一测试发光二极管2。在一罩子651外装有发光二极管1 和发光二极管3，用于向一辅助传感头发射红外光。在正常操作中，只需要所述两个发光二 极管光源中的一个。优化每一发光二极管光源以在所述车辆的特定一侧工作。如果发光二 极管1和发光二极管3之一失效，另一发光二极管可取代所述失效的发光二极管。在所述罩子651内装有测试发光二极管2和电荷耦合元件87。所述测试发光二极 管2被设计用来照亮同一传感头上的整个电荷耦合元件87。为了执行一自检来确定所述电 荷耦合元件87是否处于正常工作状态，所述空间关系传感器模块的所述传感器控制器可发出一命令来控制所述测试发光二极管2的照明。例如，如果所述空间关系传感模块65不 能从所述辅助传感头57获取信号，所述传感器控制器可命令所述测试发光二极管2照亮所 述电荷耦合元件87。如果所述电荷耦合元件87响应于所述测试发光二极管2的照明正常 产生图像信号，所述传感器控制器可确定所述电荷耦合元件87正在正常工作。缺少适当信 号，可能是由所述辅助传感头57上的问题、所述传感头的不正确安装等导致的，而不是由 所述电荷耦合元件87导致的。此外，响应于所述测试发光二极管2的所述照明，将那些从 标称或预设的范围或水平明显偏离的像素标示为微弱或无效像素。在角度计算期间，补偿 或去除从所述标志过的像素获取的数据。工厂和现场校准因子可存储于所述传感器控制器 内部闪存并包括用于数据完整性的校验和。任何故障或标称差异都将由所述传感器控制器 通过所述串行外设接口界面报告给所述管理处理器560。(7)所述红外线收发器模块所述红外线收发器模块554配置为建立与另一传感头57的所述红外线收发器模 块之间的无线通信链路。所述无线通信链路是基于标准RS-232协议的，将每比特编码成以 500千赫的载波频率调制的红外光脉冲。即使当所述传感头处于一休眠模式时所述红外无 线通信链路也可自动接收和传送数据。当然，可利用其他类型的无线通信技术来实现两传 感头之间的所述无线通信链路。所述传感头55利用所述红外通信链路来将所述传感头55、 57中的所述空间关系模块的所述传感器控制器实时时钟同步。这样，所述传感头可在一已 知的与所述辅助传感头的关系中执行定位数据采集周期。在另一具体实施方式
中，一传感 头可通过所述红外通信链路发送一命令要求所述辅助传感头上的所述空间关系传感器基 于一特定时间或直接依靠一外部触发开始一前束角传感器数据采集周期。在又一具体实施方式
中，除了所述无线通信模块552，所述辅助传感头之间的所述 无线通信链路向所述主计算机系统100提供一替代性数据传输路径。如图22所示，在所述传感头55和所述主计算机系统100之间提供两通信路径通 过所述传感头的无线通信模块的在所述传感头55和所述主计算机系统100之间的一第一 通信路径，和从所述红外线收发器模块554到所述辅助头57再到所述主计算机系统100的 第二通信路径。所述传感头55通过所述红外线收发器模块554向所述辅助传感头57发送 一数据的副本(副本2)，所述数据由所述传感头55产生并通过所述辅助传感头的无线通信 模块(副本1)发送到所述主计算机系统100。在所述辅助传感头57，将所述数据副本(副 本2)中继给所述主计算机系统100。或者，将所述数据副本(副本2)与由所述辅助传感头 57传感和产生的数据组合并将组合后的数据通过所述辅助传感头57的无线通信模块发送 给所述主计算机系统100。相似地，所述辅助头57可向所述传感头55传送数据以中继给所 述主计算机系统100。以相似的方式，所述主计算机系统通过两通信路径通过一传感头的 所述无线通信模块的第一路径，和通过一辅助传感头的所述无线通信模块的第二路径，向 每一传感头发送命令和/或信息，以中继给所述传感头。这样，通过不同通信路径传送每一 传感头获取的两数据副本和所述主计算机系统100发送的命令。如果所述辅助传感头的任 何无线通信模块变为间歇或失效，这种结构提高通信可靠性。在一具体实施方式
中，两传送 路径都用来由传感头55、57向所述主计算机系统100传送数据并由所述主计算机向所述传 感头55、57传送命令。在另一具体实施方式
中，可代替使用所述无线通信模块552的所述 传送路径是所述无线通信模块552的替补，且只有所述无线通信模块552失效时才使用。
(8)所述倾角传感器模块所述倾角传感器模块579可通过使用一可测量外倾角(camber)和传感头俯仰角 (pitch)的双面(two-plane)微机电系统(MEMS)型倾角仪实现。提供倾角控制器(未示 出)，例如一套两个德州仪器公司的MPS430超低功率微控制器，每一所述微控制器带有一 集成温度传感器和集成串行外设(SPI)接口总线接口，用于处理所述角度数据和通过所述 串行外设接口界面将所述角度数据从所述倾角仪传送给所述管理处理器560。所述微机电系统倾角仪配置为执行一使所述内部微加工硅梁以一恒定 数量偏斜 的自检。通过测量角度输出的变化评估所述偏斜可确定所述倾角仪是否有缺陷或脱离了校 准状态。任何故障或标称差异(variances from nomina)都将报告给所述管理处理器560 以表明所述各个模块内的错误。在一具体实施方式
中，一来自所述探测一传感头俯仰角的倾角仪的输出用于唤醒 所述传感头以从休眠模式退出并进入一正常操作模式。所述倾角仪俯仰角输出由所述相关 倾角控制器不断监控。如果一预定水平的变化发生，发出所述车辆或所述传感头周围的振 动或活动信号，当所述串行外设接口界面不活跃无法中断所述管理处理器560的休眠状态 和将所述管理处理器560从休眠状态唤醒时，所述倾角控制器切换所述串行外设接口从出 数据线(MIS0，主输入从输出)。根据另一具体实施方式
，在低活动或没有活动(角度变化)时，所述管理处理器 560不断降低用于从所述倾角传感器模块和/或其他功能模块获得数据的数据采集周期的 频率。在周期之间，所述管理处理器560和其他功能模块可进入一休眠模式同时大部分电 源长时间关闭。所述倾角仪可探测表明所述车辆周围潜在活动的所述传感头55的非常轻 微的移动。一旦探测到所述移动，所述倾角控制器向所述管理控制器560发信号来恢复数 据采集周期。(9)所述电位器模块旋转电位器模块577将所述传感头55的轴相对于所述车轮/车轮固定装配的角 度编码。一可通过使用德州仪器公司的MPS430微控制器实现的电位器控制器(未示出) 将所述电位器探测到的位置转换成轴的角度并通过所述串行外设接口(SPI)总线将所述 角度数据传送到所述管理处理器560。在一具体实施方式
中，将工厂和现场校准因子计算并存储于所述倾角控制器和所 述电位器控制器内。每一控制器监控各种功能和/或参数包括温度和电源电压。(10)所述总线和接口系统如图19所说明的那样，本公开文本的一示例性传感头利用一遵照所述 SPI (Serial Peripheral Interface,串行外设接口)标准的总线系统来执行功能模块和所 述处理机89之间的通信。提供一可通过使用一可编程逻辑装置，例如一 CPLD (复杂可编 程逻辑装置)或FPGA(现场可编程门阵列)，实现的独特的串行外设接口多路器，，用于通 过从串行外设接口总线与所述功能模块连接和通过一主外设接口总线与所述处理机89连 接。图23示出了一示例性串行外设接口多路器的一框图。所述串行外设接口多路器 提供7个从端口(端口 0到端口 7)，用于与功能模块连接，和两主端口(主要主端口和次要 主端口)，用于可选择地支持多个主控制器，例如所述管理处理器560和所述数字信号处理控制器561。使用一套端口选择信号来选择一个且仅仅一个将连接到所述主外设接口总线 的模块从串行外设接口总线。在开始一标准串行外设接口数据传送之前，这些端口选择信 号由所述主控制器驱动以连接用于数据通信的特定模块。所述串行外设接口多路器还可被编程为支持一个以上的主控制器。例如，一信号 主1 (masterl) /主2(master2)选择所述管理处理器560和所述数字信号处理控制器561 之一作为所述串行外设接口主控制器。这样，一次要控制器，例如所述数字信号处理控制器 561，在所述管理处理器560失效的情况下能够担当对所述传感头55的控制。每一主端口 有一系统时钟线(M1_SCK，M2_SCK)，一指示数据正从一主端口传送到一选定的从端口的数 据传送指示线(M1_M0SI(主输出从输入)和M2_M0SI)，一指示数据正从一从端口传送到一 主端口的数据接收指示线(M1_MIS0(主输入从输出)和M2_MIS0)，和一套选择与所述从端 口连接的所述功能模块之一的地址线(M1_PS0-M1_PS3和M2_PS0-M2PS3)。每一从端口有一 系统时钟线(S1_SCK-S7_SCK)，一指示数据正从一主端口传送到一选定的从端口的数据接 收指示线(S1_M0SI-S7_M0SI)，一指示数据正从一从端口传送到一主端口的数据传送指示 线(S1_MIS0-S7_MIS0)，和一从选择线(S1_SS_S7_SS)，所述从选择线的一状态指示一特定 从端口是否被选择并起作用以用于数据通信。如上所述，基于所述管理处理器560发出的一控制信号，供给所述功能模块的电 源当不使用时或处于休眠模式时可部分或全部关闭。在一传统设计中，多个模块在没有所 述串行外设接口多路器的情况下直接连接到所述串行外设接口总线，任何无源模块都可负 载所述总线，这可能导致较高的电流需求来驱动所述总线信号、总线信号失去完整性或者 甚至全部总线失效。另外，在一传统的多点配置中，对所述处理机89来说，一故障模块的识 别可能是模糊的。在图23所示的结构中，所述功能模块通过所述串行外设接口多路器互相 隔离并与所述总线系统隔离，并且所述模块可按要求关闭而不影响所述串行外设接口的负 载或完整性。另外，所述主控制器可在开机自检期间相继寻址每一模块来确保每一模块运 行正常。如果发现一模块故障，所述主控制器可识别所述失效模块，例如基于一与所述失效 模块关联的地址。此外，如上所述，所述串行外设接口总线系统和所述串行外设接口多路器也被编 程为允许一未经选择的功能模块通过驱动一特定信号线，例如所述主输入从输出(MI SO) 信号，来要求连接到所述主串行外设接口(SPI)总线。当未选中一功能模块时，通过改变所 述主输入从输出信号的状态，所述功能模块使所述串行外设接口多路器向所述主控制器提 供一中断请求信号。所述主控制器可通过向所述串行外设接口多路器查询所述要求连接的 特定模块地址继而选择所述模块用于连接和数据通信来服务于此中断请求。当图23中实 施例的从端口利用主输入从输出(MISO)信号线来指示一服务请求时，不言而喻，可使用一 单独的、专用的信号线来发出所述服务请求的信号。上述讨论利用串行外设接口标准为例来解释所述总线系统和多路器的独特组合 的操作，当然，也可使用其他类型的多点总线标准，例如存取总线(ACCesSBuS)、EIA-422、 EIA-485、内部集成电路(I2C)、IE总线、本地互联网络总线(LIN Bus)、Ml总线、微丝总线 (Microwire Bus)、面向媒体的系统传输(MOST)、多点接口总线(MPI Bus)、系统管理总线 (SMbus)，而不背离本公开文本的教导。与直接连接相比，通过为每一模块实现孤立的可选 端口，大大提高了全系统的整体通信的可靠性。
(10)所述电源和充电子系统如图19中所说明的那样，传感头55包括一向所述传感头55提供电能的电源和充电子系统。所述电源和充电子系统包括所述电源94、一充电器515、一充电连接器516、一监 测计514和一电池517。所述电池517包括一个或多个电能存储单元，例如充电电池、一次性电池、化学电 池、燃料电池、电容性电能存储装置例如超级电容器，等等，或其中的任意组合。在一具体实 施方式中，所述电池517包括一个或多个锂离子(Lithium-Ion)或锂聚合物(Li-Pol)电池组。如果提供充电电池，所述电池可通过将所述充电连接器516连接到一外部电源例 如一交流或直流电源上充电。所述充电器515控制和调节适于为所述电池517充电的充电 电流和电压。提供所述电源94来将所述电池517和/或一外部电源提供的电能转换到一 适用于所述传感头55的水平。监测计(gas gauge) 514监控、测量和计算多个电池参数和操作状态，并提供各种 类型的与所述电池和/或充电状况，包括电流、可用容量、达空时间(time-to-empty)、达满 时间(time-to-full)、剩余电量、电池温度、电压、充电状态、放电和充电电流、低电压阈值 等等有关的信息，还补偿自身放电、老化、温度和放电率。所述监测计514可跟踪所述电池 充电/放电全周期的数量以预测所述电池517的剩余使用寿命。所述与所述电池514和充 电状况有关的信息可通过所述用户界面74传送给所述用户。所述监测计可通过一可从德 州仪器公司购买的bqJUNIOR系列芯片实现。在一具体实施方式
中，除了使用一外部电源例如所述车间交流电源来为电池517 充电，所述充电器515包括一用于在电源故障或电力线断路导致所述外部电源不可用于所 述传感头时为所述电池517充电的备用电源。所述备用电源可以是任何类型的电能存储装 置，例如充电电池、一次性电池、化学电池、燃料电池、电容性电能存储装置例如超级电容器 或升压电容器，等等，或其中的任何组合。所述备用电能存储装置有足够能力来为一彻底耗 尽的电池517完全充电。当所述车间交流电源可用时，所述电池517可由所述车间交流电源或所述备用电 能存储装置再充电。当所述车间交流电源未连接或不可用时，所述电池517只由所述备用 电能存储装置再充电。本设计使所述电池517即使在所述车间交流电源完全关闭时也可被 再充电。当所述车间交流电源连接到所述充电连接器516上时，可在一有规律的再充电过 程将所述备用电能存储装置再充电。或者，所述备用电能存储装置可被单独地再充电，例如 通过向燃料电池添加燃料或由另一完全充电的电能存储装置替代。在另一具体实施方式
中，一定位系统包括一用于可拆解地接收所述传感头和为所 述接收的传感头再充电的对接装置。当所述传感头在所述对接装置内被对接时，所述电池 517由一连接到所述对接装置上的交流或直流电源和/或一安装在所述对接装置中的备用 电能存储装置再充电。本设计不要求所述备用电能存储装置是所述传感头的一部分，因此 减轻了所述传感头的总重。在另一具体实施方式
中，所述传感头55包括一可选的冲击检测电路，该冲击检 测电路利用一探测自由落体的数字智能微机电系统装置(MEMs)。一可用德州仪器公司 MPS430微控制器实现的冲击控制器，从所述智能微机电系统装置采集加速度数据并记录所述跌落的持续时间，以确定一跌落是否真的发生并获取和记录与所述跌落有关的信息，例如降落时间和/或来自所述冲击力的峰值加速度以评估损害和发现并处理故障。除了上述示例性自检，每一功能模块监控各种功能和/或参数包括温度、电流和电源电压等等。可将工厂和现场校准因子存储于所述模块内。每一模块内的一控制器基于 所述数据和所述存储的校准因子确定所述模块的操作状态。如果确认所述功能模块未正常 运行，将一指示信号发送到所述管理处理器560来指示所述故障。由于每一功能模块有能力执行自检和诊断来隔离和识别故障或错误，当所述系统不能正常操作时，使用本公开文本的所述教导实现的示例性定位系统为诊断提供非常有用 的信息。在一具体实施方式
中，当所述定位系统执行的所述自我诊断指示一个或多个功能 模块或部件未正常工作时，安装在所述传感头55上的音频和/或视觉指示器，例如一单独 的发光二极管或液晶屏幕，被激活。在这种情况下，所述操作人员基于所述告知，确切知道 所述故障不是由不当使用或操作程序导致的，而是来自于所述定位系统的一故障部件或模 块，并开始一服务请求。另一方面，如果由所述功能模块执行的所述自检和诊断显示所述功 能模块工作正常，一用户界面，例如一视觉或音频指示器或一信号端口，提供指示所述定位 头处于一正常工作状态的输出信息。有了这种信息，如果所述操作人员在一定位过程遇到 问题，所述操作人员将有足够的信心确认所述问题不是所述定位头的故障导致的，而是可 能来自于不当操作或安装。所述自我诊断信息可存储于所述定位系统的一非易失性存储器内，用于帮助维修 和诊断所述系统。在一具体实施方式
中，通过与所述主计算机100连接的数据传输网络将 所述自我诊断信息与所述特定定位系统的信息，例如型号、序列号等等，一起传送到一远程 服务中心，以便可以预先甚至在所述故障定位系统到达所述服务中心之前订购更换零件和 部件。远程诊断、维修和软件升级可通过所述自我诊断信息的远程接入来执行。虽然上文已经描述了被认为是最好的模式和/或其他实施例，但是当然，本文可 做任何改进且本文披露的主题可在各种形式和实施例中得到实现，并且所述教导可适用于 大量应用，本文只描述了所述应用的一部分。下述权利要求旨在对属于本教导真正范围内 的任何和所有应用、改进和变形提出保护。
权利要求
一种用于车轮定位系统的传感头，包括一个或多个功能模块，每一所述功能模块配置为执行在获取测量结果中有用的功能，所述测量结果用于计算车辆的车轮定位参数，其中所述功能模块包括至少下述之一一无线通信接口模块，配置为以无线方式与一计算机系统或一固定在所述车辆上的辅助传感头通信；一空间关系传感模块，配置为测量所述传感头和所述辅助传感头之间的空间关系；一图像传感模块，配置为产生代表从与一车辆车轮连接的一目标拍摄的一图像的图像数据；和一照明模块，配置为照亮所述目标；一数据处理器，配置为基于从所述一个或多个功能模块接收的数据计算所述测量结果；其中所述一个或多个功能模块通过利用至少下述之一提供操作冗余在所述照明模块中提供多套照明装置，其中至少一套独立于另一套且配置为独立地照亮所述目标；使用所述无线通信模块提供多个与所述计算机系统通信的路径，其中至少一条所述路径与另一路径不同；向所述空间关系传感模块提供多套照明装置，其中至少一套独立于另一套且配置为独立地向所述辅助传感头产生信号；和提供多个处理单元用于实现所述数据处理器，其中每一处理单元配置为独立地执行所述数据处理器的功能。
2.根据权利要求1所述的传感头，其中所述无线通信接口包括配置为与所述计算机系 统通信的第一无线通信接口和配置为与所述辅助传感头通信的第二无线通信接口。
3.根据权利要求1所述的传感头，其中所述一个或多个功能模块配置为 当一套照明装置失效时，操作切换到另一套照明装置以照亮所述目标；当与所述计算机系统无线通信的一条路径失效时，切换到另一通信路径以与所述计算 机系统通信；当所述空间关系传感模块的一套照明装置失效时，切换到另一套照明装置以向所述辅 助传感头产生所述信号；和当所述处理单元之一失效时，将操作切换到另一处理单元以处理所述失效的处理单元 的工作。
4.根据权利要求1所述的传感头，其中所述多套照明配置为交替地照亮所述目标。
5.一种用于车轮定位系统的传感头，包括一个或多个功能模块，每一所述功能模块配置为执行在获取测量结果中有用的功能， 所述测量结果用于计算一车辆的车轮定位参数；和一数据处理器，与所述一个或多个功能模块相连接，配置为处理数据； 其中至少所述功能模块之一配置为执行各自功能模块的自检；和所述数据处理器基于与针对所述各个功能模块执行的所述自检相关的数据，确定所述 各个功能模块的操作状态。
6.根据权利要求5所述的传感头，其中基于与针对所述各个功能模块执行的所述自检 相关的数据产生一指示所述传感头的故障的指示信号。
7.根据权利要求6所述的传感头，其中所述指示信号基于针对所述各个功能模块执行 的自检识别至少一故障功能模块。
8.根据权利要求5所述的传感头，其中所述一个或多个功能模块包括至少下述之一 一空间关系传感模块，用于测量所述传感头和一辅助传感头之间的空间关系； 一图像传感模块，用于产生代表从与一车辆车轮连接的目标拍摄的一图像的图像数据；一倾角仪；一旋转传感器；一无线通信模块；和一照明模块，配置为照亮所述目标。
9.根据权利要求8所述的传感头，其中通过产生一与所述图像传感模块相关的测试信号，来执行所述与所述图像传感模块有 关的自检；所述空间关系传感模块包括一图像传感器，用于传感从所述辅助传感头发射的信号， 一发射装置，用于发射将由所述辅助传感头传感的信号，和一测试发射装置，配置为照亮所 述空间关系传感模块上的所述图像传感器；所述与所述空间关系传感模块相关的自检，是通过命令所述测试发射装置照亮所述图 像传感器和基于所述空间关系传感器的所述图像传感器响应于所述测试发射装置的照明 产生的信号来确定所述空间关系传感模块的所述图像传感器的操作状态来执行的； 所述倾角仪通过MEMS传感器实现；和与所述倾角仪有关的自检是通过在所述MEMS传感器中自生一射束偏转和分析由所述 射束偏转产生的信号执行的。
10.根据权利要求5所述的传感头，其中响应于至少一个具有一非正常操作状态的所 述功能模块，所述数据处理器产生一控制信号来关闭供给所述非正常功能模块的电源或将 所述非正常功能模块与一数据总线相隔离，所述数据总线将所述非正常功能模块与所述数 据处理器或另一功能模块连接。
11.根据权利要求5所述的传感头，进一步包括一用户界面，其中，响应于至少一个具 有一非正常操作状态的所述功能模块，所述用户界面传递指示所述传感头未正常工作的信息。
12.根据权利要求5所述的传感头，进一步包括一用户界面，其中，如果所述数据处理 器确定所述一个或多个功能模块工作正常，所述用户界面传递指示所述传感头处于一正常 操作状态的信息。
13.一种用于车轮定位系统的传感头，包括用于执行至少一个在获取测量结果中有用的功能的工具，所述测量结果用于计算一车 辆的车轮定位参数；和数据处理工具，与所述用于执行至少一功能的工具相连接，用于处理数据；和 自检工具，用于执行所述用于执行至少一功能的工具的自检；其中所述数据处理工具基于所述自检的结果确定所述用于执行至少一功能的工具的 一操作状态。
14.根据权利要求13所述的传感头，进一步包括一用于向用户传递信息的用户界面工 具，其中所述自检工具基于所述自检的结果识别所述传感头中至少一个未正常工作的部件；和所述用户界面工具指示所述传感头未正常工作或传递识别所述至少一个未正常工作 的部件的信息。
15.根据权利要求13所述的传感头，进一步包括用于向用户传递信息的用户界面工 具，其中如果所述数据处理工具确定所述用于执行至少一功能的工具工作正常，所述用户 界面工具传递指示所述传感头处于一正常操作状态的信息。
16.一种用于在车轮定位系统中使用的传感头，用于产生在计算定位参数中有用的数 据，所述传感头包括一外壳，用于安装在将由所述车轮定位系统的操作测量的一车辆的车轮上；一无线通信模块，配置为在所述传感头和一远程计算机系统之间选择性地建立一第一 无线通信路径和一第二无线通信路径；其中发生在所述第一无线通信路径和所述第二无线通信路径之一上的一故障不影响另一 通信路径的操作。
17.根据权利要求16所述的传感头，其中所述传感头产生的数据通过所述第一无线通信路径和所述第二无线通信路径中的至 少一个传送到所述计算机系统；和一来自所述计算机系统的命令通过所述第一无线通信路径和所述第二无线通信路径 中的至少一个传送到所述传感头。
18.根据权利要求16所述的传感头，其中所述第一无线通信路径和所述第二无线通信 路径之一包括一从所述传感头经过一安装在所述车辆另一车轮上的辅助传感头到达所述 计算机系统的通信路径。
19.根据权利要求18所述的传感头，其中所述无线通信模块包括一第一无线通信模块，配置为以无线方式与所述计算机系统通 信；和一第二无线通信模块，配置为以无线方式与所述辅助传感头通信。
20.根据权利要求16所述的传感头，其中使用所述第一无线通信路径和所述第二无线 通信路径将由所述传感头产生的数据传送到所述计算机系统。
21.根据权利要求16所述的传感头，其中只使用所述第一无线通信路径和所述第二无线通信路径之一将由所述传感头产生的 数据传送到所述计算机系统；和当所述无线通信路径之一失效时，激活另一无线通信路径来将所述数据传送到所述计 算机系统。
22.根据权利要求19所述的传感头，其中所述第二无线通信模块接收由所述辅助传感头产生的数据；和所述第一无线通信模块将基于所述接收的数据产生的数据传送到所述计算机系统。
23.根据权利要求19所述的传感头，其中所述第一无线通信模块从所述计算机系统接收一供所述辅助传感头使用的命令；和 所述第二无线通信模块将基于所述接收到的命令产生的信号传送到所述辅助传感头。
24.一种用于在车轮定位系统中使用的传感头，包括一个或多个功能模块，每一所述功能模块配置为执行有用的功能产生测量结果，所述 测量结果用于计算车轮定位参数；一数据处理器，配置为处理从所述一个或多个功能模块接收的数据； 一多点串行总线系统；一总线控制器，配置为选择性地仅将所述一个或多个功能模块中的一个通过所述总线 系统与所述数据处理器相连接，并且将所有其他功能模块与所述总线系统相隔离。
25.根据权利要求24所述的所述传感头，其中所述总线系统符合串行外设接口标准。
26.根据权利要求24所述的所述传感头，其中所述数据处理器包括一第一数据处理单元和一第二数据处理单元；并且 所述总线控制器基于一主选择信号选择性地仅将所述第一数据处理单元和所述第二 数据处理单元之一与所述总线系统相连接。
27.一种用于在车辆定位系统中使用以产生在计算定位参数中有用的数据的传感头， 所述传感头包括一外壳，用于安装在将通过所述车轮定位系统的操作测量的一车辆的车轮上；一跌落传感器，配置为采集与所述传感头的跌落有关的信息；一与所述跌落传感器连接的数据存储装置，配置为存储由所述跌落传感器采集的数据。
28.根据权利要求27所述的所述传感头，进一步包括一数据处理器，配置为基于由所 述跌落传感器采集的数据确定所述跌落的发生。
29.根据权利要求27所述的所述传感头，其中与所述跌落有关的所述数据包括所述跌 落的一持续时间和所述跌落期间的一加速度值中的至少一个。
全文摘要
一种利用容错设计和自我诊断的传感头和系统。当一个或多个功能模块或部件失效时提供替代性操作模式。独特的设计提供冗余的系统资源。提供自我诊断和测试用于隔离和识别故障源。
文档编号G01B11/275GK101809405SQ200780100814
公开日2010年8月18日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者亚当·C·布朗, 史蒂芬·W·罗杰斯, 埃里克·布赖恩 申请人:实耐宝公司