专利名称：用于确定机动车车轮的摇摆运动的方法
用于确定机动车车轮的摇摆运动的方法本发明涉及在车桥测量的范围中用于确定机动车车轮的摇摆运动的方法或用于确定安置在机动车车轮上的测量物体的摇摆运动的方法。
现有技术由DE2313087C3已知一种用于确定旋转的物体相对于它的实际的旋转轴的摇摆运动的装置。在此情况下，在该 旋转的物体上固定参照元件，该参照部件产生与物体的摇摆运动类似的正弦形的基准值。使用了被错开180°的控制元件，这些控制部件用于在预先确定的第一平面中和在相对于该第一平面转动了 90°的平面中确定方位。该发明利用这样的事实，即，如果车轮转动，那么车轮的摇摆运动跟随一种正弦形的曲线。如果在两个相互相距180°的测量点处探测摇摆运动并且将两个测量值相加并且除以2，那么可以得到一个平均值，该平均值给出车轮的实际的旋转平面。由EP1857774B1已知一种无接触的用于轮辋偏摆补偿的方法。其中，车轮的转动角度一方面由车轮的滚动距离以及另一方面由所属的有效的滚动半径来计算，其中，车轮的滚动距离通过移动板的移动距离确定。在此情况下，不仅测量移动距离的起点和终点，而且必须实施连续的距离测量。车轮的有效的滚动半径的确定最好由在车轮转动期间的车轮的摄像机图像数据来进行。本发明的公开
按照本发明的具有权利要求I的特征性特征的方法的特点在于确定机动车车轮的摇摆运动和/或确定安装在机动车车轮上的测量物体相对于准确的车轮旋转轴的摇摆运动。利用至少一个摄像单元，在机动车行驶通过期间，探测至少两个在机动车车轮上存在的或为了测量安装在其上的车轮标记或探测安装在机动车车轮上的、具有在其上存在的车轮标记的测量物体并且由布置在下游的评估装置进行评估。利用在行驶期间摄取的(记录的)车轮标记，限定一个车轮坐标系统KOl和一个标记坐标系统K02。车轮坐标系统KOl和标记坐标系统K02被相互关联起来，以便确定在基准轴和准确的车轮旋转轴之间的矫正值。按照本发明的方法具有优点，即不必在机动车车轮上固定参照元件或其它的协助测量的物体。这大大降低了用于确定摇摆运动的工作费用。此外，获得提高的运行安全性，因为不必依赖外部的或固定在车轮上的测量物体。在图象处理中使用的方法具有非常高的精确度并且同时能够在很小的成本下进行测量。由于在行驶通过期间探测(采集)在机动车上存在的车轮标记的图像，因此可以非常快地确定摇摆运动。至少一个矫正值可以被结合到后面设置的用于车桥测量的方法中，如例如用于确定轮距，车轮外倾或主销内倾角。用于该方法的车轮坐标系统KOl和标记坐标系统K02可以在接下来的评估(例行)程序中使用，从而用于评估装置的随后的计算例行程序的计算费用减小。按照本发明的方法的成本是特别有利的，因为没有附加的构件需要被结合到车桥测量装置中。至少一个摄像单元，其在机动车行驶期间探测机动车车轮上的车轮标记，以及设置在下游的评估装置大多数情况下都归属于一个车桥测量装置。
通过从属权利要求的措施可以实现本发明的有利的扩展方案。特别有利的是，具有轴XR，YR和ZR和原点OR的车轮坐标系统KOl通过在原点OR上的车轮旋转中心和与轴YR平行的准确的车轮旋转轴来限定，因为使用了一种用于确定准确的车轮旋转轴和车轮旋转中心的非常准确的和简单的方法。另一个优点由此得到，即具有轴XM，YM, ZM和原点OM的标记坐标系统K02通过至少两个车轮标记的位置来限定。如果只将两个车轮标记和先前确定的车轮旋转中心输入到评估中，那么标记坐标系统K02的确定需要较小的计算费用。如果通过使坐标系统KOl和K02在它们的位置上相互联系起来,在测量开始时就已经确定角度rx, ry, rz和/或偏心距ex, ey, ez,那么这证明是有利的。这些值可以在很小的费用下被储存起来和快速地供随后的评估程序使用。如果作为矫正值考虑至少一个角度，该角度限定准确的车轮旋转轴和基准轴的相互间的位置，那么可以特别简单地转换计算算法。一种通过它们的图像化的和简单的描述有利的方法是通过至少一个角度描述矫正值，该至少一个角度通过一个圆锥体的张角S和/或相位方向α限定，所述张角S由基准轴描述，所述相位方向α给出基准轴在圆锥体内的位置。在考虑角度rx和rz下使用公式δ = arccos (cos (rx) cos (rz))和公式α =arctan ((-cos (rx) sin (rz)) /sin (rx)))是有利的，因为由此能够精确地和快速地评估机动车车轮的摇摆运动。另一个优点通过确定相位方向α随车轮转动在时间上的改变而得到，因为摇摆运动依赖于相位方向α不同程度地影响机动车车轮的轮距和车轮外倾。一个特别的优点由在车桥测量的范围中将角度δ和α用于校正措施而获得，因为可以在无接触的车桥测量与同样是无接触的确定摇摆运动之间建立理想的关系。—个类似的优点通过在车桥测量的范围中使用角度rx,ry,rz和偏心距ex,ey,ez而得到，因为通过大量的用于确定轮胎位置的值，使无接触的车桥测量提高了精确度。
实施例本发明的实施例在附图中示出并且在以下的说明书中详细地说明。附图中所示
图I是车桥测量装置的一种布置结构的示意图，
图2是车轮坐标系统KOl和标记坐标系统K02的视图，和
图3是根据车轮坐标系统KOl和标记坐标系统K02的机动车车轮的偏心距和轮辋偏摆的视图。在图I中示出的测量装置9的布置结构具有摄像单元11，它在机动车从旁边驶过期间摄取机动车车轮10的图像(照片)，以及评估装置13。测量装置9通常是具有行驶导轨或地坑的车桥测量装置的组成部分。摄 像单元11可以包含一个测量摄像机或也可以包含多个测量摄像机。此外，可以实现一种具有多个摄像单元11的布置结构，这些摄像单元在机动车驶过时同时地摄取机动车的全部四个车轮的图像。摄像单元11与评估装置13相连，评估装置评估和进一步处理由摄像单元11拍摄的图像。评估装置13具有显示器或者与车间计算机连接，其显示评估的结果。如果使用多个摄像单元11来拍摄全部四个车轮，那么它们可以或者与一个中央评估装置连接或者各具有自己的评估装置，该评估装置也可以集成到摄像单元11中。按照
图1，在机动车车轮10上设有至少两个车轮标记12,这些车轮标记或者已经存在于机动车车轮10上，或者为了测量而被额外地安置在车轮上。此外可以在机动车车轮10上安置测量物体，例如测量板(靶)，在测量板上布置至少两个车轮标记12。测量物体必须与机动车车轮10固定连接并且不允许在机动车车轮10的转动运动期间改变它相对于机动车车轮10的位置。此外在图I中画出了机动车车轮10的准确的车轮旋转轴14、车轮旋转中心16和车轮转动平面15。借助于在机动车驶过期间通过摄像单元11拍摄的车轮标记12确定出机动车车轮10的准确的车轮旋转轴14和车轮旋转中心16。在此处使用已知的方法，该方法反算车轮标记12在一个圆形轨道上的运动并且借此确定出机动车车轮10的准确的车轮旋转轴14和车轮旋转中心16。通过准确的车轮旋转轴14与机动车车轮10的或轮辋的外表面的交点确定车轮旋转中心16。以下假设，车轮旋转中心16位于机动车车轮10或轮辋的外表面 上。但是也可以确定在准确的车轮旋转轴14上的另一个点作为车轮旋转中心16。机动车车轮10的车轮转动平面15由一个与通过车轮旋转中心16的准确的车轮旋转轴14垂直的面描绘。借助于准确的车轮旋转轴14和车轮旋转中心16确定出一个笛卡尔车轮坐标系统KOl。该车轮坐标系统KOl通过轴XR，轴YR，轴ZR和原点OR描述。它通过位于原点OR的车轮旋转中心16和与轴YR平行的准确的车轮旋转轴14限定。轴XR和ZR的位置可以在车轮转动平面15中任意地选择。车轮坐标系统KOl是空间固定的(与空间相关联的)并且在以下被看作是全局坐标系(总坐标系)。此外，在从旁边驶过期间摄取的车轮标记12的2D (二维)坐标被反算成3D (三维)坐标，从而可以给出在机动车从旁边驶过期间车轮标记12的准确的位置。通过至少两个车轮标记12的3D坐标和车轮旋转中心16可以限定一个笛卡尔标记坐标系统K02。具有轴XM,轴YM，轴ZM和原点OM的标记坐标系统K02通过两个车轮标记12的位置和车轮旋转中心16确定。在此情况下可以任意选择原点OM的位置。但是更合适的是将原点OM放在机动车车轮10的车轮旋转中心16上。两个轴XM和ZM位于一个瞬时标记转动平面中，该瞬时标记转动平面通过至少两个车轮标记12和旋转中心16形成。取代车轮旋转中心16和两个车轮标记12，也可以由至少三个车轮标记12形成该瞬时标记转动平面。轴YM垂直于瞬时标记转动平面延伸。由于车轮标记12在机动车车轮10旋转运动期间是运动的，因此标记坐标系统K02进行旋转运动。如果在机动车车轮10上出现轮胎或轮辋的形状缺陷，那么机动车车轮10进行摇摆运动(外摆运动(Taumelbewegung))。这在机动车技术中也被描述为轮辋偏摆。轮辋的形状缺陷可以在轮辋凸缘相对于车轮中心平面具有不平行性情况下产生。其它的形状缺陷可以由于向障碍物上行驶之后的损伤产生。如果为了车桥测量而使用开头所述的测量板(靶)，那么可以通过该测量板的形状缺陷或通过在将测量板固定在机动车车轮10上时的缺陷形成一种仪器偏摆(Gerateschlag)。以下考察所有这些导致摇摆运动的因素的总和并且将其称为轮辋偏摆。下面说明一种用于在车桥测量的范围内确定机动车车轮10的摇摆运动和/或安装在机动车车轮10上的测量板的摇摆运动的方法。摇摆运动通过基准轴18的运动进行描述并且通过在准确的车轮旋转轴14和基准轴18之间的至少一个矫正值来确定。为此使所述的坐标系统KOl和K02相互关联起来。车轮坐标系统KOl作为具有轴XR，YR, ZR和原点OR的全局坐标系统描述机动车车轮10的车轮坐标系统K01，准确的车轮旋转轴14、车轮转动平面15和机动车车轮10的车轮旋转中心16也位于该车轮坐标系统中。具有轴XM，YM, ZM和原点OM的标记坐标系统K02描述依据车轮位置改变它的位置的标记坐标系统K02。在图2和图3中示出了车轮坐标系统KOl和标记坐标系统K02。在定义标记坐标系统K02时没有将原点OM放在车轮旋转中心16上，以说明偏心距ex、偏心距ey和偏心距ez的位置。此外由图中得知角度rx，角度ry和角度rz的位置。 两个坐标系统KOl和K02相互间的位置可以通过偏心距ex, ey和ez和角度rx, ry, rz描述。如果存在两个坐标系统KOl和K02的偏移，那么偏心距ex给出沿着轴XR的偏移的量，偏心距ey给出沿着轴YR的偏移的量和偏心距ez给出沿着轴ZR的偏移的量。如果两个坐标系统KOl和K02在它们的位置上被相互相对转动，那么，在假设不存在平移并且YM被投影到平面YRZR上的情况下，角度rx给出在轴YR和YM之间的角度。在假设不存在平移并且XM被投影到平面XRZR上的情况下，角度ry给出在轴XR和XM之间的角度。在假设不存在平移并且ZM被投影到平面XRYR上的情况下，角度rz给出在轴YR和YM之间的角度。如果存在轮辋偏摆，如果OM和OR是一致的，那么标记坐标系统K02的轴YM描绘出一个围绕车轮坐标系统KOl的轴YR的圆锥体17。在此情况下，轴YR形成圆锥体17的轴。如果两个原点OR和OM不是相互重叠的，那么标记坐标系统K02的轴YM描绘出一个围绕轴YR’的圆锥体17，该轴YR’平行于轴YR并且被偏移了偏心距ex，ey和ez (图3)。如果不存在轮辋偏摆，那么标记坐标系统K02的轴YM和车轮坐标系统KOl的轴YR是平行的并且角度rx和rz为零(rx=0° , rz=0°)。为了确定机动车车轮10的摇摆运动，轴YM被选择为基准轴18并且确定至少一个在基准轴18和准确的车轮旋转轴14之间的矫正值。矫正值通过一个固定的量和/或相位方向a (Phasenrichtung)给出，该固定的量与圆锥体17的张角δ相等,该相位方向α描述基准轴18在圆锥体17上的位置。张角δ和相位方向α可以借助于角度rx和rz通过以下给出的公式计算。张角δ通过公式
δ = arccos(cos(rx)cos(rz))
计算。相位方向α通过公式 a = arctan((-cos(rx)sin(rz))/sin(rx)))
计算。由于相位方向α取决于车轮位置，因此也可以依赖于时间和/或车轮位置给出基准轴18在圆锥体17上的时间变化曲线或位置。借助于上面给出的方法可以在车桥测量的范围内精确地确定轮辋偏摆。张角δ和/或相位方向α的精确的值可以用于在车桥测量中确定和计算另外的相关的参量，如例如轮距，车轮外倾和主销内倾角。如果摄像单元11布置在车桥测量装置的起点处或驶入区域中，那么在向测量地点驶入期间就可以确定张角δ和/或相位方向α和/或其它的参量ex, ey, ez, rx, ry,rz并且被结合到以下的用于车桥测量的方法中和/或用于车轮定位(车轮校正)的方法中。·
权利要求
1.用于在车桥测量的范围中确定机动车车轮(10)的摇摆运动和/或安置在机动车车轮(10)上的测量物体的摇摆运动的方法，其中，相对于机动车车轮(10)的准确的车轮旋转轴(14)实施所述摇摆运动，其中，由评估装置(13)确定在准确的车轮旋转轴(14)和基准轴(18)之间的至少一个矫正值，其特征在于，借助于至少一个摄像单元(11)在机动车行驶期间探测至少两个在机动车车轮(10)上存在的或者为了测量被安置上的车轮标记(12)并且由布置在摄像单元(11)下游的评估装置(13)利用在行驶期间摄取的车轮标记(12)确定车轮坐标系统KOl和标记坐标系统K02，并且为了确定所述矫正值，使所述车轮坐标系统KOl和所述标记坐标系统K02相互关联起来。
2.按照权利要求I所述的方法，其特征在于，具有轴XR，YR和ZR和原点OR的所述车轮坐标系统KOl通过在原点OR上的车轮旋转中心(16)和与轴YR平行的所述准确的车轮旋转轴(14)来限定。
3.按照权利要求I所述的方法，其特征在于，具有轴XM，YM和ZM和原点OM的所述标记坐标系统K02通过至少两个车轮标记(12)的位置来限定。
4.按照权利要求1，2或3所述的方法，其特征在于，所述车轮坐标系统KOl和所述标记坐标系统K02通过角度rx和/或角度ry和/或角度rz和/或偏心距ex和/或偏心距ey和/或偏心距ez在它们的位置上被相互联系起来。
5.按照权利要求I至4所述的方法，其特征在于，通过至少一个角度确定所述矫正值，所述至少一个角度限定所述基准轴(18)和所述准确的车轮旋转轴(14)相互间的位置。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，通过一个圆锥体(17)的张角δ和/或通过一个相位方向α限定所述角度，所述张角δ通过所述基准轴(18)来限定，所述相位方向α描述所述基准轴(18)在所述圆锥体(17)上的位置。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，在考虑角度rx和rz下借助于公式δ=arccos (cos (rx) cos (rz))计算所述张角 δ。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，在考虑角度rx和rz下借助于公式α=arctan ((-cos (rx) sin (rz)) /sin (rx)))计算所述相位方向 α。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述相位方向α在车轮旋转一转上在时间上的变化。
10.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述角度δ和/或所述角度α在机动车车轮(10)的车桥测量的范围中被用于校正措施。
11.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于，至少一个角度rx,ry, rz和/或至少一个偏心距ex，ey, ez在机动车车轮(10)的车桥测量的范围中被用于校正措施。
全文摘要
建议一种用于在车桥测量的范围中确定机动车车轮(10)的摇摆运动和/或安置在机动车车轮(10)上的测量物体的摇摆运动的方法。相对于机动车车轮(10)的准确的车轮旋转轴(14)实施所述摇摆运动并且确定在准确的车轮旋转轴(14)和基准轴(18)之间的至少一个矫正值。借助于至少一个摄像单元(11)在机动车行驶通过期间探测至少两个在机动车车轮(10)上存在的或者为了测量被安置上的车轮标记(12)并且由布置在下游的评估装置(13)评估。利用在行驶通过期间摄取的车轮标记(12)确定车轮坐标系统K01和标记坐标系统K02。为了确定所述矫正值使所述车轮坐标系统K01和所述标记坐标系统K02相互关联起来。
文档编号G01B11/275GK102893123SQ201180016719
公开日2013年1月23日 申请日期2011年3月2日 优先权日2010年3月30日
发明者G.诺比斯, S.阿伯拉罕, V.乌芬坎普 申请人:罗伯特·博世有限公司