Устройство для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов автотранспортных средств - RU2223463C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов автотранспортных средств на измерительном стенде в измерительном пространстве с помощью оптической измерительной системы, имеющей по меньшей мере одно оптическое передающее телевизионное устройство, позволяющее получать изображения по меньшей мере в двух различных ракурсах, маркировочное устройство с предусмотренной или располагаемой на колесе системой измерительных меток, из которых для каждого колеса предусмотрено по меньшей мере по три, и блок обработки данных.

Устройство подобного типа известно из DE 4212426 С (на имя Wolfgang Brunk). В этом известном устройстве с целью определения развала и схождения колес телевизионными камерами фиксируются характерные участки колес автотранспортного средства. У соответствующего колеса вне его оси предусматривают оптически распознаваемую маркировку, которая при вращении колеса фиксируется двумя синхронизированными телевизионными камерами. На основании пространственного расположения элементов маркировки на колесах определяют относительное положение их соответствующих осей. Телевизионные камеры расположены симметрично относительно оси соответствующего колеса, при этом автотранспортное средство стоит на роликах, а его колеса вращаются на парах роликов испытательного стенда, расположенных под каждым колесом оси автомобиля. Такая система ограничена только измерением таких геометрических параметров установки колес, соответственно положения осей и мостов, как развал и схождение, а юстировка геометрических параметров положения осей требует немалых затрат. Коррекция же геометрических параметров положения осей и мостов на роликовом испытательном стенде вообще невозможна.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать устройство указанного в начале описания типа таким образом, чтобы оно не только обеспечивало более простую работу с ним, но и позволяло получать информацию о большем числе геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов автомобиля, а также допускало регулировку элементов ходовой части и коррекцию их положения во время измерения (например из осмотровой канавы). При этом не требуется точной выверки положения передающего телевизионного устройства при съемке.

В отношении устройства для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов автотранспортных средств указанная в начале описания типа эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что маркировочное устройство имеет также по меньшей мере одно приспособление с системой контрольных меток, из которых для каждого положения съемки предусмотрено по меньшей мере по три, при этом измерительное пространство образовано приспособлением(-ями) с системой контрольных меток выше уровня расположения основания измерительного стенда, а информация о расположении контрольных меток в этом измерительном пространстве известна в блоке обработки данных, и указанное по меньшей мере одно передающее телевизионное устройство, позволяющее получать изображения в различных ракурсах, ориентировано в направлении, обеспечивающем съемку достаточной по меньшей мере для обработки данных части одних и тех же измерительных меток и контрольных меток, при этом для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов определяется положение совместно снятых в различных ракурсах измерительных меток и контрольных меток друг относительно друга.

Подобное устройство позволяет с помощью вычислений по известным алгоритмам автоматически определять в блоке обработки данных положение оси движения, а также следующие геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов автомобиля: схождение индивидуально для каждого колеса, суммарное схождение для каждой пары колес, развал для каждого колеса, смещение колеса вперед/назад, боковое смещение вправо/влево, различие в ширине колеи, смещение оси или моста, угол поворота управляемого колеса, продольный наклон шкворня назад или вынос оси шкворня вперед по отношению к центру колеса, поперечный наклон шкворня и разность углов схождения, а также положение моста с независимой подвеской колес на рычагах, ориентированных в разных плоскостях, как функцию угла поворота каждого управляемого колеса, при этом позиционирование передающего телевизионного устройства является исключительно простой в осуществлении операцией благодаря использованию контрольных меток. С помощью контрольных меток, расположение которых известно в блоке обработки данных, сначала можно определить положение камеры и одновременно либо вслед за этим определить положение измерительных меток относительно контрольных меток, на основании чего можно затем получить указанные геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов.

Простая конструкция и одновременно достоверное распознавание контрольных меток обеспечиваются благодаря наличию у приспособления с системой контрольных меток стойки, которая допускает ее установку в измерительном пространстве в произвольно выбираемой компоновке и на которой предусмотрены контрольные метки, выполненные в виде контрольных структур или специально размещаемых контрольных меток. Такое решение способствует получению достоверных результатов измерений.

Согласно еще одному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства предусмотрена возможность снимать с помощью указанного по меньшей мере одного передающего телевизионного устройства элементы конструкции кузова в качестве дополнительных измерительных меток или дополнительные специально размещаемые на кузове метки и использовать при обработке данных информацию об их расположении.

В соответствии еще с одним вариантом контрольные метки предлагается располагать с пространственным смещением относительно положения съемки. Если контрольные метки в дополнение к их плоскому, поверхностному расположению расположить относительно передающего телевизионного устройства еще и с пространственным смещением, то значительно упростится обработка данных по сравнению с плоским расположением контрольных меток при одновременно высокой достоверности результатов измерений.

Кроме того, для надежного распознавания элементов маркировки контрольные метки и/или измерительные метки предпочтительно выполнять в виде ретроотражающих меток, а в качестве передающего телевизионного устройства использовать камеру.

Если предусмотрена возможность снимать по меньшей мере одним передающим телевизионным устройством элементы конструкции кузова в качестве дополнительных измерительных меток или дополнительные специально размещаемые на кузове метки и использовать в последующем при обработке данных информацию об их расположении, то с помощью одного и того же устройства параллельно с определением геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов можно определять величину прогиба рессоры или хода пружины, соответственно величину нагрузки на каждое колесо и/или наклон кузова в продольном и поперечном направлениях и при необходимости учитывать такую информацию при расчете поправок, выполняемом для конкретного автотранспортного средства.

Недорогим по своему конструктивному исполнению предлагаемое в изобретении устройство можно сделать за счет использования при статических измерениях лишь одного передающего телевизионного устройства, которое допускает его последовательную установку в два различных положения, в каждом из которых обеспечивается общая съемка всех колес автотранспортного средства, или последовательную установку в два различных положения с каждой стороны автотранспортного средства, в каждом из которых обеспечивается общая съемка всех колес на этой стороне автотранспортного средства, или последовательную установку в два различных положения у каждого колеса, при этом предусмотрена возможность сохранения последовательно получаемой видеоинформации в памяти блока обработки данных и обработки в нем.

По сравнению с такой конструкцией упростить работу с устройством позволяет использование одного измерительного блока по меньшей мере с двумя передающими телевизионными устройствами, допускающего его установку только в одном положении, обеспечивающем общую съемку всех колес автотранспортного средства, последовательную установку с обеих сторон автотранспортного средства в каждом случае только в одном положении, обеспечивающем общую съемку всех колес на соответствующей стороне автотранспортного средства, или последовательную установку только в одном положении у каждого колеса, при этом предусмотрена также возможность сохранения последовательно получаемой видеоинформации в памяти блока обработки данных и обработки в нем.

Дополнительно упростить работу с устройством позволяет использование двух измерительных блоков, каждый из которых имеет по меньшей мере по два передающих телевизионных устройства, при этом оба указанных измерительных блока размещены с обеих сторон автотранспортного средства таким образом, чтобы каждый из них обеспечивал съемку колес на соответствующей стороне автотранспортного средства, или оба указанных измерительных блока размещены по одну сторону автотранспортного средства таким образом, чтобы каждый из них обеспечивал съемку одного колеса последовательно с обеих сторон автотранспортного средства, или оба указанных измерительных блока размещены таким образом, чтобы каждый из них обеспечивал съемку по одному колесу, установленных на одной оси автотранспортного средства, с обеих сторон этого автотранспортного средства последовательно по осям установки колес в автотранспортном средстве, при этом предусмотрена также возможность сохранения последовательно получаемой видеоинформации в памяти блока обработки данных и обработки в нем.

Предпочтительным является далее использование четырех измерительных блоков, каждый их которых имеет по меньшей мере по два передающих телевизионных устройства, обеспечивающих одновременную съемку четырех колес автотранспортного средства.

Сбору и обработке данных измерений способствует наличие в измерительном блоке по меньшей мере трех камер.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения для освещения измерительных меток и контрольных меток предусмотрен один или несколько источников света, а при использовании ретроотражающих меток эти один или несколько источников света расположены вокруг объектива(-ов) соответствующего(-их) передающего(-их) телевизионного(-ых) устройства(устройств). Использование для освещения измерительных и контрольных меток по меньшей мере одного источника света дополнительно повышает распознаваемость и различимость указанных измерительных и контрольных меток. Распознаваемость же и различимость ретроотражающих измерительных и контрольных меток можно повысить, расположив по меньшей мере один источник света вблизи объектива передающего(-их) телевизионного(-ых) устройства(устройств). При этом предпочтительно, чтобы испускаемое указанными источниками излучение лежало в не видимой для глаза человека области спектра. Использование для этой цели инфракрасных светодиодов в качестве источников света позволяет избежать в месте установки измерительной аппаратуры ухудшения условий освещенности для оператора, работающего с указанной аппаратурой.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения по меньшей мере одна измерительная метка и/или по меньшей мере одна контрольная метка имеют распознаваемое передающим телевизионным устройством кодовое обозначение. В этом случае появляется возможность автоматически различать отдельные колеса, отдельные автотранспортные средства или даже отдельные измерительные стенды по их меткам. Помимо этого кодирование по меньшей мере одной из нанесенных на колесо меток позволяет прежде всего однозначно сопоставить величину отклонения геометрической формы обода колеса с соответствующей меткой на колесе и учитывать эту величину, соответственно корректировать ее при последующих измерениях и обработке данных.

Указанные меры позволяют практически отказаться от точного нивелирования измерительного стенда. Предлагаемое в изобретении устройство не связано с абсолютной системой координат, привязанной к направлению нормали, а имеет только относительные системы координат, привязанные к системе отсчета в указанном стенде. Поэтому можно снизить требования к плоскостности и нивелированию измерительного стенда до уровня, необходимого лишь для правильной установки на стенде самого автотранспортного средства.

Представление полученных геометрических параметров не ограничено только угловыми единицами, и их можно представлять также в виде абсолютных значений в единицах длины.

При этом отпадает также необходимость в требовавшейся до настоящего времени в некоторых системах юстировке положения измерительного устройства у колеса. Операции по установке оптического передающего телевизионного устройства в положение под углом напротив колеса/колес и по размещению системы контрольных меток в определенном положении являются простыми в осуществлении, поскольку не требуют соблюдения высокой точности позиционирования, и поддаются простому контролю, например, с помощью облегчающих позиционирование вспомогательных приспособлений.

Сам процесс сбора результатов измерений длится несколько долей секунды, при этом для всех измеряемых величин обеспечивается высокая точность получаемых результатов с одновременным обеспечением широкого диапазона измерения.

Кроме того, отпадает необходимость в требовавшемся до сих пор на поворотных дисках угломере для определения величины поворота управляемых колес, поскольку измерительная система сама определяет этот угол.

Используя то же самое устройство на другом измерительном стенде, оборудованном под размеры безрельсовых транспортных средств, предназначенных для перевозки грузов, пассажиров и нетранспортных работ, можно получать данные по геометрическим параметрам установки колес и положения осей и мостов указанных транспортных средств. Для этого не требуется использование никакого дополнительного контрольного оборудования.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - устройство для определения геометрических параметров колес и положения осей, если смотреть в продольном направлении автотранспортного средства,
на фиг.2 - вид сбоку показанного на фиг.1 устройства и
на фиг.3 - вид сверху показанного на фиг.1 и 2 устройства.

На фиг. 1 показано устройство для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов автотранспортного средства, имеющее установленный сбоку от колеса 5 на штативе измерительный блок в виде измерительной головки 1 и расположенное между последней и колесом 5 приспособление 3 с системой контрольных меток, маркеров или признаков. Как более наглядно показано на фиг.3, измерительный блок в виде измерительной головки 1 имеет в данном варианте два передающих телевизионных устройства в виде камер 2, в поле 6 зрения которых попадает по меньшей мере часть как колеса 5, так и приспособления 3 с системой контрольных меток. Как показано на фиг. 2, где устройство изображено сбоку, приспособление 3 выполнено в виде трапециевидной рамки с системой из нескольких контрольных меток 4, а на бортовой закраине обода колеса 5 расположено несколько распределенных по окружности измерительных меток 8. Показанное на фиг.1 и 2 переднее колесо стоит на поворотном диске 7, позволяющем легко поворачивать управляемые колеса. Приспособление 3 имеет систему из по меньшей мере трех контрольных меток 4, тогда как на колесе 5 расположены по меньшей мере три измерительных метки 8. Контрольные метки 4 и измерительные метки 8 предпочтительно выполнены ретроотражающими. На фиг.1 показана также ось 9 шкворня подвески управляемого колеса.

Диаметр контрольных 4 и измерительных 8 меток с диффузным отражением оптического излучения, которые в этом примере выполнены круглыми, подбирают в зависимости от обеспечиваемого объективом камеры масштаба изображения, размера фотоприемного элемента, выполненного, например, в виде фотоприемника на приборах с зарядовой связью (ПЗС-приемника), и расстояния до объекта. Измерительные метки 8 можно распределять по окружности колеса лишь приблизительно равномерно, при этом юстировки их взаимного положения не требуется.

Измерительная головка 1 имеет по меньшей мере две камеры 2, которые позволяют с достаточно большого расстояния осуществлять в различных ракурсах съемку колеса 5 и прежде всего предусмотренных контрольных меток 4 и измерительных меток 8. При этом для достижения высокой точности измерения метки предпочтительно освещать со стороны камер 2. Такую подсветку достаточно просто реализовать, разместив вокруг объектива источники света, например в виде светодиодов (СИД), излучение которых предпочтительно лежит в инфракрасной области спектра, соответственно в ближней инфракрасной области спектра, что позволяет избежать в месте установки измерительной аппаратуры ухудшения условий освещенности для оператора, работающего с указанной аппаратурой.

Перед проведением собственно измерений автотранспортное средство следует приподнять на такую высоту, чтобы его колеса могли свободно вращаться. Затем измерительный блок в виде измерительной головки 1 необходимо установить сбоку от автомобиля рядом с колесом 5.

После этого начинают процесс измерения, в ходе которого определяют положение измерительных меток 8 относительно оси вращения колеса. Съемку производят либо в трех различных угловых положениях колеса, поворачивая его в эти положения, либо соответствующее колесо приводят во вращение и при этом его снимают (с достаточно высокой скоростью) по меньшей мере в трех различных угловых положениях при вращении. Во втором случае следует обеспечить необходимую синхронизацию кадров. На основании отснятых изображений, соответственно полученной видеоинформации по известным методам триангуляции для каждой измерительной метки 8 определяют ее положение относительно оси вращения и плоскость вращения. Для обода идеальной формы плоскости вращения всех измерительных меток 8 будут совпадать. Несовпадение плоскостей вращения указывает на наличие отклонений в геометрической форме обода. Обычно такие отклонения геометрической формы называют биением обода. Кодирование по меньшей мере одной из нанесенных на обод измерительных меток 8 позволяет однозначно сопоставить величину этого отклонения формы с каждой меткой и учитывать, соответственно корректировать ее при последующих измерениях, соответственно обработке данных.

Указанное измерение следует проводить на каждом колесе 5, при этом на каждом из колес 5 предпочтительно устанавливать по меньшей мере одну измерительную метку 8 со своим собственным кодовым обозначением, чтобы тем самым получить возможность автоматически отличать друг от друга эти колеса 5 (а при известных условиях и отдельные автотранспортные средства или даже отдельные измерительные стенды).

Затем автомобилю необходимо заехать на измерительный стенд в принципе известной конструкции, который предпочтительно оснащен поворотными дисками 7 для передних колес 5 и передвижными подмостками для задних колес, если автомобиль еще не был установлен на такой стенд при определении биения ободов. Такой измерительный стенд в отличие от стендов известной конструкции имеет четыре приспособления 3 с системой закрепленных на них контрольных меток 4, пространственные координаты которых (по отношению друг к другу) известны из предварительно проведенных измерений, при этом указанные приспособления 3 образуют в измерительном стенде выше уровня расположения его основания измерительное пространство.

Трапециевидная рамка или стойка иной формы с расположенными в одной плоскости или пространственно смещенными друг относительно друга контрольными метками 4 жестко закреплена на полу в зоне расположения колеса 5 и при необходимости может быть выполнена откидной или сдвигающейся в сторону. При этом необходимо обеспечить ее установку в известное, измеренное положение. Как показано на фиг. 3, подобные приспособления 3 с системой контрольных меток установлены или могут быть установлены рядом с каждым колесом 5, благодаря чему автомобиль может быть без каких-либо проблем размещен между ними.

Затем для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов либо с помощью всего одной измерительной головки 1 с двумя камерами 2 последовательно делают снимки (по меньшей мере по одному на каждую камеру) каждого колеса 5, которые поступают в память блока обработки данных, либо измерение проводят одновременно по нескольким колесам 5 с использованием нескольких измерительных головок 1. Кроме того, даже всего лишь одной камеры 2, которую при измерении можно перемещать по меньшей мере в два различных положения, уже достаточно для того, чтобы за два последовательных цикла измерения заснять соответствующие контрольные метки 4 и измерительные метки 8. Так, например, из одного соответствующего положения над автотранспортным средством (либо спереди, либо сзади него) также можно заснять все четыре колеса 5 с соответствующим образом размещенными на них измерительными метками 8, если последние, будучи закреплены на колесах 5 с помощью держателей, достаточно далеко выступают вбок.

Перед началом съемки измерительную головку 1 следует расположить без соблюдения особой точности в данном случае сбоку от автомобиля рядом с колесом 5 и приспособлением 3 с системой контрольных меток таким образом, чтобы в поле зрения камеры 2 измерительной головки 1 попали колесо 5 и приспособление 3 с системой контрольных меток (соответственно достаточная их часть) и чтобы расстояние до колеса 5 не превышало максимально допустимого. Измерительную головку предпочтительно снабдить в помощь оператору, работающему с устройством, соответствующим облегчающим позиционирование вспомогательным приспособлением (позволяющим правильно выбрать измерительную поверхность/пространство объектов и расстояние). Затем сохраненные в памяти блока обработки данных изображения, соответственно видеоинформация обрабатываются по известным методам обработки изображений и триангуляции с получением в результате координат закрепленных на колесе 5 измерительных меток 8 относительно системы контрольных меток, размещенных на приспособлении 3.

После этого на основании координат измерительных меток 8 для каждого колеса 5, а также на основании известной блоку обработки данных информации о положении системы контрольных меток на приспособлении 3 и предварительно полученной информации о биении ободов можно путем вычислений задать систему координат автотранспортного средства (например продольную ось/плоскость продольной оси автотранспортного средства, соответственно ось движения) и определить следующие геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов: схождение для каждого колеса, суммарное схождение, развал для каждого колеса, смещение колес вперед/назад, боковое смещение вправо/влево, разница в ширине колеи и смещение осей или моста.

Указанные геометрические параметры представляются в виде угловых величин, однако могут быть также выражены в виде единиц длины. В эти параметры могут быть включены и данные о ширине колеи. Установив дополнительные измерительные метки в определенных точках кузова (в зоне наружного контура колесной арки) можно дополнительно определять величину прогиба рессоры или хода пружины, соответственно величину нагрузки на каждое колесо 5 и/или наклон кузова в продольном и поперечном направлениях. Это позволяет быстро распознавать отклонения в заданной равномерности распределения нагрузки на колеса и при необходимости корректировать такие отклонения путем соответствующего перераспределения нагрузки, т.е. путем увеличения/уменьшения действующей на колесо нагрузки, или учитывать их при расчете поправок, выполняемом для конкретного автотранспортного средства.

Другие геометрические параметры по установке управляемых колес 5, соответственно соотношение углов их поворота выполняют обычным образом путем поворота этих колес 5 с их установкой под определенными углами. При осуществлении рассматриваемого способа угол поворота колес определяют по изменению координат закрепленных на колесе 5 измерительных меток 8, а также определяют параметры, характеризующие продольный наклон шкворня назад или вынос оси шкворня вперед по отношению к центру колеса, поперечный наклон шкворня и разность углов схождения, а также положение моста с независимой подвеской колес на рычагах, ориентированных в разных плоскостях, как функцию угла поворота каждого управляемого колеса.

На измерительном стенде определяют не только углы установки оси шкворня, но и ее пространственное положение. Эта информация позволяет определить в единицах длины радиус качения колес, а исходя из него, также определить продольный наклон шкворня назад и поперечный наклон шкворня. Для определения этих геометрических параметров сбоку рядом с каждым управляемым колесом 5 предпочтительно устанавливать отдельную измерительную головку 1, что позволяет одновременно отображать результаты измерений для указанных колес 5.

Если устройство выполнено только с одной измерительной головкой 1, то измерение необходимо производить последовательно на каждом колесе 5.

Вместо указанных контрольных меток 4 и/или измерительных меток 8 в качестве контрольных, соответственно измерительных маркеров для съемки и обработки изображений можно использовать также по меньшей мере по три характерных точки или характерных кромки либо края, идентифицируемых блоком обработки данных, который определяет их геометрическое положение.

Реферат

Устройство для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов автотранспортных средств в измерительном пространстве с помощью оптической измерительной системы, имеющей по меньшей мере одно оптическое передающее телевизионное устройство, позволяет получать изображения по меньшей мере в двух различных ракурсах. Маркировочное устройство имеет предусмотренную или располагаемую на колесе систему измерительных меток и блок обработки данных. При этом маркировочное устройство имеет по меньшей мере одно приспособление с системой контрольных меток, из которых для каждого положения съемки предусмотрено по меньшей мере по три. Измерительное пространство расположено между системой(-ами) контрольных меток и уровнем расположения основания измерительного стенда. Информация о расположении контрольных меток в измерительном пространстве известна в блоке обработки данных. В системе измерительных меток для каждого колеса предусмотрено по меньшей мере по три таких измерительных метки. Технический результат: обеспечение более простой работы при получении информации о большем числе геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов без точной выверки положения передающего телевизионного устройства. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула