DE69619733T2

DE69619733T2 - Bestimmung der kraftfahrradpositionen und orientierungen

Info

Publication number: DE69619733T2
Application number: DE69619733T
Authority: DE
Inventors: B. January
Original assignee: Hunter Engineering Co
Current assignee: Hunter Engineering Co
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1996-01-04
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2016-01-05
Also published as: EP0749563B1; EP0749563A4; EP0749563A1; US5488472A; WO1996021840A1; DE69619733D1

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das Ausrichtung von Fahrzeugrädern und insbesondere Ausrichtungssysteme für Fahrzeugräder, die zum Messen der Spur-Ausrichtung des Fahrzeuges elektro-optische Transducer verwenden.
Das U.S. Reissue Patent Re 33, 144 Hunter und January und das U.S. Patent 4,319,838 Grossman und January beschreiben jeweils ein Rad-Ausrichtungssystem, welches elektro-optische Transducer verwendet, um den Spur- Ausrichtungswinkel des Fahrzeuges zu ermitteln. Fig. 2 jedes dieser Patente zeigt sechs Winkel Transducer, die von an den Fahrzeugrädern montierten Stützbaugruppen getragen werden. Fi.4 der RE 33, 144 und Fig. 9 der 4,319,838 zeigen die Geometrie dieser Anordnung und stellen die unmittelbar gemessenen sechs Winkel dar. Diese Patente beschreiben weiterhin (siehe RE 33, 144 spalte 7 Zeilen 26-39 und 4,319,838 Spalte 8 Zeile 12) wie die Spur-Ausrichtungswinkel aus den unmittelbar von dem Transducer gemessenen Winkeln berechnet werden.
Einrichtungen dieser Art werden seit mehr als einem Jahrzehnt weltweit angewendet. Solche Einrichtungen sind geeignet, die Ausrichtung oder die "Spur" Ausrichtungswinkel der Räder in Bezug auf ein oder mehrere geeignete Referenzachsen zu bestimmen, was ausreicht, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung zu ermöglichen, die den Reifenverschleiß reduziert und für ein sicheres Handling sorgt.
Eine Beschränkung dieser Systeme besteht darin, dass die Transducer nur Winkel und nicht Abstände messen und deshalb nicht in der Lage sind, die tatsächliche oder relative Position der Räder zu messen. Nur die relativen Ausrichtungen der Räder können gemessen werden. Unter bestimmten Bedingungen, etwa wenn Verschleiß oder Beschädigungen der Aufhängung oder Lenkkomponenten vermutet werden, würde es vorteilhaft sein, die tatsächliche Stellung der Räder relativ zueinander, zur Fahrzeugkarosserie, zum Rahmen, zur Schublinie oder zu anderen Referenzpunkten tatsächlich zu messen.
Unter den verschiedenen Zielen und Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Rad- Ausrichtungssystems, das die relative Position der Fahrzeugräder misst, hervorzuheben.
Ein zweites Ziel ist die Schaffung eines derartigen Systems, das die Position der Fahrzeugräder relativ zur Karosserie, zum Fahrzeugrahmen, zur Schublinie oder anderen Referenzpunkten misst.
Ein drittes Ziel ist die Schaffung eines derartigen Systems, das für viele verschiedene Fahrzeugtypen anwendbar ist.
Ein viertes Ziel ist die Schaffung eines derartigen Systems, das einfach anzuwenden ist.
Andere Ziele und Merkmale sind teils offensichtlich und werden teils nachfolgend ausgeführt.
Kurz gesagt, die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist darauf abgestellt, zusätzlich zu den normal gemessenen Winkeln die Abstandsentfernung zwischen dem Transducern zu messen. Diese "Entfernungs- und Ausrichtungs" (rang and bearing) Messungen werden benutzt, um die Koordinaten der Räder in einen willkürlichen Koordinatensystem zu berechnen. Das Koordinatensystem wird dann relativ zur Mittelinie des Sensors zur Fahrzeuglängsachse, zur Mittellinie des Fahrzeugrahmens oder der Fahrzeugkarosserie umgeformt, oder zu irgendeinem gewünschten Referenzpunkt. Auf diese Weise werden die Messungen der tatsächlichen Rad- Positionen and der Ausrichtungswinkel den angepassten Koordinatensystem zur Verfügung gestellt.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm verschiedener Komponenten der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1A stellt den Grundriss von zwei Transducern dar, die als Paar zusammenwirken und zeigt die unterschiedlichen Winkel und den von jedem gemessenen gemeinsamen Abstand.
Fig. 1B stellt den Grundriss eines einzelnen Transducers dar und zeigt die "Entfernungs- und Ausrichtungs" Messung zu einem anderen Transducer;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Bestimmung des Abstandes zwischen Transducern;
Fig. 2A zeigt eine Ansicht entsprechend Fig. 2 und stellt eine alternative Methode zur Bestimmung des Abstandes zwischen den Transducern dar;
Fig. 3A zeigt eine Ansicht eines einzelnen Fahrzeugrades, an dem eine Messeinrichtung mittels eines Rad Klemmbügels oder eines Adapters befestigt ist;
Fig. 3B zeigt einen Grundriss eines einzelnen Fahrzeugrades, an dem eine Messeinrichtung mittels eines Rad Klemmbügels oder eines Adapters befestigt ist;
Fig. 3C zeigt einen Grundriss eines einzelnen Fahrzeugrades, an dem eine Messeinrichtung mittels eines Rad Klemmbügels oder eines Adapters gemäß Fig. 3B befestigt ist, und stellt die versetzten Abstände der Transducer in der Messeinrichtung von der Befestigungsoberfläche des Rades ebenso dar, wie den Abriebradius des Rades;
Fig. 4 zeigt einen Grundriss eines einzelnen Fahrzeugrades, an dem eine Messeinrichtung mittels eines Rad Klemmbügels oder eines Adapters befestigt ist, und stellt die Anordnung in zwei unterschiedlichen Positionen gegenüber der Lenkmitte des Rades verdreht oder "gelenkt" dar;
Fig. 5 zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, und zeigt die gemeinsamen Sichtlinien zwischen den Transducerpaaren.
Fig. 5A zeigt eine Ansicht entsprechend Fig. 5, und stellt ein viertes Paar von Transducern in Sichtlinien mit einander quer über das Heck des Fahrzeuges dar;
Fig. 6 zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an dem vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit stark übertriebener Fehlstellung der Räder, um die Winkel und Abstände zu zeigen, die von den Transducern gemessen werden;
Fig. 7 zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, dem ein Messkoordinaten System Gitter überlagert ist, um zu zeigen, wie die Transducer und die Radposition relativ zu diesem Koordinatensystem gemessen werden können;
Fig. 8A zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei eine idealisierte Messkonfiguration dargestellt ist;
Fig. 8B zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit einem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, der im Uhrzeigersinn gedreht wurde, wobei dargestellt ist, dass die Messung der Messeinrichtung unbeeinflusst ist von der Fehlstellung der Karosserie in Bezug auf die Räder oder umgekehrt;
Fig. 9A zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei dargestellt ist, dass die Mittelinie der Hinterachse als Referenzpunkt zur Messung der tatsächlichen Radpositionen ungeeignet ist;
Fig. 9B zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei dargestellt ist, dass die Mittelinie der Messeinrichtung als Referenzpunkt zur Messung der tatsächlichen Radpositionen ungeeignet ist;
Fig. 10A zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei die Eignung der Messung der Position der Fahrzeugkarosserie oder des Rahmens relativ zu den Messeinrichtungen unter Verwendung von Messlinealen dargestellt ist;
Fig. 10B zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei dargestellt ist, wie die Mittellinie der Karosserie oder des Rahmens durch die durchgeführten Messungen gemäß Fig. 10A bestimmt wird;
Fig. 10C zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei die Fehler in der in Fig. 10B gezeigten Methode dargestellt sind.
Fig. 11A zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei dargestellt ist, wie die Position der Karosserie oder des Rahmens, unter Verwendung eines zum Messen der relativen Entfernung und Ausrichtung geeigneten Paars von Transducern relativ zu den Messeinrichtungen gemessen werden kann, von denen einer in einer bekannten Position zur Karosserie oder zum Rahmen befestigt und der andere in einer bekannten Position zu einer am Rad angeordneten Messeinrichtung befestigt ist;
Fig. 11B zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern, an denen vier Messeinrichtungen mittels Rad Klemmbügeln oder Adaptern befestigt sind, mit dem überlagerten Umriss einer Fahrzeugkarosserie oder eines Rahmens, wobei dargestellt ist, wie die Position der Karosserie oder des Rahmens relativ zu den Messeinrichtungen unter Verwendung eines Paares von Meß- Transducern gemessen werden kann, von denen jeder in einer bekannten Position zu einer am Rad angeordneten Messeinrichtung befestigt ist, wobei jeder eine entsprechende Sichtlinienreferenz verwendet, die in einer bekannten Position an der Karosserie oder am Rahmen angeordnet ist;
Fig. 12 ist ein vereinfachter Aufriss, der die Fahrzeug Positionsmessvorrichtung zeigt, die an einem Fahrzeug montiert ist;
Fig. 13 ist eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 12;
Fig. 14 ist ein schematisches Diagramm und zeigt die Bestimmung der Bodenhöhe unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 12; und
Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm und zeigt die Bestimmung der Radversatz-Abstandes unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 12.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in den verschiedenen Zeichnungsfiguren.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung in einem computergesteuerten Ausrichtungssystem für Fahrzeugräder eingesetzt, so wie sie in den U.S. Patenten Re 33, 144 von Hunter und January und 4,381,548 von Grossman und January dargestellt sind. Solch ein System enthält typischerweise eine Vielzahl von Messeinrichtungs-Baugruppen, die nachstehend in Zusammenwirkung mit einen Ausrichtungs- Systemcomputer 1 beschrieben werden. Ein Blockdiagramm eines solchen Systems ist in Fig. 1 dargestellt. Die Messeinrichtungsbaugruppen sind mit dem Systemcomputer über konventionelle Verbindungskanäle, wie Kabelverbindungen, Infrarot Kommunikationskanäle oder über Funkkanäle verbunden. Alternativ können die Weiterverarbeitungsfunktionen des Systemcomputers zwischen den Messeinrichtungsbaugruppen selbst verteilt werden. Zur Verdeutlichung, das System ist hier mit dem Ausricht-Systemcomputer 1 beschrieben, der programmiert ist, um die Operationen und Berechnungen auszuführen, die nachfolgend beschrieben werden.
Fig. 1A zeigt ein Transducer Paar 10 und 11, die, wie offensichtlich wird, in unterschiedlichen Messeinrichtungsbaugruppen angeordnet sind, in Kommunikation mit dem Ausrichtungs-Systemcomputer. Die Transducer 10 und 11 besitzen und teilen sich untereinander eine gemeinsame Sichtlinie 12. Der Transducer 10 hat weiterhin eine Referenzachse 13, so dass er den Winkel 14 zwischen der Referenzachse 13 and der Sichtlinie 12 misst. Gleichermaßen hat der Transducer 11 eine Referenzachse 15, so dass er den Winkel 16 zwischen seiner Referenzachse 15 und der Sichtlinie 12 misst. Die beiden Transducer messen jeweils den Abstand 17 von einem Transducer zum anderen Transducer entlang der gemeinsamen Sichtlinie. Es ist anzumerken, dass, weil der Abstand entlang einer gemeinsamen Sichtline gemessen wird, es nicht erforderlich ist, dass beide Transducer den Abstand messen. Es würde vollkommen ausreichen, wenn nur einer der beiden Transducer den Abstand messen würde, oder sogar einen oder mehrere separate Transducer zu verwenden, um den Abstand zu messen. Zwei Transducer, die eine gemeinsame Sichtlinie miteinander teilen und in dieser üblichen Weise zusammenwirken, werden als "kooperatives Paar" bezeichnet.
Fig. 2B zeigt einen einzelnen Transducer eines kooperativen Paares vom Transducern. Ein einzelner. Transducer 10 ist über eine Sichtlinie 12 mit dem anderen Transducer 11 verbunden. Der Transducer 10 misst den "relativen Richtungswinkel" 14 zum anderen Transducer 11 als den Winkel zwischen der gemeinsamen Sichtlinie 12 und seiner eigenen Referenzachse 13. Der Transducer 10 misst die "relative Entfernung" 17 zu dem anderen Transducer entlang der Sichtlinie 12. Die Lage des anderen Transducers 11 relativ zum Transducer 10 kann aus der relativen Entfernung 17 und dem von dem Transducer gemessenen relativen Richtungswinkel 14 bestimmt werden, wie hier aufgezeigt wird.
Obgleich die genaue Methode mit der die Transducer den Abstand zwischen einander messen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, werden die Vorrichtungen in Fig. 2 und Fig. 2A veranschaulicht. Es sollte angemerkt werden, dass die gemessene Entfernung zwischen den Transducerpaaren entweder der Radstand oder die Spurweite sein kann, je nach dem, welches kooperative Paar verwendet wird, um die Messung durchzuführen.
Zur Bestimmung der Entfernung zwischen den Transducern 10 und 11 unter Verwendung der Vorrichtung in Fig. 2, projiziert ein Emitter 2 in dem Transducer 10 eine Strahlung (vorzugsweise Infrarotlicht, obgleich auch andere Frequenzen verwendet werden können) in einem Strahlenbündel zu einer Blende 3 und einem Detektor 4 in dem Transducer 11. (Es versteht sich, dass der Transducer 11 vorzugsweise einen gleichartigen Emitter 10 enthält und der Transducer 10 eine gleichartige Blende 3 und einen Detektor 4 enthält, so dass jeder Transducer die verschiedenen Funktionen ausführen kann, die erforderlich sind, um die Entfernung zwischen ihnen zu ermitteln). In der Vorrichtung der Fig. 2 hat die Blende vorzugsweise zwei Schlitze 5, die wie dargestellt angeordnet sind. Ebenfalls vorzugsweise ist der Detektor 4 zur genauen Bestimmung des Abstandes zwischen Peaks in der Verteilung des darauf fallenden Lichtes verwendbar, wie nachfolgend erläutert wird. Es wurde heraus gefunden, dass ein CCD Detektor diese Erfordernisse adäquat befriedigt.
Der Emitter 2 in Kombination mit zwei Schlitzen 5 bildet eine Einrichtung zum projizieren von zwei räumlich getrennten Bildern auf den Detektor 4. In der Praxis ist das Ergebnis ein Peak-Paar auf dem Detektor, der dort positioniert ist, wo die Strahlen 2B und 2C auf den Detektor auftreffen. Ein Verfahren zur Lokalisierung solcher Peaks unter Verwendung eines CCD Fotoelement- Anordnungs-Detectors 4 ist in dem U.S. Patent 5,018,853 beschrieben. Natürlich können auch andere Verfahren zum Lokalisieren solcher Peaks verwendet werden. Die aktiven Bildelementmatrix Detektoren ermöglichen die Lokalisierung solcher Peaks, beide relativ zueinander und relativ zu irgendeiner willkürlichen Referenz vom Detektor-Ausgang. Der Ausgang des Detektors 4 liefert den Abstand "B" (der Abstand von zwei Peaks in der Lichtverteilung) an einen Mikroprozessor (nicht dargestellt) welcher vorzugsweise physikalisch in der entsprechenden Messwerteinrichtungsbaugruppe enthalten ist. Alternativ kann der Abstand zwischen zwei Peaks direkt über einen entsprechenden Kommunikationskanal an den Systemcomputer 1 geliefert werden.
Es ist zu beachten, dass die Entfernung zwischen Peaks auf dem Detektor 4 sich in dem Maß ändert, wie sich die Entfernung "X" zwischen zwei Transducern ändert. Die anderen beiden in Fig. 2 gezeigten Entfernungen, nämlich "D" und "A" sind festgelegt. Die Entfernung "D" ist die Entfernung zwischen der Blende 3 und dem Detektor 4 (diese Entfernung ist in Fig. 2 nicht maßstäblich dargestellt). Die Entfernung "A" ist die Entfernung zwischen den beiden Schlitzen 5 in der Blende. Aus der Ansicht der Fig. 2 und unter Anwendung des Gesetzes der ähnlichen Dreiecke kann herausgefunden werden, dass A/X = B/(X + D)ist. Aufgelöst nach X ergibt sich X = (A·D)/(B - A). Da A und D bekannt sind, und B der gemessene Abstand der Peaks ist, hat der Mikroprozessor alle Informationen, die er braucht, um die Entfernung zwischen den Transducern 10 und 11 zu bestimmen.
Es ist anzumerken, dass obwohl in Fig. 2 ein einzelner Emitter und eine Blende mit zwei Schlitzen zum projizieren eines Paares von Strahlen-Peaks auf den Detektor dargestellt ist, auch statt dessen ein Emitter- Paar und eine Blende mit einem einzelnen Schlitz verwendet werden kann. Eine solche Ausführung ist in Fig. 2A dargestellt. In dieser Ausführung ist die Entfernung "E" zwischen dem Emitterpaar 2 bekannt, ebenso die Entfernung "D", während die Entfernung "B" zwischen den beiden Peaks gemessen wird. Da X/E = D/B ist, ist der Abstand zwischen den Transducern in dieser Ausführung X = (D·E)/B. Es sollte klar sein, dass die Maße E und D fest sind, während das Maß B sich mit X verändert. Aufgrund von Fertigungstoleranzen wird sich das Maß D von Einheit zu Einheit etwas verändern. Diese Veränderung kann bewirken, dass der Wert des Maßes B von Einheit zu Einheit ebenso variiert, das aber kann durch die anfängliche Kalibrierung der Einheit kompensiert werden.
Es sollte klar sein, dass die Verwendung der Ausführungen nach Fig. 2 oder Fig. 2A ein Bild auf den Detektor 4 ergibt, das zwei Peaks aufweist. Die Peaks erscheinen an zwei verschiedenen Positionen auf dem CCD Fotoelement-Anordnungs-Detektors, sind aber zentriert zu der tatsächlichen Sichtlinie. Vorzugsweise wird der Durchschnittswert dieser beiden Positionen ermittelt und von diesem Durchschnittswert wird der gewünschte Winkel bestimmt.
Fig. 3A zeigt eine Aufriss-Ansicht eines einzelnen Fahrzeugrade 20 an dem eine Messeinrichtung 21 mittels einer Radklammer oder eines Adapters 22 befestigt ist. Die Messeinrichtung 21 besteht aus zwei Transducern 23 und 24. Der Längs-Transducer 23 ist vorzugsweise auf der Rotationsachse des Rades 20 langs zur Sichtlinie mit dem zusammenwirkenden Transducer positioniert, der in gleicher Position an einem anderen Rad auf der gleichen Seite des Fahrzeuges befestigt ist. Der Quer-Transducer 24 ist vorzugsweise am Ende der Spurstange 25 in einer Position quer zur Sichtlinie mit dem zusammenwirkenden Transducer positioniert, der in gleicher Position an einem anderen Rad auf der anderen Seite des Fahrzeuges befestigt ist. Diese Anordnung der an einem Fahrzeugrad befestigten Transducer ist konventionell und bekannt.
Fig. 3B zeigt eine Ansicht der in Fig. 3A dargestellten Komponenten. Die Referenzachse 26 des Längs-Transducers 23 ist vorzugsweise im rechten Winkel zur Rotationsachse 30 des Rades 20 angeordnet, während die Referenzachse 27 des Quer-Transducers 24 vorzugsweise parallel zur Rotationsachse 30 orientiert ist. Die Sichtlinie 28 erstreckt sich vom Transducer 23 zu dem anderen Transducer des kooperierenden Paares, während die Sichtlinie 29, wie hier dargestellt wird, sich von dem Transducer 24 zu dem anderen Transducer des kooperativen Paares erstreckt.
Fig. 3C zeigt verschiedene Abstände im Zusammenhang mit der Darstellung der Fig. 3B. Zusätzlich, zur Verdeutlichung, ist der Längs-Transducer 23 etwas von der Rotationsachse 30 des Rades 20 beabstandet dargestellt, wie das normalerweise von einigen Herstellern dieser Einrichtungen praktiziert wird. Ein willkürlicher aber brauchbares Koordinatensystem wird für den Sensor gewählt, in dem der Ursprung "0" auf der Rotationsachse 30 in der Befestigungsebene der Radklammer oder des Adapters 22 auf dem Rad 20 liegt. Der Versatz der Transducer 23 und 24 zu dieser Anordnung ist bekannt. Der X und Y Versatz des Längs-Transducers 23 ist entsprechend bezeichnet mit DLX und DLY, der X und Y Versatz des Quer- Transducers 24 ist entsprechend bezeichnet mit DTX und DTY.
Fig. 3C zeigt außerdem den "Lenkmittelpunkt" SC, der ein Punkt auf der vertikalen Achse ist, über die das Rad gelenkt wird. Der X und Y Versatz des Lenkmittelpunktes 5C von Ursprung 0 ist entsprechend W0X und W0Y. Fig. 4 zeigt eine Ansicht der Teile aus Fig. 3C, in der das Rad und die Messanordnung in zwei unterschiedlichen Richtungen "gelenkt" ist, wobei dargestellt ist, wie das Rad über den Lenkmittelpunkt gelenkt wird.
Es wäre wünschenswert, die "Position" des Rades 20 von seiner "Orientierung" zu trennen, so dass die Rad Position konstant bleibt, wenn das Rad in verschiedene Richtungen gedreht wird. Um das zu erfüllen, müsste die Radposition als Lenkmitte festgelegt werden, mit der Definition, dass sie sich nicht bewegen dürfte, wenn das Rad gelenkt wird. Das ergibt verschiedene Schwierigkeiten. Erstens sind die Hinterräder generell nicht lenkbar, und somit ist die Definition ihrer "Positionen" als Lenkmitte generell bedeutungslos. Zweitens sind die Abstände W0X und W0Y, wie in Fig. 3C dargestellt, generell nicht bekannt, obwohl die Abstände W0X und W0Y einfach anhand von Messungen berechnet werden könnten, die während des Ausrichtverfahrens an zwei oder mehreren verschiedenen Lenkpositionen des lenkbaren Rades durchgeführt werden. Drittens, und am wichtigsten, ist die Lenkmitte eines lenkbaren Rades irgendwo im Inneren der Rad/Reifenanordnung angeordnet, und das ist kein Ort, zu dem ein Einstell-Techniker mit irgend welchen technischen Mitteln Zugang hat. Kurz gesagt, es gibt keinen praktischen Anwendungszweck, für den man wissen müsste, wo die Lenkmitte liegt und deshalb auch keinen praktischen Grund, sie zu messen.
Dementsprechend ist die "Position" des Rades in Fig. 3 als der Ort des Ursprungs 0 definiert. Wie oben angemerkt, liegt dieser auf der Rotationsachse 30 in der Befestigungsebene der Radklammer oder des Adapters 22 auf dem Rad 20, und somit ist es ein relativ zum Transducer in der Messeinrichtung 21 bekannter Ort.
Fig. 5 zeigt einen Grundriss von vier Fahrzeugrädern 30, 31, 32 und 33, auf denen vier Messeinrichtungen 34, 35, 36 und 37 unter Verwendung von Radklammern oder Adaptoren 38, 39, 40 und 41 entsprechend befestigt sind. Innerhalb der linken vorderen Messeinrichtung 34 befinden sind der linke vordere Längs-Transducer 42 und der linke vordere Quer-Transducer 43. Innerhalb der rechten vorderen Messeinrichtung 35 befinden sind der rechte vordere Längs-Transducer 44 und der rechte vordere Quer- Transducer 45. Innerhalb der linken hinteren Messeinrichtung 36 befindet sind der linke hintere Längs- Transducer 46. Innerhalb der rechten hinteren Messeinrichtung 37 befindet sind der rechte hintere Längs-Transducer 47. Die Transducer 42 und 46 teilen sich eine gemeinsame Sichtlinie 48, die Transducer 43 und 45 teilen sich eine gemeinsame Sichtlinie 49, die Transducer 44 und 47 teilen sich eine gemeinsame Sichtlinie 50.
Fig. 5A entspricht Fig. 5 in materieller Hinsicht, mit Ausnahme der Tatsache, dass die hintere Messeinrichtung, die mit 36A und 37A bezeichnet ist, hintere Quer-Transducer 46QA und 47A enthält. Die hinteren Quer-Transducer funktionieren in gleicher Weise wie die vorderen Quer-Transducer 43 und 45, wobei sie Messungen für die Hinterräder ausführen, die denen der Transducer 43 und 45 an den vorderen Räder entsprechen. Die hinteren Quer-Transducer 46A und 47A teilen sich die gemeinsame Sichtlinie 49A.
Wie in Fig. 5 und 5A dargestellt, sind die vier Räder 30, 31, 32 und 33 in den vier Lenkmitten 51, 52, 53 und 54 angeordnet und darüber gelenkt. In Fig. 5 und 5A sind die vier Lenkmitten in den vier Ecken eines Rechtecks angeordnet. Zusätzlich sind die vier Räder so gelenkt, dass sie parallel zueinander ausgerichtet sind. Das stellt die "ideale" Situation dar. Ein Gesichtspunkt der Rad Ausrichtung ist es, zu messen oder anderweitig zu bestimmen, inwieweit die Anordnung und die Ausrichtung der Räder von dieser Idealen abweicht.
Fig. 6 stellt die Komponenten der Fi. 5 dar, nachdem die Räder 30, 31, 32 und 33 in eine neue Lage gebracht wurden, in der die Lenkmitten 51, 52, 53 und 54 nicht mehr auf den vier Ecken des Rechtecks liegen. Zusätzlich sind die vier Räder um ihre entsprechenden Lenkmitten so gelenkt, dass sie nicht mehr parallel zueinander stehen. So werden deutlich die Winkel und Entfernungen dargestellt, die direkt von den Transducern gemessen werden. Der Winkel LFT, der von dem Transducer 43 gemessen wird, liegt zwischen seiner Referenzachse 55 und der Sichtlinie 49. Der Winkel RFT, der von dem Transducer 45 gemessen wird, liegt zwischen seiner Referenzachse 56 und der Sichtlinie 49. Der Winkel LFL, der von dem Transducer 42 gemessen wird, liegt zwischen seiner Referenzachse 57 und der Sichtlinie 48. Der Winkel RFL, der von dem Transducer 44 gemessen wird, liegt zwischen seiner Referenzachse 58 und der Sichtlinie 50. Der Winkel LRL, der von dem Transducer 46 gemessen wird, liegt zwischen seiner Referenzachse 59 und der Sichtlinie 48. Der Winkel RRL, der von dem Transducer 47 gemessen wird, liegt zwischen seiner Referenzachse 60 und der Sichtlinie 50. Die Entfernung FTD, die auf der Sichtlinie 49 liegt, wird von dem Transducer 43 und/oder dem Transducer 45 gemessen. Die Entfernung LLD, die auf der Sichtlinie 48 liegt, wird von dem Transducer 42 und/oder dem Transducer 46 gemessen. Die Entfernung RLD, die auf der Sichtlinie 50 liegt, wird von dem Transducer 44 und/oder dem Transducer 47 gemessen. Üblicherweise entstehen durch Vergrößerung der "Vorspur" der Räder positivere Winkel.
Fig. 7 ist ein Duplikat von Fig. 6, die auf ein Koordinatensystem und Raster gelegt ist. Der Ursprung und die Ausrichtung des Rasters ist willkürlich ausgewählt, so dass seine Mitte übereinstimmt mit dem Ort des linken vorderen Längs-Transducers 42 und seine negative Y- Achse mit der Referenzachse 57 des selben Transducer fluchtet. Mit einem Verfahren, wie es hier erläutert wird, kann die Anordnung und Ausrichtung all der verschiedenen Transducer und Räder relativ zu diesem Koordinatensystem berechnet werden, über die Messungen, die direkt von den Transducern durchgeführt werden. Für diese Berechnung ist die Bedingung festgelegt, das die relativen Winkel in Uhrzeigerrichtung gemessen werden, und dass absolute oder tatsächliche Winkel in Bezug auf die positive Y Achse in Uhrzeigerrichtung gemessen werden.
Das Verfahren, das dieses erfüllt, wird wie folgt durchgeführt: Angefangen wird mit dem vorderen Längs- Transducer 42 (lfl). Weil dieser am Ursprung liegt und seine Referenzachse mit der negativen Y Achse fluchtet, sind seine (X, Y) Lage und Winkelausrichtung wie folgt:
Xlft = 0
Ylft = 0
Θlft = 180º
Die Lage und Ausrichtung der anderen Transducer und der Räder wird berechnet, ausgehend von dem Transducer 42 und entlang der Sichtlinie, unter Verwendung der relativen Entfernungen und Ausrichtungen, die von den Transducern gemessen werden und dem relativen Versätzen der Transducer und der Räder in der Messeinrichtung. Um dies zu illustrieren, wird die relative Entfernung LLD und die relative Ausrichtung LFL vom Transducer 42 (lfl) zum Transducers 46 (lrl) gemessen. Der tatsächliche Richtungswinkel des Transducers 42 zum Transducers 46 wird bestimmt durch Abgleichen der tatsächlichen Lage des Transducer 42 zum relativen Richtungswinkel vom Transducers 42 zum Transducers 46. Daraus wird die (X,Y)Lage des Transducers 46 berechnet als:
Xlrl = Xltl + LLD·sin(Θlfl - LFL)
Ylrl = Ylfl + LLD·cos(Θlfl - LFL)
Die tatsächliche Ausrichtung des Transducers 46 berechnet sich aus der Umkehr des tatsächlichen Richtungswinkels von Transducer 42 zu Transducer 46, dabei wird der tatsächliche Richtungswinkel von Transducer 46 zu Transducer 42 berechnet und dann mit dem relativen Richtungswinkels von Transducer 46 zu Transducer 42 abgeglichen.
Θlrl = 180º + (Θlfl - LFL) + LRL
Diese Berechnung lässt sich am Besten durch Implementierung eines Satzes einfacher "Entfernungs- und Ausrichtungs" (range and bearing) Gleichungen beschreiben, u.z. wie folgt:
X = RBX (XT, ΘA, DR, ΘR)
Y = RBY (YT, ΘA, DR, ΘR)
Θ = RBΘ (ΘA, ΘR1, ΘR2)
In diesen Gleichungen berechnet RBX()die X Koordinate eines Objektes aus der Koordinate (Xt,Yt) und die tatsächliche Ausrichtung eines anderen Objektes in gleicher Weise, wie die relative Lage und Winkelausrichtung dieses anderen Objektes. In gleicher Weise berechnet RBY() die Y Koordinate. Die Gleichung RBΘ() berechnet die tatsächliche Ausrichtung eines Objektes aus der tatsächlichen Ausrichtung eines anderen Objektes, den relativen Richtungswinkel des anderen Objektes und den relativen Richtungswinkel zu dem anderen Objekt. Um diese Gleichung in die Berechnung der Lage und Ausrichtung des Transducers 46 zum Transducer 42 einzusetzen, würde die Gleichung wie folgt verwendet werden:
Xlrl = RBX (Xlfl, Θlfl, LLD - LFL)
Ylrl = RBY (Ylfl, Θlfl, LLD - LFL)
Θlrl = RBΘ (Θlfl, LFL, LRL)
Führt man das aus, ergeben die Gleichungen folgendes:
X = RBX (Xt, ΘA, DR, ΘR) = Xt + DR · sin(ΘA + ΘR)
Y = RBY (Yt, ΘA, DR, ΘR) = Yt + DR·cos(ΘA + ΘR)
Θ = RBΘ (ΘA, ΘR1, ΘR2) = 180º + (ΘA - ΘR1) + ΘR2)
Bei Anwendung dieser Gleichungen muss darauf geachtet werden, dass vor jedem Element das richtige Vorzeichen steht.
Nachdem die Lage und Ausrichtung des linken hinteren Längs-Transducers berechnet wurde, kann die Lage und Ausrichtung des entsprechenden Rades 32 berechnet werden. Es ist einfach und bekannt, eine Übersetzung einer Koordinate eines Koordinatensystems in ein neues Koordinatensystem vorzunehmen und eine Drehung der neuen Koordinate um einen Punkt in diesem neuen Koordinatensystem vorzunehmen. Die "übersetzten und gedrehten" Gleichungen, die das erfüllt, haben die Form:
X = TRX (Xt, Yt, DX, DY, Θ)
Y = TRY (Xt, Yt, DX, DY, Θ)
In dieser Gleichung berechnet TRX ()die X Koordinate des Objektes aus der (Xt,Yt) Koordinate dieses Objektes, den (DX,DY) Versatz des Objektes von (Xt,Yt), und den Rotationswinkel Θ. TRY ()ist entsprechend. Diese Gleichungen können bei der Berechnung von X und Y unter Verwendung der folgenden Matrixschreibweise eingesetzt werden:
[X Y 1] = [(Xt + DX) (Yt + DY)1]
wobei
C&sub1; = Xt - Xt·cosΘ + Yt·sinΘ
C&sub2; = Yt - Xt·sinΘ - Yt·cosΘ
Nachdem die Lage und Ausrichtung des linken vorderen Längs-Transducers 42 berechnet wurde, kann die Lage und Ausrichtung des linken vorderen Quer-Transducers 43 berechnet werden. Das wird ausgeführt unter Verwendung der gleichen Funktionen wie zur Berechnung der Position und Ausrichtung des Rades, aber statt dessen unter Verwendung des Versatzes des Quer-Transducers relativ zum Längs-Transducer.
Bei einfacher Anwendung dieser Gleichungen können die Lagen und Ausrichtungen aller Transducer und Räder relativ zu dem willkürlich gewählten Koordinatensystem vorgenommen werden. Die folgende Indexliste bezeichnet die Bedeutung der verschiedenen Objekte, Koordinaten und Ausrichtungen:
lf = left front (links vorne)
rf = right front (rechts vorne)
lr = left rear (links hinten)
rr = right rear (rechts hinten)
l = longitudinal transducer (Längs-Transducer)
t = transverse transducer (Quer-Transducer)
w = wheel (Rad)
Die Lage und Orientierung der Transducer und Räder auf der linken Vorderseite in einem willkürlich gewählten Koordinatensystem wird wie folgt berechnet:
Xlfl = 0
Ylfl = 0
Θlfl = 180º
Xlfl = TRX (Xlfl, Ylfl, DLX - DTX, DLY + DTY, Θlfl - 180º)
Ylfl = TRY (Xlfl, Ylfl, DLX - DTX, DLY + DTY, Θlfl - 180º)
Θlfl = Θlfl - 90º
Xlfw = TRX (Xlfl, Ylfl, DLX, DLY, Θlfl - 180º)
Ylfw = TRY (Xlfl, Ylfl, DLX, DLY, Θlfl - 180º)
Θlfw = Θlfl - 180º
Die Lagen und Ausrichtungen der Transducer und des Rades links hinten in dem willkürlich gewählten Koordinatensystem werden wie folgt berechnet:
Ylrl = RBX (Xlfl, Θlfl, LLD, -LFL)
Ylrl = RBY (Ylfl, Θlfl, LLD, -LFL)
Θlfl = RBΘ (Θlfl, LFL, LRL)
Xlrw = TRX (Xlrl, Ylrl, DLX, -DLY, Θlrl)
Ylrw = TRY (Xlrl, Ylrl, DLX, -DLY, Θlrl)
Θlrw = Θlnl
Die Lagen und Ausrichtungen der Transducer und des Rades rechts vorne in dem willkürlich gewählten Koordinatensystem werden wie folgt berechnet:
Xrft = RBX (Xlfl, Θlft, FTD, -LFT)
Yrft = RBY (Ylfl, Θlft, FTD, -LFT)
Θrft = RBΘ (Θlfl, LFT, -RFT)
Xrfl = TRX (Xrft, Yrft, DLX - DTX, -DTY - DLY, Θrft - 270º)
Yrfl = TRY (Xrft, Yrft, DLX - DTX, -DTY - DLY, Θrft - 270º)
Θrfl = Θrft - 90º
Xrfw = TRX (Xrfl, Yrfl, -DLX, DLY, Θrfl - 180º)
Yrfw = TRY (Xrfl, Yrfl, -DLX, DLY, Θrfl - 180º)
Θrfw = Θrfl - 180º
Die Lagen und Ausrichtungen der Transducer und des Rades rechts hinten in dem willkürlich gewählten Koordinatensystem werden wie folgt berechnet:
Xrrl = RBX (Xrfl, Θrfl, RLD, RFL)
Yrrl = RBY (Yrfl, Θrfl, RLD, RFL)
Θrrl = RBΘ (Θrtl, RFL, -RRL)
Xrrw = TRX (Xrrl, Yrrl, -DLX, -DLY, Θrrl)
Yrrw = TRY (Xrfl, Yrfl, -DLX, -DLY, Θrrl)
Θrrw = Θrrl
Betrachtet man Fig. 7, so erkennt man, dass dann, wenn das Koordinatensystem in Bezug auf irgendeinen Transducer als fest definiert ist, die Koordinaten der anderen Transducer und Räder von der Richtung abhängig sind, in der das Rad ausgerichtet ist, an dem der Transducer befestigt ist. Nachdem die Koordinaten und Lagen wie oberen beschrieben berechnet worden sind, müssen sie in ein anderes Koordinatensystem weiter umgewandelt werden, bevor sie irgendeinen praktischen Nutzen haben. Es wäre sinnvoll, wenn das gewünschte Koordinatensystem einen Bezug zur Karoserie oder zum Rahmen hätte, da das die Bestimmung des Versatzes der verschiedenen Räder von ihrer optimalen Anordnung relativ zu der Karosserie oder zu dem Rahmen erlauben würde. Fig. 8A und Fig. 5B stellen die Beschaffenheit dieses Koordinatensystems dar.
Fig. 8A zeigt einen Aufriss der vier Räder 30, 31, 32 und 33 mit den anliegenden Sensoren 34, 35, 36 und 37, wie in Fig. 5. Darüber gelegt ist eine gestrichelte Linie, die die Karosserie oder den Rahmen 61 des Fahrzeuges darstellt. Fig. 8A zeigt die Karosserie oder den Rahmen 61 in perfekter Ausrichtung zu den Rädern und die Transducer in "idealer" Konfiguration.
Fig. 8B ist ein Duplikat von Fig. 8A in dem die Karosserie oder der Rahmen 61 leicht im Uhrzeigersinn um seinen Mittelpunkt 62 gedreht wurde. Es ist klar ersichtlich, dass die Transducer der Fig. 8B exakt die gleichen Winkel und Entfernungen messen würden wie jene in Fig. 8A. Transducer, die an den Rädern befestigt sind, und die keinen Kontakt zu der Karosserie oder dem Rahmen haben, können keine Messungen machen, die es erlauben würden, die Koordinaten und/oder Lagen der Räder relativ zur Karosserie oder zum Rahmen zu berechnen.
Fig. 9A stellt dies weiter dar und zeigt ein Duplikat von Fig. 8A in dem das rechte hintere Rad 33 im Uhrzeigersinn um seine Lenkmitte 5C gedreht wurde. Die Schublinie TL, die die Halbierende des Winkels bestimmt, der durch die Referenzachse 59 und die Referenzachse 60 gebildet wird, ist als die Y Achse dargestellt. Die X Achse ist in etwa willkürlich so gewählt, das der Ursprung des gebildeten Koordinatensystems in der Mitte der Hinterachse liegt. Obgleich die Schublinie ein altes und bewährtes Mittel in der Ausrichtung des Rades darstellt, zeigt Fig. 9A deutlich, dass sie ungeeignet ist, als Achse eines Koordinatensystems zur Festlegung der Lage der Räder, weil sie selbst bestimmt ist durch die Lenkrichtung (net steering) der Hinterräder. Zum Beispiel ist gezeigt, dass das linke Vorderrad 30 und das rechte Vorderrad 31 nicht den gleichen Abstand von der Y Achse des Koordinatensystems aufweisen, obwohl die beiden Räder den selben links/rechts Versatz relativ zur Karosserie oder zum Rahmen haben.
Fig. 9B illustriert dies weiter in einem Duplikat der Fig. 8A in der das rechte Hinterrad 33 um einen kleinen Betrag nach außen versetzt wurde. Die Mittellinie CL, die angegeben ist als die Halbierende des Winkels, der durch die Sichtlinie 48 und die Sichtlinie 49 gebildet wird, ist als Y Achse definiert. Die X Achse ist in etwa willkürlich so gewählt, das der Ursprung des gebildeten Koordinatensystems in der Mitte der Hinterachse liegt. Obgleich die Mittellinie ein altes und bewährtes Mittel bei der Ausrichtung des Rades darstellt, zeigt Fig. 9B deutlich, dass sie ungeeignet ist, sie als Achse eines Koordinatensystems zur Festlegung der Lage der Räder zu verwenden, weil sie selbst durch die Lage der Räder bestimmt ist. Zum Beispiel zeigt Fig. 9B, dass das linke Hinterrad 32 und das rechte Hinterrad 33 einen gleichen Abstand zur X Achse des Koordinatensystems aufweisen, obwohl die beiden Räder unterschiedlichen links/rechts Versatz in Bezug auf die Karosserie oder den Rahmen aufweisen.
Fig. 10A ist ein Duplikat von Fig. 8A, die dem Koordinatensystem 63 überlagert wurde. Wie in Fig. 8A ist die "ideale" Situation dargestellt, in der die vier Räder 30, 31, 32 und 33 auf den vier Ecken des Rechtecks liegen und parallel zu seinen Seiten sind. Das Messlineal 64 illustriert die Verwendung eines tatsächlichen Messlineals oder einer anderen Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstandes eines Punktes an dem linken vorderen Sensor 34 zu der linken Seite des Karosserie oder des Rahmens 61, etwa im Bereich des Rades 30. Zum Beispiel würde eine Messeinrichtung, wie sie weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 12 bis 15 beschrieben ist ausreichen.
In gleicher Weise sind die Messlineale 65, 66 und 67 an den entsprechenden Rädern 31, 32 und 33 dargestellt. Die Verwendung von Messlinealen, Maßbändern oder gleichartigen Vorrichtungen dieser Art, wie sie in Fig. 10A dargestellt sind, ist üblich und wird seit einigen Jahren an Ausrichtungssystemen schwerer LKWs angewendet, die vom Inhaber dieser Patentanmeldung gefertigt werden. Das Messlineal 64 wird benutzt, um den Abstand DXLF zu messen, wie in Fig. 10B dargestellt. In gleicher Weise misst das Messlineal 65 den Abstand DXRF, das Messlineal 66 den Abstand DXLR und das Messlineal 67 den Abstand DXRR.
Es ist sinnvoll die Y Achse so zu definieren, dass sie entlang der Längsmittellinie FCL der Karosserie oder des Rahmens des Fahrzeuges verläuft, wie in Fig. 10B dargestellt ist. Diese Y Achse liegt im gleichem Abstand zwischen der rechten und linken Seite der Karosserie oder des vorderen und hinteren Rahmeinendes. Die Abstände DXF und DXR illustrieren dies in Fig. 10B. Die Sensor Mittellinie CL wird normalerweise als Referenzachse verwendet, um den Schubkraftwinkel und die einzelnen Spurwinkel der Hinterräder zu berechnen. Die Mittellinie CL liegt an ihrem vorderen Ende nahezu mit gleichem Abstand zwischen dem linken vorderen Längs-Transducer 42 und dem rechten vorderen Längs-Transducer 44, und in gleichem Abstand zwischen dem linken hinteren Längs- Transducer 46 und dem rechten hinteren Längs-Transducer 47. Der Winkel FACL ist der Winkel zwischen der bevorzugten Y Achse wie in Fig. 10B dargestellt und der Sensor Mittellinie. Manuelle Messungen der Abstände DXLF, DXRF, DXLR und DXRR werden wie in Fig. 10A und Fig. 10B dargestellt durchgeführt und verwendet, um FACL angenähert wie folgt zu berechnen:
Der Winkel FACL wird dann vom linken hinteren Spurwinkel und vom Schubkraftwinkel abgezogen und zu dem rechten hinteren Spurwinkel addiert, wobei diese Winkel auf die Karosserie oder die Mittelinie des Rahmens FCL bezogen werden. Die vorderen individuellen Spurwinkel werden in üblicher Weise auf die Schublinie der Hinterräder bezogen und sind somit von dem Versatz nicht betroffen. Das ist sehr vorteilhaft, wenn schwere LKWs ausgerichtet werden sollen, da es dazu führt, dass die beim Ziehen eines schweren Anhängers ausgeübten Kräfte parallel zu den Rahmenschienen wirken, wodurch Handling und die Sicherheit verbessert und der Verschleiß und das Zerreißen reduziert werden.
Fig. 10C entspricht Fig. 10B, mit der Ausnahme, dass das linke Vorderrad 30 ebenfalls leicht im Uhrzeigersinn gelenkt wurde, so wie das rechte Hinterrad 33. Aus Fig. 10C ist sofort ersichtlich, das der Abstand DXLF dazu dient, die Karosserieseite oder den Rahmen relativ zum Sensor 34 zu orten, aber, weil die Richtung des Messpunktes an der Karosserie oder dem Rahmen 61 relativ zum Sensor 34 nicht bekannt ist, ortet das einfache Messen des Abstandes DXLF die Karosserie in Bezug auf den Sensor 34 und das Rad 30 ungenau. In der Praxis sind die Lenkwinkel der Räder 30 und 31 sehr klein oder speziell in Bezug zu der Mittellinie des Sensors CL symmetrisch eingestellt, wenn solche Messungen durchgeführt werden, was dem in Fig. 10A und Fig. 10C gezeigte Verfahren eine sehr genaue Ausrichtung der angetriebenen Räder zur Karosserie und zum Rahmen ermöglicht.
Fig. 11A zeigt einen zusätzlichen Transducer 68 der zu der Karosserie oder zum Rahmen 61 an einer vorher bestimmten Stelle montiert ist. Dieser Transducer ist in Sichtkontakt 72 mit einen anderen Transducer 70, der an einer bekannten Stelle in einer der am Rad befestigten Sensoreinheit angeordnet ist. Fig. 11A zeigt den Transducer 70 der im linken vorderen Sensor 34 montiert ist, obwohl dieser auch in irgendeiner anderen Sensoreinheit befestigt sein könnte. Die Referenzachse 69 des Transducers 68 hat eine bekannte Relation zur Karosserie oder zum Rahmen 61, so dass es der Transducer 68 ermöglicht, sowohl den Ort als auch die Ausrichtung der Karosserie oder des Rahmens darzustellen. Ebenso hat die Referenzachse 71 des Transducers 70 eine bekannte Beziehung zum Sensor 34. In gleicher Weise wie vorher beschrieben ermöglicht diese Anordnung den Ort und die Ausrichtung der bekannten Befestigungspunkte zum Transducer 68 an der Karosserie oder am Rahmen relativ zu dem willkürlichen Koordinatensystem zu berechnen. Da der Ort und die Orientierung des Transducers 68 relativ zur Karosserie oder zum Rahmen 61 bekannt sind, ist es einfach alle berechneten Koordinaten und Orientierungen so zu übertragen, dass sie relativ zu einem Koordinatensystem liegen, das in Bezug auf die Karosserie oder den Rahmen 61 definiert ist. Dies bestimmt den Ort und die Orientierung aller Räder relativ zur Karosserie oder zum Rahmen 61.
Sobald die Koordinaten der Räder in einem relativ zu der Karosserie oder zum Rahmen 61 liegenden Koordinatensystem bestimmt sind, ist es einfach alle tatsächlichen Ausrichtungsparameter der Räder zu bestimmen. Zum Beispiel ist das Maß des Radabstandes an der linken Seite des Fahrzeuges gleich dem Wert der Differenz zwischen den Y-Koordinaten der linken Räder 30 und 32. Ebenso ist das Maß des Radabstandes an der rechten Seite des Fahrzeuges gleich dem Wert der Differenz zwischen den Y-Koordinaten der rechten Räder 31 und 33. Die Spurweite des vorderen Fahrzeugendes ist einfach der Abstand zwischen den X-Koordinaten der Vorderräder 30 and 31. Ebenso ist die Spurweite des hinteren Fahrzeugendes einfach der Abstand zwischen den X-Koordinaten der Hinterräder 32 and 33.
Es ist sehr wichtig, darauf zu achten, dass nur durch das Messen der Koordinaten der Räder in Bezug auf die Karosserie oder den Rahmen 61 der tatsächliche. Versatz der Räder und die Parameter des Versatzes der Räder nach hinten bestimmt werden können. Der Versatz der Räder ist einfach die Differenz zwischen der X-Koordinate des Rades und der festgelegten X-Koordinate. Der relative Versatz einer Achse ist die Differenz zwischen den Versätzen der Räder dieser Achse, welcher einfach der Summe der X-Koordinaten der Räder dieser Achse entspricht. Ebenso ist der Versatzes eines Rades nach hinten einfach die Differenz zwischen der Y-Koordinate des Rades und der festgelegten Y-Koordinate. Der relative Versatzes eines Rades der Achse nach hinten in Bezug auf ein anderes Rad ist einfach die Differenz zwischen den Y- Koordinaten der Räder.
Das in Fig. 11A gezeigte System kann auf Grund der erforderlichen Befestigung des Transducers 68 an einer vorherbestimmten Ausrichtung an der Karosserie oder am Rahmen 61 schwerlich angewendet werden. Das lässt sich wie in Fig. 11B beheben durch die Montage zweier "Anker" 75 und 76 an der Karosserie oder dem Rahmen 61. Ein "Anker" ist eine Vorrichtung, die an einem Ende der Sichtlinie angeordnet ist, die sie mit einem kooperierenden Transducer teilt, die aber selbst nicht in der Lage ist, irgendetwas zu messen. Das ermöglicht dem kooperierenden Transducer den Abstand und die Ausrichtung des Ankers zu messen. Ein Anker kann nur aus dem Emitter oder Ermittern und den damit verbundenen Treibern eines elektro-optischen Transducersystems bestehen.
Auf diese Weise ist der Anker 75 an einer vorbestimmten Stelle auf der linken Seite der Karosserie oder des Rahmens 61 montierte, um in Sichtlinie 72 mit dem Transducer 70 im linken vorderen Sensor 34 zu sein, während der Anker 76 an einer bestimmten Stelle auf der rechten Seite der Karosserie oder des Rahmens 61 montiert ist, um in Sichtlinke 77 mit dem Transducer 73 im rechten vorderen Sensor 35 zu sein. Dies ermöglicht den Ankern 75 und 76 sowohl den Ort als auch die Orientierung der Karosserie oder des Rahmens 61 wiederzugeben. In gleicher Weise wie zuvor beschrieben, ermöglicht diese Anordnung den Abstand und die Ausrichtung der Befestigungspunkte der Anker 75 und 76 auf der Karosserie oder auf dem Rahmen 61 relativ zu dem willkürlichen Koordinatensystem zu berechnen. Da die Anker 75 und 76 an einer bekannten Position in Bezug zur Karosserie oder zum Rahmen 61 gelegen sind, ist es leicht alle berechneten Koordinaten und Ausrichtungen relativ zum Koordinatensystem umzuformen, das zur Karosserie oder zum Rahmen 61 definiert ist. Auf diese Weise bestimmt man den Ort und die Ausrichtung der Räder in Bezug auf die Karosserie oder den Rahmen 61.
Wendet man sich nun der Fig. 12 zu, so kann man sehen, das der Abstand von einer Sensor Anordnung 21 zu einer vorbestimmten Position im Bezug auf den Fahrzeugrahmen einfach unter Verwendung von Detektoren gemessen werden kann, so wie sie oben beschrieben sind.
Zusätzlich kann die gleiche Apparatur verwendet werden, um, wenn gewollt, die Bodenhöhe des Fahrzeuges zu messen. In Fig. 12 ist etwas detaillierter die Sensor Einheit 21 dargestellt, die an einem Rad abnehmbar befestigt ist (in dieser Darstellung das rechte Vorderrad RFW). An der Sensor Einheit 21 ist eine Sensor Einheit 79 befestigt, die, wie offensichtlich ist, einen Emitter 81 (Fig. 13) und einen aktiven Fotoelement-Anordnungs-Detektor 83 (Fig. 14) enthält. Genauer, oben auf dem Bodenhöhen/Versatz Sensor 79 ist der Emitter 81 neben einem Schlitz 85 oben in der Einheit 97 angeordnet. Der Detektor 83, der bevorzugt ein linearer CCD Fotoelement- Anordnungs-Detektor 83 ist, ist am Boden der Einheit 79 angebracht. Es ist darauf zu achten, dass die Bodenhöhen/Versatzeinheit in fester geometrischer Beziehung zu dem Rad des Fahrzeuges befestigt ist.
Der Emitter 81 ist so angeordnet, dass er das Licht nach oben projiziert (wie in Fig. 12 gezeigt) wenn die Sensor Einheit 21 an einem Fahrzeugrad angebracht ist. Die von dem Emitter 81 projizierte Strahlung (Vorzugsweise Infrarot) trifft eine Reflektoreinheit 87, die von einem Techniker/Anwender an einem Kotflügel 89 (oder einer anderen passenden Oberfläche) des Fahrzeuges entfernbar befestigt wurde. Der vertikale Abstand zwischen der Bodenhöhen/Versatzeinheit 79 und der Reflektoreinheit 87 ist ein Maß für die Bodenhöhe des Fahrzeuges.
Die Reflektoreinheit 87 besitzt in einer bekannten relativen Position ein Paar Winkelreflektor Würfel 91. Solche Würfel sind bekannt und haben die Eigenschaft auf sie gerichtetes Licht parallel zur Lichtquelle zu reflektieren. Die Strahlung des Emitters 81 ist deshalb direkt nach oben in Richtung der Winkelreflektor Würfel 91 gerichtet, die die Strahlung zurück nach unten durch den Schlitz 85 auf den CCD Fotoelement-Anordnungs- Detektor 83 werfen.
Die Bestimmung der Bodenhöhe und des Radversatzabstandes unter Verwendung der Einheiten 79 und 87 ist in den Fig. 14 und 15 dargestellt. In Fig. 14 ist die Entfernung "rh" zwischen dem Schlitz 85 und der Reflektoreinheit die Bodenhöhe (oder eine Entfernung die sich von der Bodenhöhe nur durch eine bekannte Konstante unterscheidet). Die Entfernung "d" ist der Abstand zwischen den beiden Winkelreflektor Würfeln 91, der festgelegt und bekannt ist. Die Entfernung "d" sollte weiter sein als der vermeintliche Abstand von Emitter und Detektor, vom Reflektor aus gesehen.
Die Strahlung die vom Emitter 81 zum Würfel gerichtet ist, wird zu dem Detektor 83 zurück reflektiert, wo sie, wie dargestellt, das Paar voneinander beabstandeter Peaks bildet, die in dem Detektorausgang durch die Entfernung "b" voneinander beabstandet sind. Die Entfernung "b" variiert mit der Bodenhöhe rh. Die Entfernung zwischen den Peaks wird durch einen passenden Mikroprozessor bestimmt, an den der Output des Detektors 83 geliefert wird.
Obwohl die Bodenhöhe bei gegebenem Peak zu Peak Abstand "b" auf unterschiedlichste Weise bestimmt werden kann, wird sie bevorzugt unter Verwendung einer Kalibrierungskonstanten bestimmt. Die Reflektoreinheit wird durch eine passende Einspannvorrichtung in einem festgelegten und bekannten Abstand "rhcal" gehalten, und in einer festen, bekannten Position in Bezug auf den Detektor 83. Der Output des Detektors 83 wird überprüft, um die Peak zu Peak Kalibrierentfernung "bcal" herauszufinden. Danach wird die tatsächliche Bodenhöhe unter Verwendung der Kalibriermessung bcal, des Bodenhöhen Kalibierabstandesrhcal und der aktuellen Peak zu Peak Messung "b" bestimmt. Die Gleichung, die diese Größen in Beziehung setzt lautet;
Rh = bcal·rhcal/b
Zahlreiche gleichwertige Gleichungen könnten ebenfalls verwendet werden.
Fig. 15 stellt die Bestimmung der Entfernung des Radversatzes unter Verwendung der vorliegenden Vorrichtung dar. Die horizontale Position der Reflektoreinheit 87 in Bezug auf den Detektor 83 ist ein Maß des Abstandes des Radversatzes. Wenn die Reflektoreinheit in einer Position angeordnet ist, wie sie links in Fig. 15 gezeigt ist, fällt die reflektierte Strahlung durchschnittlich rechts der reflektierten Strahlungsposition der mehr nach rechts angeordneten Reflektoreinheit(siehe Phantomzeichnung der Reflektoreinheit 87). Das heißt, die absolute Position des Strahlungsmusters auf dem Detektor 83 ist ein Maß der Entfernung des Radversatzes. Diese absolute Position ist relativ leicht zu erhalten, da der Output des CCD Fotoelement-Anordnungs-Detektor 83 Informationen über die absolute Position in Bezug auf eine willkürliche Referenzposition liefert. Die Position entweder des Peaks oder der Mittelwert der Position beider Peaks, oder einige andere Kombinationen des Detektor Outputs können zum Messen des Radversatz verwendet werden. Vorzugsweise wird die absolute Position jedes Peaks bestimmt und dann gemittelt, um den Radversatz zu bestimmen, aber jede andere Methode kann gleichwohl verwendet werden. Natürlich können verschiedene andere Wege benutzt werden, um die Entfernung zwischen der relevanten Sensoreinheit und einer vorherbestimmten Position in Bezug auf den Fahrzeugrahmen zu bestimmen.
Der Umfang der Erfindung ist in den angefügten Ansprüchen definiert.

Claims

1. Radausrichtvorrichtung zur Bestimmung der Ausrichtposition und Lage von Fahrzeugrädern (30, 31, 32, 33) in Bezug auf ein willkürliches Koordinatensystem, bestehend aus: mindestens einem Paar Meß-Transducern (10 11), jeder Transducer ist an einem separaten Fahrzeugrad in einer bekannten geometrischen Beziehung zu seinem korrespondierenden Rad befestigt, mindestens ein Transducer des Paares dient zum Messen einer relativen Ausrichtung (14, 16) zu einem anderen Transducer des Paares, und mindestens ein Transducer des Paares dient der Messung der Entfernung (17) zu dem anderen Transducer des Paares, einem wirksam mit jedem Transducer verbundenen Computer (1), der besagte Computer reagiert auf die gemessene Entfernung und die relative Ausrichtung, um die Koordinaten der Räder, an denen die Transducer befestigt sind, in einem willkürlichen Koordinatensystem zu bestimmen, der besagte Computer dient weiterhin der Umformung besagter Koordinaten auf entsprechende Koordinaten in einem gewünschten Bezugssystem, um so die Messwerte der tatsächlichen Radpositionen und Ausrichtungen in diesem gewünschten Bezugssystem zu liefern.

2. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf die Sensormittellinie definiert ist, wobei diese Sensormittellinie durch die Anordnung der Transducer definiert ist.

3. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf die Fahrzeugschublinie definiert ist.

4. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf die Fahrzeugrahmen Mittellinie definiert ist.

5. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf die Karosserie Mittellinie des Fahrzeuges definiert ist.

6. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin mindestens ein an einer vorbestimmten Position am Rahmen des Fahrzeuges angeordnetes Bauteil enthält, dieses Bauteil ist konfiguriert, um in Verknüpfung mit einem Transducer die Entfernung und die relative Ausrichtung dieser vorbestimmten Position zu bestimmen.

7. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Bauteil einen Emitter zum Senden von Strahlen in Richtung des Transducers enthält.

8. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 6, mit einem zweiten Bauteil, das an einer zweiten vorbestimmten Position am Rahmen des Fahrzeuges angeordnet ist, das zweite Bauteil ist konfiguriert, um in Verknüpfung mit einem anderen Transducer die Entfernung und die relative Ausrichtung dieser zweiten vorbestimmten Position zu bestimmen.

9. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 8, in der die erste und die zweite vorbestimmte Position in Bezug auf den Fahrzeugrahmen festgelegt sind und der Computer auf die Messwerte der Entfernung und der relativen Ausrichtung des ersten und zweiten Bauteils reagiert, um die Radposition in Bezug auf den Fahrzeugrahmen zu bestimmen.

10. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 8, in der die erste und die zweite vorbestimmte Position in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie festgelegt sind und der Computer auf die Messwerte der Entfernung und der relativen Ausrichtung des ersten und zweiten Bauteils reagiert, um die Radposition in Bezug auf die Karosserie zu bestimmen.

11. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 6, in der der mit dem Bauteil verknüpfte Transducer an einen der Messwert Transducer angrenzt.

12. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, in dem die Transducer an den Rädern mittels Adaptern befestigt sind, diese Adapter definieren eine bekannte geometrische Beziehung zwischen jedem Transducer und seinem korrespondierenden Rad.

13. Radausrichtvorrichtung zur Bestimmung der Ausrichtposition und Lage der Vorder- und Hinterräder (30, 31, 32, 33) bestehend aus: sechs Messwert Transducern (42, 43, 44, 45, 46, 47) die derart an den Fahrzeugrädern montiert sind, dass zwei Transducer jeweils an den Vorderrädern und ein Transducer jeweils an den Hinterrädern befestigt sind, die Transducer sind in drei Paaren (42, 46) (43, 45) (44, 47) gruppiert, derart dass mindestens ein Transducer jedes Paares die Entfernung (17) zu dem anderen Transducer messen kann, der in seiner Sichtlinie (12) angeordnet ist und derart, dass jeder Transducer den relativen Abstand zu dem anderen dem Paar zugeordneten Transducer messen kann, basierend auf einem Winkel (14, 16), der zwischen der Sichtlinie jedes Transducers und seiner Referenzachse (13, 15) gebildet ist, die besagten Paare umfassen: ein erstes Paar(43, 45) umfasst einen Transducer der mit jedem Vorderrad zusammenwirkt, dieses erste Paar misst die Querentfernung zwischen den Transducern und die relative Winkelausrichtung der Vorderräder, ein zweites Paar (42, 46) umfasst einen Transducer, der mit dem auf der linken Seite des Fahrzeuges angeordneten Vorderrad zusammenwirkt und einen Transducer, der mit dem auf der gleichen Seite des Fahrzeuges angeordneten Hinterrad zusammenwirkt, das zweite Paar misst den Längsabstand zwischen diesen Transducern und die relative Winkelausrichtung der auf der linken Seite des Fahrzeuges angeordneten Räder; und ein drittes Paar (44, 47) umfasst einen Transducer, der mit dem auf der rechten Seite des Fahrzeuges angeordneten Vorderrad zusammenwirkt und einen Transducer, der mit dem auf der gleichen Seite des Fahrzeuges angeordneten Hinterrad zusammenwirkt, dieses dritte Paar misst den Längsabstand zwischen diesem Transducerpaar und die relative Winkelausrichtung der auf der rechten Seite des Fahrzeuges angeordneten Räder; ein Computer (1) ist wirksam mit jedem Transducer verbunden, dieser Computer reagiert auf die gemessenen Entfernungen und die relativen Ausrichtungen, um die Koordinaten der Räder in diesem willkürlichen Koordinatensystem zu bestimmen, und diese Koordinaten in entsprechende Koordinaten eines gewünschten Bezugssystems zu übertragen, um so die tatsächlichen Radausrichtungspositionen und Orientierungen in dem gewünschten Bezugssystem zu erhalten; sowie eine Anzeige zum Anzeigen der Positionen und Lagen der Fahrzeugräder.

14. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, in der der Computer weiterhin die relativen Ausrichtungsmaße aufnimmt, um den Spurausrichtungswinkel zu bestimmen.

15. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, die weiterhin ein Paar zusätzlicher Transducer aufweist, die an korrespondierenden Fahrzeugrädern befestigt sind, um die Position ihrer jeweiligen Räder in Bezug auf ein korrespondierendes Bezugssystem zu bestimmen.

16. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 15, in der das Bezugssystem durch separate Referenzpunkte an dem Fahrzeugrahmen für jeden zusätzlichen Transducer definiert ist.

17. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 15, in der das Bezugssystem durch separate Referenzpunkte an der Karosserie für jeden zusätzlichen Transducer definiert ist.

18. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 15, in dem das Bezugssystem durch ein Paar von Bauteilen definiert ist, die an jeweils vorherbestimmten Positionen an dem Fahrzeug angeordnet sind, jedes Bauteil kooperiert mit seinem zugehörigen Transducer, um die Entfernung und Ausrichtung der vorherbestimmten Position in Bezug auf den korrespondierenden Transducer zu bestimmen.

19. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 18, in der ein Bauteil an der linken Fahrzeugseite und ein anderes Bauteil an der rechten Fahrzeugseite befestigt ist.

20. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 15, in der der Computer die Entfernung und die relative Ausrichtung der Bauteile berechnet, um die Position und Lage aller Räder relativ zu einem Bezugssystem zu bestimmen.

21. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, weiterhin mit siebten und achten Meß-Transducern, die siebten und achten Transducer bilden ein viertes Paar mit einem Transducer dieses Paares, der mit dem Hinterrad auf der rechten Seite des Fahrzeuges zusammenwirkt und einem Transducer dieses Paares, der mit dem Hinterrad auf der linken Seite des Fahrzeuges zusammenwirkt, dieses vierte Paar misst die Querentfernung zwischen dem siebten und achten Transducer und die relative Winkelausrichtung der Hinterräder.

22. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf eine Sensor Mittellinie definiert ist, die von der Lage der Transducer definiert ist.

23. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf eine Fahrzeugschublinie definiert ist.

24. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf eine Mittellinie des Fahrzeugrahmens definiert ist.

25. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, in der das gewünschte Bezugssystem in Bezug auf eine Karosseriemittellinie definiert ist.

26. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, die weiterhin mindestens ein Bauteil enthält, das in vorherbestimmter Lage am Fahrzeugrahmen angeordnet ist, diese Bauteile sind so gestaltet, das sie in Verknüpfung mit einem Transducer operierend, die Entfernung und die relative Ausrichtung der vorherbestimmten Lage bestimmen.

27. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 26, in der das Bauteil einen Emitter zur Übertragung der Strahlung in Richtung des Transducers enthält.

28. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 26, weiterhin mit einem zweiten Bauteil, das an einer zweiten vorherbestimmten Stelle am Rahmen des Fahrzeuges befestigt ist, dieses zweite Bauteil ist so gestaltet, dass es in Verknüpfung mit einem anderen Transducer die Entfernung und die relative Ausrichtung der zweiten vorherbestimmten Stelle bestimmt.

29. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 28, in der die erste und die zweite vorherbestimmte Position in Bezug auf den Fahrzeugrahmen festgelegt ist, und der Computer die Entfernungs- und Ausrichtungsmaße des ersten und zweiten Bauteils erhält, um die Radpositionen in Bezug auf den Fahrzeugrahmen zu bestimmen.

30. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 28, in der die erste und die zweite vorherbestimmte Position in Bezug auf die Karosserie des Fahrzeuges festgelegt ist, und dei Computer die Entfernungs- und Ausrichtungsmaße des erster und zweiten Bauteils erhält, um die Radpositionen in Bezug auf die Karosserie des Fahrzeuges zu bestimmen.

31. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 26, in der dei in Verknüpfung mit den Bauteilen operierende Transducer unmittelbar neben einem der Meß-Transducer angeordnet ist.

32. Radausrichtvorrichtung nach Anspruch 13, in der die Transducer mittels Adaptern an den Rädern befestigt sind, diese Adapter definieren die bekannte geometrische Beziehung zwischen jedem Transducer und seinem korrespondierenden Rad.