專利名稱：車輪定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題涉及利用基于圖像處理的定位技術(shù)和一項(xiàng)或多項(xiàng)其它定 位技術(shù)的組合來實(shí)現(xiàn)車輪定位的技術(shù)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)前普遍使用的車輪定位系統(tǒng)使用附在車輪上的傳感器或測量 頭來測量車輪和懸掛的各種不同角度。將這些角度傳送給主機(jī)系統(tǒng)， 在主機(jī)系統(tǒng)中，在車輛定位角度的計(jì)算中使用這些角度。在標(biāo)準(zhǔn)的常 規(guī)定位儀構(gòu)造中，在車輪上附有四個(gè)定位測量頭。各個(gè)傳感器頭包括 兩個(gè)水平或束角測量傳感器和兩個(gè)垂直或外傾角/前后俯仰傳感器。 各個(gè)傳感器測量頭還包含支持全體傳感器數(shù)據(jù)獲取以及與定位儀控 制臺(tái)通信的電子電路，本地用戶輸入端，和用于狀態(tài)反饋、診斷和校 準(zhǔn)支持的本地顯示器。必須準(zhǔn)備四套構(gòu)成各個(gè)測量頭的四個(gè)傳感器和 電子電路以及機(jī)械外殼，因?yàn)槊總€(gè)輪子要有一套。
近年來，在某些店鋪中已經(jīng)用上了計(jì)算機(jī)輔助的三維(3D)機(jī) 器視覺定位系統(tǒng)來定位汽車車輪。在這樣的系統(tǒng)中， 一個(gè)或多個(gè)攝像 機(jī)觀測附在車輪上的靶標(biāo)(target)，并且定位系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)對靶 標(biāo)的圖像進(jìn)行分析，以確定車輪的位置并且根據(jù)車輪位置數(shù)據(jù)確定車 輪的定位。該計(jì)算機(jī)典型地根據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)的處理獲得的計(jì)算結(jié)果 指導(dǎo)操作者正確地調(diào)整車輪來實(shí)現(xiàn)精確定位。這種圖像處理型的車輪
定位系統(tǒng)或定位儀有時(shí)稱為"3D定位儀"。使用這樣的圖像處理的車 輪定位儀的例子是可通過商業(yè)手段從John Bean Company (阿肯色州 康威市)得到的Visualiner 3D (三維可視定位儀)或"V3D" ， John Bean Company是實(shí)ft"寶公司 (Snap-on Incorporated ) 的分公司。
具有直接安裝在車輪上的傳感器的常規(guī)非視覺定位系統(tǒng)正在變 成大路貨。由于競爭激烈并且圖像處理型的、沒有安裝在車輪上的傳感器的定位系統(tǒng)得到了廣泛認(rèn)可，常規(guī)系統(tǒng)的市場價(jià)位持續(xù)走低。主 流傳統(tǒng)定位系統(tǒng)依舊需要很高的精度和既定功能集，然而成本較低的 技術(shù)和制造工藝更受歡迎。不幸地是，這些進(jìn)步可能仍然僅僅實(shí)現(xiàn)了 依靠增加成本達(dá)到的改良。期望得到的是使用既降低了成本又保持精 度和功能不變的新式輪裝傳感器測量頭的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本文的教導(dǎo)通過將圖像處理定位儀型的用于一個(gè)或多個(gè)帶有攝 像機(jī)成像設(shè)備的測量頭的耙標(biāo)與其它車輪測量頭中的位置/取向傳感 器相結(jié)合而改善了傳統(tǒng)定位系統(tǒng)。
例如，車輪定位系統(tǒng)可以包括一對無源測量頭和一對有源傳感 測量頭。無源測量頭適合于與要通過車輪定位系統(tǒng)的操作進(jìn)行測量的 第一對車輪相結(jié)合地安裝。有源傳感測量頭適合于與車輛的第二對車 輪相結(jié)合地安裝。各個(gè)無源測量頭包括靶標(biāo)，例如可由圖像傳感器觀 測到的靶標(biāo)。各個(gè)有源傳感測量頭包括用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感 器，在各個(gè)測量頭都安裝到了車輛的各車輪上或與車輛的各車輪相結(jié) 合地安裝時(shí)，所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)該包括無源靶標(biāo)的圖像。該系統(tǒng)還 包括與至少一個(gè)有源傳感測量頭相關(guān)聯(lián)的空間關(guān)系傳感器。空間關(guān)系 傳感器能夠在將這些有源傳感測量頭安裝在車輪上時(shí)實(shí)現(xiàn)有源傳感 測量頭之間的空間關(guān)系的測量。該系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)處理 與靶標(biāo)的觀測有關(guān)的圖像數(shù)據(jù)以及來自至少一個(gè)空間關(guān)系傳感器的 位置數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)處理能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的至少一項(xiàng)測量結(jié)果的計(jì)算。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，用在車輪定位系統(tǒng)的有源傳感測量 頭包括用于安裝在要通過車輪定位系統(tǒng)的操作進(jìn)行測量的車輪上的 外殼和安裝在該外殼中的圖像傳感器。該圖像傳感器產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。 在測量操作中，圖像數(shù)據(jù)典型地包括與車輛的另一個(gè)車輪相結(jié)合的靶 標(biāo)的圖像。傳感測量頭還包括安裝在外殼中的至少一個(gè)斜度傳感器， 用于在將有源傳感測量頭安裝在車輛的車輪上時(shí)感測有源傳感測量 頭的傾角?？臻g關(guān)系傳感器安裝在外殼中，用于測量有源傳感測量頭 與安裝在車輛的不同車輪上的另一個(gè)有源傳感測量頭之間的空間關(guān)系。通信接口使得反映了圖像數(shù)據(jù)、所感測的傾角和由橫跨位置傳感 器測得的位置關(guān)系的數(shù)據(jù)能夠從有源傳感測量頭傳送到車輪定位系 統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)。
一種采取至少一種按照本文講授的原理的車輛測量的方法涉及 利用與車輛的第二車輪相結(jié)合地安裝的第一測量頭中的圖像傳感器
來采集與車輛的第一車輪相結(jié)合的耙標(biāo)的圖像，以產(chǎn)生第一圖像數(shù) 據(jù)。與車輛的第三車輪相結(jié)合的靶標(biāo)的圖像是利用與車輛的第四車輪 相結(jié)合地安裝的第二測量頭中的圖像傳感器來采集的，以產(chǎn)生第二圖 像數(shù)據(jù)；該方法此外還需要測量第一測量頭和第二測量頭之間的空間 關(guān)系。對第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)以及空間關(guān)系測量結(jié)果進(jìn)行處 理，以計(jì)算車輛的至少一個(gè)測量結(jié)果。
將會(huì)在接下來的說明中給出部分額外的優(yōu)點(diǎn)和新穎特征，并且 一部分優(yōu)點(diǎn)和新穎特征對于仔細(xì)閱讀了下文和附圖的本領(lǐng)域技術(shù)人 員而言是顯而易見的，或者可以通過生產(chǎn)或操作這些例子來領(lǐng)會(huì)。本 文的教導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)可以通過實(shí)踐或使用所附權(quán)利要求中具體指出的方 法、手段和組合來實(shí)現(xiàn)和獲得。


附圖描繪了按照本文教導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，僅僅作為實(shí) 例，而非作為限制。在這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的或類
似的元件。
圖1以示意圖方式圖解說明耙標(biāo)和有源傳感測量頭相對于車輪 的第一種布局。
圖1A和圖1B圖解說明了可以用在無源測量頭上的各種不同類 型的靶標(biāo)。
圖2是混合車輪定位系統(tǒng)的功能框圖，它的元件安裝在受檢車 輛的車輪上(不過為了簡明，省略了車輛的其它一些元件)。
圖3是該系統(tǒng)的某些安裝在車輪上的部件的側(cè)視圖，其中有源 傳感器測量頭之一以局部橫截面詳細(xì)視圖的方式示出。
圖4是解釋攝像機(jī)軸線與測得重力向量的前后俯仰平面之間的
9關(guān)系時(shí)使用的有源傳感器測量頭之一的側(cè)視圖。
圖5是解釋攝像機(jī)與測得重力向量的外傾角平面之間的關(guān)系時(shí)
使用的有源傳感器測量頭之一的后視圖。
圖6是有源傳感器測量頭之一的部件的功能框圖。
圖7以示意圖方式圖解說明了靶標(biāo)和有源傳感測量頭相對于車
輪的另一種布局，在這種情況中，使用額外的靶標(biāo)和圖像感測來測量
有源測量頭之間的空間關(guān)系。
圖8是圖7的系統(tǒng)的一些安裝在車輪上的部件的側(cè)視圖，其中
有源傳感器測量頭之一以局部橫截面詳細(xì)視圖的方式示出，總體上類
似于圖3;但是其中空間關(guān)系傳感器采用另一臺(tái)攝像機(jī)。
圖9是圖7中的詳細(xì)視圖示出的有源傳感器測量頭的部件的功能框圖。
圖10到圖18以示意圖方式圖解說明了一系列的可選布局，這 些可選布局具有與車輪的不同組合相關(guān)聯(lián)的各種不同的測量頭/靶標(biāo) 并且使用各種不同的構(gòu)造或設(shè)備來進(jìn)行空間關(guān)系感測。
具體實(shí)施例方式
在下文的詳細(xì)介紹中，以舉例的方式給出了大量具體細(xì)節(jié)，為 的是提供相關(guān)教導(dǎo)的透徹理解。不過，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，有 一點(diǎn)應(yīng)該是顯而易見的，本文的教導(dǎo)無需這些細(xì)節(jié)即可實(shí)踐。在其它 范例中，公知的方法、過程、零部件和電路是不涉及細(xì)節(jié)地以相對較 高的層次介紹的，為的是避免不必要地混淆本文教導(dǎo)的要點(diǎn)。
各個(gè)附圖中示出的例子給出了成本相對較低的定位系統(tǒng)。這些 示范性系統(tǒng)本質(zhì)上是"混合的"，因?yàn)樗鼈儗D像處理的要點(diǎn)與一項(xiàng)或 多項(xiàng)其它類型的測量技術(shù)結(jié)合了起來。這樣的混合系統(tǒng)對于受測車輛 的兩個(gè)車輪使用可見靶標(biāo)，例如無源測量頭上的靶標(biāo)，并且該系統(tǒng)在 附在車輛的另外兩個(gè)車輪上的有源傳感測量頭中使用光學(xué)成像傳感 器(例如攝像機(jī))和其它定位傳感器的組合。無源測量頭比傳統(tǒng)定位 系統(tǒng)中使用的測量頭制造起來明顯便宜得多。有源傳感測量頭的成本 一般來說可以與傳統(tǒng)車輪定位系統(tǒng)的兩個(gè)測量頭的成本差不多。使用成像技術(shù)測量車輛兩個(gè)前輪的位置和取向貢獻(xiàn)了額外的優(yōu) 點(diǎn)，包括得出在正常情況下在低成本系統(tǒng)中不可能得到的與基于圖像 處理的車輪定位相關(guān)聯(lián)的測量結(jié)果的能力。這些額外的測量結(jié)果可以
包括磨胎半徑(US 6,532,062)、滾動(dòng)半徑(US 6，237，234)和主銷 后傾(US 6,661,751)。
現(xiàn)在對附圖中示出和下文討論的例子進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1繪制了靶標(biāo)和有源傳感測量頭相對于受測車輛20的車輪的
第一種布局，例如用來測量一個(gè)或多個(gè)車輪的定位參數(shù)。為了便于圖
示，省略了車輛的除了車輪之外的零件。
該車輪定位系統(tǒng)包括安裝在車輛的各個(gè)車輪22和24上的一對
無源測量頭21和23，在這個(gè)例子中，這兩個(gè)車輪是前轉(zhuǎn)向輪。有源 傳感測量頭25和27適合于與車輛的其它各個(gè)車輪26和28相聯(lián)合地 安裝，在這種情況下這兩個(gè)車輪是后輪。各個(gè)有源傳感測量頭包括用 于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器29或31，在各個(gè)測量頭都安裝到了車 輛20的各車輪上時(shí)，所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)該包括無源靶標(biāo)的圖像。 在這個(gè)第一實(shí)例中，有源傳感測量頭25和27中的圖像傳感器29和 31是二維(2D)成像裝置，例如攝像機(jī)。
測量頭21和23是無源的，因?yàn)樗鼈儼ò袠?biāo)，但是不包括任 何傳感元件。各個(gè)無源測量頭21和23包括可由有源測量頭25和27 中的圖像傳感器29或31之一觀測到的類型的靶標(biāo)。無源測量頭21 或23上的用來由另一個(gè)測量頭上的傳感器進(jìn)行圖像感測的靶標(biāo)可以 是有源的或無源的。有源靶標(biāo)，比如發(fā)光二極管(LED)，是在電源 驅(qū)動(dòng)下發(fā)射可由傳感器檢測的能量(例如IR或可見光)的源。無源 耙標(biāo)是不由電源驅(qū)動(dòng)并且不發(fā)射用來由傳感器檢測的能量的元件。假 設(shè)測量頭25或27中有圖像傳感器，則無源靶標(biāo)應(yīng)當(dāng)是以可由相應(yīng)圖 像傳感器檢測的方式反射(或不反射)光或其它能量的物體。在該例 中，這些耙標(biāo)包括在受到其它光源照射時(shí)能夠檢測到并且能夠由有源 傳感測量頭25和27中的攝像機(jī)之類的裝置成像的明亮和黑暗區(qū)域， 不過這些耙標(biāo)可以包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件。
圖1A中示出了可以用在任何一個(gè)無源車輪測量頭21上的靶標(biāo)的第一個(gè)例子。在這個(gè)第一個(gè)例子中，靶標(biāo)是矩形的。圖1B中示出 了可以用在任何一個(gè)無源車輪測量頭21上的靶標(biāo)的第二個(gè)例子。在 這個(gè)第二個(gè)例子中，靶標(biāo)是圓形的。在各個(gè)情況下，靶標(biāo)都由帶有不 同大小的圓形圖案的平板構(gòu)成，這些圓形是以預(yù)定的格式和樣式標(biāo)記 在或安裝在該平板上的。雖然圖1A和圖1B示出的是特定的圖案， 但是很顯然，在各個(gè)靶標(biāo)上可以使用很多種不同的圖案。例如，可以 包括數(shù)量或多或少的點(diǎn)并且可以為這些點(diǎn)使用其它的大小和形狀。作 為另一個(gè)例子，也可以為這些耙標(biāo)使用多面板或物體。很多例子采用 多個(gè)反光元件排布形成各個(gè)靶標(biāo)。更加詳盡的信息，可以關(guān)注授予
Jackson的美國專利US5724743。
該系統(tǒng)還包括與至少一個(gè)有源傳感測量頭25或27相關(guān)聯(lián)的空 間關(guān)系傳感器?？臻g關(guān)系傳感器能夠在將有源傳感測量頭25和27 安裝在車輪上時(shí)實(shí)現(xiàn)這些有源傳感測量頭之間的空間關(guān)系的測量。一 般來說，取決于所使用的傳感器類型，空間關(guān)系傳感器可以測量相對 位置和/或取向。位置測量結(jié)果指的是被測物從測量裝置的角度出發(fā) 的或在測量裝置的坐標(biāo)系內(nèi)的相對位置。位置的測量通常使用標(biāo)準(zhǔn)坐 標(biāo)系，比如笛卡兒坐標(biāo)或極坐標(biāo)。取向可以從三維位置測量結(jié)果中得 出，或者可以與位置無關(guān)地測量取向。取向與用標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系表示的被 測裝置相對于測量裝置的旋轉(zhuǎn)位置有關(guān)。取向一般用三個(gè)正交基準(zhǔn)面 中的旋轉(zhuǎn)角表示。
本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易明白，本文討論的車輪定位系統(tǒng)可以利 用各種不同類型的空間關(guān)系傳感器來實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)第一個(gè)例子中，該 系統(tǒng)使用兩個(gè)傳統(tǒng)的UD)角度傳感器33和35來在束角平面內(nèi)測 量有源傳感測量頭25和27的相對角度。
有源測量頭25和27還包含重力傳感器或類似裝置，用來測量 測量頭的斜度，典型地是測量外傾角和前后俯仰。在這個(gè)第一個(gè)例子 中，測量頭25包括一個(gè)或多個(gè)斜度傳感器37;測量頭27包括一個(gè) 或多個(gè)斜度傳感器39。
后面的例子將會(huì)更加詳細(xì)地示出(參見圖2)，該系統(tǒng)還包括計(jì) 算機(jī)。該計(jì)算機(jī)處理來自于有源傳感測量頭的與靶標(biāo)觀測有關(guān)的數(shù)據(jù)
12和斜度數(shù)據(jù)。該計(jì)算機(jī)還處理來自于至少一個(gè)空間關(guān)系傳感器的空間 關(guān)系數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)處理能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的至少一項(xiàng)測量結(jié)果的計(jì)算。
在車輪定位系統(tǒng)中，使用圖像處理技術(shù)進(jìn)行的測量本質(zhì)上不同 于使用傳統(tǒng)的角度測量技術(shù)。雖然基本的圖像處理技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù) 人員公知的，但是為了清楚起見，會(huì)給出簡要的介紹。主體的圖像隨 著觀看這--主體的觀察方式而改變，并且圖像的變化與觀看主體所沿 的觀看路徑的觀察角度直接相關(guān)且可從該觀察角度確定出來。此外， 我們知道僅僅通過將物體的觀察圖像與它真實(shí)的非觀察圖像關(guān)聯(lián)起 來就可以確定觀察角度。反過來說，可以通過將物體的觀察圖像與它 的非觀察圖像進(jìn)行比較來確定物體以何種角度面向觀看路徑(或與其 垂直的平面)。
在實(shí)踐中，將靶標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)或與靶標(biāo)的真實(shí)圖像(即，通過 與耙標(biāo)的主平面垂直地觀看而取得的圖像)和尺寸相應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)先編 程到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，從而在定位處理期間，計(jì)算機(jī)具有可以與靶
標(biāo)的視見觀察圖像進(jìn)行比較的參考圖像。
計(jì)算機(jī)計(jì)算靶標(biāo)方位的方式是識(shí)別靶標(biāo)上的某些幾何特征、取
得這些幾何特征的觀察測量結(jié)果并且將這些測量結(jié)果與之前預(yù)先編 程到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的真實(shí)圖像進(jìn)行比較。
此外，由于將耙標(biāo)的真實(shí)尺寸預(yù)先編程到了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中， 因此可以使用本發(fā)明的方法和設(shè)備來確定車輪在三維空間內(nèi)的精確 位置。這可以通過首先確定耙標(biāo)上圖案的某些元素的觀察圖像(例如， 圓形之間的距離)并且將這一圖像的尺寸與這些元素的真實(shí)尺寸進(jìn)行 比較來完成。這樣將會(huì)得出該元素與圖像傳感器之間的距離，相應(yīng)地， 將會(huì)得出耙標(biāo)與圖像傳感器之間的距離。
對本文討論的車輪定位系統(tǒng)，有源測量頭中的圖像傳感器觀看 附在車輪上的耙標(biāo)并且產(chǎn)生描述靶標(biāo)的觀察圖像的圖像數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)
將耙標(biāo)的觀察圖像數(shù)據(jù)與靶標(biāo)的真實(shí)形狀關(guān)聯(lián)起來。在這樣做的過程 中，計(jì)算機(jī)將靶標(biāo)的某些已知幾何元素的尺寸與觀察圖像中的相應(yīng)元 素的尺寸聯(lián)系起來，并且通過進(jìn)行某些三角計(jì)算(或者通過任何其它 的適當(dāng)數(shù)學(xué)或數(shù)值方法)，計(jì)算車輪的定位。計(jì)算機(jī)還可以計(jì)算與無源靶標(biāo)相關(guān)聯(lián)的車輪的旋轉(zhuǎn)軸(車輪軸)的三維位置和取向。
對于與基于靶標(biāo)圖像處理的測量有關(guān)的額外信息，可以再次關(guān)
注授權(quán)給Jackson的美國專利US5724743。
圖2描繪了低成本混合車輪定位系統(tǒng)50的一個(gè)更加泛泛的例子 以及車輛的四個(gè)車輪41， 43， 45和47 (為了簡明起見，沒有示出其 它的部分)。系統(tǒng)50包括用于安裝在圖中用文字表示的車輪41、 43、 45和47上或者與車輪41、 43、 45和47相關(guān)聯(lián)的四個(gè)測量頭51， 53， 55和57。可以使用各種各樣不同類型的安裝裝置。在這個(gè)例子中， 將無源測量頭51和53安裝在前輪41和43上，并且前測量頭51和 53使用反光靶標(biāo)。當(dāng)如圖所示那樣安裝在車輪上時(shí)，反光靶標(biāo)面向 后方，以便可由各個(gè)有源傳感測量頭中的圖像傳感器觀測。這些反光 靶標(biāo)可以與三維(3D)機(jī)器視覺定位系統(tǒng)中使用的靶標(biāo)類似。安裝 在后輪45和47上的測量頭55和57是有源傳感測量頭，因?yàn)樗鼈儼?括圖像感測元件。在這個(gè)例子中，如下文將要討論的，測量頭55和 57此外還包括斜度和空間關(guān)系感測元件，用于獲得由車輪定位系統(tǒng) 50的主機(jī)系統(tǒng)100處理的信息。
類似于V3D攝像機(jī)的成像傳感器位于各個(gè)后測量頭中。各個(gè)這 種攝像機(jī)的光軸沿著車輛的軌跡指向前方，以便測量附在前輪上的靶 標(biāo)的位置和取向。這些攝像機(jī)不必直接處于車輪的軌跡上，就是說， 處于車輪的滾動(dòng)線路上。這些攝像機(jī)只需從旁側(cè)面向車輪軌跡，就足 以觀看到并且采集與前輪相聯(lián)合的無源測量頭51、 53上的靶標(biāo)的圖 像。在該例中，有源傳感測量頭55包括包含具有沿著左車輪的軌跡 面向前的攝像機(jī)61的形式的圖像傳感器的圖像感測模塊或類似裝 置。在這樣安裝時(shí)，攝像機(jī)61的視野包括安裝在左前輪41上的無源 測量頭51的靶標(biāo)部分。類似地，有源傳感測量頭57包括包含具有沿 著右車輪的軌跡面向前的攝像機(jī)63的形式的圖像傳感器的圖像感測 模塊或類似裝置。在這樣安裝時(shí)，攝像機(jī)63的視野包括安裝在右前 輪43上的無源測量頭53的靶標(biāo)部分。
將一個(gè)或多個(gè)傳感器附在后測量頭55、 57上并且將所述一個(gè)或 多個(gè)傳感器定位成用來測量兩個(gè)有源傳感測量頭之間的空間關(guān)系?？?br> 14以使用各種各樣的可用感測技術(shù)，并且稍后將討論兩個(gè)實(shí)例。在圖2 中所示的例子中，有源傳感測量頭55包括傳感器65;有源傳感測量
頭57包括傳感器67。傳感器65和67在這一應(yīng)用中用于感測有源傳 感測量頭55和57之間的相對角關(guān)系，而對來自攝像機(jī)61和64的圖 像信號進(jìn)行處理是為了計(jì)算常規(guī)的前輪定位參數(shù)，比如外傾角和束角。
各個(gè)后測量頭55或57還裝有一個(gè)或多個(gè)傾斜計(jì)，這些傾斜計(jì) 用作斜度傳感器，用來測量各個(gè)后測量頭相對于重力的相對外傾角和 前后俯仰角。這些傾斜計(jì)，例如，可以包括設(shè)計(jì)為集成在軌跡攝像機(jī) 的印刷電路板上的MEMS型裝置。
圖3是本系統(tǒng)的一些車輪安裝部件的側(cè)視圖。這個(gè)左視圖示出 了附在左前輪41上的左前測試頭51，左前測試頭51帶有它的無源 靶標(biāo)。該側(cè)視圖還示出了附在左后輪45上的左后有源傳感測量頭55。 圖3還部分地以剖面圖方式給出了有源傳感測量頭55的元件的放大 詳圖。
如圖所示，測量頭55包括外殼71。為了清晰，省略了將外殼安 裝到車輪上的硬件。外殼71包含前向軌跡攝像機(jī)61。在這個(gè)例子中， 空間關(guān)系傳感器65使用射束角檢測技術(shù)，稍后將參照圖6對此進(jìn)行 討論，不過也可以使用其它類型的傳感器。該外殼還包含用于用戶激 活測量頭55的鍵盤74和包含用于對來自于(多個(gè))攝像機(jī)和其它傳 感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及與主計(jì)算機(jī)的通信的數(shù)據(jù)處理電子電路的 印刷電路板75。為了形成混合系統(tǒng)的傳感測量頭，板75還支撐著前 后俯仰斜度傳感器77和外傾角斜度傳感器79。雖然所示出的是分開 的，但是該兩個(gè)斜度傳感器77、 79可以是單獨(dú)一個(gè)傾斜計(jì)模塊的元 件。傳感器77、 79將斜度讀數(shù)傳送給板75上的用來將攝像機(jī)數(shù)據(jù)發(fā) 送到主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的處理器。
圖4和圖5是有源傳感測量頭55的以側(cè)視圖和后視圖形式給出 的多少有些程式化的圖解說明，這兩個(gè)附解說明由斜度傳感器測 量的軸與其它元件的相互關(guān)系。為了討論，這里假設(shè)斜度傳感器77-79 是單獨(dú)一個(gè)MEMS傾斜計(jì)的元件。該傾斜計(jì)確定相對于前后俯仰平面(圖4)的重力向量(圖4)和相對于外傾角平面的重力向量(圖
5)。當(dāng)然，對另一個(gè)有源傳感測量頭57 (圖2)也要采取類似的測 量。這樣，可以對各個(gè)測量頭相對于重力的取向加以處理，以將各個(gè) 面向軌跡的攝像機(jī)的光軸與重力關(guān)聯(lián)起來(圖4和圖5)。這樣還可 以通過處理圖像數(shù)據(jù)和重力向量數(shù)據(jù)測得各個(gè)前靶標(biāo)與重力的關(guān)系。
圖6是有源傳感測量頭之一的元件的功能框圖，在這種情況下 是測試頭55的功能框圖，不過在這個(gè)第一個(gè)例子中測試頭57的元件 總體上是類似的。
如前面所討論的，有源傳感測量頭55包括包含具有軌跡攝像機(jī) 61形式的圖像傳感器的圖像感測模塊81或類似裝置，軌跡攝像機(jī)61 在使用時(shí)會(huì)沿著左輪的軌跡面向前方，以使得該攝像機(jī)能夠獲得包含 無源測量頭51的靶標(biāo)的圖像(也見圖2)。圖6中所示的面向軌跡 的圖像傳感器模塊81包括LED陣列83，該LED陣列作為發(fā)光器使 用，用來為安裝在車輛同一側(cè)的車輪41上的測量頭51上的靶標(biāo)實(shí)現(xiàn) 期望的照度而發(fā)射光線。攝像機(jī)61是為了車輪定位應(yīng)用而感測圖像 的數(shù)碼相機(jī)。在操作中，攝像機(jī)61基于在圖像中與像素對應(yīng)的點(diǎn)上 感測到的光的模擬強(qiáng)度來生成各個(gè)圖像像素的值。將該值數(shù)字化并且 將其讀出到主印刷電路板75上的電路中?？梢栽跀z像機(jī)傳感器芯片 上或之外對該值數(shù)字化。
在這種實(shí)現(xiàn)方式中，空間關(guān)系傳感器模塊65包括IRLED 85、 縫隙86和線性圖像傳感器87 (比如電荷耦合器件(CCD)或CMOS 單元)。IR LED 85朝向相對一側(cè)的測量頭57中類似的束角傳感器 投射光束。按照類似的方式，相對一側(cè)的測量頭57包括朝向測量頭 55投射光束的IRLED。
從相對一側(cè)的測量頭57的IR LED發(fā)出的IR光/輻射由線性圖 像傳感器87經(jīng)由縫隙86感測。傳感器87上檢測到來自于另一個(gè)測 量頭的IR光的精確點(diǎn)表明了來自于相對一側(cè)測量頭的光在測量頭55 中的傳感器87上的相對入射角度。以類似的方式，來自于測量頭55 的IR LED 85的IR光/輻射由相對一側(cè)的測量頭57中的線性圖像傳 感器經(jīng)由縫隙感測；相對一側(cè)的線性圖像傳感器上檢測到來自于LED85的IR光處的精確點(diǎn)表明了來自于測量頭55的光在測量頭57中的
線性傳感器上的相對入射角度。來自于兩個(gè)線性傳感器的角度檢測數(shù)
據(jù)的處理能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)有源傳感測量頭中的攝像機(jī)61和63的攝像機(jī) 光軸之間的角度關(guān)系的確定。
電路板75包括數(shù)字信號處理器(DSP)或其它圖像處理器類型 的電路和伴隨的數(shù)據(jù)/程序存儲(chǔ)器91。在操作中，各個(gè)攝像機(jī)61、 63 向圖像處理電路89供應(yīng)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。如圖所示，有源傳感測量頭 55還包括外傾角斜度傳感器79和前后俯仰斜度傳感器77。這些傾斜 計(jì)元件向處理器89供應(yīng)重力角度測量值(見圖4和圖5的討論內(nèi)容)。 圖像處理電路89針對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一項(xiàng)或多項(xiàng)操作并且將這些數(shù)據(jù) 供應(yīng)給通信接口93，以便發(fā)送給主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100。
電路89的圖像處理操作可以涉及對各種不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式 化，以便通信。按照另外一種可選方案，處理器89可以在向主計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)100發(fā)送之前進(jìn)行一定程度的預(yù)處理。就圖像數(shù)據(jù)而言，圖像 預(yù)處理可以包括梯度計(jì)算、背景消除和/或行程長度編碼(run-length encoding)或其它數(shù)據(jù)壓縮(見例如由Robb等人申請的美國專利US 6,871,409)。處理器89還可以響應(yīng)于來自于斜度傳感器77、 79的斜 度數(shù)據(jù)和/或空間關(guān)系測量數(shù)據(jù)，將圖像數(shù)據(jù)處理到一定程度。按照 另外一種可選方案，可以將斜度和橫跨位置數(shù)據(jù)簡單地轉(zhuǎn)送到主計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)，以備在圖像數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理中使用。
可以將有源測量頭之一中的處理器89構(gòu)成為從另一個(gè)測量頭接 收數(shù)據(jù)并且在內(nèi)部進(jìn)行車輪定位參數(shù)計(jì)算，并且然后僅僅將車輛測量 結(jié)果發(fā)送到主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100。而且，可以將有源測量頭之一中的處 理器89構(gòu)成為計(jì)算所有的定位值并且還生成用戶界面。在這種情況 下，有源測量頭可以擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的職責(zé)，供應(yīng)實(shí)現(xiàn)車輪定位系統(tǒng) 的用戶界面的網(wǎng)頁，并且主計(jì)算機(jī)可以由帶有網(wǎng)頁瀏覽器并且沒有車 輪定位專用軟件的任何通用計(jì)算機(jī)構(gòu)成。不過，為了使成本最低，可 以在主機(jī)中執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的主要部分，在這種情況下，可以將DSP/ 處理電路89進(jìn)行的處理(并且因而DSP/處理電路89的復(fù)雜度)保 持在最低水平上。板75上的處理器89或另一個(gè)控制器(沒有單獨(dú)示出)還提供
針對有源傳感測量頭55的操作的控制。例如，控制元件(處理器89或其它控制器)將會(huì)控制LED陣列83和IRLED 85發(fā)射的時(shí)機(jī)和強(qiáng)度以及攝像機(jī)81和線性圖像傳感器87的時(shí)機(jī)和可能的其它操作參數(shù)。有源傳感測量頭55還包括用于用戶激活測量頭55的鍵盤74，并且處理器89或另一個(gè)控制器將會(huì)檢測和響應(yīng)經(jīng)由鍵盤74的輸入。
計(jì)算機(jī)通信接口 93為有源傳感測量頭55的部件與主計(jì)算機(jī)100(圖2)提供雙向數(shù)據(jù)通信，并且在某些配置下提供有源測量頭之間的雙向數(shù)據(jù)通信。通信接口 93符合適用的數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并且提供與期望物理媒介的接合，從而能夠以期望的速度和以具體安裝形式所期望的方式實(shí)現(xiàn)向和從主計(jì)算機(jī)100的數(shù)據(jù)通信。例如，主通信接口可以是帶有用于與主計(jì)算機(jī)100中的匹配接口進(jìn)行電纜連接的USB接頭的USB接口。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在車輪定位系統(tǒng)中可以使用其它的數(shù)據(jù)通信接口 ，比如以太網(wǎng)、RS-232、 RS-422、 RS-485、WIFI或無線以太網(wǎng)、Zigbee、藍(lán)牙、UWB (超寬帶)、IrDA或任何其它適當(dāng)?shù)恼瓗Щ驅(qū)拵?shù)據(jù)通信技術(shù)。
板75上的電子電路以及圖像感測模塊81和空間關(guān)系傳感器模塊85的元件從電源94接收電力?？梢允褂萌魏坞妷汉碗娏魉阶銐虻某Ｒ?guī)電源。如果系統(tǒng)50使用電纜，則電源可以來自于常規(guī)的AC電網(wǎng)或者通過USB或以太網(wǎng)接線接收電力。如果測量頭55和57是無線的，則電源可以使用電池電源，或者從可充電的或可拋棄的電池接收電力。按照另外一種可選方案，用于無線測量頭的儲(chǔ)能介質(zhì)可以由特大電容構(gòu)成。
回到圖2，主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100處理來自于有源傳感測量頭55、57的數(shù)據(jù)并且為系統(tǒng)50提供用戶接口。如前面所指出的，數(shù)據(jù)處理可以在有源傳感測量頭55、 57之一或二者中的DSP或類似器件中完成。不過，為了使測量頭55和57的成本最低，可以由主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100或類似的數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供主要的處理能力。在本例中，系統(tǒng)100可以由臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)或者諸如筆記本計(jì)算機(jī)、UMPC (超級移動(dòng)PC)或類似裝置之類的其它計(jì)算機(jī)裝置來實(shí)現(xiàn)。還可以使用客
18戶機(jī)服務(wù)器方案，在這樣情況下，服務(wù)器會(huì)執(zhí)行主處理并且有源測量 頭之一或另一個(gè)用戶裝置會(huì)承擔(dān)客戶機(jī)的職責(zé)來提供用戶接口。雖然 熟知先進(jìn)車輪定位技術(shù)的人員應(yīng)該是熟悉各種適當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的部 件、程序和操作的，但是給出一個(gè)簡要的例子還是可能有幫助的。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括中央處理單元(CPU) 101和用于提供用戶
接口的伴隨元件。CPU部分101包括總線102或其它用于傳送信息 的通信機(jī)制，和與總線102相接的用來處理信息的處理器104。計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)IOO還包括與總線102相接的用來存儲(chǔ)信息和要由處理器104 執(zhí)行的指令的主存儲(chǔ)器106，比如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或其它動(dòng) 態(tài)存儲(chǔ)裝置。主存儲(chǔ)器106還可以用于存儲(chǔ)處理器104執(zhí)行指令期間 的臨時(shí)變量或其它中間信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100此外還包括與總線102 相接的用來為處理器104存儲(chǔ)靜態(tài)信息和指令的只讀存儲(chǔ)器(ROM) 108或其它靜態(tài)存儲(chǔ)裝置。提供了用于存儲(chǔ)信息和指令的存儲(chǔ)裝置 110，比如磁盤或光盤，并且存儲(chǔ)裝置110與總線102相接。雖然僅 僅示出了一個(gè)，但是很多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括兩個(gè)或更多存儲(chǔ)裝置110。
所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的實(shí)施例還提供了例如本地用戶接口， 從而使得該系統(tǒng)表現(xiàn)為在車輪定位場區(qū)或汽車維修車間中可能用到 的個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以經(jīng)由總線102與用于向 計(jì)算機(jī)用戶顯示信息的顯示器112相接，比如陰極射線管(CRT)或 平板顯示器。輸入裝置114 (包括字母數(shù)字和其它按鍵)與總線102 相接，用來向處理器104傳達(dá)信息和命令選擇。另一種類型的用戶輸 入裝置是光標(biāo)控制器116，比如鼠標(biāo)、軌跡球或者光標(biāo)方向鍵，光標(biāo) 控制器116用于將方向信息和命令選擇傳達(dá)到處理器104， CPU 101 繼而又使用方向信息和命令選擇來控制光標(biāo)在顯示器112上的移動(dòng)。 光標(biāo)輸入裝置116典型地具有在第一軸(例如，x軸)和第二軸(例 如，y軸)兩個(gè)軸上的兩種自由度，這使得該裝置能夠指定平面內(nèi)的 位置。用戶接口元件112-116與CPU 101之間的接合可以是有線的或 者可以使用光學(xué)或射頻無線通信技術(shù)。
CPU 101還包括一個(gè)或多個(gè)用于通信的輸入/輸出接口，以舉例 的方式作為用于與有源傳感測量頭55和57進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信的接口118示出了這樣的輸入/輸出接口。對于車輪定位應(yīng)用而言，接口 118
使得CPU能夠接收來自于有源傳感測量頭55和57的圖像數(shù)據(jù)、空間關(guān)系測量數(shù)據(jù)和斜度數(shù)據(jù)。典型地，接口 118還使得主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100能夠向有源傳感測量頭55和57發(fā)送操作命令和可能的軟件下載。例如，通信接口 118可以是帶有用于與有源傳感測量頭55、 57中的匹配接口 93進(jìn)行電纜連接的USB接頭的通信接口 118。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在車輪定位系統(tǒng)中可以使用其它的數(shù)據(jù)通信接口，比如以太網(wǎng)、RS-232、 RS-422、 RS-485、 WIFI或無線以太網(wǎng)、Zigbee、藍(lán)牙、UWB、 IrDA或任何其它適當(dāng)?shù)恼瓗Щ驅(qū)拵?shù)據(jù)通信技術(shù)。雖然沒有示出，但是如果需要的話，另一個(gè)通信接口可以提供經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)的通信。這一額外的接口可以是調(diào)制解調(diào)器、以太網(wǎng)卡或任何其它適合的數(shù)據(jù)通信裝置。接至額外的(多個(gè))通信接口以及從其中接出的物理鏈路可以是光學(xué)的、有線的或無線的。
雖然計(jì)算機(jī)100可以服務(wù)于店鋪中的其它用途，但是定位系統(tǒng)50使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100來處理來自于測量頭55、 57的數(shù)據(jù)，以從這些測量頭提供的數(shù)據(jù)中得出期望的定位測量結(jié)果，并且為系統(tǒng)50提供用戶接口。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)IOO典型地運(yùn)行各種各樣的應(yīng)用程序和存儲(chǔ)通過比如112-116這些元件提供的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)期望的處理，能夠經(jīng)由用戶接口實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)或多項(xiàng)交互。對于車輪定位應(yīng)用，程序?qū)ㄟm當(dāng)?shù)拇a以處理從測量頭55、 57的具體實(shí)現(xiàn)方式接收到的數(shù)據(jù)，包括從來自于測量頭55和57的各種數(shù)據(jù)得出期望的車輪定位測量參數(shù)的計(jì)算。主計(jì)算機(jī)100典型地運(yùn)行通用操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序或?qū)ｉT適合于執(zhí)行與定位有關(guān)的數(shù)據(jù)處理的外殼程序(shell)，并且提供用于輸入和輸出用于定位測量和相關(guān)服務(wù)的期望信息的用戶接口。由于是通用系統(tǒng)，因此系統(tǒng)100可以運(yùn)行大量其它合乎需求的應(yīng)用程序中的任何一種或多種。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100中包含的部件是典型地在用作服務(wù)器、工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)終端之類的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中找得到的那些部件。事實(shí)上，這些部件原本就是打算用來代表本領(lǐng)域中公知的這些計(jì)算機(jī)部件的寬泛范疇。在不同的時(shí)候，用于車輪定位應(yīng)用的有關(guān)程序可以駐留于數(shù)個(gè)不同介質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)上。例如，可以將某些或全部程序存儲(chǔ)在硬盤或其它類型的存儲(chǔ)裝置110上并且加載到CPU 101中的主存儲(chǔ)器
106中來由處理器104執(zhí)行。該程序也可以駐留在用來裝載到系統(tǒng)100
中的其它介質(zhì)上或者由所述其它介質(zhì)輸送，以實(shí)質(zhì)性地安裝和/或升級它的程序。由此，在不同的時(shí)候，用于任何或所有軟件組件的所有或部分可執(zhí)行代碼或數(shù)據(jù)可以駐留在物理介質(zhì)中或者由電磁媒介攜帶或經(jīng)由各種各樣的不同媒介傳送，來程控特定的系統(tǒng)和/或有源傳
感測量頭55、 57的電子電路。如本文中所用，諸如計(jì)算機(jī)或機(jī)器"可讀介質(zhì)"這樣的術(shù)語因此指的是參與了向處理器提供指令來執(zhí)行的過程的任何介質(zhì)。這樣的介質(zhì)可以采取任何形式，包括但不局限于，非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸媒介(例如電線、光纖等等)以及可以在系統(tǒng)之間或系統(tǒng)部件之間傳遞數(shù)據(jù)或指令的各種類型的信號。
象傳統(tǒng)的常規(guī)定位測試頭一樣，可以通過抬升后輪并且使用外傾角傳感器測量偏擺向量，然后抬升前輪并且在靶標(biāo)圍繞著前輪的軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)使用攝像機(jī)對靶標(biāo)成像，來對測量頭進(jìn)行偏擺補(bǔ)償。 一種備選的方法可以是通過沿著升降機(jī)滾動(dòng)車輪并且在軌跡攝像機(jī)對前靶標(biāo)以及升降機(jī)、車輛或其它固定物體上的固定靶標(biāo)進(jìn)行成像來建立固定坐標(biāo)系的同時(shí)用傾斜計(jì)對測量頭進(jìn)行偏擺測量，來避免抬升車輪。
如前所述，后測量頭55、 57裝有傾斜計(jì)型的斜度傳感器，用來測量各個(gè)后測量頭相對于重力的相對外傾角和前后俯仰角。一旦取得了偏擺值并且測得了傾斜計(jì)角度值，就可以對各個(gè)測量頭相對于重力的取向進(jìn)行處理，以將各個(gè)面向軌跡的攝像機(jī)的光軸與重力關(guān)聯(lián)起來。使用面向軌跡的攝像機(jī)與重力的關(guān)系和所測得的前靶標(biāo)與面向軌跡的攝像機(jī)的關(guān)系，可以計(jì)算出前靶標(biāo)與重力的關(guān)系。由傳感器65和67測量空間關(guān)系，以確定軌跡攝像機(jī)61和63之間的空間關(guān)系。
前束角、后傾角和SAI應(yīng)該是使用與諸如V3D定位儀之類的成像定位儀中嵌入的那些技術(shù)類似的技術(shù)來測量的。后推進(jìn)角、各個(gè)后單個(gè)束角和軌跡攝像機(jī)彼此之間的水平角度關(guān)系可以是根據(jù)由后空
21間關(guān)系傳感器獲得的測量結(jié)果得出的。傾斜計(jì)會(huì)通過公共重力向量基 準(zhǔn)將各個(gè)軌跡攝像機(jī)彼此關(guān)聯(lián)起來。利用沿著后推進(jìn)線的軸線彼此有 效相關(guān)的軌跡攝像機(jī)，可以在與推進(jìn)角度和重力直接相關(guān)的坐標(biāo)系中 確定各個(gè)前靶標(biāo)的位置和取向。
可以按照與當(dāng)前校準(zhǔn)常規(guī)測量頭大致相同的方式通過將各個(gè)后
測量頭安裝在直的校準(zhǔn)條(calibration bar)上來進(jìn)行校準(zhǔn)。首先對校 準(zhǔn)條進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償偏擺。然后可以設(shè)置后空間關(guān)系傳感器的零偏移 并且通過調(diào)平校準(zhǔn)條，可以設(shè)置各個(gè)外傾角傳感器的零偏移。前后俯 仰的零偏移是通過用精密水準(zhǔn)儀調(diào)平測試頭并且記錄前后俯仰傾斜 計(jì)的值來設(shè)置的。通過增加另一個(gè)適合于從軌跡攝像機(jī)的角度安裝前 耙標(biāo)的校準(zhǔn)條，可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的攝像機(jī)校準(zhǔn)度(見例如James Dale, Jr 提交的美國專利申請公開第2004/0244463號)。在進(jìn)行了上述初始 校準(zhǔn)之后，軌跡攝像機(jī)在前靶標(biāo)和校準(zhǔn)條圍繞前校準(zhǔn)條的軸線旋轉(zhuǎn)的 同時(shí)測量前靶標(biāo)的取向。可以計(jì)算一臺(tái)攝像機(jī)與另一臺(tái)攝像機(jī)的關(guān)系 并且這樣計(jì)算出各個(gè)攝像機(jī)與經(jīng)過檢査或校準(zhǔn)的后空間關(guān)系的關(guān)系。 通過調(diào)平前靶標(biāo)校準(zhǔn)條，還可以檢查各個(gè)軌跡攝像機(jī)與本地傾斜計(jì)的 固定關(guān)系。這一冗余檢査有可能包括針對要求測量精度跟蹤能力的客 戶的ISO檢查。
此外，可以將小的靶標(biāo)固定在能夠?qū)崿F(xiàn)額外的測量或轉(zhuǎn)角的交 叉檢查的各個(gè)前轉(zhuǎn)盤上。
還可以使用V3D車身高度指示器來為了車身高度或其它車體指 標(biāo)的用途而測量前車身點(diǎn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易明白，本文討論的車輪定位系統(tǒng)可以利 用各種不同類型的空間關(guān)系傳感器來實(shí)現(xiàn)。圖像傳感器是空間關(guān)系傳 感器的一種類型。圖像傳感器可以由具有感測元件的二維陣列的攝像 機(jī)構(gòu)成，感測元件的二維陣列產(chǎn)生代表期望包含處于該傳感器的視野 之內(nèi)的靶標(biāo)的圖像的數(shù)據(jù)?？梢詫碜杂趫D像傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理，以確定與所觀看到的靶標(biāo)相關(guān)的位置和取向信息，從而確定與測 量頭、車輪或與靶標(biāo)相關(guān)聯(lián)的其它物體相關(guān)的位置和取向信息?，F(xiàn)有 技術(shù)中圖像傳感器的例子是可通過商業(yè)手段從John Bean Company(阿肯色州康威市)得到的Visualiner 3D中使用的攝像機(jī)，John Bean Company是實(shí)耐寶公司(Snap-on Incorporated)的分公司。角度傳感 器是另一種類型的適用的空間關(guān)系傳感器。角度傳感器產(chǎn)生表示傳感 器相對于一點(diǎn)的角度的數(shù)據(jù)。各種不同類型的角度傳感器一般來說都 是公知的。角度傳感器的 一 個(gè)例子是可從John Bean Company買到的 Visualiner中使用的那種線性CCD傳感器。
由此，現(xiàn)在考慮這樣一個(gè)例子可能是有幫助的用類似于軌跡 攝像機(jī)的成像型攝像機(jī)代替前面針對圖3和圖6介紹的縫隙和線性圖 像傳感器風(fēng)格的空間關(guān)系感測布局。圖7到圖9是類似于圖1、圖3 和圖6的視圖/示意圖，只是這一第二實(shí)現(xiàn)方式的圖解說明表示的是 這樣的使用靶標(biāo)和圖像傳感器來實(shí)現(xiàn)空間關(guān)系感測功能的替換技術(shù)。 與圖1、圖3和圖6的實(shí)現(xiàn)方式的車輪和元件類似的車輪和元件采用 類似的附圖標(biāo)記并且是以與前面介紹的方式本質(zhì)上相同的方式構(gòu)造 和操作的。這個(gè)例子在前輪41和43上使用無源二維靶標(biāo)51和53; 并且它在后輪上使用有源測量頭55'和57'，用于在車輛軌跡的旁側(cè)進(jìn) 行測量，與圖1的例子中差不多。后有源傳感測量頭使用攝像機(jī)61、 63或類似的2D圖像傳感器來獲得前測量頭51、53上的靶標(biāo)的圖像， 并且確定靶標(biāo)相對于有源測量頭的相對位置和取向，和前面針對圖2 詳細(xì)討論的一樣。不過，兩個(gè)有源測量頭55'、 57'的空間關(guān)系是通過 至少一個(gè)2D圖像傳感器97來確定的，該圖像傳感器97獲得安裝在 相對一側(cè)有源測量頭上的2D靶標(biāo)67'的圖像。在這個(gè)例子中，有源 測量頭57'具有類似于測量頭51和53上的靶標(biāo)之一的相關(guān)靶標(biāo)67'， 但是測量頭57'并不包括用于實(shí)現(xiàn)空間關(guān)系測量功能的傳感器。有源 傳感測量頭55'使用圖像處理型的辦法，基于對耙標(biāo)67'進(jìn)行成像來實(shí) 現(xiàn)跨越車輛后部的空間關(guān)系測量。圖像傳感器97典型地可以類似于 圖2的例子中用作2D圖像傳感器的攝像機(jī)或類似裝置。
如圖8和圖9中更加詳細(xì)地示出的，空間關(guān)系傳感器95使用與 面向軌跡的圖像傳感器模塊81類似的圖像感測模塊。空間關(guān)系圖像 感測模塊95包括數(shù)碼攝像機(jī)97和LED陣列99。 LED陣列99起到 發(fā)光器的作用。針對空間關(guān)系感測的應(yīng)用，LED陣列99產(chǎn)生紅外線(IR)照明。另一個(gè)后測量頭57'包括IR敏感的反光靶標(biāo)67'(圖7)， 該反光靶標(biāo)67'要由LED陣列99照射，繼而由攝像機(jī)97感測反光靶 標(biāo)97'的反射光。
空間關(guān)系攝像機(jī)97代替另一個(gè)空間關(guān)系傳感器對位于成對的另 一個(gè)測量頭(橫跨車輛的后部)上的靶標(biāo)67'進(jìn)行成像。攝像機(jī)61 和97 二者可以共享一個(gè)測量頭中的公共處理板，而另一個(gè)測試頭可 以簡單地使用單獨(dú)一個(gè)攝像機(jī)(用于軌跡)和靶標(biāo)(用于橫跨)。由 攝像機(jī)97獲得的耙標(biāo)圖像的處理可以計(jì)算后測量頭之間的角度空間 關(guān)系，其方式大致與圖1和圖2的例子中對來自有源測量頭攝像機(jī)的 圖像進(jìn)行處理來確定安裝在車輪上的靶標(biāo)的相對角度和/或位置的 方式相同。不是象前面的例子中那樣測量空間關(guān)系角，而是圖像感測 模塊和相關(guān)的圖像處理測量相對一側(cè)的有源測量頭上的靶標(biāo)的3D空 間關(guān)系。對于與基于耙標(biāo)圖像處理的測量有關(guān)的額外信息，可以再次 關(guān)注授權(quán)給Jackson的美國專利US5724743。
在圖7到圖9的系統(tǒng)中，至少一個(gè)有源測量頭包含重力傳感器， 用來測量測量頭的外傾角和前后俯仰度。由于安裝在相對一側(cè)有源測 量頭上的靶標(biāo)的成像使得該系統(tǒng)能夠獲得兩個(gè)有源測量頭之間的三 維(3D)空間關(guān)系測量結(jié)果，因此只需要一個(gè)有源測量頭具有重力 傳感器。除此之外，結(jié)構(gòu)、操作和計(jì)算總體上與前面的例子相同。
在前面討論的例子中，都是將有源測量頭與后輪相聯(lián)合，并且 將靶標(biāo)與車輛前輪相聯(lián)合。不過，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，前面討
論的基本構(gòu)造有很多的變型。而且，有成像傳感器與其它傳感器的各 種不同組合來確定可以使用的空間關(guān)系。下面將介紹和示出幾種組 合。
圖IO例如示出了一種類似于圖1的布局，其中有源測試頭和耙 標(biāo)測試頭位置相反。圖10的車輪定位系統(tǒng)包括安裝在車輛的各個(gè)車 輪222和224上的一對無源測量頭221和223，在這個(gè)例子中，這兩 個(gè)車輪是后輪。有源傳感測量頭225和227適合于與車輛220的各個(gè) 前輪226和228相結(jié)合地安裝。同樣，各個(gè)有源傳感測量頭包括用于 產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器229或231，在各個(gè)測量頭都安裝到了車
24輛的各車輪上時(shí)，所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)該包括無源靶標(biāo)的圖像。在這
個(gè)例子中，有源傳感測量頭225和227中的圖像傳感器229和231 是二維(2D)成像裝置，例如與前面例子中的軌跡攝像機(jī)類似的攝 像機(jī)。
測量頭221和223是無源的，因?yàn)樗鼈儼梢杂捎性礈y量頭 225和227中的圖像傳感器之一觀測的那種類型的耙標(biāo)，但是它們不 包括任何感測元件。典型地，這些靶標(biāo)包括在受到其它光源照射時(shí)能 夠檢測到并且能夠由有源傳感測量頭225和227中的攝像機(jī)之類的裝 置成像的明亮和黑暗區(qū)域。
和前面的例子中一樣，該系統(tǒng)還包括與至少一個(gè)有源傳感測量 頭225或227相關(guān)聯(lián)的空間關(guān)系傳感器?？臻g關(guān)系傳感器能夠在將這 些有源傳感測量頭安裝在車輪上時(shí)實(shí)現(xiàn)有源傳感測量頭225和227 之間的空間關(guān)系的測量。在這個(gè)例子中，該系統(tǒng)使用兩個(gè)傳統(tǒng)的(1D) 角度傳感器333和335來在束角平面內(nèi)測量有源傳感測量頭225和 227的相對角度。有源測量頭225和227還包含重力傳感器或類似裝 置來測量測量頭的斜度，典型地是測量外傾角和前后俯仰。由此，測 量頭225包括一個(gè)或多個(gè)斜度傳感器337;并且測量頭227包括一個(gè) 或多個(gè)斜度傳感器339。
和前面的例子中所示的一樣(例如圖2)，該系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)。 該計(jì)算機(jī)處理來自于有源傳感測量頭的與靶標(biāo)觀測有關(guān)的數(shù)據(jù)和斜 度數(shù)據(jù)。該計(jì)算機(jī)還處理來自于至少一個(gè)空間關(guān)系傳感器的空間關(guān)系 數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)處理能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的至少一項(xiàng)測量結(jié)果的計(jì)算。
如所指出的，這個(gè)例子實(shí)質(zhì)上是將圖1的例子的靶標(biāo)/有源感測 測量頭位置前后顛倒的形式。雖然沒有給出所有的變型，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員將會(huì)理解，對于本文討論的每種其它的可選布局，也可以實(shí) 現(xiàn)類似形式的前后顛倒變型和/或左右顛倒變型。
圖11圖解說明另一種可選布局。在這個(gè)例子中，將兩個(gè)有源傳 感測量頭安裝在車輛一側(cè)上，并且將兩個(gè)無源傳感器安裝在車輛的相 對側(cè)上。如圖所示，靶標(biāo)在無源測量頭上的安裝提供了一定程度的遠(yuǎn) 離車輪的延展，從而使得有源測量頭中的圖像傳感器能夠看到并對耙標(biāo)成像。各個(gè)有源測量頭包含對附在車輛相對一側(cè)的對應(yīng)車輪上的耙 標(biāo)的圖像進(jìn)行獲取的圖像傳感器。和前面的例子中一樣，各個(gè)有源測 量頭包含重力傳感器以測量測量頭的外傾角和前后俯仰。其中，兩個(gè) 有源測量頭的空間關(guān)系是通過兩個(gè)傳統(tǒng)角度傳感器測量兩個(gè)測量頭 之間的束角平面角度來確定的。由于結(jié)構(gòu)、操作和計(jì)算總體上類似于 早前的例子，因此在這里沒有給出更加詳細(xì)的討論的情況下，本領(lǐng)域 技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解圖11的例子。
圖12圖解說明另一種可選布局。在這個(gè)例子中，將兩個(gè)有源傳 感器安裝在車輛一側(cè)上，并且將兩個(gè)無源傳感器安裝在車輛的另一側(cè) 上。各個(gè)有源測量頭包含對附在車輛相對一側(cè)的對應(yīng)車輪上的靶標(biāo)的 圖像進(jìn)行獲取的圖像傳感器。其中，兩個(gè)有源測量頭的空間關(guān)系是由 對安裝在相對一側(cè)有源測量頭上的靶標(biāo)的圖像進(jìn)行獲取的一個(gè)或多 個(gè)圖像傳感器所確定的。在該例中，前有源測量頭包括靶標(biāo)，并且后
有源測量頭包括用于以類似于圖7到圖9的例子中的3D空間測量的 方式獲得該靶標(biāo)的圖像的2D成像傳感器。至少一個(gè)有源測量頭包含
重力傳感器，用來測量測量頭的外傾角和前后俯仰。由于這個(gè)系統(tǒng)獲
得兩個(gè)有源測量頭之間的3D位置和取向測量結(jié)果，因此僅需要一個(gè) 有源測量頭具有重力傳感器。同樣，由于結(jié)構(gòu)、操作和計(jì)算總體上類 似于早前的例子，因此在這里沒有給出更加詳細(xì)的討論的情況下，本
領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解圖12的例子。
圖13是再另一種可選布局。這個(gè)例子使用第一有源傳感測量頭，
該第一有源傳感測量頭包含單獨(dú)一個(gè)2D圖像傳感器，用來獲得安裝 在車輛的同一側(cè)的另一個(gè)車輪上的第一無源測量頭上的無源靶標(biāo)的
圖像。第一無源測量頭安裝在與第一有源測量頭處于車輛同一側(cè)的車 輪上。在該圖中所示的具體實(shí)例中，第一有源測量頭安裝在左后輪上， 并且第一無源測量頭安裝在左前輪上。第一無源測量頭上的一個(gè)靶標(biāo) 可以用來由與左后輪相組合的2D圖像傳感器進(jìn)行成像，就是說，沿 著車輛這一側(cè)的車輛軌跡成像。.
不過，第一無源測量頭還包含相對于它的第一無源靶標(biāo)的相對 位置已知的第二無源靶標(biāo)。第二無源靶標(biāo)伸出到車輪的前方，從而可以由車輛相對一側(cè)的相應(yīng)2D圖像傳感器觀看到，以便在空間關(guān)系測 量中進(jìn)行成像。由此，第二有源測量頭安裝到第一無源測量頭對面， 就是說，在所圖示的布局中安裝在右前輪上。第二有源測量頭包含兩
個(gè)2D圖像傳感器。這兩個(gè)傳感器之一獲得安裝在附于相對一側(cè)(左
前)輪上的第一無源測量頭上的靶標(biāo)的圖像，以便進(jìn)行空間關(guān)系測量。
第二有源測量頭中的另一個(gè)2D圖像傳感器獲得安裝在第二無源測量 頭上的耙標(biāo)的圖像，第二無源測量頭安裝在車輛的同一側(cè)，就是說， 在這個(gè)例子中在右后輪上。第二無源測量頭包含單獨(dú)一個(gè)靶標(biāo)，并且 這個(gè)測量頭安裝在第一有源測量頭的對面。
在圖13的布局中，至少一個(gè)有源測量頭包含重力傳感器，用來 測量測量頭的外傾角和前后俯仰。由于這個(gè)系統(tǒng)獲得兩個(gè)有源測量頭 之間的3D位置和取向測量結(jié)果，因此僅僅需要一個(gè)有源測量頭具有 重力傳感器?？偟膩碚f，圖13的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式和操作的細(xì)節(jié)應(yīng)該 是可以從這個(gè)簡要討論和早前圖1-圖9的例子的詳細(xì)公開中明顯看 出的。
圖14中所示的例子總體上類似于圖13的例子，只是在圖14的 系統(tǒng)中，第一有源測量頭還包含第二圖像傳感器。在該測量頭中的第 二圖像傳感器獲得附在第二無源測量頭上的第二靶標(biāo)的圖像。這種構(gòu) 造優(yōu)于圖13的布局的優(yōu)點(diǎn)是，它僅需要兩種唯一的測量頭硬件構(gòu)造， 而不是四種。兩個(gè)有源測量頭是相同的，并且兩個(gè)無源測量頭是相同 的。各個(gè)有源測量頭可以是類似于圖8和圖9中所示的測量頭55'。 應(yīng)當(dāng)將一個(gè)有源測量頭認(rèn)定為前測量頭，并且將另一個(gè)認(rèn)定為后測量 頭。這一般可以用嵌入式處理器中的固件來實(shí)現(xiàn)。
這種構(gòu)造(圖14)的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，第二空間關(guān)系測量結(jié)果是 計(jì)算車輪定位不需要的冗余信息。這一冗余信息可以用作對系統(tǒng)的校 準(zhǔn)檢驗(yàn)。如果兩個(gè)有源測量頭都包含重力傳感器，則可以驗(yàn)證外傾角 和束角二者。如果只有一個(gè)有源測量頭包含重力傳感器，則可以驗(yàn)證 束角校準(zhǔn)。
在圖15所示的例子中，該系統(tǒng)使用安裝在各個(gè)前輪上的帶有靶 標(biāo)的無源測量頭，本質(zhì)上和圖1-圖9的例子中一樣。后輪上示出的有源測量頭包含2D圖像傳感器。放置了兩端上帶有靶標(biāo)的參考條， 使得各個(gè)有源測量頭可以觀看到參考條上的靶標(biāo)之一以及車輛同一 側(cè)的前輪上的靶標(biāo)。參考條上的兩個(gè)靶標(biāo)的相對位置和取向是己知 的。該系統(tǒng)能夠根據(jù)由有源測量頭測得的兩個(gè)參考耙標(biāo)的3D位置和 取向以及兩個(gè)參考靶標(biāo)的己知關(guān)系找出兩個(gè)有源測量頭的空間關(guān)系。
這樣提供了由圖7到圖9的例子的空間關(guān)系傳感器一一靶標(biāo)所獲得的
空間關(guān)系信息。由于參考靶標(biāo)的位置是固定的，因此它們還可以用作
滾動(dòng)偏擺期間測量的參考。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)從附圖、這一說明 和早前其它類似例子的討論中領(lǐng)會(huì)這個(gè)例子的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作。
圖16中所示的例子總體上和圖15的例子幾乎一樣地運(yùn)作，只
是只有單獨(dú)一個(gè)參考靶標(biāo)。有源測量頭中的圖像傳感器的觀察角度必
須寬得足以能夠觀看到車輛同一側(cè)的無源測量頭靶標(biāo)和所述單獨(dú)一 個(gè)參考靶標(biāo)。
圖17圖解說明混合車輪定位系統(tǒng)的再另一個(gè)例子。這里，該系 統(tǒng)使用安裝在每個(gè)前輪上的帶有附加靶標(biāo)的無源測量頭。有源測量頭 安裝在后輪上，和早前的例子中的幾種情況一樣。各個(gè)有源測量頭包 含對車輛各側(cè)上的無源測量頭靶標(biāo)的圖像進(jìn)行獲取的2D圖像傳感器。
圖像傳感器從后輪中心向前伸出，從而使得傳感器位于后輪箍 前方，以便提供在車輛下方跨越車輛的視線。圖像傳感器之一，在這 個(gè)例子中是安裝在左后輪上的有源測量頭上的傳感器，包含部分反射 鏡，該部分反射鏡使來自于無源靶標(biāo)的圖像通過或者對來自于安裝在 車輛另一側(cè)的相應(yīng)有源測量頭上的靶標(biāo)的圖像迸行反射。圖18中更 加詳細(xì)地示出了反射鏡的操作。
來自于安裝在車輛同一側(cè)上(就是說，安裝在圖示布局中的左 前輪上)的無源測量頭上的無源靶標(biāo)的光直接穿過半鍍銀鏡，到達(dá)安 裝在左后輪上的有源傳感測量頭上的2D圖像傳感器。來自于相對一 側(cè)有源測量頭上(就是說，安裝在圖示布局中的右后輪上的有源測量 頭上)的無源靶標(biāo)的光以一定角度到達(dá)反射鏡的部分反射側(cè)并且被反 射進(jìn)入安裝在左后輪上的有源傳感測量頭上的2D圖像傳感器。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，它通過使得傳感器之一能夠觀看到兩個(gè)不同的耙標(biāo)而 省去了一個(gè)圖像傳感器。
雖然前面已經(jīng)介紹了被看做是最佳模式的實(shí)施例和/或其它例 子，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在其中進(jìn)行各種各樣的改變，并且本文公開 的主題可以以各種不同的形式和實(shí)例來實(shí)現(xiàn)，且本文的教導(dǎo)可以應(yīng)用 于多種應(yīng)用，本文僅介紹了其中一部分。所附權(quán)利要求的目的是要求 保護(hù)落入本文教導(dǎo)的真實(shí)范圍之內(nèi)的任何和所有應(yīng)用、改造和改變。
權(quán)利要求
1. 一種車輪定位系統(tǒng)，包括一對無源測量頭，各個(gè)無源測量頭包括靶標(biāo)，該對無源測量頭用于與要通過車輪定位系統(tǒng)的操作來測量的車輛的第一對車輪相結(jié)合地安裝；一對有源傳感測量頭，用于與車輛的第二對車輪相結(jié)合地安裝，各個(gè)單個(gè)有源傳感測量頭包括圖像傳感器，所述圖像傳感器用于產(chǎn)生包括靶標(biāo)之一的圖像的表達(dá)的圖像數(shù)據(jù)；空間關(guān)系傳感器，該空間關(guān)系傳感器與至少一個(gè)有源傳感測量頭相結(jié)合，用于在將有源傳感測量頭安裝在車輛的車輪上時(shí)測量有源傳感測量頭之間的關(guān)系；和計(jì)算機(jī)，用于處理與靶標(biāo)的觀察有關(guān)的圖像數(shù)據(jù)和來自于空間關(guān)系傳感器的關(guān)系數(shù)據(jù)，以計(jì)算車輛的至少一個(gè)測量結(jié)果。
2. 按照權(quán)利要求1所述的車輪定位系統(tǒng)，其中與至少一個(gè)有源 傳感測量頭相結(jié)合的空間關(guān)系傳感器包括兩個(gè)相對角度感測模塊，一 個(gè)模塊與每一個(gè)有源傳感測量頭相結(jié)合。
3. 按照權(quán)利要求2所述的車輪定位系統(tǒng)，其中各個(gè)感測模塊包括發(fā)射器，用于發(fā)射光束； 縫隙；和圖像傳感器，用于感測穿過縫隙的入射光束的角度。
4. 按照權(quán)利要求1所述的車輪定位系統(tǒng)，其中與至少一個(gè)有源 傳感測量頭相結(jié)合的空間關(guān)系傳感器包括發(fā)光器和安裝在第一個(gè)有 源傳感測量頭上的攝像機(jī)。
5. 按照權(quán)利要求1所述的車輪定位系統(tǒng)，其中至少一個(gè)有源傳感測量頭此外還包括至少一個(gè)斜度傳感器，用 于在將一個(gè)有源傳感測量頭安裝在車輛的車輪上時(shí)，感測所述一個(gè)有 源傳感測量頭的傾角；和將計(jì)算機(jī)程控為響應(yīng)于所感測的傾角進(jìn)行計(jì)算車輛的至少一個(gè)測量結(jié)果的處理。
6. 按照權(quán)利要求5所述的車輪定位系統(tǒng)，其中至少一個(gè)斜度傳 感器包括前后俯仰斜度傳感器和外傾角斜度傳感器。
7. —種用在車輪定位系統(tǒng)中的有源傳感測量頭，包括外殼，用于安裝在要通過車輪定位系統(tǒng)的操作來測量的車輛的 車輪上；安裝在外殼中的圖像傳感器，用于產(chǎn)生代表與車輛的另一個(gè)車 輪相結(jié)合的耙標(biāo)的拍攝圖像的圖像數(shù)據(jù)；安裝在外殼中的至少一個(gè)斜度傳感器，用于在將有源傳感測量 頭安裝在車輛的車輪上時(shí)感測有源傳感測量頭的傾角；安裝在外殼中的空間關(guān)系傳感器，用于在將有源傳感測量頭安 裝在車輛的兩個(gè)車輪上時(shí)測量有源傳感測量頭與另一個(gè)有源傳感測 量頭之間的空間關(guān)系；和通信接口，用于將反映了圖像數(shù)據(jù)、所感測的傾角和由空間關(guān) 系傳感器測得的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)從有源傳感測量頭傳送到車輪定位 系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)。
8. 按照權(quán)利要求7所述的有源傳感測量頭，此外還包括處于外 殼之內(nèi)的處理器，用于對來自于圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并且 將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)供應(yīng)給通信接口，以便傳送到主計(jì)算機(jī)。
9. 按照權(quán)利要求7所述的有源傳感測量頭，其中空間關(guān)系傳感 器包括發(fā)射器，用于發(fā)射光束；縫隙；和圖像傳感器，用于感測穿過縫隙的入射光束的角度。
10. 按照權(quán)利要求7所述的有源傳感測量頭，其中空間關(guān)系傳感 器包括用于拍攝與另一個(gè)有源傳感測量頭相結(jié)合的靶標(biāo)的圖像的攝 像機(jī)。
11. 按照權(quán)利要求7所述的有源傳感測量頭，其中至少一個(gè)斜度 傳感器包括前后俯仰斜度傳感器和外傾角斜度傳感器。
12. —種用在車輪定位系統(tǒng)中的有源傳感測量頭，包括 外殼，用于安裝在要通過車輪定位系統(tǒng)的操作來測量的車輛的第一車輪上；安裝在外殼中的圖像傳感器，用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù) 據(jù)包括與車輛的相鄰于第一車輪的第二車輪相結(jié)合的靶標(biāo)的二維圖 像的表達(dá)；安裝在外殼中的至少一個(gè)斜度傳感器，用于在將有源傳感測量 頭安裝在車輛的車輪上時(shí)感測有源傳感測量頭的傾角；安裝在外殼中的裝置，其用于測量有源傳感測量頭與安裝在車 輛的相鄰于第一車輪的車輪上的另一個(gè)測量頭之間的關(guān)系；和通信接口，用于將反映圖像數(shù)據(jù)和所感測的關(guān)系的數(shù)據(jù)從有源 傳感測量頭傳送到車輪定位系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)。
13. 按照權(quán)利要求12所述的有源傳感測量頭，其中所述裝置包 括從下列元件組成的組中選擇的元件二維圖像傳感器、靶標(biāo)和用于 角度檢測的線性傳感器。
14. 一種取得車輛的至少一個(gè)測量結(jié)果的方法，包括-利用與車輛的第二車輪相結(jié)合地安裝的第一測量頭中的圖像傳感器來采集與車輛的第一車輪相結(jié)合的耙標(biāo)的圖像，以產(chǎn)生第一圖像數(shù)據(jù)；利用與車輛的第四車輪相結(jié)合地安裝的第二測量頭中的圖像傳 感器來采集與車輛的第三車輪相結(jié)合的靶標(biāo)的圖像，以產(chǎn)生第二圖像 數(shù)據(jù)；測量第一測量頭和第二測量頭之間的空間關(guān)系；和 對第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)以及空間關(guān)系測量結(jié)果進(jìn)行處 理，以計(jì)算車輛的至少一個(gè)測量結(jié)果。
15. 按照權(quán)利要求14所述的方法，其中第一測量頭和第二測量 頭之間空間關(guān)系的測量包括從第一測量頭發(fā)射光束；和 檢測光束在第二測量頭處的入射角。
16. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中第一測量頭和第二測量 頭之間空間關(guān)系的測量包括從第二測量頭發(fā)射另一個(gè)光束；和 檢測所述另一個(gè)光束在第一測量頭處的入射角。
17. 按照權(quán)利要求14所述的方法，其中第一測量頭和第二測量 頭之間空間關(guān)系的測量包括用第一測量頭中的圖像傳感器采集第二 測量頭上的靶標(biāo)的圖像。
18. 按照權(quán)利要求14所述的方法，此外還包括測量第一測量頭和第二測量頭中至少一個(gè)的傾角； 其中計(jì)算車輛的至少一個(gè)測量結(jié)果的處理還涉及處理傾角測量結(jié)果。
19. 按照權(quán)利要求18所述的方法，其中至少一個(gè)測量頭的傾角 的測量包括測量第一測量頭相對于外傾角平面的重力向量；和測量第一測量頭相對于前后俯仰平面的重力向量。
20.按照權(quán)利要求19所述的方法，此外還包括通過下列步驟確 定第二測量頭的傾角，包括對所測得的第一測量頭相對于外傾角平面的重力向量進(jìn)行處理；對所測得的第一測量頭相對于前后俯仰平面的重力向量進(jìn)行處 理；和處理第一測量頭和第二測量頭之間的空間關(guān)系，以計(jì)算第二測 量頭相對于外傾角平面的重力向量和第二測量頭相對于前后俯仰平 面的重力向量。
全文摘要
一種混合車輪定位系統(tǒng)和方法使用用于第一對車輪(例如前輪)的無源靶標(biāo)和用于另一對車輪(例如后輪)的有源傳感測量頭。有源傳感測量頭將用于采集靶標(biāo)圖像的圖像傳感器與用于感測有源傳感測量頭之間的關(guān)系的至少一個(gè)空間關(guān)系傳感器結(jié)合起來。有源傳感測量頭之一或二者可以包括傾斜計(jì)之類的裝置，用于感測各個(gè)傳感測量頭的一個(gè)或多個(gè)傾角?？梢詫碜杂谟性磦鞲袦y量頭的數(shù)據(jù)發(fā)送到主計(jì)算機(jī)來進(jìn)行處理，以得出一項(xiàng)或多項(xiàng)車輛測量結(jié)果，例如，車輪定位應(yīng)用中要用到的參數(shù)的測量結(jié)果。
文檔編號G01B11/275GK101512289SQ200780027341
公開日2009年8月19日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者史蒂文·W·羅杰斯 申請人:斯耐普昂公司