专利名称：确定车辆转向系统对称性及阿克曼几何形态的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来特性化机动车辆的转向系统并确定其对称性和阿克曼(Ackermann)几何形态的方法和系统，尤其涉及一种用于确定机动车辆的转向系统的对称性和阿克曼几何形态的容错方法和系统。
背景技术：
在转向期间，总前束的大小影响轮胎磨损和机动车辆的控制。当左转或右转时，具有不同量总前束的不对称转向系统显示机动车辆中存在故障部件，其降低机动车辆控制级别并且引起诸如在机动车辆越过一个起伏时突然冲到一边等问题。因此，测知机动车辆的转向系统是否是对称的是重要的。
为确定转向系统的适当转向几何形状和对称性，汽车制造商为转向前展(TOOT)编制了一规程。TOOT通常通过让技术人员在一个向左20度的第一方向转动内轮并测量外轮的前束角来进行测量的。然后，将测量值与标准值相比较。在另一个方向重复相同的过程和测量方法(在本例中，即向右)。作为可选方案，对总前束进行测量并与标准值相比较。如不同的TOOT值所指示的，在转向系统中的不对称性，是已损坏的或非正常的转向部件、甚至底盘损坏、包括事故后的不当修理的相当可靠的指示器。
使用TOOT测量法的对称性检查具有缺点。首先，在一个准直过程中TOOT没有一直受到检查。其次，TOOT规格需要以20度进行测量，在采用前束角测量法之前，技术人员必须精确地以特定的角度定位车轮。而在一个特定的角度定位车轮需要高操纵精密度。
此外，当以转向20度采用TOOT测量法时，各种不同的准直叁数的测量值，例如后倾角和转向轴倾角(SAI)，以10度前束角而获取。因而，技术人员必须将可转向轮从直线向前的位置精确地转过10度，以确定后倾角和转向轴倾角，再转过10度以确定TOOT。
此外，TOOT规程需要以20度转向进行测量。许多直线性校准器没有仅仅通过光电装置测量20度转向的角度范围。尽管其他的仪器，例如电子转向板，可代替直线性校准器测量工具使用，但需要附加装置，从而增加费用。
机动车辆的转向系统的另外一个重要的特性是阿克曼(Ackermann)几何形态。通过使用一个梯形的转向连动装置产生百分之百的阿克曼几何形态。阿克曼几何形态使所有机动车辆车轮绕一共同点绘出圆弧。因此，理论上，除去低速的车轮擦划(scrub)并最小化转弯产生的轮胎磨损。尽管大多数的机动车辆设计为没有达到百分之百阿克曼几何形态，相对百分之百阿克曼几何形态的显著偏离可作为机动车辆转向系统中损坏、不适应、或误调节部分的指示器，可引起与一个不对称的转向系统类似的问题。
图1所示为具有精确阿克曼几何形态的机动车辆。安装一对固定方向的车轮10a和10b，用于在一个后轮轴12上旋转，并在一个前轮轴16上可旋转地安装一对可转向轮14a和14b，两对车轮相对机动车辆底盘的纵向轴按常规方式定位安装。
当车轮转向时，正如机动车辆进行转向一样，外轮必须比内轮转过的角度小，以避免车轮划擦。后轮轴和前轮轴的中心线分别以轮轴线18和20表示。线22和24表示相应可转向轮14a和14b的轴线。一个具有完美的阿克曼几何形态的转向系统将相对点O具有一个最佳的滚动动作。为了参考，转向过程中靠近点O的可转向轮称为内轮，而相对点O比另一个可转动更远的可转向轮称为外轮。
为了在较高的速度将控制最佳化，设计和需求的实际限制需要转向系统以与完美的阿克曼几何形态不同的方式进行设计。众所周知，由于转向系统的设计，完美的阿克曼几何形态只有以对于每个转向(即，左和右)的一个特定转角而获得。然而，显著偏离阿克曼几何形态则可指示转向系统中的故障。
即使纯阿克曼几何形态不实际而且通常不需要，转向特性相对理论上地纯阿克曼的关系对于转向系统的开发者是非常有用的工具。对于转向分析系统的应用包括机动车辆开发、赛车开发和准直、碰撞修理分析、及重型载重汽车。
然而，汽车制造商，没有公开阿克曼规程。没有阿克曼几何形态规程，汽车修理厂没有办法检测出并且改正与阿克曼几何形态相关的错误。
因此，有必要检测机动车辆转向系统的对称性。还有必要以任意前束角确定机动车辆转向系统的对称性。也有必要在没有阿克曼几何形态规程的情况下可确定阿克曼几何形态。这些和其他的需要通过本发明进行处理。
发明内容
发明提供一种确定机动车辆的转向系统的对称性及阿克曼几何形态的方法和系统。发明的一个优点在于，在确定一转向系统的对称性测量过程中，可转向轮能以任意前束角定位。本发明另一个优点在于，即使在没有阿克曼规程的情况下，允许基于TOOT规程的阿克曼几何形态确定。本发明的一个进一步的优点是由提供一个将转向系统的对称性确定结合到其他的准直过程中的改进的准直过程产生的。本发明提供一种新型的过程以确定基于理论上的阿克曼角的转向系统的阿克曼几何形态。另外，本发明在机动车辆的转向系统中确定对称性，而不需要将转向轮转过极大的角度范围。
按照本发明，一种确定机动车辆转向系统的对称性的方法，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮。当所述第二可转向轮以一个基准前束角(如10度)定位于一个第一方向时，所述方法检测一个所述第一可转向轮的第一测定前束角，且当所述第一可转向轮以所述基准前束角定位于一个第二方向时，检测一个所述第二可转向轮的第二测定前束角。所述第二方向与相对于所述车辆纵轴的第一方向相反。所述方法基于所述第一测定前束角和所述第二测定前束角确定所述转向系统的对称性。
在一方面，所述方法基于所述第一测定前束角、所述第二测定前束角、及一个阈值确定所述转向系统的对称性。计算所述第一测定前束角与所述第二测定前束角之间的角度差，并将所述角度差与所述阈值进行比较。如果所述角度差大于所述阈值，所述转向系统被确定为是不对称的。
在一方面，所述第一可转向轮为右前轮，所述第二可转向轮为左前轮。在另一方面，在一个相反的方式中进行所述确定，其中所述第一可转向轮为左前轮，所述第二可转向轮为右前轮。
根据本发明，一种确定机动车辆转向系统的对称性的系统，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮。所述系统设置为与一个测量装置相连接，用于产生表示所述可转向轮的前束角的前束角信号。所述系统包括一个用于处理数据的处理器、一个存储器、一个用于储存数据的数据存储装置、一个用于输入数据的输入装置、及一个连接所述输入装置、存储器、数据存储装置、及处理器的总线。
当所述第二可转向轮以一个基准前束角定位于一个第一方向时，所述系统接收一个表示所述第一可转向轮的第一测定前束角的第一信号，且当所述第一可转向轮以所述基准前束角定位于一个第二方向时，所述系统接收一个表示所述第二可转向轮的第二测定前束角的第二信号。所述基准前束角可以由所述系统预先设定或由一个操作员设定。所述第二方向相对于所述车辆纵轴与所述第一方向相反。所述系统基于所述第一测定前束角和所述第二测定前束角确定所述转向系统的对称性。另外，所述系统基于所述第一测定前束角、所述第二测定前束角、及一个阈值确定所述转向系统的对称性。所述阈值基于所述基准前束角的值而确定。
在一方面，所述系统确定所述第一测定前束角与所述第二测定前束角之间的角度差。将所述角度差与所述阈值进行比较。如果所述角度差大于所述阈值，所述转向系统被确定为是不对称的。
因为所述基准前束角可以为通过任意来源获得的任意角度，如通过所述系统预先设置、由一个操作员输入、或由一个数据库获得，所述方法和系统不需要转向前展(TOOT)规程来确定所述转向系统的对称性。
在一方面，所述系统进一步包括一个显示器，且所述数据存储装置进一步具有指令，使述系统通过所述处理器根据所述指令的执行显示对应于确定为不对称的转向系统的故障修理过程。
在本发明的另一方面，将所述对称性的确定结合到准直过程中。例如，测定角的确定可在一个后倾角摆动过程或一个TOOT过程中实现。另外，所述基准前束角可以为一个预设的在测量后倾角与转向轴倾角时的准直过程中所需的角度，如10度。所述基准前束角可以为如TOOT规程所要求的20度。因此，所述转向系统的对称性也可基于现有的准直过程中所收集的数据进行确定，而不需要任何另外的过程。
根据本发明，另一种不需要以一个特定的角度定位转向轮而确定对称性的系统。所述系统基于车轮前束角与一个预设角之间的角度差，产生标准化的测定角，并基于所述标准化的前束角确定转向系统的对称性。
所述系统包括一个用于处理数据的处理器、一个存储器、一个用于储存数据的数据存储装置、一个用于输入数据的输入装置、及一个连接所述输入装置、存储器、数据存储装置、及处理器的总线。当所述第二可转向轮以一个第一前束角定位于一个第一方向时，接收一个表示所述第一可转向轮的第一测定前束角的第一信号，且当所述第一可转向轮以一个第二基准前束角定位于一个第二方向时，接收一个表示所述第二可转向轮的第二测定前束角的第二信号。所述第二方向与相对于所述车辆纵轴的所述第一方向相反。所述系统基于所述第一前束角和一个储存在所数据存储装置中的预设角度产生一个标准化的第一测定前束角，并基于所述第二前束角和所述预设角度产生一个标准化的第二测定前束角。
所述系统基于所述标准化的第一测定前束角和所述标准化的第二测定前束角确定所述转向系统的对称性。可选择地，所述系统基于所述标准化的第一测定前束角、所述标准化的第二测定前束角、及一个阈值确定所述转向系统的对称性。例如，计算所述第一标准化的测定前束角与所述标准化的第二测定前束角之间的角度差，如该角度差为3度。如果所述角度差大于3度，所述转向系统确定为是不对称的；否则，所述转向系统被确定为是对称的。
因此，技术人员可以任意角度定位所述轮，并且，如果优选的，接近一个预设的角度，如TOOT规程所要求的20度。所述系统计算所述标准化的前束角并据此确定对称性。
根据本发明，另一系统提供一种新型的方法，基于一个理论上的阿克曼角确定一个转向系统的阿克曼几何形态。所述系统配置为接收一个表示所述第一可转向轮的第一前束角的第一信号，并当所述第一可转向轮以所述第一前束角定位时，接收一个表示所述第二可转向轮的第二前束角的第二信号。所述系统基于一个表示车辆的轴距长度的轴距值、一个表示车辆的轮距长度的轮距值、及所述第一前束角计算出一个理论阿克曼角。所述系统基于所述第二前束角和所述理论阿克曼角确定阿克曼几何形态。
在一方面，所述系统可基于一个阿克曼百分比确定所述转向系统的阿克曼几何形态。所述系统基于所述第二前束角及所述理论阿克曼角确定阿克曼百分比。再将所述阿克曼百分比与一个阈值进行比较。所述系统基于比较结果确定阿克曼几何形态。
在另一方面，所述系统可具有一个包括不同车辆形式的轴距和轮距的数据库。因此，所述理论阿克曼角可通过访问该数据库进行计算，而不必测量轴距和轮距。所述值可由其他来源获得，例如借由所述系统通过与适当的传感器或测量装置进行测量，或由一个操作员通过检查一个印刷参考手册进行输入，或通过例如用带尺进行手工测量。
本发明的另一方面，对应于所述转向系统被确定为缺少适当的几何形态，而显示一个故障修理过程。
虽然上述的描述基于第一、第二可转向轮的分类名称进行举例说明，在本发明的一个方面中，第一可转向轮可以是右边的可转向轮，第二可转向轮可以是左边的可转向轮。反之，第一可转向轮是左边的可转向轮，而第二可转向轮是机动车辆右边的可转向轮。
本发明的其他优点将在下面的具体实施方式
中，通过举例而非限制的方式清楚说明。可以理解，本发明可具有其他的和不同的实施例，而且它的一些细节可在各种不同的方面进行适应性修改，这都不脱离本发明。因此，附图和说明实质上仅视为例子，而且非限制。
附图结合在说明书中并构成说明书的一部份，举例说明本发明的具体实施方式
，其与文字部分描述一起共同用于具体化本发明的原理。
图1示出具有精确阿克曼几何形态的机动车辆。
图2a和2b说明按照本法明一个实施例进行测试的机动车辆。
图3示出基于一个具有精确阿克曼几何形态的转向系统的机动车辆确定理论上的阿克曼角的例子。
图4a至图4c说明当转向系统被确定为不对称的时，显示诊断的引导的一个例子。
图5描述一个数据处理系统，本发明可根据其进行具体化。
图6说明本法明的一个示例性系统，其具有确定机动车辆的前束角和位置方面的测量装置。
图7a描述一个示例性的阿克曼曲线，示出相对不同转向角的度数上的阿克曼误差。
图7b示出一个示例性的阿克曼曲线，说明相对不同转向角的阿克曼图7c说明示例性的阿克曼曲线，示出相对转向角在百分比上的阿克曼误差。
具体实施例方式
在下面的说明中，为了解释，提出许多具体细节以便提供一个本发明的详尽理解。然而，可以理解，对于本领域普通技术人员，没有这些具体细节也可实现本发明。在其他的例子中，在方框图中示出现有的结构和装置，以便避免不必要的使本发明难于理解。
在转向系统中对称性的确定按照本发明的一个具体实施例，一个用于确定一机动车辆的转向系统的对称性的系统包括一个测量装置，用于测量一机动车辆的可转向轮的前束角；和一个设置为与测量装置连接的数据处理系统(如一计算机)，用于接收表示转向轮前束角的前束信号。系统基于接收到的前束信号、储存于该系统中的数据、及/或其他输入量，确定机动车辆的对称性。图2a和图2b示出根据本发明的一个具体实施例在测试下的机动车辆。
在图2a和图2b中，安装一对固定方向的车轮20a和20b，用于在一个后轮轴22上旋转，并在一个前轮轴26上可旋转地安装一对可转向轮24a和24b，两对车轮相对机动车辆底盘的纵向轴按常规方式定位安装。测量装置安装在适当位置，以检测可转向轮的前束角并将前束信号送至数据处理系统，用于进一步的分析。
在图2a中，可转向轮转向一个相对于机动车辆底盘的纵轴的第一方向。车轮24a是左边的可转向轮，而车轮24b是右边的可转向轮。当车轮24以基准前束角Ar定位时，车轮24b具有一第一测定前束角A1。接下来，可转向轮转向一个第二方向，该第二方向与相对于机动车辆纵轴的第一方向相反，如图2b所示。在图2b中，车轮24b定位于基准前束角Ar，并且车轮24a具有一个第二个测定前束角A2。
对于一个具有对称性的转向系统的机动车辆，因为内轮在两个方向上以相同的前束角定位，第一个和第二的测定前束角A1和A2，基本上相同。数据处理系统计算第一个和第二的测定前束角A1和A2之间的角度差。转向系统的对称性基于该角度差和阈值进行确定。
阈值可以是一个角度值或百分比值，其由系统或者由操作员操作系统输入而预先设定。阈值可基于基准前束角的值而确定。例如，阈值可设置为一个角度值，如一个度数，用于以20度设定的基准角。在系统获得第一个和第二的测定前束角A1和A2之间的角度差之后，系统将角度差与阈值进行比较，该阈值是一个度数。角度差超过阈值的，数据处理系统确定转向系统为不对称的；否则，转向系统是对称性的。
在另一个例子中，阈值可以设置为百分比，例如5％。在系统获得第一个和第二的测定前束角A1和A2之间的角度差之后，系统计算基于基准角和角度差的角度差百分比角度差百分比＝[(角度差)/(基准角)]*100％如果角度差百分比比阈值大，在本例中该阈值是5％，系统确定为转向系统是不对称的。
因此，如上所述，可使用任意基准前束角确定转向系统的对称性，而不需要如TOOT规程所需的将可转向轮以20度定位。
虽然上述例子说明以基准前束角定位内轮(当相对于O1、O1′和O2、O2′点转向时，比较靠近转向点O1、O1′和O2、O2′的车轮)，并且为外轮测定前束角(当相对于O1、O1′和O2、O2′点转向时，离转向点O1、O1′和O2、O2′较远的车轮)，可选择地，该确定也可通过在基准前束角定位外轮而测量内轮的前束角实现。另外，可转向轮可首先转向第二方向，然后转向第一方向，以达成获得前束角数据的目的。
本发明的另一方面结合对称性的确定和准直过程。机动车辆的准直通过校准器实现，该校准器能够确定一定的机动车辆参数，如外倾角、后倾角、转向轴倾角等。校准器的例子如公开在1998年3月10日公告的杰克森(Jackson)等的题为“用于确定机动车辆车轮的准直方法和装置”的美国专利第5724743号中，及1996年7月16日公告的杰克森(Jackson)等的题为“用于确定机动车辆车轮的准直方法和装置”的美国专利第5535522号中。
机动车辆的制造商提供各种准直叁数，如外倾角、后倾角、及转向轴倾角等的规程。传统地，后倾角和转向轴倾角在10度的内前束角时进行测量。在准直过程中，与图2a与图2b所描述的过程类似，在可转向轮转向第一和第二方向10度角时，测量可转向轮的前束角。
因此，在准直过程中，将可转向轮24a转向第一方向并以10度的内前束角定位。再将可转向轮转向一个第二方向，并且车轮24b以10度前束角定位。第二方向相对于机动车辆纵轴与第一方向相反。因为准直过程与图2a与图2b所讨论的过程相似，测定的前束角可用来确定转向系统的对称性。
例如，本发明可将对称性的确定结合到后倾角摆动(caster swing)过程中。在后倾角摆动期间，可转向轮以10度转向一个第一方向，再以10度转向一个第二方向。在后倾角摆动期间，测量装置追踪可转向轮前束角并且将代表前束角的信号送至数据处理系统。数据处理系统再确定基于测定的前束角的转向系统的对称性，如上所述。虽然上述的例子使用10度前束角进行举例说明，但也可使用其他的前束角值。
通过将对称性的确定结合到准直过程中，技术人员不必将可转向轮从直线向前的位置精确的转过10度以确定后倾角和转向轴倾角，并且不必如TOOT规程所要求的再转过另一个10度以确定TOOT。因此，提高了操作效率。
虽然上述的过程是基于在一个特定的前束角定位内轮并且测量外轮的前束角所进行的讨论，可以理解，该过程可通过在一个特定的前束角定位外轮并且测量内轮的前束角而实施。
本发明另一方面在对称性的确定期间提供容错操作。过去，使用TOOT确定对称性需要技术人员以精确的20度定位内轮，以便可将外前束角与TOOT规程进行比较。按照本实施例，可转向轮可以任意前束角定位，或，如果优选，以一个接近预设前束角的前束角定位，例如TOOT规格所要求的20度。
在接收表示车轮的前束角的信号方面，数据处理系统将基于所检测到的前束角和一个预设的前束角产生一个标准化的前束角。例如，如果预设的内前束角是6.00度，而且所检测到的内前束角是6.05度，而且所检测到的外前束角是5.88度，外前束角基于内前束角和预设的内前束角之间的差进行标准化。因此，在本例中，标准化的外前束角为5.88+5.88*(6.05-6.0)/6.0＝5.83度。当然，也可使用其他本领域普通技术人员所公知的标准化方法，例如基于一规程的非线性标准化。
然后，采用上述基于标准化的前束角的过程，数据处理系统确定转向系统的对称性。因此，不像TOOT过程，即使当可转向轮没有以一个特定的角度定位，也可确定转向系统的对称性。因此，可获得更为容易的操作。
转向系统中阿克曼几何形态的确定本发明的一方面提供一种在没有阿克曼规程的情况下确定阿克曼几何形态的新型的方法。本发明的一个系统实现一种基于一理论阿克曼角确定阿克曼几何形态的新型过程。根据一个具体实施例，计算理论上的阿克曼角。
图3示出一个具有精确的阿克曼几何形态的机动车辆。内轮34a具有一内前束角Ai，外轮34b具有一外前束角Ao。线22和24分别表示相应的可转向轮34a和34b的轴。后轮轴与前轮轴的中心线在点O相交。因此，转向系统具有完美的阿克曼几何形态，并且具有相对于点O的最佳滚动动作。轮距为L，前后轮的车轮轴距离为W。轮距和轴距可通过访问储存这样的机动车辆信息的数据库、操作员基于一规程的输入而获得，或通过技术人员使用本领域所公知的测量装置进行测量。
在前束角Ai和Ao之间的关系可由三角形OPS和三角形OQR确定L＝W(cot Ao)-W(cot Ai)cotAo-cotAi＝L/WcotAo＝L/W+cotAi因此，Ao＝cot-1(L/W+cotAi)；或Ai＝cot-1(cotAo-L/W)(1)因此，当一个可转向轮以一个第一前束角定位的时候，例如在TOOT规程中指定的20度，数据处理系统可基于等式(1)计算对应第一前束角的理论阿克曼角。然后，根据如下等式可计算阿克曼百分比阿克曼百分比＝[(测定的前束角)/理论上的阿克曼角]*100％然后，数据处理系统可确定基于阿克曼百分比和一预设的阈值的转向系统的阿克曼几何形态。例如，如果阈值设置为+/-20％，一旦可转向轮的测定的前束角超过理论上的阿克曼角的120％或少于其的80％，数据处理系统确定转向系统为具有阿克曼几何形态；否则，转向系统被确定为没有阿克曼几何形态。
在另一个方面中，阿克曼几何形态的目标百分比和容差可由一个操作员设置。例如，如果目标阿克曼几何形态指定为75％，且容差设置在+/-20％，一个具有55％和95％之间的阿克曼几何形态的机动车辆将通过测试。测定的前束角和理论上的阿克曼角之间的差也可表示为一个阿克曼误差。阿克曼误差依照下述等式进行定义阿克曼误差＝(测定的前束角)-(理论上的阿克曼角)然后，数据处理系统可基于阿克曼误差和预设的阈值，确定转向系统的阿克曼几何形态。例如，如果阈值设置为+/-3度，一旦可转向轮的测定的前束角大于或小于理论上的阿克曼角3度，数据处理系统确定转向系统为具有不适当的阿克曼几何形态；否则，转向系统被确定为具有适当的阿克曼几何形态。
发现并修理故障根据本发明的一种实施方式，数据处理系统也具有编程显示对应没有对称性或阿克曼几何形态的确定的故障修理过程。故障修理程序可提供指导技术人员进行某个诊断程序的检查表。例如检查从转向节到制动转子的距离，将一侧与另一侧进行比较。
检查转向连杆和其他的转向连接装置的直线性。
检查转向节距地面的竖直距离，将一侧与另一侧进行比较。确保轮胎直径相同，而且充气膨胀相同。
检查可能的不正确工作的部分，例如转向节长度的错误匹配。
检查当前束角相等时，转向机构是在中位的。检查长度不相等的连杆。对于一种肯定的诊断，运行全部阿克曼曲线并准直连杆直到曲线对称。
为了提供更好的引导，还显示出与故障修理程序相关的动画或视频显示，例如诊断的对应位置、逐步的测量指令、及其他帮助技术人员的信息。
图4a与图4c示出当转向系统被确定为没有对称性或阿克曼几何形态时，向技术人员提供诊断引导的例子。在图4a中，信息411指示机动车辆被确定为不对称的。信息413指示不对称可能引起的问题。如果技术人员熟悉诊断程序，技术人员可不寻求系统的帮助而继续进行。另一方面，如果技术人员对诊断程序不熟悉，操作员可输入一个命令控制系统产生详细的引导，如图4b和图4c所示，其显示可能对不对称及其相关的检查点有助益的部份。
图5是数据处理系统的方框图，例如一个计算机系统500，发明的一个具体实施例基于该系统可得以实现。计算机系统500包括一用于信息通信的总线52或其他通信机构，及一个与总线52相连接、用于处理数据信息的处理器504。计算机系统500还包括主存储器506，例如一个随机存储器或其它的动态存储装置，其与总线502连接用于储存将由处理器504执行的信息和指令。主存储器506还可用于储存在处理器504进行指令的执行期间的临时变量或其他的中间数据。计算机系统500进一步包括一个只读存储器(ROM)508或其他的静态存储装置，其与总线相连接用于为处理器504储存静态信息和指令。提供一个与总线502相连接的存储装置510，例如一个磁盘或光盘，用于储存信息和指令。
计算机系统500可经由总线502与一个显示器连接，例如一个阴极射线管显示器(CRT)，用于将信息呈现于算机使用者。一个包括字母数字的及其他的按键的输入装置514与总线502连接，用于向处理器504传达信息和指令选择。计算机系统500可具有一个输入/输出端口518，用于与外部设备连接，例如一个测量装置522，以接收并输出信号与命令。
图6示出一个示例系统，其包括一部计算机602和一个基于本发明的测量装置。系统600包括测量装置具有一对固定的、间隔设置安装在梁614上的照相机610、612，及安装在机动车辆车轮650、652、654、656上的目标装置618、620、622、和624。梁614具有足以分别将照相机610、612分别定位在车辆侧面外部的长度，以通过确定系统600成像。而且，梁614将照相机610、612定位在工厂地面616上方足够高的位置，以确保车轮650上的目标装置618和车轮654上的目标装置620在左侧照相机610的视野范围内，而车轮652上的目标装置622与车轮656上的目标装置624在右侧照相机612的视野范围内。也可使用其他的照相机设置，例如每一个车轮使用一个照相机。
目标装置618、622、620、624安装在机动车辆的每一个车轮650、652、654、656上，且每个目标装置618、620、622、624包括一个目标本体634和一个连接装置638。连接装置638将车轮目标装置连接安装于车轮。1991年6月18日公告的Bomer等的题为“车轮准直轮环夹爪”的美国专利中公开了一个连接装置的例子，在此引入参考。
目标装置618、620、622、624可由一个具有两个或更多不同尺寸的圆圈图案的平板组成，该圆圈上标记有预设格式。实际上，一个数学表达或对应一个实际图像(例如，通过垂直其主平面观察目标装置而获得的图像)的数据，及目标装置的尺寸预先编制在计算机的存储器中，以便在取定过程中，计算机具有一个可对观察到的目标装置的立体图进行比较的基准图像。
计算机通过识别目标装置上的几何形态的特性来计算目标装置618、620、622、624的位定。计算机采用立体测量并且将这些测量值与事先预编制在算机存储器内的实际图像进行比较。在1998年3月10日公告的杰克森(Jackson)等的题为“用于确定机动车辆车轮的准直方法和装置”的美国专利第5724743号，及1996年7月16日公告的杰克森(Jackson)等的题为“用于确定机动车辆车轮的准直方法和装置”的美国专利第5535522号中，公开了确定各个目标装置位置的方法和系统，在此引入参考。
因为目标装置装设于车轮上，一旦目标装置的位向已知，车轮的前束角也就已知。基于前束角，计算机系统能进行上面讨论的所需要的计算。
阿克曼曲线即使百分之百的阿克曼几何形态不实际而且通常不需要，但相对于理论上纯阿克曼曲线的转向特性的关系对于转向系统分析来说是一个有用的工具，例如，机动车辆研发、赛车研发和准直、碰撞修理分析、及重型载重汽车车队。对于每个不同的转向角，理论上的阿克曼角可按照上述等式(1)进行计算。所希望的阿克曼百分比可取决于操作员的优先选择由操作员输入，例如100％、85％或115％的阿克曼百分比。
本发明的一个系统显示阿克曼曲线，例如在规则间隔设置的转向增量处由百分之百的阿克曼几何形态产生的前束角错误，基准曲线与百分之百的阿克曼几何形态在规则间隔设置的转向增量处的百分比，或总前束角与转向角的关系曲线，或其他操作员感兴趣的曲线。
图7a以度数(测定前束角与理论阿克曼角之间的差)示出关于转向角的阿克曼误差。曲线701为左边的车轮，而曲线703为右边的车轮。图7b示出关于不同转向角的阿克曼百分比。阿克曼百分比定义为将理论上的阿克曼角分成测定的前束角并乘以100％。曲线705为左边的车轮，而曲线707为右边的车轮。图7c以百分比曲线举例说明关于转角的阿克曼误差。以百分比表示的阿克曼误差定义为所希望的阿克曼百分比与在图7b中示明的阿克曼百分比之间的差。
发明的一个方面显示关于取决于操作员优先选择的不同转向角增量的阿克曼曲线。按照本发明的一个系统，该系统允许操作员输入对于转向角增量的选择2度、4度和5度。取决于设计需要可实现其他增量。
在评估机动车辆的转向系统中，这些曲线将帮助操作员。
从上述对本发明的描述中，可清楚的了解到本发明提供这样的优点转向系统的对称性可在任意前束角进行确定，而不需要如TOOT规程所要求的将可转向轮以20度精确定位。本发明还允许基于车轮的前束角之间的角度差，而不需要TOOT规程的对称性确定。
除此之外，本发明提供一个改进的准直过程，其包括设于准直过程内的转向系统的对称性的确定。本发明还提供一个新型的过程，基于理论上的阿克曼角确定转向系统的阿克曼几何形态。通过本发明获得的另以优点为为技术人员提供在转向系统检测为不对称时的故障修理引导。本发明的其他优点将由本领域普通技术人员在上述说明或实际应用中得以理解。
虽然上述说明部分基于转动内轮并测量外轮的前束角举例说明本发明，可以理解，该方法和系统反过来也可通过转动外轮并测量内轮的前束角而实现，以确定转向系统的对称性。
本领域普通技术人员可仅仅使用例行试验认识到或确知多种在此具体描述的本发明具体实施例的等同物对。这样的等同物包括在下述权力要求的范围内。
权利要求
1.一种确定机动车辆转向系统的对称性的方法，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮，所述方法包括以下步骤a)当所述第二可转向轮以一个基准前束角定位于一个第一方向时，检测一个所述第一可转向轮的第一测定前束角；b)当所述第一可转向轮以所述基准前束角定位于一个第二方向时，检测一个所述第二可转向轮的第二测定前束角，其中所述第二方向相对于所述车辆纵轴与第一方向相反；及c)基于所述第一测定前束角和所述第二测定前束角确定所述转向系统的对称性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一可转向轮为车辆右边的可转向轮，所述第二可转向轮为左边的可转向轮。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一可转向轮为车辆左边的可转向轮，所述第二可转向轮为右边的可转向轮。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤基于所述第一测定前束角、所述第二测定前束角、及一个阈值确定所述转向系统的对称性。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定步骤进一步包括以下步骤c1)计算所述第一测定前束角与所述第二测定前束角之间的角度差；c2)将所述角度差与所述阈值进行比较；及c3)基于步骤c2)的结果确定所述转向系统的对称性。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阈值基于所述基准前束角的值而确定。
7.一种确定机动车辆转向系统的对称性的系统，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮，其特征在于，所述系统设置为与一个测量装置相连接，用于产生表示所述可转向轮的前束角的前束角信号，所述系统包括一个用于处理数据的处理器；一个存储器；一个用于储存数据的数据存储装置；一个用于输入数据的输入装置；及一个连接所述输入装置、存储器、数据存储装置、及处理器的总线；所述数据处理装置具有指令，使所述系统通过所述处理器根据所述指令的执行来达到由机器实现以下步骤a)当所述第二可转向轮以一个基准前束角定位于一个第一方向时，接收一个表示所述第一可转向轮的第一测定前束角的第一信号；b)当所述第一可转向轮以所述基准前束角定位于一个第二方向时，接收一个表示所述第二可转向轮的第二测定前束角的第二信号，其中所述第二方向相对于所述车辆纵轴与所述第一方向相反；及c)基于所述第一测定前束角和所述第二测定前束角确定所述转向系统的对称性。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，进一步包括一个显示器，且所述数据存储装置进一步具有指令，使述系统通过所述处理器根据所述指令的执行，显示对应于确定为不对称的转向系统的故障修理过程。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述步骤a)和b)在一个后倾角摆动过程中进行。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述步骤a)和b)在一个转向前展过程中进行。
11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述步骤a)和b)在一个转向轴倾角测量过程中进行。
12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述基准前束角基本上等于10度。
13.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述基准前束角是一个预先设定的角度。
14.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一可转向轮为车辆右边的可转向轮，所述第二可转向轮为左边的可转向轮。
15.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一可转向轮为车辆左边的可转向轮，所述第二可转向轮为右边的可转向轮。
16.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述确定步骤基于所述第一测定前束角、所述第二测定前束角、及一个阈值确定所述转向系统的对称性。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于所述阈值基于所述基准前束角的值而确定。
18.一种确定机动车辆转向系统的对称性的系统，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮，其特征在于，所述系统设置为与一个测量装置相连接，用于产生表示所述可转向轮的前束角的前束角信号，所述系统包括一个用于处理数据的处理器；一个存储器；一个用于储存数据的数据存储装置；一个用于输入数据的输入装置；及一个连接所述输入装置、存储器、数据存储装置、及处理器的总线；所述数据处理装置具有指令，使所述系统通过所述处理器根据所述指令的执行来达到由机器实现以下步骤a)当所述第二可转向轮以一个第一前束角定位于一个第一方向时，接收一个表示所述第一可转向轮的第一测定前束角的第一信号；b)当所述第一可转向轮以一个第二基准前束角定位于一个第二方向时，接收一个表示所述第二可转向轮的第二测定前束角的第二信号，其中所述第二方向相对于所述车辆纵轴与所述第一方向相反；及c)基于所述第一前束角和一个储存在所数据存储装置中的预设角度产生一个标准化的第一测定前束角；d)基于所述第二前束角和所述预设角度产生一个标准化的第二测定前束角；和e)基于所述标准化的第一测定前束角和所述标准化的第二测定前束角确定所述转向系统的对称性。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，进一步包括一个显示器，且所述数据存储装置进一步具有指令，使述系统通过所述处理器根据所述指令的执行，显示对应于确定为不对称的转向系统的故障修理过程。
20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一可转向轮为车辆右边的可转向轮，所述第二可转向轮为左边的可转向轮。
21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一可转向轮为车辆左边的可转向轮，所述第二可转向轮为右边的可转向轮。
22.如权利要求18所述的系统，其特征在于，基于所述预设的角度值确定阈值。
23.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述确定步骤基于所述标准化的第一测定前束角、所述标准化的第二测定前束角、及一个阈值确定所述转向系统的对称性。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述步骤d)进一步包括以下步骤c1)计算所述第一标准化的测定前束角与所述标准化的第二测定前束角之间的角度差；c2)将所述角度差与所述阈值相比较；及c3)基于步骤c2)的结果确定所述转向系统的对称性。
25.一种确定机动车辆转向系统的阿克曼几何形态的方法，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮，其特征在于，所述系统设置为与一个测量装置相连接，用于产生表示所述可转向轮的前束角的前束角信号，所述系统包括一个用于处理数据的处理器；一个存储器；一个用于储存数据的数据存储装置；一个用于输入数据的输入装置；及一个连接所述输入装置、存储器、数据存储装置、及处理器的总线；所述数据处理装置具有指令，使所述系统通过所述处理器根据所述指令的执行来完成机器实现的以下步骤a)接收一个表示所述第一可转向轮的第一前束角的第一信号；b)当所述第一可转向轮以所述第一前束角定位时，接收一个表示所述第二可转向轮的第二前束角的第二信号；及c)基于一个表示车辆的轴距长度的轴距值、一个表示车辆的轮距长度的轮距值、及所述第一前束角计算一个理论阿克曼角；及d)基于所述第二前束角和所述理论阿克曼角确定阿克曼几何形态。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，进一步包括一个显示器，且所述数据存储装置进一步具有指令，使所述系统通过所述处理器根据所述指令的执行显示对应于确定为不适当的转向系统的故障修理过程。
27.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述步骤d)包括以下步骤d1)基于所述第二前束角及所述理论阿克曼角确定一个阿克曼百分比；d2)将所述阿克曼百分比与一个阈值进行比较；及d3)基于所述步骤d2)的结果确定阿克曼几何形态。
28.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第一可转向轮为右边的可转向轮，所述第二可转向轮为车辆左边的可转向轮。
29.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第一可转向轮为左边的可转向轮，所述第二可转向轮为车辆右边的可转向轮。
30.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第一前束角为在一个转向前展规程中指定的一基准值。
31.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第一前束角为20度的外前束。
32.一种用于绘制机动车辆的转向系统的阿克曼曲线的系统，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮，其特征在于，所述系统设置为与一个测量装置相连接，用于产生表示所述可转向轮的前束角的前束角信号，所述系统包括一个用于处理数据的处理器；一个存储器；一个用于储存数据的数据存储装置；一个用于输入数据的输入装置；及一个连接所述输入装置、存储器、数据存储装置、及处理器的总线；所述数据处理装置具有指令，使所述系统通过所述处理器根据所述指令的执行来达到由机器实现以下步骤a)当所述可转向轮转向一个第一方向时，接收表示所述第一可转向轮的第一前束角的第一信号；b)当所述可转向轮转向所述第一方向时，接收表示所述第二可转向轮的第二前束角的第二信号；c)基于一个表示车辆的轴距长度的轴距值、一个表示车辆的轮距长度的轮距值、及所述第一前束角计算理论阿克曼角；及e)基于所述第二前束角和所述理论阿克曼角显示一个所述转向系统的阿克曼曲线。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，所述步骤a)进一步包括，当所述可转向轮转向一个第二方向时，接收表示所述第一可转向轮的第一前束角的第一信号；及所述步骤b)进一步包括，当所述可转向轮转向所述第二方向时，接收表示所述第二可转向轮的第二前束角的第二信号；及所述步骤e)进一步包括，与所述第一方向的阿克曼曲线同时显示所述第二方向的阿克曼曲线。
34.一种用于确定机动车辆转向系统的阿克曼几何形态的方法，该机动车辆具有当车轮相对于机动车辆的纵轴线准直时垂直于公共轴线的第一可转向轮与第二可转向轮，其特征在于，所述系统设置为与一个测量装置相连接，用于产生表示所述可转向轮的前束角的前束角信号，所述方法包括由机器实现的以下步骤a)接收表示所述第一可转向轮的一个第一前束角的第一信号；b)当所述可第一轮以所述第一前束角定位时，接收一个表示第二可转向轮的第二前束角的第二信号；c)基于一个表示车辆的轴距长度的轴距值、一个表示车辆的轮距长度的轮距值、及所述第一前束角计算出一个理论阿克曼角；及d)基于所述第二前束角和所述理论阿克曼角确定所述转向系统的阿克曼几何形态。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，进一步包括显示对应于所述转向系统确定为不适当的几何形态的故障修理过程。
36.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述第一前束角为在一个转向前展规程中指定的一基准值。
37.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述第一前束角为20度的外前束。
全文摘要
本发明提供一种确定机动车辆转向系统的对称性和阿克曼(Ackermann)几何形态的方法和系统。本发明的一种系统基于可转向轮的前束角的不同而确定转向系统的对称性。因此，对于确定转向系统的对称性不需要规程。本发明基于标准化的前束角确定转向系统的对称性。因此，可转向轮不必以一个特定的角定位。另外，本发明在机动车辆的转向系统中不需要将转向轮转过一个很大的角度范围而确定对称性。因此，在转动转向轮时技术人员的劳动强度得以减少。本发明还提供一种改进的准直过程，在该准直过程中实现转向系统对称性的确定。本发明提供一种新型的机器实现的程序以确定基于理论上的阿克曼角的转向系统的阿克曼几何形态。
文档编号G01B11/275GK1592842SQ02823457
公开日2005年3月9日 申请日期2002年11月22日 优先权日2001年11月26日
发明者詹姆士·L.·小·戴尔, 大卫·A.·杰克逊 申请人:斯耐普昂技术有限公司