DE19748239A1

DE19748239A1 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung von Sturz und Vorlauf eines Fahrzeugrads

Info

Publication number: DE19748239A1
Application number: DE19748239A
Authority: DE
Inventors: Arthur Koerner; James Hanson
Original assignee: Fori Automation Inc
Current assignee: Fori Automation Inc
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1998-05-20
Also published as: KR19980033400A; US5978077A

Description

Die Erfindung betrifft Maschinen zur Ausrichtung von Kraft fahrzeugrädern und insbesondere optische Sensoren und Radaus richt- bzw. -ausfluchttechniken, die in berührungslosen Rad ausrichtmaschinen Anwendung finden.

Es ist bekannt, daß der Sturz eines Fahrzeugrads unter Verwen dung eines Sensors ermittelt werden kann, der die Position eines Meßpunkts an einer oberen mittleren Stelle auf der Rei fenseitenwand bestimmt. Der Sturz kann dann aufgrund bekannter trigonometrischer Beziehungen zwischen dem Meßpunkt und we nigstens einem anderen Punkt (beispielsweise der Reifenmitte) bestimmt werden. Es ist ebenso bekannt, daß der Vorlauf einem lenkbaren Fahrzeugrads aufgrund der gemessenen Sturzwerte für jede von zwei Längsstellungen bestimmt werden kann. Diese Technik wird von D.B. January in "Steering Axis Geometry and Caster Measurement" in SAE-Veröffentlichung Nr. 850219 be schrieben.

In vielen Radausrichtmaschinen wird der Sturz unter Verwendung des horizontalen Abstands zwischen dem oberen Meßpunkt und der Reifenmitte oder eines anderen solchen Meßpunkts berechnet. Diese Sturzberechnung setzt voraus, daß diese beiden Meßpunkte innerhalb in einer vertikalen Ebene angeordnet sind, die rechtwinklig zu der Rollebene des Rades verläuft (d. h. recht winklig zu der Ebene in welcher jeder beliebige Punkt auf dem Rad sich bewegt, wenn dieses sich dreht). Diese vertikale Ebene wird nachstehend als vertikale Meßebene bezeichnet.

Ausgehend von dieser Annahme wird allgemein akzeptiert, daß der tatsächliche obere Meßpunkt so nah wie möglich zu dieser vertikalen Meßebene gelegen sein muß. Anderenfalls würde die Position des Meßpunkts durch die Spur des Rades beeinflußt und der berechnete Sturz wäre inkorrekt. Aus diesem Grund sind die in Radausrichtmaschinen verwendeten Meßsensoren typischerweise so konstruiert und oft sogar so kalibriert, daß, für ein Rad bei Spur 0 der obere Meßpunkt so nahe wie möglich an der obe ren mittleren Position des Rades angeordnet ist (d. h. so nahe wie möglich an der vertikalen Meßebene).

Ein Problem bei der Bestimmung des Vorlaufs aufgrund von Sturzwerten ist, daß die gemessenen Versetzungen klein sind und typischerweise nicht die Auflösung der Messung überschrei ten. Außerdem wird der Einfluß des Spurwinkels auf die Ver setzungen der Meßpunkte durch das absichtliche Einführen von spezifischen Spurwinkeln während des Meßvorgangs vergrößert. Folglich sind die Vorlaufmessungen weniger genau und weniger wiederholbar als dies wünschenswert wäre.

Bei manchen berührungslosen Meßsensoren wird dieses Problem noch dadurch verstärkt, daß das ausgerichtete und geformte Licht in eine bestimmte Richtung projiziert wird, die sich nicht ändert, wenn das Rad nach links oder rechts gelenkt wird. Deshalb wird, wenn der Sturz zum Zwecke der Vorlauf messung bestimmt wird, der Auftreffpunkt des geformten Lichts (d. h. der Meßpunkt) sich verändern, wenn das Rad zwischen den beiden Links- und Rechtspositionen gelenkt wird. Dies führt zu weiteren Ungenauigkeiten bei der Sturzmessung und damit auch bei der Vorlaufmessung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach stehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläu tert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen. Es zeigen:

Fig. A eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines optischen Radaus richtsensors (Radvermessungssensors) gemäß der Erfindung;

Fig. B eine perspektivische Ansicht, die die Stellung des in Fig. A gezeigten Sensors bezüglich des linken Vorderrads eines Kraftfahrzeugs sowie die zum Definieren der räumlichen Positionen von Sensor und Rad zur Vermessung der Radein stellkenngrößen verwendeten Konventionen zeigt;

Fig. C eine Seitenansicht des linken Kraftfahrzeug vorderrads, die schematisch veranschaulicht, wie Laser innerhalb des in Fig. A gezeigten Sensors verwendet werden, um geformtes Laser licht auf die Seitenwand eines auf dem Rad montierten Reifens zu projizieren;

Fig. D eine Draufsicht auf das Rad und den Sensor aus Fig. A, die das sensoroptische System veran schaulicht;

Fig. E eine Ansicht des Montagesockels, der sowohl für einen der Laser des in Fig. A gezeigten Sensors als auch für andere Laser nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ver wendet wird;

Fig. F die Konventionen zur Definition der Ausrich tung eines Fahrzeugs, welches einer Vermessung in einer Radausrichtmaschine gemäß der Erfin dung unterzogen wird;

Fig. G und H Draufsichten, die die Projektion des von dem Sensor aus Fig. A limitierten Laserlichts darstellen;

Fig. I eine Ansicht eines Kraftfahrzeugrads, welche die Beziehung zwischen Sturz und Scheitelra dius des Rads veranschaulicht;

Fig. J eine Seitenansicht des in Fig. B dargestellten Rads, die veranschaulicht, wie der Spurwinkel des Rads den Ort beeinflußt, an dem das geform te Laserlicht auf die Seitenwand des Reifens auftrifft;

Fig. K die Wirkung der Spur auf die relativen und absoluten Orte des reflektierten geformten Lichts innerhalb des durch die Sensorkamera erzeugten Bildes;

Fig. L den Einfluß des Spurwinkels auf den Ort des Meßpunkts bezüglich des in Fig. B gezeigten Scheitelpunkts des Reifens;

Fig. M eine Teilansicht des Profils und der Seiten wand des in Fig. B gezeigten Reifens;

Fig. N wie das Abtragen von Pixeln in Millimeter durch den Winkel zwischen der Projektionsachse und der Achse des Laserlichts und der Achse des durch die Kamera gesehenen reflektierten Laserlichts beeinflußt wird; und

Fig. O eine schematische Draufsicht auf eine Radaus richtmaschine, die vier der optischen Radaus richtsensoren aus Fig. A umfaßt.

Das Meß- und Radausrichtverfahren sowie die Vorrichtung hierzu gemäß der Erfindung stellt eine Verbesserung des in dem US-Patent Nr. 5,600,435 (veröffentlicht am 04. Februar 1997) offenbarten Verfahrens und der dort offenbarten Vorrichtung dar, auf dessen Offenbarung hiermit zurückgegriffen wird und dessen Offenbarung in diese Anmeldung einbezogen sein soll.

Viele der Bezugszeichen, die in den Fig. A bis O verwendet werden, stimmen mit denjenigen der Figuren des US-Patents Nr. 5,600,435 überein. Identische Bezugszeichen bezeichnen Bautei le, die mit denjenigen Bauteilen übereinstimmen können, die in dem vorbezeichneten US-Patent offenbart sind. Mit Hochkomma versehene Bezugszeichen bezeichnen Bauteile, die ähnlich zu gleich bezeichneten Bauteilen in diesem Patent sind. Neue Bezugszeichen bezeichnen Bauteile, die bei der in diesem Pa tent beschriebenen Vorrichtung nicht vorgesehen sind. Die Verbesserungen der Vorrichtung dieses Patents, die erforder lich sind, die nachstehend beschriebene Erfindung dort zu implementieren sind für den Fachmann ersichtlich.

Wie vorstehend beschrieben, besitzen bekannte Meßtechniken zur Bestimmung des Vorlaufs, die sich auf gemessene Veränderungen des Sturzes zwischen verschiedenen Lenkpositionen verlassen, nicht den gewünschten Grad an Genauigkeit und Wiederholbar keit, da die gemessenen Versetzungen nicht viel größer sind als die erzielbare Auflösung bei der Messung. Dieser Nachteil des Standes der Technik wird durch die vorliegende Erfindung überwunden, die auf der Erkenntnis aufbaut, daß der Sturz bei einer gegebenen Meßauflösung mit größerer Genauigkeit durch Erkennen der Versetzung von einem oder mehreren Punkten vor oder hinter der vertikalen Meßebene und anschließendes Kor rigieren dieser Versetzungen, um dem Einfluß des Spurwinkels gerecht zu werden, bestimmt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird der Sturz berührungslos unter Verwen dung eines Lasers bestimmt, der geformtes Licht auf die Sei tenwand eines Reifens an einen versetzt von der normalen obe ren Meßposition angeordneten Ort projiziert. Das geformte Licht beleuchtet einen Offset-Meßpunkt auf der Reifenseiten wand und ein optischer Sensor nimmt das reflektierte Bild auf. Anschließend bestimmt ein Computer den Ort des Meßpunktes innerhalb des zweidimensionalen Bildraums des optischen Sen sors. Dann werden trigonometrische Gleichungen unter Verwen dung des Spurwinkels benutzt, um die horizontale Versetzung dieses Offset-Meßpunkts von dem Reifenmittelpunkt oder einem anderen Bezugspunkt innerhalb der Meßebene zu bestimmen. Wenn diese horizontale Versetzung einmal bekannt ist, kann der Sturz mathematisch anhand einer bekannten trigonometrischen Beziehung ermittelt werden, wie dies nachstehend noch erläu tert wird.

Die Bestimmung des Sturzes in dieser Art und Weise kann vor zugsweise als Teil des Vorlaufmeßverfahrens verwendet werden. Bei der Bestimmung des Vorlaufs wird das Rad in zwei Steuerpo sitionen gedreht (linke und rechte), um einen vorbestimmten Spurwinkel aufzubringen. Das geformte Licht beleuchtet einen Meßpunkt auf der Seitenwand des Reifens an jeder dieser beiden Steuerpositionen. Für jede angesteuerte Position wird der Sturz wie vorstehend beschrieben bestimmt, wieder unter Be rücksichtigung des vorgewählten Spurwinkels. Wenn einmal die Sturzwinkel in dieser Art und Weise in der rechten und linken Steuerposition bestimmt worden sind, wird der Vorlauf dann unter Verwendung der bekannten Gleichungen von D.B. January veröffentlicht in "Steering Axis Geometry and Caster Measure ment" SAE-Veröffentlichung 850219, bestimmt.

Die gemessenen Versetzungen des Offset-Meßpunkts werden unter Berücksichtigung folgender Punkte korrigiert:

1. der tatsächlichen Versetzung des Reifenmittelpunkts von einer kalibrierten Stellung und
2. des Einflusses des Spurwinkels.

Die erste dieser Korrekturen kann in bekannter Art und Weise erzielt werden, wie nachstehend noch beschrieben wird. Die zweite dieser Korrekturen ist eine Spurkorrektur, die aus dem Spurwinkel und der Versetzung der Meßpunkte aus der Reifen mitte in der Fahrzeuglängsachse (Y-Achse) berechnet wird. Wenn die gemessene Versetzung korrigiert worden ist, wird diese verwendet, um die horizontale Versetzung in der vertikalen Meßebene zu bestimmen, wieder unter Verwendung des Spur winkels. Wenn diese horizontale Versetzung einmal bekannt ist, kann der Sturz unter Verwendung der bekannten trigonometri schen Beziehung zwischen der horizontalen Versetzung und dem Scheitelradius des Reifens ermittelt werden.

AUFBAU DES SENSORS

Ein Sensor 10' gemäß der Erfindung ist in Fig. A gezeigt. Der in Fig. A gezeigte Sensor kann der gleiche Sensor sein, wie er in US-Patent Nr. 5,600,435 im Zusammenhang mit der dortigen Fig. 1 beschrieben ist, mit Ausnahme der nachstehend beschrie benen Unterschiede. Einer der wesentlichen Unterschiede ist die Neuanordnung und Neuausrichtung des Lasers 13, der bei der Bestimmung des Sturzes verwendet wird. Der Laser 13 ist so ausgerichtet, daß er eine Ebene von Laserlicht erzeugt, die parallel zu und abweichend von einer vertikalen Referenzebene ausgerichtet ist, die wie hier verwendet als vertikale Meß ebene des Rades bezeichnet wird, wenn dieses sich bei Spur winkel 0 befindet. Das Auftreffen dieser Ebene aus Laserlicht auf die Seitenwand 32a ist in den Fig. B und C gezeigt.

Insbesondere Fig. B veranschaulicht, wie für ein Rad, das bei Spurwinkel und Sturz 0 ausgerichtet ist, das Licht von dem Laser 13 eine Linie auf der Seitenwand 32 an einem Ort der von der Schnittlinie der Reifenseitenwand mit der vertikalen Meß ebene abweicht, erleuchtet. Fig. C zeigt weitere Einzelheiten und zeigt wie die Offset-Sturz-Laserlinie wenigstens einen Meßpunkt an dem Offset-Ort beleuchtet. Wie in Fig. C gezeigt und nachstehend noch erläutert wird, ist dieser Meßpunkt be vorzugt der Scheitelpunkt der reflektierten Laserlinie und wird nachstehend als der Offset-Meßpunkt oder Sturzmeßpunkt bezeichnet. Selbstverständlich kann der Laser 13 jedes andere geeignete geformte Licht anstelle einer Linie erzeugen (wie dies in US-PS Nr. 5,600,435 beschrieben ist), solange die Position eines geeigneten Offset-Meßpunktes aus dem reflek tierten Bild ermittelt werden kann. Fig. C zeigt dies im De tail und zeigt ebenso wie die Position des Offset-Meßpunkts von der des oberen mittleren Meßpunkts, wie er bei den vor beschriebenen im Stand der Technik bekannten Sturzmeßtechniken bekannt ist, abweicht. Da das in den Fig. B und C gezeigte Rad mit einem Spurwinkel von 0 ausgerichtet ist, ist die vertikale Meßebene koinzident mit der vertikalen Referenzebene.

Um die genaue Erkennung von Punkten auf der Laserlinie zu ermöglichen, wird die Kamera um 90° in die entgegengesetzte Richtung zu der in dem US-Patent Nr. 5,600,435 beschriebenen Richtung gedreht. D. h., die Kamera wird auf ihre Seite ge dreht, so daß die horizontale Achse ihrer Bildebene vertikal ausgerichtet ist und die linke Kante ihrer Bildebene sich am nächsten zum Boden befindet. Dies erlaubt die Erkennung von Laserlinien anhand der konvexen Kante der Laserlinie, die einen schärferen Übergang erzeugt. Als Ergebnis dessen sind die reflektierten Laserlinien, die in den Videobilddaten ent halten sind, umgekehrt zu diesen, die von den in dem Patent beschriebenen Sensoren erzeugt werden.

In Fig. E ist ein Montagesockel für den Laser 13 gezeigt. Der Montagesockel trägt den Laser 13 und erlaubt dessen mecha nische Kalibrierung in Hinblick auf eine Prüflehre. Der Mon tagesockel 120 umfaßt eine zylindrische Bohrung 122, in die der Laser 13 eingesetzt ist. Der Laser 13 wird innerhalb sei ner zugehörigen Bohrung durch drei Einstellschrauben 124 ge halten, die zur Justierung der Richtung und Ausrichtung der Laserprojektionsachse verwendet werden können. Die Mitte der Bohrung 122 ist von der vertikalen Bezugsebene um die Laser- Offset-Entfernung Y_LOff versetzt, wobei diese Entfernung ab hängig davon gewählt ist, wie weit der Abstand des Offset- Meßpunkts von der vertikalen Referenzebene gewählt ist. Da der Laser 13 mechanisch kalibriert ist, um Licht in einer parallel zu der vertikalen Referenzebene ausgerichteten Achse zu proji zieren, wird der Abstand des Offset-Meßpunkts auf der Reifen seitenwand von der vertikalen Meßebene für ein mit Spurwinkel 0 eingestelltes Rad ebenso Y_LOff betragen. Dies ist in Fig. D angedeutet. Vorzugsweise beträgt der Laser-Offset-Abstand Y_LOff innerhalb einer Größenordnung von einem 3/4 Inch bis zu 1 1/4 Inch und höchst vorzugsweise 1 Inch. Wie ebenso in Fig. D gezeigt ist, sind der Offset-Meßpunkt und das optische System im Sichtfeld des Meßpunkts vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der vertikalen Referenzebene angeordnet, so daß das Bild der reflektierten Sturz-Laser-Linie, welches von der Kamera 18 gesehen wird, die vertikale Referenzebene durch dringt.

Fig. E zeigt ebenso einen anderen Laser 130, der sein Laser licht in die vertikale Referenzebene projiziert und auf diese zentriert ist. Dieser projiziert folglich sein Licht auf den oberen mittleren Meßpunkt, wie er bei aus dem Stand der Tech nik bekannten Sensoren verwendet wird. Der Laser 130 wird nur in Verbindung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet, wie dies später noch erläutert wird.

STURZMESSUNG UNTER VERWENDUNG DER OFFSET-STURZ-LASER-LINIE

Fig. F veranschaulicht die hier verwendeten räumlichen Konven tionen. Abweichend von den in dem US-Patent Nr. 5,600,435 verwendeten Konventionen ist die Längsrichtung (vor und zu rück), hier als Y-Achse bezeichnet, die seitliche Richtung als X-Achse und die vertikale Richtung als Z-Achse. Die vertikale Referenzebene ist daher die X-Z-Ebene und für ein einzelnes Rad schneidet die vertikale Meßebene die vertikale Referenz ebene in einem Winkel, der dem Spurwinkel des Rads entspricht.

Die folgende Beschreibung der Spurmessung erfolgt mit Bezug auf das vordere linke Rad des Fahrzeugs. Wie dies für den Fachmann ersichtlich ist, sind die Spurwerte, die bei dem Sturz-Meßverfahren verwendet werden, tatsächliche Spurwerte, die in einer bekannten Art und Weise eingestellt wurden, um dem Schubwinkel Rechnung zu tragen und das Ausmaß zu berück sichtigen, mit welchem das Fahrzeug in dem Testgestell gekippt ist.

Wie vorstehend erwähnt, können durch die Projektion geformten Lichts auf die Reifenseitenwand an einem von der oberen Mit telposition, die normalerweise für die Sturzbestimmung verwen det wird, abweichenden Punkt, größere Versetzungen des Meß punkts an jeder der beiden Steuerpositionen bzw. Lenkpositio nen erzielt werden, wodurch genauere Sturzmessungen ermöglicht werden. Der Einfluß dieses Offset-Orts wird anhand der Fig. G und H verständlich. Die Fig. G und H zeigen Draufsichten der Projektion von geformtem Licht durch den Offset-Laser 13 im Vergleich mit Licht, das durch den Laser 130 auf den in dem bekannten Meßverfahren verwendeten oberen mittleren Meßpunkt projiziert wird. Es sei angemerkt, daß diese beiden Figuren nur zur Darstellung der Betriebsweise des Sensors 10' vor gesehen sind. Der Sensor 10' sollte deshalb vorzugsweise nicht den Laser 130 umfassen und das reflektierte geformte Licht von dem Laser 13 wird durch das optische System 16 anstelle auf direktem Weg durch die Kamera 18 aufgenommen, wie dies in den Fig. G und H angedeutet ist.

Fig. G zeigt das Fahrzeugrad bei einem Spurwinkel von 0. In Fig. H wurde das Rad nach links und rechts zu zwei Spurwinkeln gesteuert, die nur zu Zwecken der Darstellung übertrieben groß sind. Wie die kleinen Pfeile anzeigen, ist die Positionsände rung des reflektierten Laserlichts innerhalb der Bildebene der Kamera größer für den Offset-Laser 13 als für den Laser 130. Durch Messen solcher größeren Versetzungen kann der Meßfehler verringert werden und die Wiederholbarkeit der Messung wird gesteigert.

STURZBERECHNUNG

Die Herleitung der für das dargestellte Ausführungsbeispiel verwendeten Gleichung zur Berechnung des Sturzes ist anhand von Fig. I zu verstehen. Das vordere linke Rad ist in dieser Figur mit einem positiven Sturzwinkel dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist:

Sturz = θ_cm = sin⁻¹ (D_cm/R)

wobei:
D_cm = der horizontale Abstand in der vertikalen Meß ebene zwischen dem oberen mittleren Meßpunkt und der Reifenmitte und
R = der Scheitelradius in mm (d. h. der Abstand von der Reifenmitte zum Reifenscheitel).

Der Scheitelradius ist eine Konstante und, falls nicht durch Meßdaten bestimmt, von dem Reifenhersteller erhältlich. Bei Bestimmung des Sturzes anhand des oberen mittleren Meßpunktes ist die Bestimmung von D in cm relativ einfach, dies ist ein fach die Versetzung des Meßpunkts von dem Kalibrierpunkt in der X-Richtung zuzüglich einer Korrektur zur Berücksichtigung dessen, daß die Reifenmitte sich nicht in der kalibrierten Stellung in der X-Richtung befindet. Diese Korrektur ist gleichzusetzen mit der durchschnittlichen Versetzung der Spur- Laserlinien aus deren Kalibrierpunkten in der X-Richtung. Dies wird durch die Fig. 13a und 13b des US-Patents Nr. 5,600,435 gezeigt, wo X_C gleich der Versetzung des Meßpunkts von dem Kalibrierpunkt und Y_D die durchschnittliche X-Achsenversetzung der Meßpunkte aus ihren kalibrierten Positionen ist.

Bei der Bestimmung des Sturzes unter Verwendung des Offset- Lasers 13 erfordert die genaue Bestimmung von D_cm, daß die gemessene Versetzung in der X-Richtung korrigiert wird, nicht nur um der Versetzung der Reifenmitte von der angenommenen Kalibrierten Position Rechnung zu tragen, sondern auch um dem Einfluß des Spurwinkels Rechnung zu tragen. Anschließend wer den die korrigierte X-Achsenversetzung und der Spurwinkel verwendet, um die horizontale Versetzung D_cm zu bestimmen, wie dies nachstehend genauer erläutert wird.

SPURBERECHNUNGEN

Die Berechnung des Spurwinkels kann anhand der Fig. J und K nachvollzogen werden. Fig. J veranschaulicht den Einfluß eines positiven Spurwinkels auf die reflektierten Vorwärts- und Rückwärts-Spur-Laserlinien (FTOE und RTOE). Die daraus resul tierenden Versetzungen der Spur-Laserlinien innerhalb der Bildebene der Kamera sind in Fig. K gezeigt. Diese Figur zeigt ebenso den Einfluß eines positiven Sturzes auf die Offset- Laserlinie. Wie dies in Fig. K angedeutet ist, wird die Bewe gung der Spur-Laserlinien nach links und nach rechts in der Bildebene der Kamera in der Software als Bewegung der Laserli nien in seitlicher Richtung (X-Achse) des Fahrzeugs behandelt. Die Bewegung der Spur-Laserlinien in Aufwärts- und Abwärts richtung innerhalb der Bildebene der Kamera wird in der Soft ware als Bewegung in der Fahrzeuglängsachse (Y-Achse) behan delt. Für den Offset-Laser 13 wird die Bewegung der Spur-La serlinie nach links und nach rechts innerhalb der Bildebene der Kamera in der Software als Bewegung der Laserlinie in der Fahrzeugquerrichtung (X-Achse) behandelt, wohingegen eine Bewegung dieser Laserlinie nach oben und nach unten in der Software als Bewegung der Laserlinien in vertikaler Richtung (Z-Achse) behandelt wird.

Demzufolge kann der Spurwinkel in ähnlicher Art und Weise berechnet werden, wie dies zuvor für den Sturz beschrieben wurde, nämlich:

Spur = θ_T = tan⁻¹ (S_T ΔX_T/2R)

wobei:
ΔX_T = der Abstand (in Pixeln) entlang der X-Achse zwischen den durch die FTOE- und RTOE-Laserli nien beleuchteten Scheitelpunkten ist und
S_T = ein Pixel zu Millimeter Umrechnungsfaktor, der von dem Winkel zwischen dem projizierten La serlicht und dem von der Kamera empfangenen Laserlicht abhängt.

Obwohl sich die reflektierten Spur-Laserlinien beide innerhalb der Bildebene der Kamera befinden, kommen diese aus verschie denen Sichtfeldern, die mittels des optischen Systems 16 zu sammengeführt wurden. Folglich müssen diese räumlich zuein ander in bezug gesetzt werden. Dies wird mechanisch durch eine Einstellehre bzw. Prüflehre erreicht, wie dies in dem US-Pa tent Nr. 5,600,435 beschrieben ist. Obwohl die Laser 12 bis 14, das optische System 16 und die Kamera 18 so eingestellt werden können, so daß sie auf einen einzigen gemeinsamen Bezug kalibriert sind, wie dies in diesem Patent beschrieben ist, ist eine solche Einstellung der Vorrichtungen nicht notwendig.

Vielmehr ist es ausreichend, wenn die einzelnen Kalibrier punkte für jede der Laserlinien ermittelt und während des Kalibrierens aufgenommen werden und mit deren zugehörigen Laserlinien während der Messung verwendet werden. Dies ist in Fig. K gezeigt.

Durch Beziehen der gemessenen FTOE- und RTOE-Laserlinien auf einzelne Kalibrierpunkte, die mechanisch aufeinander bezogen sind, ergibt sich die Bestimmung von ΔX_T einfach durch:

ΔX_T = (X_F - X_CF) - (X_A - X_CA).

Wenn der Spurwert einmal berechnet worden ist, wird eine Sym metriekorrektur in bekannter Art und Weise angewendet, um die Neigung zu berücksichtigen, mit der das Fahrzeug in dem Test gestell gekippt ist. Der Spurwert wird in an sich bekannter Art und Weise weiterkorrigiert, um den Schubwinkel des Fahr zeugs zu berücksichtigen.

BESTIMMUNG DER SCHEITELPUNKTE

Wie vorstehend beschrieben, werden Spur und Sturz aufgrund der X-Achsenversetzung von ausgewählten Scheitelpunkten auf dem Reifen bestimmt. Wie hier verwendet, bezieht sich der "Schei telpunkt" einer bestimmten Laserlinie auf den erleuchteten Punkt auf der Reifenseitenwand, der am weitesten von der Roll ebene des Reifens entfernt ist (wobei die Rollebene als mittig zwischen den beiden Seitenwänden der Reifen angenommen wird). Wie dies in Fig. L gezeigt ist, ist der Scheitelpunkt typi scherweise verschieden von dem bei dem Verfahren und der Vor richtung des US-Patents Nr. 5,600,435 verwendeten Hochpunkt. Für die reflektierte Offset-Laserlinie sind diese Punkte nur identisch, wenn das Rad bei einer Spur und einem Sturz von 0 eingestellt ist.

Weiterhin unter Bezugnahme auf Fig. L wird die Bestimmung der Anordnung des Scheitelpunkts in der Bildebene der Kamera unter Verwendung des Spurwinkels erzielt. Der Spurwinkel wird ver wendet, um eine schräge Linie L bezüglich einer beliebigen Referenz parallel zur Y-Achse zu definieren. Diese Linie kann einfach durch folgende Gleichung bestimmt werden:

X = Y tan θ_T

wobei:
θ_T = der Spurwinkel.

Der Scheitelpunkt ist derjenige Punkt auf der Laserlinie, der der Linie L am nächsten kommt. Der nächste Punkt kann durch Berechnung des Abstands d für jeden Punkt auf der Laserlinie wie folgt bestimmt werden. Für jede Abtastlinie der Kamera, wenn ein Punkt auf der Laserlinie aufgenommen wird, wird die Y-Koordinate (Y_P) dieses Punkts innerhalb der Bildebene in die vorstehende Gleichung für die Linie L eingesetzt, woraus die X-Koordinate (X_L) des Schnittpunkts mit der Abtastlinie mit der Linie L resultiert. Der Abstand d kann dann einfach durch die folgende Gleichung berechnet werden:

d = (X_P - X_L) cos θ_T

wobei:
X_P = die X-Koordinate des Punktes (X_P, Y_P), der auf der Abtastlinie untersucht wird.

Der Punkt auf der Laserlinie, für welchen der Abstand d am geringsten ist, ist der Scheitelpunkt auf dem Reifen.

Da die Scheitelpunkte zur Berechnung des Spurwinkels verwendet werden und der Spurwinkel zur Bestimmung der Anordnung der Scheitelpunkte verwendet wird, werden diese Berechnungen itte rativ durchgeführt, wobei die Scheitelpunkte anfänglich durch Annahme eines Spurwinkels von 0 bestimmt werden. Diese Be rechnungen werden für jeden neuen Rahmen von Videodaten durch geführt, wobei die Scheitelpunkte jeweils anhand des für den vorhergehenden Videorahmen berechneten Spurwinkels bestimmt werden und ein neuer Spurwinkel berechnet wird, wenn ein ak tualisierter Satz von Scheitelpunkten ermittelt wurde.

BESTIMMUNG DES STURZES

Die Herleitung der Gleichungen zur Berechnung des Sturzes anhand des Offset-Meßpunktes wird nun mit Bezug auf Fig. M beschrieben. Fig. M zeigt eine Teiloberansicht des Profils und der Seitenwand des linken vorderen Rads, das einen positiven Sturz- und Vorlauf- sowie Spurwinkel hat (entweder als tat sächliche Spur des Reifens oder als Ergebnis eines Lenkein schlags zu dem Spurwinkel zum Zwecke der Sturzmessung). Der Offset-Laser 13 projiziert in seitliche (X-Achse) Richtung, wobei er eine vertikal ausgerichtete Linie von Laserlicht auf der Seitenwand des Reifens erzeugt. Diese Laserlinie beleuch tet den Offset-(Sturz)-Meßpunkt (P_cm). Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, berechnet sich der Sturz nach folgender Gleichung:

Sturz = θ_cm = sin⁻¹ (D_cm/R)

Der horizontale Abstand (D_cm) ist der horizontale Abstand in der vertikalen Meßebene zwischen der Reifenmitte und dem Sturzmeßpunkt. Da die vertikale Meßebene in bezug auf die X-Achse durch den Spurwinkel schräg verläuft, kann D_cm wie folgt berechnet werden:

D_cm = S_cm ΔX_cm cos θ_T

wobei:
S_cm = ein Pixel zu Millimeter Umrechnungsfaktor, der von dem Winkel zwischen dem projizierten La serlicht und dem reflektierten durch die Kame ra aufgenommenen Laserlicht beeinflußt ist und
ΔX_cm = die X-Achsenversetzung des Sturzmeßpunkts von der Reifenmitte.

Durch Betrachtung von Fig. M ergibt sich:

ΔX_cm = X_cm - X_CCm - ΔX_Toe - ΔX_TC

wobei:
X_cm = die X-Achsen Pixelkoordinate des Sturzmeß punkts P_cm innerhalb der Bildebene der Kamera;
X_CCm = die X-Achsen Pixelkoordinate des kalibrierten Punkts P_CCm für die Offset-Sturz-Laserlinie;
ΔX_Toe = eine Spurkorrektur entsprechend dem Versatz des Spurmeßpunkts entlang der X-Achse aufgrund der Einflüsse des Spurwinkels; und
ΔX_TC = die X-Achsenversetzung der Reifenmitte von der angenommenen kalibrierten Position.

Mit kurzem Bezug zu Fig. K wird bevorzugt, daß X_CCm ein bekann ter Wert ist (als Ergebnis der Kalibrierung mit der Prüflehre) und daß X_Cm unter Verwendung der vorstehend beschriebene Schei telpunkt Bestimmungstechnik ermittelt wurde.

Weiterhin mit Bezug auf Fig. M wird bevorzugt, daß die Spur korrektur ΔX_Toe unter Verwendung des vorhergehend bestimmten Spurwerts und des Y-Achsen-Offsets Y_cmOff ermittelt werden kann, der dem Y-Achsen-(längs)-Abstand zwischen dem Offset-Meßpunkt und der Reifenmitte nach folgender Gleichung entspricht:

ΔX_Toe = Y_cmOff tan θ_t

Die Bestimmung des Y-Achsen-Offset wird wie folgt erreicht. Bei der Prüflehre sind die vorderen und hinteren Spurkalibrie rungspunkte exakt mit dem gleichen Abstand in Y-Richtung von der vertikalen Referenzebene angeordnet. Während der ursprüng lichen Einstellung und Kalibrierung des Sensors wird der Off set-Laser 13 so angeordnet, daß er in der Y-Richtung Licht in einer Ebene projiziert, die einen bekannten Laser-Offset-Ab stand (Y_LOff) von der vertikalen Bezugsebene hat. Da der Offset Y_LOff der Spur-Laserprojektionsachse von der vertikalen Refe renzebene bekannt ist, kann der Y-Achsen-Offset-Abstand Y_CmOff bezüglich der vertikalen Referenzebene wie folgt bestimmt werden:

Y_cmOff = Y_LOff + ΔY_TC

wobei:
ΔY_TC = die Y-Achsenversetzung der Reifenmitte von der vertikalen Referenzebene ist.

Wieder mit Bezug auf Fig. K wird bevorzugt, daß ΔY_TC gleich der durchschnittlichen Y-Achsenversetzung der gemessenen Spur scheitelpunkte von deren kalibrierten Positionen ist.

D. h.:

ΔY_TC = [(Y_F - Y_CP) + (Y_A - Y_CA)]/2,

was im vorliegenden Fall ein negatives Ergebnis ergibt, woraus resultiert, daß Y_CMOff kleiner ist als Y_LOff.

Die Bestimmung von ΔX_Cm erfordert auch die Bestimmung der X-Achsenversetzung ΔX_TC der Reifenmitte von ihrer angenommenen kalibrierten Position. Wie bei der Bestimmung der Y-Achsen versetzung der Reifenmitte kann ΔX_TC einfach als Mittel der X-Achsenversetzungen der Spurscheitelpunkte von ihren kalibrier ten Positionen wie folgt berechnet werden:

ΔX_TC = [(X_P - X_CF) + (X_A - X_CA)]/2

Nun nachdem die Spurkorrektur ΔX_Toe und der Offset der Reifen mitte ΔX_TC bestimmt wurden, kann die X-Achsenversetzung ΔX_CM einfach berechnet werden und hiervon der horizontale Abstand D_CM unter Verwendung der vorstehenden Gleichung. Wenn der hori zontale Abstand einmal bekannt ist, kann dieser in der vor stehenden Gleichung zusammen mit dem bekannten Scheitelradius R des Reifens verwendet werden, um den Sturzwinkel des Rads zu berechnen.

BESTIMMUNG DES VORLAUFS

Wie in dem vorstehend zitierten Artikel von D.B. January be schrieben, kann der Vorlauf unter Verwendung des Sturzwerts für jede der zwei angesteuerten Spurwinkel bestimmt werden. Die gerade beschriebene Sturzberechnung kann verwendet werden, um den Sturz bei gleichen rechts und links angesteuerten Spur winkeln zu bestimmen, um daraufhin den Vorlauf unter Verwen dung dieser Sturzwerte in an sich bekannter Art und Weise zu errechnen.

PIXEL ZU MILLIMETER ÜBERTRAGUNG

Die Übertragung von Pixelentfernungen in der Bildebene der Kamera zu tatsächlichen Entfernungen (beispielsweise mm) kann über den Umrechnungsfaktor (S), der vorstehend in Verbindung mit den Gleichungen erläutert wurde, erzielt werden. Wie dies jedoch anhand von Fig. N erläutert wurde, verändert sich die tatsächliche Umrechnung von Pixeln in Millimeter mit dem Winkel zwischen der Projektionsachse des Laserlichts und der von der Kamera aufgenommenen Achse des reflektierten Lichts. Die tatsächliche Versetzung entlang der X-Achse von Punkt P1 ist deshalb geringer als die Versetzung von Punkt P2 zu P3, obwohl die Versetzung (b_Nom/2), die durch die Kamera 18 gesehen wird, die gleiche ist. Der einzelne Umrechnungsfaktor, der in den Gleichungen Anwendung findet, kann deshalb die Ver setzungen in X-Richtung nicht richtig wiedergeben.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird anstelle der Verwendung eines Umrechnungsfaktors in den oben beschrie benen Gleichungen die Pixelkoordinate eines jeden gemessenen Punkts (d. h. sowohl der Kalibrierung als auch der Scheitel punkte) in eine tatsächliche Versetzung im Verhältnis zu einer nominalen (Mitte des Sichtfelds) Position P2 unter Verwendung des bekannten Winkels zwischen der Projektionsachse des Laser lichts und der Achse der nominalen Position konvertiert. Dann werden die vorstehenden Gleichungen (ohne den Umrechnungs faktor S) zur Berechnung des Sturzes und erforderlichenfalls des Vorlaufs verwendet.

Anhang A zeigt die Herleitung der Gleichungen, die zur Be stimmung der tatsächlichen X-Achsenversetzung eines gemessenen Punkts P_M bezüglich eines Punkts P₂ am Schnittpunkt der Projek tionsachse des Lasers und der Mitte des Kameragesichtsfelds verwendet werden. Diese Berechnungen gehen davon aus, daß: (1) R_XNom in die Mitte des Kameragesichtfelds fällt; (2) daß b_XNom das Ausmaß des Kameragesichtsfelds gemessen rechtwinklig zu R_XNom an Punkt P2 ist; (3) daß b₃ rechtwinklig zu R_XNom an Punkt P3 ist, was eine bekannte (gemessene) Entfernung ΔX_N entlang der Ebene des Laserlichts ist; und (4) der Aufstellwinkel α_XNom bekannt ist. Diese Werte können als ein Teil der Kalibrierung und Aufstellung des Meßsensors 10' gemessen werden.

Wie durch die Schlußgleichung von Anhang A ausgedrückt ist, können die X-Achsenversetzungen in Millimeter oder in anderen Einheiten ausgedrückt als eine Funktion der Pixelversetzung (ΔPixel_x) und verschiedene andere Konstanten als Teil der ursprünglichen Maschinenkalibrierung und Einrichtung bestimmt werden. Diese Gleichungen können in ähnlicher Art und Weise zur Berechnung der tatsächlichen Versetzungen in den Y- und Z-Achsen verwendet werden.

EINBAU EINES SENSORS 10' IN EINE RADAUSRICHTMASCHINE

In Fig. O ist eine Radausrichtmaschine gemäß der Erfindung gezeigt. Diese Radausrichtmaschine kann grundsätzlich die gleiche sein wie die in Verbindung mit Fig. 2 des US-Patents Nr. 5,600,435 beschriebene, mit Ausnahme dessen, daß die Be arbeitung der Videokameradaten nicht von der in Fig. 14 des Patents beschriebenen Schaltungsanordnung durchgeführt werden muß. Vielmehr können die Videodaten von der Kamera 18 direkt zu dem Computer 24 und insbesondere zu den Einzelbildbearbei tungseinrichtungen (processing boards) A, B, C und D geschickt werden, die in einem Bereich 24c des Computers installiert sind. Ein geeignetes Bildbearbeitungsboard für diese Anwendung ist z. B. das 4MEG-VIDEO Modell 12, das mit einem 4M12 COC- Board ausgestattet ist, bei erhältlich von Epix, Inc., Buffalo Grove, Illinois.

Die Schaltungsanordnung 20' umfaßt eine gesteuerte Schnitt stellenschaltungsanordnung, die die Schnittstelle zwischen Kamera 18 und Computer 24 bildet. Diese Schnittstelle umfaßt die erforderlichen Schaltungen zur Konvertierung der elek trischen Signale, die von dem Computer 24 ausgesendet werden (zur Einstellung der Kameraparameter, wie beispielsweise Ver stärkung, Helligkeit und Videoabtastmodus), so wie dies von der Kameraschnittstellenschaltungsanordnung benötigt wird.

Vorzugsweise verwenden die Bildbearbeitungsboards bekannte Techniken zur Bestimmung der Position der verschiedenen Punkte, innerhalb der Bildebene der Kamera, wie sie in den vorstehend gegebenen Gleichungen verwendet werden. Die ver schiedenen Berechnungen zur Bestimmung der Spur, des Sturzes und des Vorlaufwinkels werden von dem Computer unter Verwen dung der von den Sensoren empfangenen Daten durchgeführt.

Die Konfiguration von Laser, Kamera und optischen Bauteilen des rechten, vorderen Sensors ist vorzugsweise spiegelbildlich zu der zuvor für das linke Vorderrad beschriebenen Konfigura tion. D. h., daß für den rechten vorderen Sensor 10b' der Laser in rückwärtige Richtung versetzt ist und daß das reflek tierte Laserlicht, das von der Kamera empfangen wird, in das optische System in der Nähe des vorderen Endes des Meßsensors eintritt.

DOPPEL-SPURLASER AUSFÜHRUNGSBEISPIEL #1

Bei einem anderen Ausführungsbespiel wird der Laser 13 nur zur Vorlaufmessung verwendet und ein vierter Laser wird zur Be stimmung des Sturzwinkels nach der oben beschriebenen, im Stand der Technik bekannten Sturzmeßtechnik verwendet. Wie dies in Fig. E gezeigt ist, würde deshalb ein vierter Laser innerhalb einer zweiten zylindrischen Bohrung 126 angeordnet und mechanisch so ausgerichtet, daß er Laserlicht innerhalb der vertikalen Referenzebene projiziert.

In dieser Ausführungsform würden nur die Laser 13 und 130 gleichzeitig zur Projektion von Laserlicht betrieben, da, wie dies in Fig. D gezeigt ist, die beiden reflektierten Sturz- Laserlinien durch das optische System 16 in den gleichen Be reich der Kamera 18 reflektiert würden. Da die normale Be triebsreihenfolge einer Reifenausrichtmaschine die separate Messung von Sturz und Vorlauf umfaßt (d. h. zunächst eines messen und dann mit einer separaten Anzahl von Schritten das andere messen) muß nur eine dieser Laserlinien zu einer Zeit projiziert werden. Hierdurch wird die Notwendigkeit vermieden, zwei reflektierte, geformte Lichtbilder, die den gleichen Bereich innerhalb der Bildebene der Kamera in Anspruch nehmen, voneinander unterscheiden zu müssen. Folglich umfaßt bei die sem Ausführungsbeispiel die Schaltungsanordnung 20' einen Schaltkreis, der mit einem Festkörper gesteuerten oder elek tronisch gesteuerten mechanischen Relais die Betriebsspannung so schaltet, daß nur einer der Laser 13 und 130 zu einer Zeit eingeschaltet ist. Bei der Spurmeßmethode wird deshalb der Schaltkreis verwendet, um Betriebsspannung nur auf den Laser 130 und nicht auf den Laser 13 zu geben. Umgekehrt, bei der Vorlaufmeßmethode wird Betriebsspannung nur auf den Laser 13 und nicht auf den Laser 130 gegeben.

DOPPEL-STURZLASER AUSFÜHRUNGSBEISPIEL #2

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Sturz (entweder zwecks Vorlaufbestimmung oder auch so) unter Verwendung zweier Offset-Laser bestimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der zweite Offset-Laser zum Messen von Versetzungen eines zweiten Meßpunktes verwendet werden, um die Genauigkeit der Sturz messung weiter zu steigern. Beispielsweise könnte ein zweiter Offset-Laser 132 auf der gegenüberliegenden Seite der vertika len Referenzebene angeordnet sein, wie dies durch die Phantom linien in Fig. E angedeutet ist.

Anhang A

m = Steigung von R₃

in Bezug auf

Ferner ist

ist.

Einsetzen von Gleichung (1) in Gleichung (2) ergibt:

Da ΔR_N = ΔX_Ncos (α_XNOM) (4) ist, kann dieses in Gleichung (3) eingesetzt werden, um

zu erhalten.

Für einen Meßpunkt P_m wird der von der Kamera erfaßte Pixelversatz von dem dem Mittelpunkt der Betrachtung entsprechenden Pixel wiedergegeben durch:

ΔPixel_X = Pixel_Xm - Pixel_XNOM (6)

Für eine Kamera mit 1024 Pixeln pro Erfassungseinheit und mit einem Blickfeld von b_XNOM bei einer Entfernung von R_XNOM kann auch Fig. N entnommen werden, daß

sind.

Einsetzen von Gleichung (7) in (8) ergibt:

Da α_Xm = α_XNOM ist, kann Formel (9) ersetzt werden, um

zu erhalten.

Unter nochmaligem Bezug auf Fig. N ist:

Z = R_XNOM . sin(α_XNOM) und Z = R_Xm . sin(α_Xm)

Durch Einsetzen von Z in den beiden Gleichungen und nach Auflösen für R_Xm ergibt sich:

In gleicher Weise sind:

X_NOM = R_XNOM . cos(α_XNOM) (12) und

X_m = R_Xm . cos(α_Xm) (13)

Da ΔX_m = X_m - X_NOM ist, erhält man durch Einsetzen von Gleichung (12) und (13)

ΔX_m = R_Xm . cos(α_Xm) - R_XNOM . cos(α_XNOM)

Durch Einsetzen der Gleichung (11) für R_Xm erhält man:

Nach Vereinfachung und Einsetzen in Gleichung (10) erhält man:

Claims

1. Berührungslose Radausrichtmaschine zur Bestimmung einer oder mehrerer Radausrichtkenngrößen eines Fahrzeugs, mit einem Computer und einer Vielzahl von berührungslosen Meßsensoren, die elektrisch mit dem Computer verbunden sind, wobei wenigstens einer der Meßsensoren folgendes umfaßt:

- erste und zweite Spur-Lichtquellen, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens einer der Fahr zeugräder an jeweils einem ersten und einem zweiten Ort projizieren,
- eine dritte Lichtquelle, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens an einem dritten Ort proji ziert und
- ein optisches Sensorsystem mit einem oder mehreren Sichtfeldern, das diesen ersten, zweiten und dritten Ort erfaßt, und wobei der Computer unter Steuerung eines Programms und unter Verwendung der Daten von dem optischen Sensorsystem den Spurwinkel und den Sturz winkel des Reifens bestimmt, wobei der Sturzwinkel unter Verwendung des Spurwinkels bestimmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Computer unter Steuerung des Programms den Spurwinkel zur Bestimmung einer horizontalen Versetzung innerhalb einer vertikalen Meßebene verwendet, die sich durch die Radmitte senkrecht zur Rollebene des Rades erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens zwei der genannten Licht quellen einen einzelnen Laser zur Erzeugung eines geform ten Lichts verwenden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Licht als Lichtebene geformt ist, die eine Linie auf dem Rad beleuchtet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das optische Sensorsystem eine ein zelne elektronische Kamera umfaßt, die ein Sichtfeld hat, das den ersten, zweiten und dritten Ort erfaßt, wobei Teile des geformten Lichts, die von dem Reifen an jedem der genannten Orte reflektiert werden, von der Kamera als einzelnes Bild empfangen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das optische Sensorsystem optische Elemente umfaßt, die bezüglich der Kamera ausgerichtet sind, um der Kamera das Sichtfeld zu verschaffen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das optische Sensorsystem eine Viel zahl von elektronischen Kameras umfaßt, die jeweils so ausgerichtet sind, daß sie wenigstens einen der genannten Orte des Rades erfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichtquellen und das optische System zusammen drei Sensormodule umfassen, wobei jedes Sensormodul mit einem Laser und einer elektronischen Kame ra ausgestattet ist.

9. Berührungslose Radausrichtmaschine zur Bestimmung einer oder mehrerer Radausrichtkenngrößen eines Fahrzeugs, mit einem Computer und einer Vielzahl von berührungslosen Meßsensoren, die elektrisch mit dem Computer verbunden sind, wobei wenigstens einer der Meßsensoren folgendes umfaßt:

- erste und zweite Spur-Lichtquellen, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens eines Kraft fahrzeugrads an jeweils einem ersten und zweiten Ort projizieren,
- eine dritte Lichtquelle, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens an einem dritten Ort proji ziert, und
- ein optisches Sensorsystem mit einem oder mehreren Sichtfeldern, das den ersten, zweiten und dritten Ort umfaßt, und

wobei der Computer unter Steuerung eines Programms und unter Verwendung der Daten von dem optischen Sensorsystem zur Bestimmung eines Spurwinkels und eines Sturzwinkels für diesen Reifen betreibbar ist,
wobei der dritte Ort versetzt von einer vertikalen Meß ebene angeordnet ist, die sich durch die Mitte des Reifens und senkrecht zur Rollebene des Rades erstreckt,
mit dem Computer unter Steuerung durch das Programm eine Offset-Entfernung bezogen auf den Abstand zwischen dem dritten Ort und der Mitte des Rades bestimmbar ist, und
mit dem Computer unter Verwendung der Offset-Entfernung der Spurwinkel bestimmbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Meßsensor eine Längs-Referenz achse besitzt, die sich parallel zur Längsachse des Fahr zeugs erstreckt, und daß die Offset-Entfernung der Entfer nung zwischen dem dritten Ort und der Mitte des Rades entlang der Referenzachse entspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Computer unter Steuerung des Programms der Vorlaufwinkel unter Verwendung der Offset- Entfernung und des Spurwinkels bestimmbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Computer unter Steuerung des Programms und unter Verwendung des Spurwinkels eine hori zontale Versetzung innerhalb der vertikalen Meßebene be stimmbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Computer unter Steuerung des Programms eine oder mehrere Abstände bezüglich der verti kalen Referenzebene des Meßsensors bestimmbar sind, wobei der dritte Ort um eine vorgewählte Entfernung von der vertikalen Referenzebene beabstandet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß mit dem Computer unter Steue rung des Programms die Versetzung zwischen der Reifenmitte und der vertikalen Referenzebene bestimmbar ist und daß unter Verwendung der vorgewählten Entfernung und der Ver setzung die Offset-Distanz bestimmbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die vorgewählte Entfernung zwischen 3/4 Inch und 1 1/4 Inch beträgt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, daß die vorgewählte Entfernung in etwa 1 Inch beträgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß der dritte Ort auf einer Seite der vertikalen Referenzebene gelegen ist und daß das geformte Licht, das von dem Offset-Ort reflektiert wird und von dem optischen Sensorsystem aufgenommen wird, durch diese vertikale Referenzebene hindurchgeführt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß sie eine vierte Lichtquelle umfaßt, die geformtes Licht auf das Rad an einem Ort pro jiziert, der versetzt von der vertikalen Meßebene angeord net ist, und daß sich die vertikale Meßebene zwischen dem dritten und vierten Ort erstreckt.

19. Berührungsloser Meßsensor zur Bestimmung einer oder mehre rer Radausrichtkenngrößen eines Fahrzeugreifens umfassend:

- erste und zweite Spur-Lichtquellen, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens an jeweils einer vorwärtigen und rückwärtigen Stellung projizie ren,
- eine dritte Lichtquelle, die geformtes Licht auf das Rad an einer oberen Stelle projiziert;
- eine vierte Lichtquelle, die geformtes Licht auf das Rad an einem Offset-Ort in der Nähe dieses oberen Orts projiziert, und
- ein optisches Sensorsystem mit einem oder mehreren Sichtfeldern, die die vorwärtigen, rückwärtigen, obe ren und Offset-Orte erfassen.

20. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die dritten und vierten Laserlicht quellen in einem ersten und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar sind,

- daß der obere Ort durch das geformte Licht beleuchtet wird und der Offset-Ort in dem ersten Betriebsmodus unbeleuchtet bleibt, und
- daß der Offset-Ort durch das geformte Licht erleuchtet wird und der obere Ort in dem zweiten Betriebsmodus unbeleuchtet bleibt.

21. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sensor einen ersten und einen zweiten Betriebsmodus aufweist,

- daß die Kamera Daten erzeugt, die das geformte von den vorwärtigen, rückwärtigen und oberen Orten reflektier te Licht repräsentieren, wenn sich der Meßsensor in dem ersten Betriebsmodus befindet, und
- daß die Kamera Daten erzeugt, die das von den vorde ren, rückwärtigen und Offset-Orten reflektierte Licht reflektieren, wenn sich der Meßsensor in dem zweiten Betriebsmodus befindet.

22. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die dritten und vierten Lichtquellen jeweils einen separaten Laser mit einer eigenen Strom versorgung aufweisen,

- daß der Meßsensor weiterhin einen mit der Stromzufuhr verbundenen Schaltkreis umfaßt, der in einem ersten Betriebsmodus nur eine der Stromversorgungen mit Strom beaufschlagt und in einem zweiten Betriebsmodus nur die jeweils andere Stromzufuhr beaufschlagt.

23. Verfahren zur Berechnung des Sturzwinkels eines Fahrzeug rads unter Verwendung eines Meßsensors, der einen opti schen Sensor mit einem Sichtfeld und einer oder mehreren Lichtquellen zur Projektion von geformtem Licht auf ein Rad umfaßt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- das Beleuchten eines Meßpunktes auf dem Rad unter Verwendung geformten Lichts, das an einem ersten Ort auf das Rad projiziert wird, der versetzt zu einer Seite der vertikalen Meßebene angeordnet ist, die sich durch die Mitte des Rades und rechtwinklig zur Roll ebene des Rades erstreckt,
- Aufnehmen des von dem ersten Ort reflektierten geform ten Lichts und Erzeugen von Daten, die den Ort des Meßpunktes repräsentieren,
- Bestimmen des Spurwinkels des Rades, Bestimmen der Position des Sturzreferenzpunkts in wenigstens einer Dimension,
- Bestimmen des Spurwinkels zur Bestimmung der horizon talen Versetzung innerhalb der vertikalen Meßebene des Meßpunkts von dem Sturzreferenzpunkt und
- Berechnen des Sturzwinkels des Rades unter Verwendung der horizontalen Versetzung.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sturzreferenzpunkt die Mitte des Rades ist.