在机动车车轮平衡这一技术领域中，公知地，为了补偿静态不平衡 (其中车轮最重的部分试图抵达位于安装轴杆正下方的位置)和耦合不 平衡(其中旋转的车轮在安装轴杆上导致扭转振动)，需要至少两个沿车 轮表面轴向地隔开的校正配重，所述的车轮表面与配重的位置“平面” 一致。对于夹装配重而言，“左平面”包括左(最内部)轮辋缘边或边缘 周界，而“右平面”包括右轮辋边缘。对于粘合配重而言，所述平面可 位于轮辋边缘之间的任何位置，但是诸如车轮辐条以及焊接结构之类的 物理障碍物处除外。
许多以前及现有的车轮平衡系统在车轮平衡过程中采用自动的车轮 扫描设备来判断车轮(如本文中所使用的，车轮包括固定到金属轮辋的 橡胶轮胎)轮辋的性能。例如，授予Quinlan等的美国专利5,189,912示 出了一种用于超声波测量的装置、以及一种包括有这种装置的车轮平衡 机械。该装置检测车轮轮辋的半径以及该轮辋的内外表面各自与参考平 面之间的距离。
授予Downing等的美国专利5,5054,918示出了一种用于车轮平衡器 的结构化光线扫描系统，该结构化光线扫描系统观测、解释并提供结构 特征、尺寸、位置以及运动数据。该系统包括光束投射装置、光学装置、 以及光传感装置，所述光束投射装置安装在车轮平衡器上并提供沿一个 路径指向位于心轴上的车轮的轮辋/轮胎组件的光束，所述光学装置用于 将所述光束转换成基本上位于单个平面内的光束，所述光传感装置暴露 于从被转换后光束所照射到的轮辋/轮胎组件区域反射回来的光线，用于 提供与之对应的信号。还设置了计算机装置，用于接收所述光传感装置 所提供的信号，从而提供与车轮的轮辋/轮胎组件的特征位置、尺寸以及 物理构造相关的数据。
授予Douine等的美国专利5,827,964示出了一种用于检测和测量机 动车辆转向轮(turning wheel)的位置的设备。该设备包括一个光源以及 至少一个照明强度检测器，该光源可选择地照明待检测位置的附近区域， 所述检测器接收被照明位置的辐射以便确定待检测位置的特征几何参 数。
授予Douglas的美国专利5,915,274示出了一种车轮平衡器，其具有 一个耦合到一个电子测量装置的机械传感设备，该机械传感设备用于在 持续的移动中对车轮进行扫描并获得车轮轮辋的轮廓。平衡器的计算机 对扫描得到的轮廓进行分析并判断校正配重的位置以及大小的最佳配 置。一个显示器与实际车轮以及所放置的配重完全相同地显示扫描得到 的轮廓以及所述配重，提高了直观度以及提供测量装置的可信度。校正 配重的大小以及位置可通过用户界面和所需配重以及相应残余不平衡的 实时显示更新而手动地调节。
授予Bux等的美国专利6,122,957示出了一种用于对车轮进行平衡 的设备，其包括一个用于测量车轮不平衡的单元以及一个用于扫描轮辋 尺寸的单元。扫描单元以及不平衡测量单元连接到一台计算机，该计算 机根据扫描器单元的输出信号确定轮辋的轮廓，然后根据所确定的轮廓 以及由不平衡测量单元所提供的值来确定平衡配重的最佳位置及尺寸。
授予McInnes等的美国专利6,244,108示出了一种用于平衡合金车轮 的车轮平衡器。一个伸缩式的可伸展传感器臂实际地检测平衡配重在所 需的平衡平面处在车轮轮辋上的容置位置。平衡配重的容置位置由一个 激光光源指示，该激光光源将一个笔形激光光束打到轮辋上，从而为操 作人员指示待附接到轮辋上的校正平衡配重的精确位置。
授予Douglas等的美国专利6,484,574示出了一种车轮平衡器，其包 括一个构造成对车轮的轮辋/轮胎组件的内表面进行扫描的轮辋测量装 置。由一个控制电路计算最佳的平面位置、校正配重的量、以及校正配 重的数目，从而获得最小的残余静态不平衡和动态不平衡。该控制电路 采用一个马达驱动设备来自动地分度所述车轮以及将车轮保持在适当的 转动位置处以放置不平衡校正配重，且一个激光指示器在即将设置不平 衡校正配重的配重不平衡校正平面的轴向位置处照亮轮辋表面。
这些先前的、以及现有的车轮平衡系统都不曾公开或建议一种方法 和装置来用于自动地判断和建议待固定到正被平衡中车轮的轮辋边缘上 的适当类型的夹装校正配重。从而，仍然期望一种与车轮平衡器一起使 用的方法和装置，用于自动地判断和建议待固定到正被平衡中车轮的轮 辋边缘上的适当类型的夹装校正配重。优选地，所述方法和装置可以和 现有的车轮平衡器及现有的车轮扫描设备一起使用。
发明内容
本公开提供了一种方法，用于确定设置到车轮轮辋边缘上以校正车 轮不平衡的校正配重的类型。所述方法包括：测量车轮轮辋边缘的尺寸 以产生测得尺寸；将测得尺寸与不同类型轮辋边缘的实际尺寸进行比较； 基于所述测得尺寸与所存储尺寸之间的所述比较而判定车轮轮辋边缘的 类型；以及基于所判定的轮辋边缘类型而指示适于施加到所述车轮轮辋 边缘上的校正配重的类型。
本公开还提供一种装置，该装置用于确定施加到车轮轮辋边缘上以 校正车轮不平衡的校正配重的类型。所述装置包括一个扫描设备，其用 于提供车轮轮辋边缘的测得尺寸；所述装置还包括一个控制器，所述控 制器编程成：将所述测得尺寸与不同类型的轮辋边缘的实际尺寸进行比 较，基于所述测得尺寸与存储尺寸之间的比较而判定车轮轮辋边缘的类 型，以及基于所判定的轮辋边缘的类型而提供一指示，指示适于施加到 车轮轮辋边缘上的校正配重的类型。
通过下文的详细描述，对于本领域内的技术人员而言，本公开的其 它方面和优点将变得很清晰，其中简单地通过对构想用于实现本公开的 最佳模式进行说明而示出及描述了本公开的示例实施方式。如同将会认 识到的那样，本公开可具有其它的以及不同的实施方式，而且其几个细 节可在多个明显的方面进行修改而不会偏离本发明的范畴。从而，附图 和描述的性质应认为是示意性的而不是限制性的。

参照附图，其中具有相同标号的元件在全文中都指代相同或相似的 元件，在所述附图中：
图1为一个流程图，示出了一种依据本公开的方法的示例实施方式， 其中所述方法用于确定施加到车轮轮辋的边缘上以校正车轮不平衡的校 正配重的类型；
图2为一个示意的框图，其示出了依据本公开的装置的一个示例实 施方式，该装置用于自动地确定及建议待固定到车轮轮辋边缘的适当类 型的夹装校正配重，该装置与图1中的方法一起使用；
图3为车轮轮辋边缘的模型的示意图，示出了待扫描轮辋边缘的尺 寸，并作为本公开的装置和方法的一部分；
图4到图11的简图示出了基于图3模型的用于不同轮辋边缘的实际 尺寸；
图12到图19的图表示出了基于图3模型的不同轮辋边缘的实际尺 寸的导数(derivative)；
图20为一个用户界面设备的示例实施方式的正视图，所述用户界面 设备用作图2中装置及图1中方法的一部分；
图21为一个计算机显示器的示例实施方式的正视图，所述计算机显 示器用作图2中装置及图1中方法的一部分；
图22为依据现有技术的平衡机的一个示例实施方式的立体图，该示 例实施方式可使用本公开的装置及方法(例如示于图1和2中的实施方 式)，以自动地确定及建议待固定到正在平衡机上进行平衡的车轮的轮辋 边缘上的一适当类型的夹装校正配重；
图23为图22中平衡机的一部分的概略正视图，其中一个位于平衡 机轴杆上的车轮以截面示出；
图24到图27为用于扫描车轮轮辋的现有技术设备的示例实施方式 的放大概略正视图，该设备可与本公开的装置和方法以及图22的平衡机 一起使用。

参照图1和2，本公开涉及一种用于自动地分析车轮的轮辋边缘以 及建议待固定到该轮辋边缘上的适当类型的夹装校正配重提出的方法10 和装置20。本公开的方法10和装置20可与机动车车轮的平衡系统一起 使用或结合到该系统之内，并且，一旦通过该平衡系统确定了配重的适 当重量，方法10和装置20就可用于建议适当类型的夹装校正配重。在 对图1和图2的方法10及装置20进行论述之前，将首先论述一个依据 现有技术的平衡机100的示例实施方式，以提供背景信息。
参照图22，图中示出了一个依据现有技术的平衡机100的示例实施 方式，其可与本公开的装置及方法一起使用。平衡机100包括一个基座 102，基座102支撑可旋转轴杆104，待平衡的车轮可安装在该轴杆104 上。在平衡过程中，车轮由马达(未示)旋转，该马达转动所述的可旋 转轴杆104。平衡机100还可包括：一个用于防止在车轮旋转期间出现不 期望的或危险的溅出物的保护罩106、用于保持校正平衡配重的盖108、 以及具有一显示屏和一控制板的控制面板110。
平衡机100是可编程的，并可包括几个用于测量、标准化、辅助配 置、格式化及显示的计算机程序、和用于静态和动态地处理不同类型的 轮辋的计算机程序、以及用于对将轮胎安装到轮辋上进行最优化以减少 所使用的平衡配重的重量的程序。
一个与本公开的装置及方法一起使用的适当的车轮平衡机的例子是 来自本公开的受让人——Snap-On Incorporated of Kenosha，Wisconsin (www.snapon.com)的EEWB304A型车轮平衡机。然而，应当注意，本 公开的装置和方法也可与其它的车轮平衡机一起使用。其它合适的车轮 平衡机例如包括可从Hoffmann Canada of Belleville，Ontario (www.hofmann.com)获得的Geodyna 6800/6800P型车轮平衡机，以及 可从John Bean Company of Conway Arkansas(www.johnbean.com)获得 的VPITM型车轮平衡机。
参照图23，其中示出一个安装在图22平衡机的轴杆104上的车轮 120。车轮120包括一个安装在金属轮辋124上的橡胶轮胎122。轴杆104 安装在由车轮平衡机的基座102所支撑的轴承112上，并通过滑轮113 而被旋转地驱动。一对力传感器114在轴承112处安装在基座102中， 邻近轴杆104并沿着轴杆104轴向地间隔开。力传感器114机械地耦合 到轴杆104并周期性地提供电子输出信号，指示在轴杆的旋转驱动期间 传输过轴杆的动态不平衡力。在轴杆的每个完整周期中，轴杆104的角 位置通过一个轴杆编码器(未示)监测。传感器114输出信号通常在平 衡机内的电子线路中数字化，并且该数字化后的信号进行计算以在轴杆 转动的每个角度增量上获得不平衡力的测量结果。对不平衡力进行的计 算需要对轮辋124和轮胎122在轴杆104上的安装位置进行特定测量。
从平衡机的物理构造可以得知距离a′和b′。必须对距离c′和“w” 进行测量以获得内轮辋位置和外轮辋位置，使得适当类型的夹装校正配 重可施加到轮辋124上以抵销车轮120中的不平衡，所述不平衡当车轮 在轴杆104上旋转地转动时测得。可从平面P上进行所述轮辋测量，且 还可以测量轮辋124的直径“d”。扫描设备——例如示于图24-图27中 的其中一个示例实施方式——可相对于一个以平衡机的结构为基准的坐 标系进行这些测量。
图24为依据现有技术的设备130的一个示例实施方式的放大概略正 视图，所述设备130用于扫描车轮的轮辋，该设备可与本公开的装置和 方法以及图22中的平衡机一起使用。扫描设备包括一个接收设备 (pick-up)132，所述接收设备可借助于马达134而沿水平方向(即平行 于轴杆)移动及借助于马达136而沿竖直方向(即垂直于轴杆)移动。 接收设备132连接到一个计算机(未示)。在操作时，接收设备132借助 于所述两个马达驱动装置134、136而沿轮辋124的内轮廓移动，其中接 收设备132的水平和垂直位置也通过所述驱动设备(例如步进马达)本 身检测或通过合适的传感器(未示)而检测。接收设备132的输出信号 传递到计算机，计算机根据整组的信号而估计(evaluate)轮辋124的所 有点的内轮廓。在一个省略了驱动设备的较简单实施方式中，接收设备 132沿着轮辋124的轮廓被手动地导引，且接收设备132的水平和竖直位 置通过传感器来检测。
在图25中，示出了用于对轮辋124进行扫描的现有技术设备140 的第二实施方式，其与前述的实施方式不同，不同之处在于：接收设备 包括一个距离表142，距离表142可手动地或借助于驱动设备134而沿水 平方向移动，距离表142以及标注于轮辋124轮廓上的相应点之间的距 离得以检测。然后，计算机根据这个检测来估计轮辋124的整个轮廓， 并在计算平衡值时将其考虑在内。用于测量到标注在轮辋轮廓处相应点 的距离的所述距离表可以是一个机械式、光学式、超声波式或电子式(感 应式或电容式)的距离表。
在图26中示出了用于对轮辋124进行扫描的现有技术设备150的另 一可能的实施方式，其包括一个枢转安装的距离表142。所述沿水平和竖 直方向的运动由距离表142的枢转运动替代，该距离表手动地枢转或借 助于驱动马达152枢转。也是在这种情形下，得以检测所述距离表和标 注于轮辋轮廓处的相应点之间的距离，然后，计算机根据这个检测而估 计轮辋124的整个轮廓，并在计算平衡值时将其考虑在内。
在图27中示出了用于对轮辋124进行扫描的现有技术设备160的又 一可能的实施方式。设置有一个照相机162而不是距离表，该照相机的 照相扫描区域选择成使得可以完全地扫描轮辋124的内轮廓。因此，照 相机162不需要来回移动或枢转。照相机162将接收到的照片转换成电 子信号，在相连的计算机中以下述方式对所述电子信号进行处理：根据 轮辋被扫描到的部分的照片而估计轮辋124的轮廓。
在图24-27的所有实施方式中，显示设备可连接到计算机，从而以 图像的形式示出所估计出的轮廓、以及由计算机所确定的在轮廓的相应 位置处的最佳平衡值。因此，通过所述显示设备，可以以图形的形式为 操作人员示出在车轮轮辋上安装平衡配重的最佳位置。
再次参考图1，本公开的方法10的示例实施方式包括：对车轮轮辋 边缘的尺寸进行测量以产生测得尺寸，如标号12处所示；将测得尺寸与 不同类型的轮辋边缘的实际尺寸进行比较，如标号14处所示；基于所述 测得尺寸与存储尺寸之间的比较而确定车轮轮辋边缘的类型，如标号16 处所示；以及基于所确定的轮辋边缘的类型而指示适于施加在车轮轮辋 边缘上的校正配重的类型，如标号18处所示。
参照图2，本公开的装置20的示例实施方式包括一个用于提供车轮 轮辋边缘的测得尺寸的扫描设备22、以及一个控制器24，所述控制器24 编程成：将测得尺寸与不同类型的轮辋边缘的实际尺寸进行比较，基于 所述测得尺寸与存储尺寸之间的比较而确定车轮轮辋边缘的类型，以及 基于所确定的轮辋边缘的类型而指示适于施加在车轮轮辋边缘上的校正 配重的类型。
在图2的示例实施方式中，扫描设备22包括两个激光器26a、26b， 每个激光器都可以通过步进马达28a、28b而相对于车轮移动，所述步进 马达28a、28b通过驱动设备30a、30b运转。激光器26a、26b可用于确 定车轮轮辋的基本尺寸(例如车轮的宽度w及直径d)、及车轮轮辋边缘 的尺寸。激光器26a、26b及驱动设备30a、30b连接到控制器24，该控 制器24可通过一个连接设备32连接到平衡机、并且可通过一个连接设 备34连接到用户界面。
在本发明的装置和方法的一个可选实施方式中，激光器和马达可简 单地结合至车轮平衡机内并应用该车轮平衡机的微控制器，所述微控制 器可重新编程以实施本发明的方法。如果车轮平衡机已经具有一个扫描 设备，那么，车轮平衡机的微控制器可简单地重新编程以实施本发明的 方法。
依据一个示例实施方式，微控制器24包括一个PIC16C63A Device CMOS OTP-based的8位微控制器——其可从Microchip Technology Incorporated of Chandler，Arizona(www.microchip.com)获得，而驱动设 备30a、30b包括UCN5804步进马达变换驱动设备——其可从Allegro Microsystems，Inc.of Worcester，MA(www.allegromicro.com)获得。在 一个示例实施方式中，尺寸扫描激光器26a、26b具有659nm的波长、小 于1mW的输出功率(等级II)、5V的输入电压、大于或等于100kHz的 TTL调制、一个圆形或椭圆形的点透镜(spot lens)、在距离所述模块在 90-550mm的范围内大约为0.2mm的准直线光束尺寸、小于3mrad的指 示精度、以及直径大约为15mm而长度大约为44mm的尺寸。这种激光 器的通常价格为$100，并可从Stockeryale，Inc.of Salem，NH (www.stockeryale.com)以及Laser Components Instrument Group of Wilmington，MA(www.laser-components.com)获得。
图8为车轮轮辋边缘轮廓模型的一个示意图，其示出了作为本公开 的装置及方法的一部分的待扫描轮辋边缘的尺寸。如图所示，所述边缘 包括过渡点A、B、C、D和F。待扫描轮辋边缘的尺寸可包括例如在点 A和B之间延伸的一段轮辋边缘的角度“α”；在点B和C之间延伸的一 段轮辋边缘的长度“a”；在点C和D之间延伸的一段轮辋边缘的长度“b”； 在点D和E之间延伸的一段轮辋边缘的长度“c”；以及在点E和F之间 延伸的一段轮辋边缘的角度“β”。
图9-16示出了不同类型的轮辋边缘的尺寸a、b、c、α、β的实际值。 在此，这些值也在表I中示出。   尺寸″a″  尺寸″b″   尺寸″c″   尺寸″α″   尺寸″β″   T型   4.2*  8.5   7.2*   0°   0°   TN型   4.7*  8.5   8.0*   0°   0°   LH型   4.8  4.5   5.0   45°   40°*   ALC型   6.2  4.0   3.3*   0°*   0°   ALC-MC型   6.0  7.8*   4.5*   20°   0°   ALC-IW型   5.2*  5.7   5.0*   25°   0°   ALC-EN型   3.7*  5.5   5.0   30°*   0°   ALC-FN型   6.0*  5.0   5.0   45°*   0°
         表I：对于不同类型夹装校正配重的轮辋边缘的尺寸
这些数值储存在图2中装置20的微控制器24的存储器中，并与扫 描得出的尺寸进行比较以确定被扫描的车轮轮辋边缘的类型。带有星号 的数值是用来辨认车轮轮辋边缘类型的关键。例如，一个大的“c”值以 及一个小的“a”值指示所扫描的车轮轮辋边缘为T型或TN型；如果“c” 值小于8.0而“a”值小于4.7，则所扫描的车轮轮辋边缘为T型。如果β 值等于40°，则所扫描的车轮轮辋边缘为LH型。如果α值等于0°且“c” 值小于4.0，则所扫描的车轮轮辋边缘为ALC型。如果“b”值大而“c” 值小，则所扫描的车轮轮辋边缘为ALC-MC型。如果“a”值和“c”值 几乎相等，则所扫描的车轮轮辋边缘为ALC-IW型。如果α值等于30° 且“a”值最小，则所扫描的车轮轮辋边缘为ALC-EN型。如果α的值等 于45°且“a”值大约等于6，则所扫描的车轮轮辋边缘为ALC-FN型。
图17到图24为Y′-X曲线图，示出对于不同类型轮辋边缘的尺寸a、 b、c、α、β的实际值的导数。所述导数包括在曲线图第一峰值处的y′值、 在曲线图第二峰值处的x值、在曲线图第二峰值处的y′、以及在曲线图 平台(如果有的话)处的y′。在表II中也示出了这些数值。   y′1   x   y′2   y′平台   T型   100*   4.2*   100*   n/a   TN型   100*   4.7*   100*   n/a   LH型   -1.0   4.8   100   0.84*   ALC型   -100*   6.2   100*   n/a   ALC-MC型   -0.4*   6.0   100*   n/a   ALC-IW型   -0.5   5.2*   50*   n/a   ALC-EN型   -0.6   3.7*   70*   n/a   ALC-FN型   -1.0*   6.0   100*   n/a
      表II：对于不同类型夹装校正配重的车轮轮辋边缘的导数
这些值储存在图2中装置20的微控制器24的存储器中，并与扫描 得出的尺寸导数进行比较以判断被扫描的车轮轮辋边缘的类型。带有星 号的数值是用来辨认车轮轮辋边缘类型的关键。依据本公开的一个实施 方式，该方法包括：通过扫描器获得y＝y(x)、计算y′＝y′(x)、将表I 和II中的关键值(带有星号的值)与y和y′的值相比较，以及基于该比 较而指示被扫描的车轮轮辋的类型。
图20为用户界面设备40的一个示例实施方式的正视图，其用作本 公开的装置和方法的一部分。用户界面设备40的尺寸和形状设计成可方 便地持握在使用者的手中，并可例如(通过线缆或无线地)连接到图2 中装置20的控制器24。设备40包括显示元件——例如七段发光二级管 42，用于显示待施加到正被平衡中车轮轮辋边缘上的校正配重的重量； 还包括开关44以允许用户输入。设备40还包括显示元件——例如发光 二级管46，用于提供待施加的夹装校正配重的类型指示。
图21为计算机显示屏50的一个示例实施方式的正视图，其用作本 公开的装置和方法的一部分。显示屏50例如可由图2中装置20的控制 器24形成在计算机显示器上，并包括一个包括轮辋和轮胎的车轮横截面 的显示52、待施加到各车轮轮辋边缘上的校正配重的量的显示54、以及 待固定到车轮轮辋边缘上的夹装校正配重的适合类型的显示56。
从而，本公开提供了与车轮平衡器一起使用的方法和装置，用于自 动地对车轮的轮辋边缘进行分析以及建议要固定在车轮轮辋边缘上的夹 装校正配重的合适类型。在本说明书中所描述的示例实施方式是例示性 的、而不是限制的，且本领域内的技术人员可进行各种修改、结合及替 换而不会偏离本公开较广泛的、以及在所附权利要求所提出的精神或范 畴。在此所公开的所有方法和装置、从而所有的构件落在至少一项权利 要求的保护范围中。本文所公开的方法和装置中的构件没有一个是不要 求保护的。