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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spurmessung von Fahrzeugen
auf einem Prüfstand, mit
der Einstellungsfehler an den Achsgeometrien ohne eine aufwendige
Achsvermessung auf eine einfache und schnelle Weise erfasst werden
können.
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In
Kraftfahrzeugwerkstätten
und Prüforganisationen
kommen Geräte
zur Verwendung, die ohne eine aufwendige Achsvermessung grobe Einstellungsfehler
an den Achsgeometrien detektieren können. Diese Geräte dienen
nicht zum akkuraten Feststellen von Spur- bzw. Sturzwerten, sondern
sollen grobe Einstellfehler, wie z. B. nach einer nicht fachmännischen
Reparatur, erfassen. Bei Kraftfahrzeugreparaturannahmen bzw. in
den Prüforganisationen werden
zum Prüfen
der Kraftfahrzeuge u. a. folgende Gerätekombinationen verwendet:
- 1. Station Abgasmesstechnik zum Durchführen einer
Emissionsprüfung.
- 2. Maschinelle Prüfung
bestehend aus einer Spurplatte (Radlauftester), Stoßdämpfer- und
Bremsenprüfstand,
wobei als
- 3. Station in der Regel eine Hebebühne zur optischen Kontrolle
verwendet wird, gefolgt von
- 4. einem Scheinwerfereinstellgerät.
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Beim Überfahren
einer sog. Prüfstraße werden
beide Fahrzeugachsen über
eine (meist auf der linken Seite befindliche) Spurplatte geführt.
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Diese
Platte besteht aus einer quer zur Fahrtrichtung verschiebbaren Platte
mit einer Länge von
ca. 1 m. Diese Platte wird über
eine Rückholfeder im
unbelasteten Zustand mittig gehalten. Ferner ist ein Messwertaufnehmer
installiert, der die seitliche Verschiebung der Messplatte messen
kann.
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Bei
manchen Ausführungen
werden Schalter, die das Ein- und Ausfahren des Fahrzeugs erkennen,
verwendet. Beim Überfahren
der Spurplatte rollt das rechte Rad einer Achse auf jeweils festem
Untergrund und das linke Rad einer Achse auf der seitlich verschiebbaren
Platte ab. Bei entsprechender negativer oder positiver Spur wird
die Platte entsprechend nach außen
oder innen verschoben. Verschiedene Hersteller verwenden für das jeweils
rechte und linke Rad zwei Spurplatten, um Einflüsse des Antriebsstrangs zu
eliminieren. Zur Anzeige gebracht wird die Differenz der beiden
Verschiebewege.
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Ein
weiterer störender
Einfluss wird durch die Radaufhängung
des Fahrzeuges hervorgerufen. Auf dem Fahrweg zur Messplatte rollen
die Räder
beidseitig auf festen Untergrund ab. Bei entsprechenden Spurwerten
kann dadurch die Radaufhängung
verspannt werden. Diese Verspannung löst sich in dem Moment, wo das
Rad vollständig
auf der Spurmessplatte aufsteht und wird dadurch zum Verschiebeweg,
der durch das Abrollen des Fahrzeugs entsteht, addiert. Diesem Phänomen wird
teilweise dadurch begegnet, dass der steile Anstieg der Verschiebung durch
eine entsprechende Software erfasst, ausgewertet und ausgefiltert
wird.
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Andere
Hersteller hingegen verwenden eine zweite seitlich verschiebbare
Ausgleichsplatte, die der eigentlichen Spurplatte vorgelagert ist.
Beim Überfahren
der obigen Vorrichtung wird beim Überfahren der Ausgleichsplatte
die Radaufhängung
entspannt und beim darauf folgenden Überfahren der Messplatte wird
somit nur der Verschiebeweg – erzeugt
durch den Radlauf – gemessen.
Ein Nachteil dieser Vorrich tung ist, dass entweder die Messplatte etwas
kürzer
oder die ganze Vorrichtung entsprechend länger wird. Da während des Überfahrens
der Messplatte keinerlei Lenkbewegung ausgeführt werden darf, ist die Länge der
Platte begrenzt. Üblicherweise
sind zwischen 0,5 und 1,0 m Länge
Praxis.
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Die
vorgenannten Möglichkeiten
zur Spurmessung haben u. a. als Nachteil den relativ kurzen Messweg.
Da im Prinzip jedes Fahrzeugrad durch Fertigungstoleranzen und Montageeinflüsse des
Reifens auf der Felge sog. „Taumelschläge" aufweist, und die
Länge der
Platte nur einem Bruchteil des Radumfangs entspricht, schlägt dieser
Fehler als „Taumelschlag" voll auf das Messergebnis
durch. Dies zeigt sich u. a. dadurch, dass mit einem Fahrzeug, das
mehrere Male hintereinander über
eine Prüfplatte
fährt,
recht reproduzierbare Prüfergebnisse
erhalten werden können.
Legt man aber zwischen den Prüfungen
eine größere Strecke
zurück
oder weisen die Räder
der zu prüfenden
Achse einen anderen Drehwinkel auf – bezogen auf die Messplatte – ergeben
sich teilweise erhebliche Messdifferenzen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Spurmessung
von Fahrzeugen auf einem Prüfstand
zu schaffen, die Einstellungsfehler an der Achsgeometrie ohne eine
aufwendige Achsvermessung auf eine genaue, einfache und schnelle Weise
erfassen können.
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Die
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen
der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Die abhängigen
Patentansprüche
geben vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung an.
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Erfindungsgemäß wird anstatt
einer Messplatte eine Messrolle verwendet. Dies kann mit einem in
einer Prüfgasse
bzw. Prüfstraße vorhandenen
Rollenbremsprüfstand
kombiniert werden. Derartige Rollenbremsprüfstände haben meist für jede Fahrzeugachse
vier tragende Bremsrollen und zwei sog. Tastrollen, die zwischen
den Bremsrollen angeordnet sind. Die Tastrollen dienen im Normalfall
der automatischen Steuerung des Prüfstandes.
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Beim
Abrollen des Rades auf dem Rollenprüfstand wird auf diese Rolle
eine seitliche Schiebekraft ausgeübt, die umso größer ist,
je größer der Spurwinkel
des Rades ist und je mehr Anpressdruck der Rolle verwendet wird.
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Erfindungsgemäß kann die
Tastrolle außer einer
Drehbarkeit um ihre Längsachse
auch quer zur Fahrtrichtung bzw. axial verschiebbar gelagert sein. Durch
das Abrollen des Rades wird die Tastrolle bei einer negativen Spur
nach außen
und bei einer positiven Spur nach innen verschoben. Das Messergebnis
kann umso genauer und stabiler werden, je mehr Radumdrehungen verwendet
werden. Der Verschiebeweg müsste
daher einen sehr großen
Bereich aufweisen.
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Dieses
Problem kann dadurch gelöst
werden, dass eine Seite der Tastrolle in Fahrtrichtung motorisch
verschiebbar angeordnet sein kann. Dadurch kann der Winkel der Tastrolle
zur geometrischen Fahrachse dem Spurwinkel angepasst werden.
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Wandert
nun beispielsweise während
des Abrollens des Fahrzeugrades die Tastrolle nach außen, handelt
es sich um eine negative Spur und über eine Steuereinheit, die
einen Regelkreis enthält, kann
die Tastrolle an ihrer äußeren Seite
soweit nach vorne bewegt werden, bis das Verschieben der Tastrolle
zum Stillstand kommt, bzw. die Tastrolle in die Mitte des Verschiebeweges
zurückkehrt
(Null-Stellung). Von einem Verschiebemotor kann parallel zur Verschiebung
der Tastrolle ein Messsystem angetrieben werden, dass so kalibriert
werden kann, dass das Ergebnis direkt in Winkelgrad und Winkelminuten
abgelesen werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auf beiden Seiten (rechtes und linkes Rad) der Vorrichtung
zur Spurmessung eingebaut werden.
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Beim
Prüfen
können
beide Räder
in Vorwärtsrichtung
angetrieben werden. Um ein seitliches Wandern des Fahrzeugs bei
der Vorderachse zu verhindern, kann es unter Umständen sinnvoll
sein, eine Feststellbremse des Fahrzeugs zu betätigen. Auf beiden Seiten stellt
sich durch die Regelungsvorgänge
ein entsprechender Radspurwinkel ein. Durch Addieren dieser Winkel
in der Steuereinheit der Vorrichtung kann die Fahrzeuggesamtspur
erhalten werden.
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Bei
sehr großen
Spurwinkeln stützt
sich die seitliche Verschiebekraft natürlich auch an den starren Bremsrollen
ab. Dadurch wird die Radgeometrie von den Prüfrollen in Richtung Neutralspur
gedrückt. Dies
bedeutet, dass die gemessenen Werte bei kleinem Spurwinkel zu denen
einer Achsmessanlage eine gute Korrelation aufweisen. Bei größeren Spurwinkeln
kann es der Fall sein, dass durch die erfindungsgemäße Anlage
tendenziell ein zu kleiner Wert ermittelt wird. Diese Abweichungen
können
in einem Kennfeld gespeichert werden, wobei das gemessene Ergebnis
mit den Werten in diesem Kennfeld korrigiert werden kann.
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Es
ist weiterhin möglich,
eine axiale Verschiebekraft der Tastrolle zu erfassen, wobei abhängig von
der erfassten Kraft der Winkel der Tastrolle über einen Stellantrieb eingestellt
werden kann. Hierbei kann der Winkel derart eingestellt bzw. eingeregelt
werden, bis die erfasste Kraft im Wesentlichen Null ist. Bei dieser
Kraft handelt es sich um eine Axialkraft längs der Längsdrehachse der Tastrolle.
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Weiterhin
kann zur Spurmessung der Winkel einer kompletten Rolleneinheit relativ
zur geometrischen Fahrachse verstellt werden, wobei die komplette
Rolleneinheit zumindest zwei Prüfstandsrollen, einen
Prüfstandsantrieb
und die Tastrolle enthalten kann.
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Die
komplette Rolleneinheit kann auch derartig ausgebildet sein, dass
eine Verschiebekraft zur Ermittlung des Spurwinkels herangezogen
wird, wobei dann abhängig
von einer erfassten Kraft der Winkel der Rolleneinheit verstellt
werden kann.
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Weiterhin
kann ein Messaufnehmer vorgesehen sein, der den Winkel der Tastrolle
zur geometrischen Fahrachse erfasst. Darüber hinaus kann auch ein Messaufnehmer
für die
Rolleneinheit vorgesehen sein, wobei dieser Messaufnehmer einen
Winkel zur geometrischen Fahrachse erfassen kann.
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Wie
vorstehend schon erwähnt,
kann erfindungsgemäß nicht
nur die Tastrolle zur Fahrzeugachse verschoben werden, sondern der
gesamte geteilte Rollensatz (Rolleneinheit), einschließlich der
Bremsrollen. Dies ist jedoch mit einem etwas größeren technischen Aufwand verbunden
(stärkere
Antriebe, usw.), beseitigt jedoch das Problem der Korrektur über ein
Kennfeld.
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Bei
den vorstehend schon erwähnten
Bremsprüfständen wird
die mittlere Tastrolle u. a. zum Regeln eines Schlupfsignals verwendet.
Dies geschieht in der Regel dadurch, dass ein Näherungsschalter mehrere Nocken
oder Löcher
in der Tastrolle abtastet. Bei einem Unterschreiten der Drehfrequenz
bzw. bei einem Überschreiten
einer bestimmten Periodendauer werden die Antriebe des Prüfstandes
abgeschaltet. Gemäß der Erfindung
kann der seitliche Verschiebeweg der Tastrolle dadurch gemessen
werden, dass über
den vorhandenen Näherungsschalter eine
schräge
Geometrie abgetastet wird. Dies kann beispielsweise statt über einen
runden, über
einen dreieckigen Durchbruch an der Tastrolle erfolgen, wobei das
Verhältnis „Ein- und
Auszeit" des Schalters
der seitlichen Verschiebelage der Tastrollen entsprechen kann. Die
Genauigkeit des Messsystems ist hierbei von untergeordneter Bedeutung,
weil sich dieses Messsystem innerhalb des Regelkreises befinden
kann und durch die kompensierte Messtechnik die Tastrolle immer
auf eine Mittelposition gebracht werden kann.
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Dies
kann, wie vorstehend schon erwähnt, über die
erfasste Axialverschiebung der Tastrolle erfolgen, wobei der Winkel
der Tastrolle solange eingestellt bzw. geregelt wird, bis sich die
Axialverschiebung der Tastrolle auf eine Null-Position zurückgestellt
hat. Das Gleiche kann alternativ oder in Kombination mit der Erfassung
einer axialen Verschiebekraft der Tastrolle erfolgen, wobei auch
hier eine entsprechende Verstellung des Winkels der Tastrolle erfolgen
kann, bis die axiale Verschiebekraft im Wesentlichen wieder auf
Null gestellt wurde. Für
beide Fälle,
bzw. für
eine Kombination der vorgenannten Fälle kann dann der von dem Messaufnehmer
zur Erfassung des Winkels erfasst Messwert als Spurwinkel ausgegeben
bzw. ausgewertet werden.
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Die
vorgenannten Erläuterungen
gelten in gleicher Weise für
eine Verschiebung der kompletten Rolleneinheit, wie vorstehend schon
erwähnt.
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Erfindungsgemäß kann ein
Bremsenprüfstand
mit der vorgenannten Vorrichtung ausgestattet sein, wobei der Bremsenprüfstand zumindest
einen Prüfstandsantriebsmotor,
zwei Prüfstandsrollen,
zumindest eine Messeinrichtung zum Anzeigen der Bremskräfte und
zumindest eine Tastrolle zur automatischen Schlupfabschaltung enthalten
kann.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von schematischen Figuren beispielhaft erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Spurmessung von Fahrzeugen auf einem Prüfstand,
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2 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Spurmessung von Fahrzeugen auf einem Prüfstand, bei der der Prüfstandsrahmen über ein
Drehlager geführt
ist,
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3 eine
in einer Steuereinheit der Erfindung vorgesehene Regleranordnung,
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4 eine
Detailansicht einer erfindungsgemäßen Tastrolle,
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5 eine
Impulskette, die gemäß der Erfindung
durch einen Sensor erzeugt wird, und
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6 eine
Darstellung mit einem Vorspurwinkel eines Fahrzeugrades, wobei die
Tastrolle dem Rad folgt.
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In
der 1 ist beispielhaft eine Fahrzeugachse mit Fahrzeugrädern 2, 2' dargestellt.
Die Fahrzeugräder
befinden sich auf Prüfstandsrollen 3, 3', wobei für jedes
Fahrzeugrad 2, 2' jeweils
zwei Prüfstandsrollen 3, 3' vorgesehen
sind. Der dargestellte Prüfstand
weist einen gemeinsamen Rahmen 1 auf. Die Prüfstandsrollen 3, 3' werden über Antriebsmotoren 4, 4' angetrieben.
Die Antriebsmomente werden über
Messeinrichtungen 5, 5' gemessen und können visualisiert werden.
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Die
zur Steuerung des Prüfstands
eingebauten Tastrollen 6, 6' sind zwischen den beiden Antriebsrollen 3, 3' angeordnet.
Sensoren 7, 7' sind
derart an den Tastrollen 6, 6' angeordnet, dass eine Axialverschiebung
der Tastrollen 6, 6' erfasst
werden kann. Die Sensoren 7, 7' können als Impulsgeber ausgebildet
sein und ein schräges
und/oder dreieckiges Langloch in der Tastrolle 6, 6' abtasten. Wird
nun eine der Rollen 6, 6' nach links oder rechts verschoben,
so ändert
sich beispielsweise das Schaltverhältnis (Duty) des jeweiligen
Sensors 7, 7' (siehe 5).
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Durch
eine geeignete Steuereinheit, die eine entsprechende Regleranordnung
enthält
(siehe 3) können
entsprechende Stellmotoren 8, 8' in Gang gesetzt werden. Liegt
beispielsweise auf der linken Seite eine negative Spur des Fahrzeugrades 2 vor,
so wandert die Tastrolle 6 nach außen. Über die Regelvorrichtung kann
nun der Antriebsmotor 8 derart angesteuert werden, dass
die Tastrolle 6 in Fahrtrichtung verschoben wird und damit
den Winkel des Rades kompensiert. Dadurch kann die Tastrolle 6 wieder
in ihre Mittellage zurückkehren.
Die Antriebsmotoren 8, 8' wirken nur auf die Außenseite
der Rollen, während
die Innenseiten schwenkbar gelagert sind. Mit den Stellmotoren 8, 8' werden die
Messaufnehmer 9, 9' mit
verstellt und nach abgeschlossenem Regelvorgang zur Anzeige gebracht.
Das Signal der Messaufnehmer 9, 9' entspricht dann dem Spurwinkel
des jeweiligen Fahrzeugrades 2, 2'. Dabei ist das Signal des Sensors 9 der
linken Spur und das Signal des Sensors 9' der rechten Spur zugeordnet. Durch eine
Addition der beiden Winkel kann eine Gesamtspur errechnet werden.
Dies erfolgt beispielsweise in der Steuereinheit.
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Die
Motoren 8, 8' können über entsprechende
Spindeln 10, 10' auf
die Tastrollen 6, 6' wirken
und dadurch eine Verschiebung der Tastrollen 6, 6' in oder entgegen
der Fahrtrichtung bewirken. Diese Verschiebung jedoch erfolgt nur
außen,
da die Tastrolle 6, 6' innen schwenkbar gelagert ist.
Durch die Verschiebung der Tastrolle außen wird somit ein Winkel der
Tastrolle zu einer geometrischen Fahrachse entsprechend eingestellt.
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Die 2 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Hier ist der Prüfstandsrahmen 1, 1' von der jeweiligen
Fahrzeugseite getrennt ausgebildet und über ein Drehlager 12 geführt. Bei
einem Schräglauf
des Reifens 2, 2' auf
dem Rollensatz 3, 3' wird
die jeweilige Tastrolle 6, 6' axial verschoben, was über die
Regelvorrichtung der Steuereinheit siehe 3) auf die
Motoren 8, 8' wirkt.
Dadurch kann der gesamte Rollensatz 13, 13' so verschoben
werden, dass sich zu der vorgese hen Tastrolle 6, 6' ein rechter
Winkel ergibt. Nur bei einem rechten Winkel zwischen Rad und Rolle
bleiben die axial verschiebbaren Tastrollen in ihrer Mittellage
stehen. Dann, wenn sich die axial verschiebbaren Tastrollen 6, 6' in ihrer Mittellage
befinden, wird über
die Messaufnehmer 9, 9' ein entsprechender Spurwinkel über die Steuereinheit
ausgewertet.
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In
der 3 ist ein Beispiel einer Steuereinheit mit einer
Regleranordnung gezeigt. Die Tastrolle 6, 6' weist beispielsweise
eine schräge
bzw. dreieckige Kontur 16 auf, sodass das Schaltverhältnis bzw. das
abgegebene Signal (Duty) der axialen bzw. seitlichen Lage der Tastrolle 6, 6' entspricht.
Die Regelvorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Tastrolle in
der Mitte gehalten werden soll, was als Sollwert beispielsweise
einer Duty von 50% entspricht. Dies wird mit der tatsächlichen
Duty (Istwert) verglichen. Das Signal kann dann von einem ersten
PID-Regler 17 in
einen Lage-Sollwert umgewandelt werden. Danach wird das Signal vom
Lage-Sollwert mit einem Ist-Signal des Sensors 9, 9' verglichen.
Die Differenz SSoll-SIst wird
auf einen zweiten Regler 18 geführt, der als Ausgangssignal
eine Soll-Drehzahl nSoll für die Stellmotoren 8, 8' ausgibt. Die
Solldrehzahl nSoll wird mit der Ist-Drehzahl
nIst des Motors 8, 8' verglichen und
einem Motordrehzahlregler 19 zugeführt. Der Motordrehzahlregler 19 führt zu einer
derartigen Bestromung des Motors 8, 8', dass die Soll-Drehzahl nSoll der vorangehenden Regelstufe eingehalten
wird. Der Motor wiederum ist mit der Spindel 10, 10' verbunden,
sodass eine entsprechende Verstellung der Tastrolle 6, 6' erfolgen kann.
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In
der 4 ist eine Detailansicht der Tastrolle 6, 6' dargestellt.
Die Tastrolle 6, 6' ist
auf einem Lagerzapfen 15 drehbar gelagert. Außerdem kann sich
die Tastrolle 6, 6' axial,
d. h. links/rechts, beispielsweise um einige cm bewegen. Über den
Sensor 7, 7' (beispielsweise
einen Näherungsschalter) kann
eine schräge
Schaltkante 16 abgetastet wer den. Diese schräge Schaltkante
bzw. Abtastkante 16 kann, wie in der 4 dargestellt,
als Dreieck ausgeführt
werden.
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In
der 5 zeigt die Impulskette 19 ein Beispiel,
bei der sich die Tastrolle 6, 6' in ihrer linken Position befindet.
Die mittlere Impulskette 20 zeigt ein Beispiel, bei der
sich die Tastrolle 6, 6' in ihrer Mittenposition befindet.
Hierbei wird ein Duty von 50% ausgegeben. Bei der Impulskette 21 handelt
es sich um ein Beispiel, bei dem sich die Tastrolle 6, 6' an ihrem rechten
Anschlag befindet.
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Die 6 zeigt
eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die
beiden Räder 2, 2' jeweils einen
Vorspurwinkel aufweisen. Dabei ist deutlich zu sehen, dass sich
die beiden Tastrollen 6, 6' dem Rad folgend angeordnet haben
und damit zur Abrollrichtung der Räder 2, 2' einen rechten Winkel
bilden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass natürlich auch ein im Wesentlichen
rechter Winkel die erfindungsgemäße Funktion
sicherstellen kann.
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Die
in der 6 dargestellte Position der Tastrollen 6, 6' entspricht
einer Position, die nach dem vorstehend erläuterten Regelvorgang durch
die Tastrollen eingenommen wird. In dieser Position kann dann der
entsprechende Spurwinkel abgenommen bzw. ausgewertet werden. Die
vorstehenden Erläuterungen
gelten in gleicher Weise für
die Ausführungsform,
die in 2 dargestellt ist. Hierbei wird lediglich die
komplette Rolleneinheit 13, 13' entsprechend an ihrer Außenseite
nach vorne bzw. hinten verschoben, während die Rolleneinheit an
ihrem Drehlager 12 verschwenkt. Die entsprechende Verschwenkung
der Tastrollen 6, 6' gemäß der Ausführungsform
nach den 1 und 6 ist in
der 6 dargestellt, wobei jedoch das entsprechende
Drehlager der Tastrolle 6, 6' nicht dargestellt ist.
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Die
vorgenannten Ausführungsbeispiele
und Merkmale können
in jeder beliebigen Weise miteinander kombiniert werden.