DE19825740A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Radstellungen an einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Radstellungen an einem Fahrzeug, bei dem unter Anwendung von Kreiselsensoren, welche an den Kraftfahrzeugrädern befestigt werden, Winkelmessungen gegenüber einer Bezugsbasis gleichzeitig durchgeführt werden, wodurch Driftunterschiede der Kreiselsensoren vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 4.

Aus der EP 0 313 563 B1 wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 als Bezugsbasis ein rotierender kartanisch aufgehängter Kreisel verwen­ det, der nacheinander von Rad zu Rad gebracht wird, um den entsprechenden Winkel zu messen, wobei nach jeder Messung der für das jeweilige Rad gemessene Winkel gespeichert wird. Die Radstellungswerte werden durch Verknüpfung der den jeweiligen Winkeln entsprechenden elektrischen Ausgangssignale bestimmt. Da beim bekannten Verfahren nur ein einziges als Kreiselsensor ausgebildetes Winkelmeßgerät verwendet wird, das nacheinander von Rad zu Rad gebracht wird, um den entsprechenden Winkel zu messen, ergibt sich im Laufe der Vermessungsarbeiten eine Drift der Kreiselachse in horizontaler Achse aufgrund der Erdrotation, welche beim bekannten Verfahren korri­ giert werden muß.

Bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 4 ist aus der DE 40 39 881 C2 bekannt, an den Rädern des Kraftfahrzeuges rotierende Blenden bzw. Spiegel vorzusehen, wobei das Licht von den jeweiligen Rädern zugeordneten Lichtquel­ len über Umlenkspiegel von der einen Fahrzeugseite zur anderen Fahrzeugseite umge­ lenkt wird und aus Zeitunterschieden der empfangenen Lichtsignale die Radstellungen des Kraftfahrzeuges bestimmt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art zu schaffen, welche robust sind, d. h. im rauhen Werkstattbetrieb einsetzbar sind und eine hohe Meßgenauigkeit liefern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim Verfahren durch das Kennzeichen des Pa­ tentanspruches 1 und bei der Vorrichtung durch das Kennzeichen des Patentanspruches 4 gelöst.

Bei der Erfindung werden mit Hilfe von an den jeweiligen zu messenden Kraftfahrzeu­ grädern vorgesehenen Kreiselsensoren die Radstellungen gleichzeitig bezüglich eines die Stellung der Bezugsbasis zur gleichen Zeit messenden Kreiselsensors durch Win­ kelmessungen gemessen. In bevorzugter Weise werden die Winkelmessungen an allen Kraftfahrzeugrädern, an denen entsprechende Kreiselsensoren angeordnet sind, durch­ geführt. Es wird dabei eine Relativmessung der Radstellungen gegenüber der Bezugs­ basis, an welcher ebenfalls ein Kreiselsensor (Mutterkreiselsensor) vorgesehen ist, durchgeführt. Aufgrund der gleichzeitigen Messungen an einem Ort, welche als Relativ­ messungen zur Stellung der Bezugsbasis durchgeführt werden, ergeben sich keine aus der Erdrotation resultierenden Driftunterschiede der Kreiselsensoren. Die Bezugsbasis kann außerhalb des Kraftfahrzeugs liegen. In bevorzugter Weise wird jedoch eine am Kraftfahrzeug vorgesehene Bezugsbasis verwendet. Diese kann in bekannter Weise durch die vom Fahrzeughersteller für den jeweiligen Fahrzeugtyp angegebenen Rah­ menkontrollpunkte festgelegt sein. Die bei der Erfindung zum Einsatz kommenden Krei­ selsensoren beinhalten einen Läufer (Kreisel), der sich gemäß den Gesetzen der Krei­ selmechanik bei seiner Drehung mit seiner Kreiselachse in eine bestimmte Richtung einstellt. Diese Kreiselstabilisierung wird für die Winkelmessung an den jeweiligen Kraftfahrzeugrädern und an der Bezugsbasis als Winkelreferenz, die bei der gleichzeiti­ gen Winkelmessung der Erfindung im Raum eine gleiche Ausrichtung haben, ausge­ nützt. In bevorzugter Weise kommen kräftefreie Kreisel, z. B. Kreisel mit sogenannter kardanischer Aufhängung bei den Kreiselsensoren zum Einsatz. Bei der Messung wer­ den die Kreisel, d. h. der an der Bezugsbasis (z. B. Rahmenkontrollpunkten des Fahr­ zeugs) angeordnete Mutterkreisel und die in den Radsensoren vorgesehenen Radkreisel durch einen Startbefehl auf eine gemeinsame Winkelreferenz (eingestellte einheitliche Richtung der Kreiselachsen) synchronisiert. Es kommen für den Mutterkreiselsensor und die Radkreiselsensoren 3achsige Kreisel bevorzugt zum Einsatz.

Durch die Anordnung des Mutterkreiselsensors an der Bodengruppe des Fahrzeugs, insbesondere an den Rahmenkontrollpunkten, wird durch den Mutterkreiselsensor die Richtung der Symmetrieachse des Fahrzeugs sowie die Neigung des Fahrzeugs um die Längsachse bzw. Symmetrieachse bestimmt. Ferner wird eine Ebene um die Hochachse festgelegt, die vom Niveau, d. h. die Lage des Chassis gegenüber den Achsen, welches von der Beladung des Fahrzeugs beeinflußt sein kann, festgelegt.

Die Radkreiselsensoren können mit geeigneten herkömmlichen Adaptern am Rad be­ festigt werden. Hierdurch kann die Ebene des äußeren Felgenhorns des jeweiligen Ra­ des im Raum bestimmt werden. Vom jeweiligen Radkreiselsensor kann dann die Lage der Ebene des Felgenhorns im Raum bezüglich der Lage der Bezugsbasis, insbesonde­ re bezüglich der Bezugsbasis am Fahrzeug, welche durch die Rahmenkontrollpunkte bestimmt sein kann, gemessen und bestimmt werden. Es können jedoch auch andere Konstruktionselemente des Rades, z. B. die Radachse, die Befestigungsbolzen und der­ gleichen für die Winkelmessung verwendet werden.

Anhand der Figur wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.

Die Figur stellt schematisch die Meßanordnung der verschiedenen Kreiselsensoren an einem Kraftfahrzeug dar.

In der Figur sind eine Vorderachse 15 und eine Hinterachse 16 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. An der Vorderachse 15 befinden sich die beiden Vorderräder 10 und 11 und an der Hinterachse die Hinterräder 12 und 13 des Kraftfahrzeugs. Mit 14 ist die Symme­ trieachse des Kraftfahrzeugs bezeichnet.

Zur Durchführung der Radstellungsmessung werden an jedem Rad 10 bis 13 Winkel­ sensoren, welche als Kreiselsensoren ausgebildet sind, befestigt. Diese Sensoren sind als Radkreiselsensoren 1 bis 4 bezeichnet, welche an den Kraftfahrzeugrädern 10 bis 13 befestigt sind. Ferner ist ein Mutter-Kreiselsensor 5 vorgesehen, der an der Bodengrup­ pe des Kraftfahrzeugs, bevorzugt an den Rahmenkontrollpunkten angebracht ist. Durch Kraftfahrzeugreferenzpunkte bzw. Rahmenkontrollpunkte 17,18, welche vom Fahrzeug­ hersteller fahrzeugtypbezogen festgelegt sind, wird eine Querachse 19 bestimmt. Die Symmetrieachse 14 verläuft durch die Mitte zwischen den beiden Rahmenkontrollpunk­ ten 17 und 18 und verbindet ferner die Mittelpunkte der Vorderachse 15 und der Hinter­ achse 16. Durch den Mutterkreiselsensor 5 läßt sich die Lage der Symmetrieachse 14 und die Neigung des Fahrzeugs um die Längsachse bzw. Symmetrieachse 14 bestim­ men. An den einzelnen Rädern 10 bis 13 sind die Radkreiselsensoren 1 bis 4 angeord­ net. Die Befestigung der Sensoren an den Rädern erfolgt mit Hilfe von Adaptern, durch die die Lage bestimmter Konstruktionselemente bzw. der Radachse oder in bevorzugter Weise der Ebene, in welcher das äußere Felgenhorn des jeweiligen Kraftfahrzeugrades liegt, bestimmt werden kann. Die räumliche Lage dieses Konstruktionselementes des jeweiligen Kraftfahrzeugrades, welches eine Aussage über die Radstellung gibt, gegen­ über der Lage der Symmetrieachse 14, welche die Bezugsbasis bildet und von dem Mutterkreiselsensor 5 erfaßt wird, ermöglicht die Erfassung der Radstellungen in einem geschlossenen System ohne Bezugnahme auf eine äußere Bezugsbasis. Die Winkel­ messung bzw. Radstellungsmessung gegenüber der Bezugsbasis erfolgt für alle Räder und die Bezugsbasis gleichzeitig, nachdem die Kreisel der jeweiligen Sensoren 1 bis 5 stabilisiert sind, d. h. nachdem die jeweiligen Kreiselachsen in den Sensoren 1 bis 5 auf die gleiche Richtung eingestellt sind. Dies kann durch eine in einer zentralen Steuerein­ richtung 9 vorgesehene Einrichtung 6 zur gleichzeitigen Kreiselstabilisierung erfolgen. Die Einrichtung 6 ist hierzu mit den jeweiligen Kreiselantrieben der Sensoren 1 bis 5 verbunden.

Zur Initiierung der gleichzeitigen Radstellungsmessung und Messung der Lage der Be­ zugsbasis, insbesondere der Symmetrieachse 14 ist ebenfalls in der zentralen Steuer­ einrichtung 9 eine Initiierungseinrichtung 7 vorgesehen.

Die Ausgangssignale, welche insbesondere die Winkellagen der Radstellungen bezüg­ lich der stabilisierten Kreiselachsen in den einzelnen Kreiselsensoren 1 bis 5 wiederge­ ben, werden einer Rechnereinrichtung 8 zugeleitet. In der Rechnereinrichtung 8 werden die Radstellungen bzw. diese Ausgangssignale der Sensoren 1 bis 4 in Bezug gesetzt zum Ausgangssignal des Mutterkreiselsensor 5. Daraus lassen sich die Radstellungen auch gegenüber einer Geometrieachse 20 bestimmen, welche die Winkelhalbierende der Gesamtspur der Hinterräder ist.

Geeignete Kreiselsensoren sind beispielsweise Sensoren mit faseroptischen Kreiseln, z. B. vom Sagnac-Typ (DE 38 05 905, 38 29 731, 39 28 715 und EP 06 85 705 A1), Glasfaserkreiseln, Lichtleiterkreiseln und Ringlaserkreiseln. Derartige Kreisel sind aus der Flugnavigation und militärischen Flugkörpersteuerung bekannt. Eine Driftkompensa­ tion ist bei der erfindungsgemäßen Verwendung, bei welcher eine Relativmessung der jeweiligen Radkreiselsensoren 1 bis 4 bezüglich des Mutter-Kreiselsensors 5 durchge­ führt wird, nicht erforderlich. Ferner eignen sich solche Kreiselsensoren, bei denen elek­ tromagnetisch ein praktisch reibungsfrei rotierender Läufer erreicht wird. Der den Läufer bildende Rotor kann hierzu einen Durchmesser von 500 Mikron und eine Dicke von 10 Mikron aufweisen.

Die Übertragung der winkelproportionalen Sensorsignale von den jeweiligen Radkreisel­ sensoren 1 bis 4 und dem Mutterkreisel 5 zur Steuereinrichtung 9, insbesondere zum Rechner 8 zur Auswertung der winkelproportionalen Sensorsignale, erfolgt mit Hilfe von Lichtleitern, insbesondere Glasfasertechnik. Natürlich kann auch die Meßinitiierung und Kreiselstabilisierung durch Übertragung entsprechender Signale über Glasfasertechnik den jeweiligen Radkreiselsensoren zugeführt werden.

Insbesondere die Verwendung von faseroptischen Kreiseln und Lichtleitertechnik ge­ währleistet eine im wesentlichen störungsfreie Meßtechnik in den einzelnen Meßköpfen, an denen die Radkreiselsensoren vorgesehen sind. Ferner ist die Datenübertragung mittels Lichtleiter störungsunanfällig. Hieraus ergeben sich relativ niedrige Anforderun­ gen an die Meßplatzgenauigkeit. Es ergeben sich keine Schwierigkeiten bei Spezialfahr­ zeugen auch bei extremen Tieferlegungen. Ferner erzielt man eine einfache Messung von Fahrzeugen mit vielen Rädern.

Die jeweiligen Meßwerte bzw. ausgewerteten Meßwerte können auf einem Bildschirm oder in sonst bekannter Weise zur Anzeige gebracht werden. Hieraus lassen sich die Radstellungen feststellen, und Änderungen während der Einstellung der Radstellungen können überwacht und kontrolliert werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Messung der Radstellungen an einem Fahrzeug, bei dem unter Anwendung von Kreiselmechanik Winkelmessungen gegenüber einer Bezugs­ basis an den Kraftfahrzeugrädern durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von an den jeweiligen zu messenden Kraftfahrzeugrädern vorgese­ henen Kreiselsensoren die Radstellungen gleichzeitig bezüglich eines die Stel­ lung der Bezugsbasis zur gleichen Zeit messenden Kreiselsensors durch Win­ kelmessungen ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am jeweiligen zu messenden Kraftfahrzeugrad die Lage eines bestimmten Konstruktionselementes des Rades, insbesondere die Lage der Ebene, in welcher ein äußeres Felgen­ horn des Kraftfahrzeugrades liegt, gegenüber der Kreiselachse des jeweiligen am Kraftfahrzeugrad vorgesehenen Kreiselsensors bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Bezugsbasis gegenüber der Kreiselachse des zugeordneten Kreiselsensors ge­ messen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisel der Kreiselsensoren auf eine gemeinsame Referenz synchronisiert wer­ den.

5. Vorrichtung zur Messung der Radstellungen an einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit mehreren an den Kraftfahrzeugrädern befestigbaren Senso­ ren, welche mit einer Rechnereinrichtung zur Bestimmung der Radstellungen aus den Sensorsignalen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Kreiselsensoren (1-5) ausgebildet sind, daß ferner an einer Bezugsbasis ein Kreiselsensor (5) vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung (6) zur gleichzeitigen Kreiselstabilisierung und eine Einrichtung (7) zur Initiierung der gleichzeitigen Messung der Radstellungen und der Stellung der Bezugsbasis gegenüber den in eine Richtung eingestellten Kreiselachsen der Kreiselsensoren (1-5) an die Kreiselsensoren angeschlossen sind, wobei die Rechnereinrichtung (8) die Radstellungen gegenüber der Stellung der Bezugsbasis bestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsbasis am Fahrzeug vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Bezugs­ basis vorgesehene Kreiselsensor (5) die Richtung der Symmetrieachse (14) des Fahrzeugs und die Neigung des Fahrzeugs um die Längsachse mißt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsbasis durch Rahmenkontrollpunkte (17, 18) am Fahrzeugaufbau bestimmt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselsensoren (1-5) symmetrische Kreisel aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel des jeweiligen Sensors (1-5) kräftefrei ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Kreiselsensor (1-5) einen faseroptischen Kreisel aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der jeweiligen Kreiselsensoren (1-5) mittels Lichtleiterkabel zur Rechnereinrichtung (8) geleitet werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselsensoren (1-5) 3achsige Kreisel aufweisen.