DE2234075C3 - Vorrichtung zur Spur- und Sturzwinkelmessung bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Spur- und Sturzwinkelmessung an K radfahrzeugen mit an den Radnaben rechtwinklig z.i den Radachsen angebrachten Planspiegeln und diesen Spiegeln gegenüber innerhalb von Projektionsflächen angeordneten Projektoren für Platten mit vertikal und horizontal orientierten, aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Steifen bestehenden Mustern.

In der DE-OS 19 55 128 ist ein Aehsmeßgeräl beschrieben, dessen Wirkungsweise im wesentlichen darauf beruht, daß ein von einem Projektor ausgcsandles Bild eines Fadenkreuzes über einen auf der Achse angeordneten Spiegel auf einer Projektionsfläche aufgefangen wird. Der gesuchte Achswinkcl wird aus der Lage des Fadenkreuzes auf der Projektionsfläche gegenüber dort angebrachten lichtelektrischen Detektoren bestimmt. Dazu wird der Projektor in einer schräg zur Standebene des Fahrzeuges verlaufenden Richtung so lange verschwenkt, bis das Fadenkreuz die lichtelektrischen Detektoren erreicht. Der Verschwenkungswinkel des Detektors wird elektrisch über einen mitbewegten Potentiometcrabgriff gemessen. Der zu messende Winkel liegt damit als eine analoge elektrische Größe vor. Für einen auf einer Kontrolloder Prüfkarte auszudruckenden Winkelwert muß die Analoggröße erst in eine Digitalgröße überführt werden.

In der DE-OS 19 43 46S ist ein optoelektronisches Meßverfahren zur Achsvermessung von Kraftfahrzeugen beschrieben, bei der ein digitaler Wert für die gesuchten Winkel unmittelbar erhalten wird. Dazu ist eine Projektionsfläche, mit der ein von dem ebenfalls vorhandenen Spiegel reflektiertes Achsenkreuz aufgefangen wird, mit einer großen Anzahl von lichtelektrischen Detektoren ausgestattet, die unmittelbar die Lage des Achsenkreuzes angeben. Der Projektor wird dabei nicht verschwenkt. Der Digitalwert fällt bei diesem bekannten Verfahren in codierter Form an, so daß zusätzlich eine aufwendige Auswerteelektronik im Anschluß an die lichtelektrischen Detektoren erforderlich ist

In der DE-OS 19 30 737 ist ein Meßgerät beschrieben, das im wesentlichen dem aus der erstgenannten Literaturstelle bekannten Gerät entspricht Der gesuch te Winkel wird auch dort durch die Verstellung eines Potentiometers als Analogwert gemessen.

ίο In den Unterlagen zum DE-Gbm 19 07 584 ist ein Winkelmeßgerät beschrieben, bei dem von einem Projektor rechtwinklig einander zugeordnete Skalen für Spur- und Sturzwinkel über den an der Fahrzeugachse angeordneten Spiegel auf eine Projektionsfläche geworfen werden. Auf der Projektionsfläche ist ein Achsenkreuz eingezeichnet, die jeweilige Lage der Skalen zu diesem Achsenkreuz ergibt einen Anhalt für den gesuchten Winkel. Eine unmittelbare elektrische Auswertung des Winkelwertes ist bei dieser bekannten Einrichtung nicht vorgesehen.

Dem Bekannten gegenüber soll mit Hilfe der Erfindung durch Verschieben einer mit Streifenmustern versehenen Platte mit wenigen lichtelektrischen Detektoren auf einfache Weise ein digitaler Winkelwert gemessen werden.

Dieses Ziel wird bei einer eingangs genannten Vorrichtung gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale erreicht:

a) die Platten sind in den Projektoren in einer zur Standebene des Fahrzeugs um 45° geneigten Richtung beweglich angeordnet;

b) auf den Projektionsflächen sind in vertikalen Abständen zur Projektorachse jeweils zwei lichtelektrische Detektoren angeordnet;

c) die Signalausgänge der beiden lichtelektrischen Detektoren sind mit einem Impulszähler verbunden.

Der digitale Winkelwert entsteht dabei auf inkrementelle Weise, so daß keine komplizierte Auswerteelektronik erforderlich ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die

Platte mit Hilfe eines über eine Rutschkupplung von einem Motor angetriebenen flexiblen Federbandes in Gleitschiencn vor der Kondensorlinse des Projektors bewegbar angeordnet.

Die Erfindung wird anhand von vier Figuren, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, näher erläutert.

Fig. I stellt einen Meßplatz für die Spur- bzw. Sturzwinkelmessung mit einer Vorrichtung nach der Erfindung als Aufsicht dar;

Fig.2 zeigt einen Projektor mit teilweise aufge-' schnittenem Gehäuse in perspektivischer Ansicht; in

F i g. 3 ist das Strichmuster mit vertikalen Streifen und 5_s einem überlagerten Markierungskreuz dargestellt;

Fig.4 ist eine Darstellung der Strahlwege eines ausgefächerten Strahlenbündels zwischen Projektor und Projektionsfläche einerseits und Radnabenspiegel andererseits.

do In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 zu erkennen, an dessen Vorderrädern senkrecht zur Achsrichtung Planspiegel 2 angeordnet sind. Den Planspiegeln gegenüber sind in einem Abstand Projektoren 3 aufgestellt. Die jeweils den Planspiegeln gegenüberlier >5 gende Gehäusewand der Projektoren 3 ist als Projektionsfläche ausgebildet.

In F i g. 2 ist in dem teilweise geschnittenen Gehäuse eines Projektors ein aus einer Lampe L, einem

Hohlspiegel .£ einer Kondensorlinse K und einem Objektiv O bestehendes optisches System zu erkennen, in dessen Bildebene hinter einem Bildfenster 6 eine zwei Strichmuster aus vertikal bzw. horizontal angeordneten Streifen tragende Platte 5 angeordnet ist. Die längliche Platte 5 ist in Führungsschienen 7 zwischen Anschlägen 8 und 9 unter 45° verschiebbar gelagert Befindet sich die Platte 5 am Anschlag 9, so werden die hinter dem Bildfenster 6 befindlichen vertikalen Streifen projiziert. In dieser Lage ist die Platte in der Figur dargestellt. Befindet sich die Platte 5 am Anschlag 8, so werden die dann hinter dem Bildfenster 6 liegenden horizontalen Streifen projiziert. Die Anschläge 8 und 9 sind justierbar, um die verschiebliche Platte 5 in ihren Endlagern gegenüber dem Projektionssystem festlegen zu können. Die Platte ist mit Hilfe eines Elektromotors 10 in den Führungsschienen 7 zu verschieben. Dazu ist sie über eine Zugfeder 11 mit einem von der Zugfeder straff gehaltenen Federband 12 verbunden, das über Umlenkrollen 13 und 14 läuft. Die nicht mit der Platte verbundenen Enden des Federbandes 12 sind auf einer Walze 15 gegensinnig und nebeneinander um mindestens eine Vorschublänge der Platte 5 aufgewickelt und befestigt. Vor- und Rücklauf wird durch Umpolen des Motors 10 erreicht. Das Ausschalten des Motors geschieht mittels Endabschaltern 16 und 17. Auf der Motorwelle sitzt mit dieser fest verbunden eine Kupplungsscheibe 18, auf welche die freilaufende Walze 15 mit einer Druckfeder 19 gepreßt wird. Diese Rutschkupplung verhindert ein hartes Abbremsen des Motors 10 beim Auflaufen der Platte 5 gegen einen der Anschläge 8 oder 9. An der Platte 5 ist ein Schallbügel 20 befestigt, der sich zusammen mit dieser bewegt und während einer Bewegung der Platte von der in der Figur dargestellten Endlage am Anschlag 9 auf dem halben Vorschubweg zum gegenüberliegenden Anschlag 8 einen Mikroschalier 21 betätigt. Auf einer frontalen Gehäusewand 22 des Projektors sind auf einer durch den Mittelpunkt cies Objektives O verlaufenden vertikalen Achse zwei Fototransistoren 23 hinter Blenden 24 angeordnet. Die Gehäusewand 22 dient als Projektionsfläche. Sie trägt außerdem ein diagonal verlaufendes Markierungskreuz 25, das zusammen mit einem auf dem aus vertikalen Strichen zusammengesetzten Strichmuster befindlichen diagonalen Kreuz des gegenüberliegenden Projektors eine Ausrichtung des Meßstandes erlaubt. Dabei werden die Projektoren so justiert, daß sich jeweils das projizierte Kreuz des einen Projektors mit dem auf der Projektionsfläche des gegenüberstehenden Projektors angebrachten Kreuz deckt. Damit das auf der Platte 5 angebrachte Kreuz die Spurmessung nicht stört, ist es so gestaltet, daß jeder Lichtbalken des Musters nur an einer Stelle unterbrochen wird. Zur Abtastung der vertikalen Lichtbalken dienen die zwei Fototransistoren 23, die auf zwei parallel verschobenen Linien die vertikalen Lichtbalken zählen.

Für eine Spurwinkelmessung ergibt sich folgende Wirkungsweise der Vorrichtung. Liegt die Platte 5 in ihrer Ausgangsstellung am Anschlag 9, so werden vom Projektor die hinter dem Bildfenster 6 liegenden vertikalen Streifen ausgesendet. Das am Planspiegel auf der Radnabe reflektierte Projektionsbild trifft auf die als Projektionsfläche 22 dienende Vorderwand des Projektorgehäuses. Das Projektionsbild v/ird jedoch je nach der Winkellage des Planspiegels auf der Radachse (Spur bzw. Sturz) etwas abgelenkt sein. An den Grenzen des für den Spurwinkel erlaubter Bereiches soll der erste bzw. der letzte Lichtstreifen des aus vertikalen Streifen bestehenden Musters auf die Detektoren fallen. Die Höhe der Streifen ist so bemessen, daß jedesmal beide Lichtdetektoren 23 erfaßt werden. Wird nun der Motor 10 eingeschaltet, dann bewegt sich die Platte 5 in den Führungsschienen 7 vom Anschlag 9 bis zum Anschlag 8. Die Lichtstreifen wandern damit über die Projektionsfläche und von den Fototransistoren der Detektoren 23 wird eine dem Spurwinkel proportionale Anzahl von Lichtimpulsen empfangen. Für die Messung wäre

ίο grundsätzlich nur einer der Fototransistoren 23 erforderlich. Die zwei Transistoren 23 sind jedoch parallel geschaltet. Damit werden Störungen, die durch das Markierungskreuz auftreten könnten, vermieden. Erreicht schließlich die Platte 5 den Anschlag 8, so wird der Motor mittels des Endabschalters 16 ausgeschaltet.

Die Messung des Sturzwinkels erfolgt nach dem gleichen Prinzip, lediglich mit dem Unterschied, daß nun das aus horizontalen Streifen bestehende Muster auf der Platte 5 zum Tragen kommt. Weil das Auswandern der vertikal bzw. horizontal orientierten Strichmuster mit ein und derselben Bewegung, nämlich der Bewegung der Platte, unter 45° erfolgt, weisen die Striche eine zunehmende Länge auf. Wenn die vorhergehende Zählung der dem Spurwinkel proportionalen Anzahl durchgewanderter vertikaler Striche beendet ist, wird über den Schaltbügel 20 der Mikroschalter 21 betätigt. Dieser Mikroschalter schaltet den unterliegenden der beiden Fototransistoren 23 auf einen Zähler, der die dem Sturzwinkel proportionale Anzahl von Liehtimpulsen zählt. Nach durchgeführter Sturzmessung wird der Motor 10 umgepolt, und die Platte 5 bewegt sich in ihre Ausgangslage an den Anschlag 9 zurück. Darauf wird der Motor durch den Endabschalter 17 ausgeschaltet.

In Fig. J ist das auf der Platte 5 befindliche Strichmuster aus vertikalen Streifen zu erkennen und clas diesem Strichmuster überlagerte Markierungskreuz. Es ist zu sehen, daß jeder lichtdurchlässige Streifen des Strichmusters vom Markierungskreuz nur an einer Stelle geschnitten wird. MK den senkrecht übereinander angeordneten und elektrisch parallelgeschalteten lichtelektrischen Detektoren 23 wird also immer einer der lichtdurchlässigen Streifen erfaßt, das überlagerte Markierungskreuz stört die Messung nicht.
Anhand des Diagramms der F i g. 4 wird nun das Meßprinzip erläutert und gleichzeitig nachgewiesen, daß der Abstand zwischen Radnabenspiegel und Projektoren nicht in die Messung eingeht. Vom Punkt A. der in der Bildebene des Projektors liegt, gehen η Strahlen 41... 45 aus, die die Projektionsbikler der Streifen des Streifenmusters versinnbildlichen sollen. Zwischen dem ersten und letzten Strahl des Strahlcnbündels liegt der Öffnungswinkel β des Bündels. Der gegenseitige Winkelabstand der einzelnen Strahlen wird mit γ angegeben. Für diesen Winkel γ ergibt sich dann

Das Strahlenbündel wird auf einen der Radnabenspicgel projiziert, der zwischen zwei Endlagen 51 und 52 jede Lage einnehmen kann. Die Endlagen begrenzen den Meßbereich für Spur oder Stuiz und schließen den Winkel λ ein. Bei der im Diagramm ausgezogen dargestellten augenblicklichen Lage 51 des Radnabcnspiegels fallen die Strahlen 41 ... 45 auf die Projektionsfläche 54 als reflektierte Strahlen 41 und 46 ... 49. Der Strahl 41 fällt dabei senkrecht auf den

Radnabenspiegel in der Lage 51 und wird deshalb wieder zum Ausgangspunkt A zurückreflektiert. Der Öffnungswinkel β des aufgefächerten Strahlenbündels wird entsprechend dem möglichen Änderungsbereich des Spur- oder Sturzwinkels λ gewählt.

Wird nun das aufgefächerte Strahlenbündel 41 ... 45 in der Pfeilrichtung Fum den Punkt A über den Winkel β geschwenkt, dann nimmt der Strahl 45 die vor der Schwenkung vorhandene Richtung des Strahles 41 ein. Die Schwenkung des Strahlenbündels gemäß Fig.4 versinnbildlicht die Verschiebung des projizierten Streifenmusters, die dadurch verwirklicht wird, daß die Platte 5 nach Fig. 2 hinter dem Bildfenster 6 verschoben wird. Der Strahl 41 verläuft dann in der mit 55 bezeichneten Richtung. Alle zwischen den Strahlen 4! und 45 liegenden Strahlen verändern ihre Positionen entsprechend. Sie werden nach der Schwenkung um den Punkt A auf der Projektionsfläche 54 zwischen den Punkten A und Fabgebildet.

Während der Schwenkung des Strahlenfächers um den Punkt A wandern die Endpunkte B, C und D der reflektierten Strahlen 46,47 und 48 auf der Projektionsfläche 54 über den feststehenden Punkt A. bis der Endpunkt Edes reflektierten Strahles 49 mit dem Punkt A zusammenfällt. Nur zum leichteren Verständnis wurde das aufgefächerte Strahlenbündel um den Punkt A über einen Winkel β geschwenkt. In Wirklichkeit kann die Schwenkung auch größere Werte annehmen. Die den Punkt A überwandemden Strahlen bilden jeweils einen Lichtstreifen ab. der von den zum Punkt A höhengleich angeordneten fotoelektrischen Detektoren aufgefangen und als elektrischer Impuls weitergegeben wird. Die Gesamtheit der Impulse wird in einem nicht dargestellten Impulszähler gezählt. Handelt es sich um die Spurwinkelmessung, so wird der Spurwinkel ό auf die Winkelhalbierende 57 des Winkels λ bezogen. Er kann höchstenfalls ±<x/2 betragen. Aus diesem Grunde müssen die den Punkt A überstreichenden Lichtstreifen von einem Höchstwert zuerst rückwärts bis Null und anschließend vorwärts gezählt werden. Am Beispiel des Diagramms ist

„ = ,-; = 20"
η = 5

4. Impuls

5. Impuls

+ 5' + 10"

π - 1

Läuft also ein Lichtstreifen über den Punkt A, d. h. auch über die lichtelektrischen Detektoren, dann werden jedesmal 5° gezählt. Entsprechend der gewählten Zähl weise bedeutet demnach der

1. Impuls -10°

2. Impuls -5°

3. Impuls 0°

Der vorliegende Spurwinkel Λ beträgt entsprechend

S der ausgezogenen Lage 51 des Radnabenspiegels also + 10". Befindet sich der Rndnabcnspicgcl in der anderen Grenzlagc 52 des Meßbereichs, dann wird der Strahl 45, der nun auf den Punkt A zurückgeworfen wird, als einziger einen Impuls hervorrufen. Der erste Impuls

ίο bedeutet, wie oben schon angeführt, -10°. Der Spurwinkel <5 bei der gestrichelt gezeichneten Lage 52 des Radnabenspiegels beträgt also -10°. Zwischen diesen Endwerten ist in den Winkel γ umfassenden Schritten jede Anzeige möglich. Je nach Lage des

ι.s Radnabenspiegels fällt einer der η Strahlen des aufgefächerten Bündels senkrecht auf den Spiegel. Wird der Fächer dann in Pfeilrichtung F geschwenkt, so können 1 ... π Strahlen gezählt werden. Die Zählung beginnt immer an der negativen Grenze des Spur-Winkeländerungsbereiches und wird je nach vorliegendem Spurwinkel früher oder später abgebrochen. Beim Spurwinkel O= +5° wird beispielsweise der Strahl 42 auf den Punkt A zurückgeworfen und als erster Impuls gezählt. Daraufhin wandern noch drei weitere Strahlen über den lichtelektrischen Detektor. Die Zählung ergibt am Ende den Spurwinkel ό = +5°.

Die Genauigkeit der Messung steigt mit der Anzahl der auf der Platte innerhalb einer vorgegebenen Lage angeordneten lichtdurchlässigen Streifen. Der Meßbereich wird durch Vergrößern des Winkels β erweitert. Der Drehpunkt des Radnabenspiegels hatte bei der bisherigen Betrachtung den Abstand a vom Punkt A (Bildebene des Projektors). Dabei wurde der Strahl 41, der senkrecht auf den Spiegel fällt, wieder auf den Punkt A zurückgeworfen. Wird nun durch Parallelverschiebung des Spiegels der Abstand zum Punkt A auf eine Strecke b erweitert, dann liegt der Radnabenspiegel in der Lage 53. Der Strahl 41 fällt dann immer noch auf den Punkt A zurück. Der Strahl 45 wandert dagegen auf der Projektionsfläche 54 vom Abstand c auf den Abstand d Dazwischenliegende Strahlen wandern entsprechend. Die vergrößerten Abstände der Strahlenendpunkte auf der Projektionsfläche verursachen keinen Meßfehler, weil nach dem vorliegenden Meßprinzip die den Punkt A überstreichenden Strahlen gezählt werden und diese Zahl erhalten bleibt.

Das oben durchgesprochene Beispiel betraf eine Spurmessung am linken Vorderrad. Gleichzeitig findet eine Messung am rechten Vorderrad statt. Die dabei anfallenden winkelproportionalen Impulszahlen können auch zusammen so verarbeitet werden, daß ein durch einem leichten Lenkeinschlag hervorgerufener Fehler ausgeglichen wird.

Die Sturzmessung wird für jedes Rad getrennt durchgeführt, erfolgt jedoch auf eine der Spurmessung analoge Weise. Der Unterschied besteht im wesentlichen darin, daß die Lichtstreifen nun horizontal orientiert und das aufgefächerte Lichtbündel in einer vertikalen'Ebene bewegt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Spur- und Sturzwinkelmessung an Kraftfahrzeugen mit an den Radnaben rechtwinklig zu den Radachsen angebrachten Planspiegeln und diesen Spiegeln gegenüber innerhalb von Projektionsflächen angeordneten Projektoren für Platten mit vertikal und horizontal orientierten, aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Streifen bestehenden Mustern, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Platten (5) sind in den Projektoren (3) in einer zur Standebene des Fahrzeugs um 45° geneigten Richtung beweglich angeordnet;

b) auf den Projektionsflächen (22) sind in vertikalen Abständen zur Projektorachse jeweils zwei lichtelektrische Detektoren (23) angeordnet;

c) die Signalausgänge der beiden lichtelektrischen Detektoren (23) sind mit einem Impulszähler verbunden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) mit Hilfe eines über eine Rutschkupplung (18, 19) von einem Motor (10) angetriebenen flexiblen Federbandes (12) in Gleitschienen (7) vor der Kondensorlinse (K) des Projektors bewegbar ist.