DE2807633A1

DE2807633A1 - Vorrichtung zum messen der spurwinkel der vorderraeder von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2807633A1
Application number: DE19782807633
Authority: DE
Inventors: Melvin Hartley Lill
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1978-09-07
Also published as: BR7801264A; CA1088742A; FR2382675A1; DK90178A; NO780706L; JPS53109302A; DE2807633C2; AU510794B2; SE7801745L; GB1599012A; US4097157A; FR2382675B1; IL54066A; IT1193302B; AU3331178A; AR213747A1; IT7820807A0; ES467498A1; MX145027A; JPS5829441B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A."Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.-Ing.H.Liska · '

D/20 8 MÜNCHEN 86, DEN ? O

POSTFACH 860 820 ^{L Ct}

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 392U22

FMC CORPORATION

200 E. Randolph Drive Chicago, Illinois, V.St.A.

Vorrichtung zum Messen der Spurwinkel der Vorderräder von Kraftfahrzeugen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Spurwinkel der Vorderräder von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Prüfen der Ausrichtwinkel von Vorderrädern eines Kraftfahrzeuges sind bislang mechanische,optische und elektrische Vorrichtungen benutzt worden. In einer Vorrichtung optischer Art, welche heute in der Automobilserviceindustrie in hohem Maße benutzt wird, sind einige optische Mechanismen (z.B. ein Spiegel oder ein Lichtstrahlpro jektor) auf einem der Räder angeordnet und die räumliche Orientierung eines solchen Mechanismus wird bestimmt, um dadurch eine Anzeige der räumlichen Orientierung des Rades, auf welchem der optische Mechanismus befestigt ist, zu liefern. Die Ausrichtungswinkel der Räder, welche gewöhnlich durch solche Radausrichtevorrichtungen bestimmt werden, sind der vordere Radspur-,

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Radsturz- und Vor- oder Nachlaufwinkel. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung der Spurwinkel, welches die Winkel sind, unter welchem jedes der beiden der beiden Vorderräder in einer horizontalen Ebene zueinander gedreht wird.

In einer Ausführungsform einer Meßvorrichtung für den Spurwinkel, welche während der letzten Jahre eine weitverbreitete Benutzung in der Automobilserviceindustrie erreicht hat, ist ein Projektor auf jedem der Vorderräder befestigt, um einen Lichtstrahl auf ein am anderen Vorderrad befestigtes Empfangselement zu richten. Die Stelle, bei der die Strahlen die Empfangselemente treffen, wird dann auf verschiedene Weise benutzt, um die relative räumliche Orientierung der beiden Projektoren und folglich den Spurwinkel zwischen den beiden Vorderrädern zu bestimmen. Beispiele eines solchen Quer-Spurprojektionssystems finden sich in den US-PS 3 393 455, US-PS 3 865 492, US-PS 3 782 831 und US-PS 3 953 134.

In jedem der in den vorstehenden Patenten beschriebenen Ausrichtsysteme werden vordere Spurwinkel einzeln erhalten, weil Projektoren an jedem der beiden Vorderräder befestigt sind. Es sind jedoch keine Mittel vorgesehen, solche Spurwinkel auf irgendeinen anderen Teil des Fahrzeugs zu beziehen. Folglich kann, obwohl mit einem Apparat nach dem Stand der Technik der korrekte Spurwinkel zwischen den Vorderrädern sauber einstellbar ist, das Lenkrad nicht in die richtige Position für korrekte Lenkung relativ zu den gemessenen Vorderradspurwinkeln eingestellt werden. Bei der Benutzung von herkömmlichen Vorrichtungen zum Messen der Spurwinkel wurde diese Unzulänglichkeit auf verschiedenen Wegen behoben. Typischerweise waren auf den Projektoren Visiergeräte vorgesehen, so daß die Bedienenden längs der Seitenwände

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der Hinterräder oder nach besonders plazierten, auf oder neben den Hinterrädern angeordneten Zielen einstellen konnten, so daß die Projektionssysteme bezüglich der Hinterräder des Fahrzeugs ausgerichtet oder zentriert wurden. Solche Visiervorrichtungen waren nicht besonders genau, wenn der Bedienende nicht sorgfältig dem Ausrichtvorgang folgte sowie nicht sehr geschickt im Gebrauch der Ausrichtevorrichtung war - eine Situation, die nicht oft der Fall war. Andere herkömmliche Ausrichtsysteme machen Gebrauch von besonderen Zielen, die auf den Hinterrädern plaziert sind, um die Winkel zwischen den an den Vorderrädern befestigten Projektoren und den Zielen zu messen, wodurch die Spurwinkel der Vorderräder auf die Hinterachse des Fahrzeugs bezogen werden; solche Systeme benötigen jedoch zusätzlich zur Quer-Spurmeßvorrichtung für die Vorderräder eine Meßvorrichtung für reflektierte Strahlen für beide Hinterräder.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorgeschlagenen Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung werden die einzelnen Spurwinkel der Vorderräder mit solchen Spurwinkeln bestimmt, die auf die Drehachse von nur einem der Hinterräder des Fahrzeugs bezogen sind; gewöhnlich wird diese Drehachse mit der Hinterachse zusammenfallen. Folglich braucht der Bedienende nicht besondere Zielvorrichtungen

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oder Strahlmeßvorrichtungen längs beider Seiten des Wagens vorzusehen, um genaue Anzeigen der·einzelnen Spurwinkel der Vorderräder bezüglich der Mittellinie des Wagens zu erhalten.

Gemäß der vorgeschlagenen Vorrichtung ist auf einem der Hinterräder ein Spiegel in einer vorbestimmten Stellung relativ zur Drehachse des Rades befestigt und auf dem auf der gleichen Seite des Fahrzeugs befindlichen Vorderrad ist eine Ausrichtevorrichtung angebracht. Von der Ausrichtevorrichtung wird ein Lichtstrahl zum Spiegel gesandt, welcher den Strahl zurück zur Ausrichtevorrichtung reflektiert. Die Ausrichtevorrichtung enthält ein Empfangselement zum Empfangen des reflektierten Strahles und dem Empfangselement zugeordnete Mittel zum Berechnen des Spurwinkels des Vorderrades relativ zur Drehachse des Hinterrades. Die Ausrichtevorrichtung enthält weiter einen Projektor zum Projizieren eines Strahles quer über die Vorderseite des Fahrzeugs in Richtung des anderen Vorderrades und eine an diesem anderen Vorderrad vorgesehene Empfangseinrichtung zum Empfangen des projezierten Strahles. Weiter ist eine Rechenvorrichtung vorgesehen, welche auf die Positionen beider projizierter Strahlen anspricht, um dem totalen Spurwinkel zwischen den beiden Vorderrädern zu ermitteln und dann um den Spurwinkel des ersten Rades (der über den rückwärts projizierten Strahl geliefert wird) zu subtrahieren, um die einzelnen Spurwinkel des anderen Vorderrades zu bestimmen.

Das vorliegende System kann entweder mit einem in den vorstehend angegebenen Patenten beschriebenen herkömmlichen Quer-Spursystem, in welchem an beiden Vorderrädern Projektoren vorgesehen sind, arbeiten oder es kann mit einem Quer-Spursystem benutzt werden, welches

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nur einen einzigen Projektor an einem der Vorderräder und einen reflektierenden Spiegel auf dem anderen Vorderrad aufweist. Das vorgeschlagene Ausriehtsystem ist besonders bei einem optoelektronischen Ausrichtsystem, in welchem die Messungen auf optischem Wege erhalten werden, und die Berechnungen vollständig elektronisch mit für den Bedienenden vorgesehenen geeigneten Auslesevorrichtungen bestimmt werden, brauchbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit der vorgeschlagenen Rad-Ausrichtvorrichtung, welche in Arbeitsstellung auf den Fahrzeugrädern befestigt ist,

Figur 2 eine Seitenansicht des LichtproRektors und fotoempfindlichen Empfangselementes der vorgeschlagenen Vorrichtung,- wobei die Vorrichtung in Arbeitsstellung an einem Vorderrad befestigt ist,

Figur 3 eine Draufsicht von oben auf die Rad-Ausrichtvorrichtung nach Figur 2 mit weggebrochenen Teilen,

Figur 4 eine schematische Darstellung der Art und Weise, wie die Lichtstrahlen zwischen der Projektionsvorrichtung nach den Figuren 2 und 3 und dem auf dem gegenüberliegenden Vorderrad des Fahrzeuges befestigten Spiegel reflektiert werden,

Figur 5 die Darstellung des Weges eines Lichtstrahles auf einem Empfangselement, wenn eines der Räder gedreht wird,

Figur 6 ein schematisches Schaltbild der elektronischen Schaltung der in Figur 1 dargestellten Rad-Ausrichtvorrichtung ,

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-fr-Figur 7 eine Draufsicht in schematischer Darstellung auf ein Kraftfahrzeug, welches eine -andere Ausführungsform der vorgeschlagenen Rad-Ausrichtvorrichtung zeigt,

Figur 8 ein schematisches Schaltbild der elektronischen Schaltung, wie sie in der Ausführungsform nach Figur 7 benutzt wird.

Die in Figur 1 dargestellte Draufsicht auf ein herkömmliches vierrädriges Fahrzeug 10 besitzt einen Projektor 14, der mittels eines Befestigungsteils 18a am linken Vorderrad 12a befestigt ist. Der Projektor 14 erzeugt ein Paar Lichtstrahlen, von welchen einer nach rückwärts auf einen mittels eines Befestigungsteils 18c am linken Hinterrad 12c des Fahrzeugs befestigten Spiegel 16a gerichtet ist. Der Spiegel 16a reflektiert den ersten Lichtstrahl B1 zurück in Richtung Projektor 14 auf das lichtempfindliche Empfangselement 20a eines Fotodetektors, welcher an der Rückseite des Projektors befestigt ist. Durch den zurückkehrenden Lichtstrahl erzeugt das Empfangselement 20a ein Positionsanzeigesignal, welches auf einen logischen Schaltkreis 22 gegeben wird. Der logische Schaltkreis liefert Signale für ein Aufzeichnungsgerät 24, wodurch im Aufzeichnungsgerät eine visuelle Darstellung des Spurwinkels des linken Vorderrades 12a relativ zur Rotationsachse des linken Hinterrades erzeugt wird. Ein zweiter Lichtstrahl B2 wird vom Projektor 14 quer über die Vorderseite des Fahrzeugs auf einen Vorderrad spiegel 16, welcher mittels eines den Befestigungsteilen 18a und 18c ähnelnden BefestigungsteiS 18b am rechten Vorderrad 12b befestigt ist, gerichtet» Der Lichtstrahl, der den Spiegel 16b trifft, wird in Richtung Projektor auf das lichtempfindliche Empfangselement 20b eines an der Unterseite bei der Vorderseite des Projektors

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befestigten Fotodetektors zurückreflektiert. Durch diesen zurückkehrenden Strahl erzeugt das Empfangselement 20b ein Positionsanzeigesignal, welches ebenfalls auf den logischen Schaltkreis 22 gegeben wird. Der logische Schaltkreis berechnet den Spurwinkel zwischen dem rechten und dem linken Vorderrad und bestimmt mit Hilfe des vorher bestimmten Spurwinkels des linken Vorderrades den Achsschenkelwinkel des rechten Vorderrades relativ zur Rotationsachse des linken Hinterrades des Fahrzeuges. Der logische Schaltkreis liefert dann Signale an das Aufzeichnungsgerät 24, wodurch im Aufzeichnungsgerät eine visuelle Darstellung des Spurwinkels des rechten Vorderrades 12b erzeugt wird.

Der Projektor 14, welcher im Detail in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, enthält ein Gehäuse 26, welches so ausgebildet ist, daß es von einer seitlich hervorstehenden Trägerwelle 28 des Radbefestigungsteiles 18a gehalten werden kann. Die Welle ist drehbar im Gehäuse befestigt, so daß der Körper des Projektors frei um die Achse der Welle schwingen kann. Das Radbefestigungsteil 18a ist ein herkömmliches Befestigungsteil, welches als Zusatzgerät für die Räder von Kraftfahrzeugen erhältlich ist. Die Einzelheiten eines solchen Befestigungsteiles welches für die Vorrichtung, nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, sind in der US-PS 3 709 451 gezeigt. Bei der Konstruktion des Projektors 14 sollte das Gewicht zu beiden Seiten des Drehpunktes (Achse der Welle 28) so verteilt sein, daß der Projektor horizontal ausgerichtet hängt, wie es in der Figur 2 dargestellt ist. Am Gehäuse 26 des Projektors ist ein zylindrisches Gehäuse 30 befestigt und innerhalb der Unterseite des Gehäuses 26 gehalten. Im zylindrischen Gehäuse 30 ist ein Laser 32 enthalten, welcher einen Laserstrahl B erzeugt, der wie in Figur 2 dargestellt, in zwei Teil-

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strahlen B1 und B2 aufgespalten wird. Einer der Strahlen B1 wird auf den Spiegel 16a am Hinterrad des Fahrzeugs gerichtet, während der andere Strahl B2 auf den Spiegel 16b am gegenüberliegenden Vorderrad gerichtet wird. Vor dem Laser 32 ist ein rotierendes Prisma 36 befestigt, welches durch den Motor 37 andauernd gedreht wird, so daß sich der Strahl B andauernd in einer vertikalen Ebene hin- und herbewegt. Um die richtige vertikale Hin- und Herbewegung der Strahlen B1 und B2 auf den lichtempfindlichen Empfangselementen 20a und 20b zu erzeugen, ist nach dem rotierenden Prisma eine Zylinderlinse 38 befestigt. Nach der Linse 38 ist im Strahlengang des Strahles B der Strahlteiler befestigt, welcher aus einem halbversilberten Spiegel 42 besteht, der den Strahl teilt und eine Hälfte des Strahles im rechten Winkel nach unten auf einen direkt unterhalb des Spiegels 42 angeordneten Spiegels 48 richtet. Der Spiegel reflektiert seinerseits den Strahl B1 im rechten Winkel und richtet ihn auf den Rückspiegel 16a. Die andere Hälfte B2 des Laserstrahls geht längs der Achse des zylinderischen Gehäuses 30 durch den Spiegel 42 hindurch. Am vorderen Ende des zylinderischen Gehäuses 30 ist ein Spiegel 46 befestigt, welcher den Teilstrahl B2 des Laserstrahls im rechten Winkel reflektiert, um ihn auf den Spiegel I6b des gegenüberliegenden Fahrzeugrades zu richten. Das lichtempfindliche Empfangselement 20b des Fotodetektors ist an der Unterseite des zylinderischen Gehäuses 30 angebracht und direkt unterhalb des Spiegels 46 an der Außenseite des zylinderischen Gehäuses positioniert. Das Empfangselement 20a des Fotodetektors ist an der Rückseite des zylinderisehen Gehäuses 30 neben der Unterseite des Gehäuses angebracht.

Jedes der lichtempfindlichen Empfangselemente 20a und 20b sind aus einer Vielzahl von horizontal angeordneten

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parallelen Lichtleitern, welche die senkrecht sich hin- und herbewegenden Strahlen B1 und B2 überqueren, zusammengesetzt. Die Außenflächen der Leiter sind in einem vorbestimmten Graycode-Muster maskiert, so daß der Strahl in Abhängigkeit von der Stellung (in der horizontalen Ebene), in welcher er das Empfangselement trifft, nur von bestimmten Leitern empfangen und geleitet wird. Am Ende eines jeden der Lichtleiter ist eine lichtempfindliche Zelle vorgesehen und die lichtempfindlichen Zellen bestimmen (bei herkömmlicher Graycode-Logik) die horizontale Position des reflektierten Strahls am Empfangs element. Der Aufbau und die Einzelheiten in der Arbeitsweise eines solchen Empfangselementes sind in der US-Patentanmeldung von Thomas E. Roberts, Jr. et al mit dem internen Aktenzeichen SJ 7736 beim Vertreter vorgeschlagen worden. Einzelheiten im Aufbau und in der Arbeitsweise des Projektors 14 sind ebenfalls eingehender in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung beschrieben.

Die grundlegende Arbeitsweise der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zum Ausrichten von Rädern wird nun beschrieben. Das Lenkrad des Fahrzeugs 10 (Figur 1) sei in der Geradeausstellung, wobei diese Geradeausstellung in der Mitte zwischen den Anschlagstellungen des Lenkrades liege und der Querbalken des Lenkrades in horizontaler Stellung sei. Die linke vordere Spurstange sei dann so eingestellt, daß sie eine Hälfte der gewünschten totalen Spur der Vorderräder in die Spur des linken Vorderrades setzt.

Wenn z.B. die gewünschte Spurablesung für die beiden Räder des Fahrzeuges + 2° ist, wird die Spurstange am linken Vorderrad so eingestellt, daß der Strahl B1 so zum Empfangselement 20a zurückkehrt, daß er eine Ablesung von +1° erzeugt, welche am Aufzeichnungsgerät

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24 als linke Spur aufgezeichnet wird. Nachdem das linke Rad eingestellt worden ist, wird der Querstrahl B2 vom Projektor 14 zum Spiegel 16b am rechten Vorderrad benutzt. Dieser Strahl trifft den Spiegel 16b und wird zum Empfangselement 20b reflektiert. Durch die auf die Empfangselemente 20b und 20a auftreffenden Strahlen werden im logischen Schaltkreis 22 Signale entwickelt, welche in das Aufzeichnungsgerät 24 gegeben werden und als richtige Spur des Fahrzeugs aufgezeichnet werden. Dann wird die Spurstange des rechten Vorderrades eingestellt, bis sie die gewünschte Ablesung erzeugt, beispielweise + 1 . Dieser Vorgang setzt so eine Hälfte der gewünschten Spureinstellung des Fahrzeuges fest.

Der Laserstrahl B vom Projektor 14 liefert einen kleinen Lichtfleck, welcher in der vertikalen Ebene hin- und herbewegt wird, wie es vorstehend schon angedeutet wurde. Die Strahlen B1 und B2 werden zum Hinterrad 12c sowohl als auch zum Vorderrad 12b gesandt und werden vertikal hin- und herbewegt, so daß jeder Strahl periodisch vom zugehörigen Spiegel I6a bzw. 16b in der richtigen Höhe reflektiert wird, um das entsprechende Empfangselement von oben nach unten zu treffen. Diese vertikale Ablenkung des vorderen und hinteren Strahls wird durch das rotierende Prisma 36 erzeugt, dessen Arbeitsweise im einzelnen in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung SJ 7736 erklärt ist.

Jeder der Spiegel 16a und 16b, die beide für die Lichtreflexion zum und vom Projektor zwischen den Rädern des Fahrzeugs benutzt werden, ist, wie es in der Figur 4 gezeigt ist, vorzugsweise mit einem Winkelspiegel gebildet. Jeder dieser Spiegel enthält ein Paar reflektierender Oberflächen 54 und 55, die in einem 90°-V.^rinkel

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zueinander angeordnet sind. Aufgrund dieses 9O°-Winkels zwischen den reflektierenden Oberflächen wird jeder einfallende Lichtstrahl, der eine der Oberflächen trifft, zur anderen Oberfläche reflektiert und dann in Richtung Quelle zurückreflektiert, wobei der reflektierte Strahl parallel zum einfallenden Strahl ist, wie es in Figur 4 in waagerechter Blickrichtung senkrecht zu den Strahlen dargestellt ist. Dies gilt,unabhängig davon, wie die Ebene der reflektierenden Oberflächen relativ zu einer horizontalen Ebene liegt, so lange als nur der einfallende Strahl von beiden Oberflächen reflektiert wird. Jedes durch Drehen in oder entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn hervorgerufene Kippen des Spiegels aus der in Figur 4 gezeigten Stellung verändert zwar den Abstand zwischen den einfallenden und reflektierten Strahl aber nicht den räumlichen Winkel, in welchem der Strahl zur Quelle zurückreflektiert wird. So ist, wie in Figur 4 gezeigt, der Winkelspiegel 16b am rechten Vorderrad befestigt und der Spiegel ist so eingestellt, daß er Licht vom flachen Spiegel 46 zum lichtempfindlichen Empfangselement 20b des Fotodetektors reflektiert. Wie in Figur 4 dargestellt, sollte der Spiegel 16b so gewählt sein, daß der unabgelenkte Strahl 52a, welcher den Spiegel 46 in der Mitte trifft, in etwa den mittleren Teil der oberen Fläche 54 trifft und in etwa auf den Mittelteil der Fläche 55 reflektiert wird, so daß er die Mitte des lichtempfindlichen Smpfangselementes 20b des entsprechenden Fotodetektors trifft. Wenn, wie in der Figur 4 gezeigt, der Strahl (durch das rotierende Prisma 36) nach oben ausgelenkt wird, um dem Weg 52 (welcher den oberen Rand der Fläche 54 trifft) zu folgen, ist der reflektierte Strahl unterhalb des lichtempfindlichen Empfangselementes 20b, und , wenn der Strahl abgelenkt wird, um dem Weg 52c (welcher den unteren Rand der Fläche 55 trifft) zu folgen, befindet sich der reflektierte Strahl

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gut oberhalb des lichtempfindlichen Empfangselementes. Auf diese Weise verursacht das normale Schwingen des Strahles eine vertikale überstreichende Bewegung des reflektierten Strahls beim lichtempfindlichen Empfangselement, welche weit oberhalb und unterhalb des lichtempfindlichen Empfangselementes vorhanden ist, so daß ein Teil des reflektierten Strahls jenes noch überstreicht, selbst wenn der Projektor und der Spiegel 16b nicht genau in der gleichen horizontalen Ebene ausgerichtet sind.

Durch den das lichtempfindliche Empfangselement periodisch überstreichenden Lichtstrahl entwickeln die fotoempfindlichen Elemente im lichtempfindlichen Empfangselement Signalimpulse mit der Impulsfrequenz, die gleich ist der Rate, mit welcher der Strahl das lichtempfindliche Empfangselement überstreicht. Umgebendes Licht kann ebenfalls die lichtempfindlichen Elemente veranlassen, Spannungen zu erzeugen, welche sich mit den gewünschten Ausgangssignalen überlagern könnten. Deshalb sind herkömmliche Filterschaltungen 59a und 59b, welche an die Frequenz der erzeugten Impulse angepaßt sind, an die Empfangselemente angeschlossen, um die von den Fotodetektoren in den Empfangselementen erzeugten Signale zu erhalten und dadurch die Signalfrequenz von falschen Signalen₉ welche durch umgebendes Licht erzeugt werden, zu trennen. Auf diese Weise stellt der vertikal überstreichende Strahl nicht nur sicher, daß der projezierte Strahl das entsprechende Empfangselement 20a bzw. 20b trifft, sondern verursacht auch, daß Signale in den Fotodetektoren bei einer besonderen Frequenz entwickelt werden, welche aus falschen Signalen erkannt und von ihnen getrennt werden kann. Lichtempfindliche Empfangselemente, welche dazu benutzt werden können, die vertikal überstreichenden Strahlen B1 und B2 in eine

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Vielzahl von Gray-verschlüsselten binären Ausgangssignalen, welche die horizontalen Positionen der Strahlen anzeigen, umzuwandeln, sind in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung SJ 7736 offenbart. Die Signale aus den lichtempfindlichen Empfangselementen, welche im Gray-Binärcode erzeugt werden, können in Graycode-VBinärwandlern 62a, 62b in einen standartisierten Binärcode (wie in der Schaltung nach Figur 6 gezeigt) umgewandelt werden, um die Werte der Spurwinkel zu berechnen.

Wie bei den meisten in der Kraftfahrzeug-Serviceindustrie gegenwärtig gebräuchlichen Vorrichtungen zum Ausrichten von Kraftfahrzeugen wird in der hier beschriebenen Vorrichtung der Spurwinkel der Räder durch eine Abstandsmessung anstatt durch direkte Messung eines Winkels berechnet, obwohl es anerkannt werden sollte, daß die hier vorgeschlagene Vorrichtung nicht auf irgendeine Art einer optischen Ablesevorrichtung für die Querspur begrenzt ist und daß sie Vorrichtungen enthalten kann, welche ein Ablesen direkt in Winkeleinheiten liefern. Die Abstandsmessung der beschriebenen Vorrichtung kann durch Bezugnahme auf die Figur 1 ersehen werden. Wenn der Lichtstrahl den Projektor 14 im rechten Winkel verläßt, und den Spiegel 16b trifft, so daß der zurückkehrende Strahl unter einem Winkel A in der horizontalen Ebene reflektiert wird, ist der Abstand in der horizontalen Ebene zwischen dem Punkt, an dem der Strahl den Projektor verläßt und dem Punkt, an dem der Strahl zum lichtempfindlichen Empfangselement 20b zurückkehrt, der abgelenkte Abstand, welcher durch den Empfangsbereich direkt gemessen wird. Wenn die Räder 12a und 12b ohne Änderung ihrer räumlichen Orientierung weiter auseinander bewegt würden (beispielsweise wenn sie sich an einem breiteren Fahrzeug befinden), würde der gemessene Abstand größer werden, obwohl der Winkel A des reflek-

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-Votierten Strahls B2 der gleiche bliebe. Ein richtiger Wert der Spurablesung kann erhalten werden, indem ein bekannter Ablenkungswinkel in die Vorrichtung eingeführt wird, um sie für Fahrzeuge mit unterschiedlichen Radabständen zu eichen. Einzelheiten eines Eichschaltkreises 64a, 64b (Figur 6), welcher die gemessenen Ablenkungswerte zur Bereitstellung eines Korrekturwertes für diese unterschiedlichen Radabstände benutzt, sind in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung SJ 7736 offenbart. Dieser Eichschaltkreis wird in Verbindung mit einem keilförmigen Prisma (nicht dargestellt) benutzt, welches selektiv in den Laserstrahlengang eingefügt ist, um letzteren um einen vorbestimmten Betrag abzulenken, wobei die Einzelheiten eines solchen Prismas ebenfalls in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung SJ 7736 gezeigt sind.

Es ist zveckmäßig, wenn der Projektor 14 mit der am Rad 12a befestigten und genau auf deren Rotationsachse ausgerichteten Trägerwelle 28 befestigt ist, so daß der Strahl B vom Projektor immer in der zur Radebene paralellen Ebene bleibt, auch wenn das Rad gedreht wird. Jedoch ist der Projektor auf einem herkömmlichen Befestigungsteil 18a befestigt, welches seinerseits am Rad eingespannt ist. Es ist sehr schwer, das Befestigungsteil so am Rad anzubringen, daß es genau parallel zur Radebene ist. Deshalb erzeugt, wenn das Rad gedreht wird, die Achse der Trägerwelle im allgemeinen um die Radachse eine typische kegelförmige Drehfläche. Dadurch wird eine Wackelbewegung am Projektor verursacht, so daß der zentrale Strahl,der vom Projektor ausgesandten Laserstrahlen einen kreisförmigen Weg in der Ebene der lichtempfindlichen Empfangselemente folgt, wie es durch den StraMaigang P in Figur 5 dargestellt ist. Dieser Strahlengang ist allgemein bekannt als der "Laufkreis".

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Ein ähnlicher Laufkreis wird durch den Spiegel 16a bzw. 16b erzeugt, wenn das Rad, an welchem er befestigt ist, sich dreht. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt wird die Position des Strahles im "Laufkreis" ein horizontaler Abstand Z) X vom Mittelpunkt C, wo er sich befände, wenn die Trägerwelle 28 des Projektors in einer Linie mit der Drehachse des linken Rades wäre, sein; infolge dessen stellt der Abstand /]X in jeder gegebenen Rotationsstellung des Rades einen Fehler dar, welcher zur erhaltenden horizontalen Ablenk-Ablesung X in dieser Rotationsstellung des Rades addiert oder von ihr abgezogen werden muß, um einen korrekten Wert der horizontalen Ablenkung zu erhalten. Der korrekte Wert kann gefunden werden, indem das Rad langsam gedreht wird, um den maximalen horizontalen Ablenkwert an der Spuraufzeichnung (X-Maximum) zu erhalten, indem dann gedreht wird, um einen minimalen horizontalen Ablenkungswert an der Spuraufzeichnung (X-Minimum) zu erhalten, indem dann die mittlere Ablenkung als der Mittelpunkt zwischen der Minimal- und Maximalablesung ermittelt wird und indem dann das Rad noch einmal gedreht wird, um es an diesem ermittelten Mittelwert anzuhalten. Dies sollte für jedes der Räder 12a, 12b und 12c, welche einen Spiegel oder einen Projektor daran befestigt haben, getan werden, um sicherzustellen, daß keine "Lauf-Fehler die erhaltenen Spurwinkelablesungen verfälschen.

Der in Figur 6 gezeigte Schaltkreis kann benutzt werden, um die Werte des Spurwinkels für das rechte und das linke Vorderrad des Fahrzeuges im einzelnen zu ermitteln. Der Wert der linken Spur wird durch eine Vielzahl von Fotodetektoren 58a, einem Satz Filter 59a, einem Graycode-/Binärcodewandler 62a, einer Eichschaltung 64a und einem linken Spuraufzeichnungsgerät 24a - alle diese

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Komponenten und ihre Wirkungsweise sind vorstehend erläutert worden - ermittelt und aufgezeichnet. Die Fotodetektoren 58a, welche auf dem lichtempfindlichen Empfangselement 20a befestigt sind, entwickeln eine Vielzahl von Binärsignalen , welche durch die Filterschaltungen 59a gehen und durch den Wandlerschaltkreis 62a vom Graycode in den standartisierten Binärcode umgewandelt werden. Der Eichkreis 64a erhält die binär verschlüsselte Abstandsmessung und liefert ein Ausgangssignal in Ausdrücken eines individuellen Spurwinkels des linken Vorderrades, welcher dem Bedienenden am Aufzeichnungsgerät 24a angezeigt wird= Das linke Spuraufzeichnungsgerät 24a enthält deshalb ein herkömmliches Digital-/Analog-Auslesegerät, welches den Wert des Winkels zwischen dem linken Vorderrad 12a und einer parallel zur Längsachse des Fahrzeugs verlaufenden Linie numerisch aufzeichnet, wobei die Längsachse als im rechten Winkel zur Rotationsachse (Hinterachse) des Hinterrades 12c angenommen ist.

Die Fotodetektoren 58b am lichtempfindlichen Empfangselement 20b und die zugeordneten Komponenten 59b, 62b und 64b entwickeln Signale, welche den totalen Spurwinkel zwischen dem linken Vorderrad 12a und dem rechten Vorderrad 12b darstellen, wobei die Komponenten den totalen Spurwinkel in der gleichen Weise bestimmen, wie der linke Spurwinkel durch die Schaltung 58ä - 64a bestimmt wurde. Dann wird das Signal des linken Spurwinkels aus dem Schaltkreis 64a mittels eines Inverters 65 invertiert und auf einen Addierer 68 gegeben, wo es zum Signal des totalen Spurwinkels aus dem Eichschaltkreis 64b hinzuaddiert wird. Wenn der negative Wert des linken Spursignals zum Wert des totalen Spursignals hinzuaddiert wird (das bedeutet, totale Spur - linke Spur) liefert es ein Signal für den rechten Spurwinkel in

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digitaler Form, welches auf ein rechtes Spuraufzeichnungsgerät 24b (ähnlich dem Spuraufzeichnungsgerät 24a) gegeben wird, so daß es vom Bedienenden betrachtet werden kann.

Die Räder eines wie in Figur 1 dargestellten Fahrzeugs können mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung ausgerichtet werden, indem nacheinander die folgenden Schritte ausgeführt werden:

1. Mit dem am linken Vorderrad 12a befestigten Projektor 14, dem am linken Hinterrad 12c befestigten Spiegel 16a und dem am rechten Vorderrad 12b befestigten Spiegel 16b bocke das linke Hinterrad 12c auf. Drehe das linke Hinterrad, beobachte die maximalen rechten und linken horizontalen Ablenkanzeigen am linken Spuraufzeichnungsgerät 24a, halte das Rad an der Stelle an, wo das Aufzeichnungsgerät die mittlere Ablenkanzeige liefert. Senke das linke Hinterrad auf den Boden ab, ohne seine Drehstellung zu verändern. Dieser Vorgang eliminiert den Lauffehler in der Befestigung des linken hinteren Spiegels 16a.

2. Bocke das linke Vorderrad 12a auf und drehe es wie vorstehend beschrieben um die maximale rechte und linke horizontale Ablenkanzeige am linken Spuraufzeichnungsgerät 24a zu erhalten. Halte das Rad mit dem reflektierten Strahl B1 bei der mittleren horizontalen Ablenkanzeige am linken Aufzeichnungsgerät 24a an. Senke das linke Vorderrad auf den Boden ab, ohne seine Drehstellung zu verändern. Dieser Vorgang eliminiert den Lauffehler in der Befestigung des Projektors 14 und der lichtempfindlichen Empfangselemente 24a, 24b.

3. Bocke das rechte Vorderrad 12b auf und wiederhole

die Schrittfolge der Nummer 2 für dieses Rad und beobachte

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dabei die maximalen rechten und linken horizontalen Ablenkanzeigen am rechten Spuraufzeichnungsgerät 24b.

4. Stelle das Lenkrad des Fahrzeuges auf Geradeausstellung in der Mitte zwischen der linken und der techten Anschlagstellung ein.

5. Stelle die linke vordere Spurstange ein, bis der nach rückwärtsgerichtete Lichtstrahl B1 zum hinteren Empfangselement 20a bei einer solchen Position zurückgelangt, daß das Aufzeichnungsgerät 24a einen linken Spurwert anzeigt, der gleich der halben gewünschten Spur für die beiden Vorderräder ist.

6. Stelle die rechte Spurstange ein, bis das rechte Spuraufzeichnungsgerät 24b einen Wert zeigt, der gleich der halben gewünschten totalen Spur der beiden Vorderräder ist.

Eine andere Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung ist in der Figur 7 dargestellt. Diese Ausführungsform ist ähnlich der zuerst beschriebenen Ausführungsform und ist mit einer ähnlichen optoelektronischen Winkelmeßeinrichtung aufgebaut, mit der Ausnahme, daß in der Äusführungsform nach Figur 7 ein Projektor und ein Empfangselement an beiden Vorderrädern angeordnet ist, anstatt, wie in der Ausführungsform nach Figur 1 nur an einem der Räder. Infolge dessen ist ein Paar Projektoren 14a und 14b vorgesehen, wobei jeder durch ein Befestigungsteil 18a bzw. 18b an je einem der Vorderräder 12a bzw. 12b befestigt ist. Der Projektor 14a erzeugt ein Paar Lichtstrahlen, von welchem einer CI auf einen Spiegel 16a am benachbarten Hinterrad 12c projiziert und auf ein an der Rückseite des Projektors angeordnetes lichtempfindliches Empfangselement 20a zurückreflektiert wird - alles wie in Verbindung mit

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der Vorrichtung nach Figur 1 beschrieben. Ein zweiter Lichtstrahl C2 ist durch einen Projektor 14a quer über die Vorderseite des Fahrzeuges auf ein lichtempfindliches Empfangselement 20c, welches am vorderen Ende des Projektors 14b befestigt ist, gerichtet. Das Empfangselement 20c entwickelt ein Spurwinkelsignal, welches durch die relative Drehstellung des linken Rades 12a bestimmt ist. Der Projektor I4b erzeugt einen Lichtstrahl C3, welcher quer über die Vorderseite des Fahrzeuges auf ein lichtempfindliches Empfangselement 20b, das am vorderen Ende des Projektors 14a befestigt ist, gerichtet ist. Ein vom Empfangselement 20b erzeugtes Spurv/inkelsignal ist durch die relative Drehstellung des rechten Rades 12b bestimmt. Die Spurwinkelsignale der Empfangselemente 20b und 20c werden zusammenaddiert, um ein totales Spurwinkelsignal, welches den Winkel zwischen dem linken Vorderrad 12a und dem rechten Vorderrad 12b anzeigt, zu erhalten. Infolge dessen liefert die Kombination der Empfangselemente 20b und 20c der Ausführungsform nach Figur 7 ein totales Spurwinkelsignal, das gleiche , das in der Ausführungsform nach Figur 1 vom Empfangselement 20b allein geliefert wird.

Die Arbeitsweise der Projektoren 14 und 14b nach Figur ist die gleiche wie die des Projektors 14 nach Figur Wie im Schaltbild nach Figur 8 dargestellt, enthält jeder Schaltkreis zur Winkelmessung Fotodetektoren 58a 58b, 58c, Filterschaltkreise 59a, 59b, 59c, Codewandler 62a, 62b, 62c und Eichschaltkreise 64a, 64b, 64c; diese Komponenten sind zu den ähnlich nummerierten Komponenten, die in Verbindung mit der Ausführungsform nach Figur 1 beschrieben wurden, identisch. Wie in der Figur 8 dargestellt, werden die aus den Empfangselementen 20b und 20c abgeleiteten vorderen Spurelemente einem Addierer 72 zugeführt. Der Addierer 72 verküpft diese Signale,um ein

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totales Spursignal zu erzeugen. Das totales Spursignal zu erzeugen. Das totale Spursignal und ein invertierter negativer Wert des vom Empfangselement 20a abgeleiteten linken Spursignals werden mittels eines Addierers 68 zusammenaddiert, um das richtige Spursignal am Aufzeichnungsgerät 24b zur Verfügung zu stellen.

Der Vorgang des Ausrichtens der Vorderräder des in Figur 7 gezeigten Fahrzeugs 10 ist der gleiche wie der Vorgang zum Ausrichten der Vorderräder des in Figur 1 gezeigten Fahrzeuges. In jeder dieser Ausführungsformen wird das linke Vorderrad zuerst in Bezug auf das linke Hinterrad genau ausgerichtet. Der totale Spurwinkel zwischen dem linken Vorderrad und dem rechten Vorderrad wird dann erhalten. Zuletzt wird der linke vordere Spurwinkel vom erhaltenen totalen Spurwinkel abgezogen , um den Spurwinkel des rechten Vorderrades zu ermitteln.

Es ist zu beachten, daß, obwohl die vorangegangene Beschreibung auf eine besondere optoelektronische Winkelmeßvorrichtung (im vorliegenden Fall Projektor 14 und zugeordnetes Gray-verschlüsseltes lichtempfindliches Empfangselement 20) gerichtet ist, die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine besondere Art von Winkelmeß vorrichtungen beschränkt ist und irgendeinen aus einer Zahl von verfügbaren Vorrichtungen, wo ein oder mehrere Lichtstrahlen zwischen den Rädern eines Fahrzeugs projiziert werden und Detektoren zum Bestimmen oder in Bezug bringen der Strahlrichtung vorgesehen sind, benutzen kann. Es ist nur notwendig, daß die Winkelmeßvorrichtung zum Messen des Spurwinkels des Vorderrades vom optischen Typ ist (beispielsweise Lichtstrahlprojizierung) und elektronische Rechenmittel oder dergleichen umfaßt, so daß die für die Bereitstellung der einzelnen Spurwinkel der beiden Vorderräder notwendigen Rechnungen automatisch"ausgeführt werden können.

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L e e r s e i \

Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zum Messen der Spurwinkel der Vorderräder von paarig mit Vorder- und Hinterrädern ausgerüsteten Kraftfahrzeugen, mit an einem der Vorderräder befestigten Projektor zum Projizieren eines Strahls quer über die Vorderseite des Fahrzeuges in Richtung des anderen Vorderrades, mit auf dem anderen Vorderrad befestigten Projektor zum Projizieren eines Strahls quer über das Fahrzeug auf das eine Vorderrad mit auf die Position der projizierten Strahlen ansprechenden Empfangs- und Auswerteeinrichtung, um ein zum totalen Spurwinkel zwischen den beiden Vorderrädern proportionales Signal zu liefern, gekennzeichnet durch eine auf einem der Vorderräder in einer bezüglich der Drehachse des Vorderrades vorgebbaren Richtung befestigbare zusätzliche Ausrichtvorrichtung (32, 42, 48, 2Oa₉ 22a) und einen auf dem auf derselben Seite wie das eine Vorderrad befindlichen Hinterrad befestigbaren Spiegel (16a), welcher in einer vorbestimmten Position bezüglich der Drehachse des Hinterrades befestigt ist, wobei die Ausrichtvorrichtung eine Projektionsvorrichtung (32, 42, 48) zum Projizieren eines Lichtstrahles auf den Spiegel, eine weitere Empfangs- und Auswerteeinrichtung (20a) zum Empfangen eines vom Spiegel reflektierten Lichtstrahles und zum Ermitteln des Spurwinkels des einen Vorderrades relativ zur Drehachse des Hinterrades in Übereinstimmung mit der Position des empfangenen Lichstrahls sowie einer mit beiden Auswerteeinrichtungen verbundenen Logik (22a) zum Abziehen des Spurwinkels des einen Vorderrades vom totalen Spurwinkel und zum Liefern einer Anzeige des Spurwinkels des anderen Vorderrades bezüglich der Drehachse des Hinterrades.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die ein zum totalen Spurwinkel zwischen den beiden Vorderrädern propotionales Signal liefernde Empfangs- und Auswerteeinrichtung Empfangselemente (20b bzw. 20c) aufweisende Detektorvorrichtungen aufweist, die an jedem der Vorderräder vorgesehen sind, um den vom gegenüberliegenden Vorderrad projizierten Strahl zu empfangen und ein Ausgangssignal zu liefern (Figur 7).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangs- und Auswerteeinrichtung zum Liefern eines zum totalen Spurwinkel zwischen den beiden Vorderrädern proportionalen Signals eine Addiervorrichtung (72) zum Zusammenaddieren der Signale aus den Empfangselemente aufweisenden Detektorvorrichtungen aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangs- und Auswerteeinrichtung zum Liefern eines zum totalen Spurwinkels zwischen den beiden Vorderrädern proportionalen Signals am einen Vorderrad eine zumindest ein Empfangselement (20b) aufweisende Detektorvorrichtung zum Empfangen des vom anderen Vorderrad projizierten Strahles aufweist und daß der Projektor auf dem anderen Vorderrad einen Spiegel (16b) zum Reflektieren des vom einen Vorderrad her gesandten Strahls aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtungen Signale in digitaler Form liefern, welche die Spurwinkel der beiden Vorderräder repräsentieren.

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6. Vorrichtlang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Logik einen Inverter (65) enthält, welcher die Signale von einer der Auswerteeinrichtungen erhält und daß die Logik weiter einen Addierer (68) aufweist, welcher die Ausgangssignale aus dem Inverter und von der anderen Auswerteeinrichtung erhält, um sie zusammenzuaddieren und ein Signal zu liefern, welches den Spurwinkel des anderen Vorderrades repräsentiert.

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