DE2841844C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem nach der US-PS 38 92 042 bekannten Verfahren dieser Art werden die von den Sensoren abgegebenen Signale beider Ebenen in jeweils zwei um 180° verschiedenen Winkellagen des Körpers durchgeführt. Der Körper ist dort ein Fahrzeugrad, und die beiden Ebenen sind die Spurebene und die Sturzebene dieses Fahrzeugrads. Dementsprechend sind gesonderte Auswerteschaltungen für die der Spurebene und der Sturzebene zugeordneten Signale vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Verfahren zu vereinfachen.

Die Erfindung geht dabei von der Feststellung aus, daß man die der einen Ebene zugeordneten Signale nicht nur zur Ermittlung der Fehler in dieser einen Ebene, sondern auch zur Ermittlung der Fehler in der anderen Ebene auswerten kann, weil nämlich diese Fehler - wie ebenfalls nach der US-PS 38 92 042 bekannt - nur in der Phase gegeneinander versetzt sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Es ist vorteilhaft, allein die Signale der Sturzebene auszuwerten, weil die Signale der Sensoren, die der Sturzebene zugeordnet sind, keinen Verlusten ausgesetzt sind, die ihren Grund in Bewegungen eines - nach der US-PS 38 92 042 ebenfalls bekannten - Haltearms des Spursensors haben, die bewirken, daß ein von dem Spursensor zur Spurmessung in nach der US-PS 38 92 042 bekannter Weise ausgesandter, an einem Spiegel reflektierter Lichtstrahl nicht wieder auf den Spursensor trifft.

Demgegenüber erzeugt eine auch erhebliche Bewegung eines Haltearms für den Sturzsensor nur vernachlässigbare Fehler in den Signalen der Sturzebene, weil eine solche Bewegung den Sturzwinkel nur mit dem Sinus des von der Bewegung hervorgerufenen Schwingungswinkels modifiziert. Bei Schwingungswinkeln um 10° bis 20° ist dies ein sehr kleiner Fehler, der aber ausreichen könnte, den Spursensor vollständig außer Betrieb zu setzen.

Ein anderer Vorteil des Auswertens der Signale nur einer Ebene zur Ermittlung auch der Fehler in den Signalen der anderen Ebene ist, daß die erforderliche Berechnung besonders einfach mit elektrischen Prozessoren durchführbar ist.

Bevorzugt wird die Welle mit den Sensoren mittels bei der Montage vertikaler Querstäbe an der Felge des Fahrzeugrads befestigt, wodurch die Montage erleichtert wird. In einem ersten Schritt wird das Fahrzeugrad dann um 90° gedreht und ein erstes Signal der Sensoren der Auswerteschaltung zugeführt. Dann wird das Fahrzeugrad um 180° gedreht und ein zweites Signal der Sensoren der Auswerteschaltung zugeführt. Schließlich wird das Fahrzeugrad um 90° weitergedreht und ein drittes Signal der Sensoren der Auswerteschaltung zugeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf vordere Fahrzeugräder mit Sensoren, die an ihnen angebracht sind, mit einem Blockbild einer Auswerteschaltung und einer Anzeigeeinrichtung.

Fig. 2 eine Ansicht der Fahrzeugräder und Sensoren nach Fig. 1 von hinten,

Fig. 3 eine Seitenansicht des rechten vorderen Fahrzeugrads und der Sensoren,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des rechten vorderen Fahrzeugrads und die Erzeugung eines Ausschlagkreises der Welle,

Fig. 5 einen Fehlervektor mit dem von ihm erzeugten Ausschlagkreis,

Fig. 6a das Fahrzeugrad nach Fig. 4 mit zugehörigem Sturzsensor,

Fig. 6b die von dem Sturzsensor nach Fig. 6a bei Drehung des Fahrzeugrads abgegebenen Sturzsignale mit den in ihnen enthaltenen Ausschlagfehlern,

Fig. 7a das Fahrzeugrad nach Fig. 4 mit zugehörigem Spursensor,

Fig. 7b die von dem Spursensor nach Fig. 7a bei Drehung des Fahrzeugrads abgegebenen Spursignale mit den in ihnen enthaltenen Ausschlagfehlern,

Fig. 8a, 8b und 8c drei Winkelstellungen des Fahrzeugrads nach Fig. 4, in denen Signale der Sensoren der Auswerteschaltung zur Ermittlung und Kompensation der durch den Ausschlagkreis bedingten Fehler zugeführt werden.

Fig. 9 einen Ausschlagkreis mit Symbolen der von den Sensoren abgegebenen Signale und von durch die Auswertung gewonnenen Signalen in Sturz- und Spurebene.

Fig. 1 zeigt von oben ein linkes Vorderrad, das sich um die Achse 14 dreht und ein rechtes Vorderrad 12, das sich um die Achse 16 dreht. Die Räder 10, 12 weisen jeweils eine gummibereifte Felge auf, die drehbar auf der Achse 14, 16 gelagert ist.

An jedem Rad 10 bzw. 12 ist ein Sensorträger 18 bzw. 20 mittels einer Befestigungseinrichtung 22 bzw. 24 befestigt.

Jede Befestigungseinrichtung 22 bzw. 24 weist einen Arm 26 bzw. 28 auf, der nach außen steht und die Felge des ihm zugeordneten Rads 10 bzw. 12 berührt. Zur Halterung jedes Arms 26 bzw. 28 erstrecken sich über jedes Rad 10 bzw. 12 zwei Querstäbe 30 und 32, die mit einer unteren Klemme 34 und einer oberen einstellbaren Klemme 36 an der jeweiligen Felge befestigt sind. Die obere Klemme 36 ist auf den Querstäben 30, 32 verschiebbar und feststellbar.

An den Befestigungseinrichtungen 22 und 24 sind Sensorträger 38 und 40 um jeweils eine von den Armen 26 bzw. 28 nach außen ragende Welle 62 schwenkbar gelagert. An dem Sensorträger 38 befindet sich ein Sturzsensor 42 und ein optischer Projektor/Detektor-Spursensor 44, an dem Sensorträger 40 Sturzsensor 46 und ein optischer Projektor/Detektor-Spursensor 48. Die Projektor/Detektor- Spursensoren 44 und 48 benutzen für die Spurmessung jeweils einen Lichtstrahl, der von einem der Projektoren zu einem der Detektoren ausgesandt wird. Die Sturzsensoren 42 und 46 dienen einzeln zur Sturzmessung des rechten bzw. linken Fahrzeugrads 12 bzw. 10. Einzelheiten der Sensoren 42, 44, 46, 48 bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Sie sind beispielsweise in der US-PS 37 82 831 und in der US-PS 38 92 042 beschrieben.

Die Ausgangssignale der Sensoren 42, 44, 46, 48 werden einem als Auswerteschaltung dienenden Mikroprozessor 50 zugeführt. Die von den Ausschlagfehlern befreiten Sensorsignale werden vier Anzeigern 52 bis 58 je einer für die linke Spur, die rechte Spur, den linken Sturz und den rechten Sturz zugeführt. Die Übernahme der Sensorsignale in den Mikroprozessor 50 bei verschiedenen Winkelstellungen der Räder 10 bzw. 12 wird durch einen Betätigungsknopf 60 bewirkt.

Fig. 2 zeigt das linke und das rechte Fahrzeugrad 10 und 12 von hinten. Ersichtlich hängen die Sturzsensoren 42 bzw. 46 an der jeweiligen Welle 62 schwenkbar mit ihrer Hauptmasse unter den ihnen zugeordneten Achsen 14 bzw. 16. Jede Welle 62 sollte ideal zu der ihr zugeordneten Achse 14 bzw. 16 ausgerichtet sein. Die Sturzsensoren 42 und 46 und auch die Spursensoren 44 und 48 sollten deshalb ihre Winkellage relativ zur Grundlinie beibehalten, wenn die Räder 10 und 12 gedreht werden.

Fig. 4 zeigt schematisch den Effekt, der auftritt, wenn der Sensorträger 20 am rechten Vorderrad 12 auf einer Welle 62 gelagert ist, die nicht genau zur Achse 16 des rechten Vorderrads 12 ausgerichtet ist. Die Welle 62 schneidet dann beim Drehen des Rads 12 einen Ausschlagkreis 64 mit einem Durchmesser 2r. Dieser Ausschlagkreis 64 ist in Fig. 5 in Aufsicht dargestellt. Er kann durch einen umlaufenden Fehlervektor 66 der Länge r erzeugt gedacht werden, der in einer Winkelstellung R gezeichnet ist.

Der Ausschlagkreis beeinflußt die von dem Sturzsensor 46 bzw. dem Spursensor 48 abgegebenen Spur- bzw. Sturzsignale T′ bzw. C′ so, wie dies in den Fig. 6a, 6b, 7a und 7b gezeigt ist. Fig. 6a zeigt den Sturzsensor 46 und seine Befestigungseinrichtung 24 am Rad 12. Da ein Winkel zwischen der Drehachse 16 des Rads 12 und der Welle 62 ist, auf der der Sturzsensor 46 schwenkbar gelagert ist, schwankt der Sturzsensor 46 beim Drehen des Rads 12 und gibt fehlerbehaftete Sturzsignale C′ ab. Die Grenzen der Schwankungen des Sturzsensors 46 in der durch die Papierebene gegebene Sturzebene sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Die schwankenden Sturzsignale C′, die der Sturzsensor 4 infolge seiner Schwankungen abgibt, sind in Fig. 6b dargestellt.

Die waagerechte Linie C in Fig. 6b entspricht dem tatsächlichen Sturz; das der Linie C überlagerte, über eine volle Drehung des Rads 12 abgegebene Sturzsignal C′ ist eine Sinuswelle, deren Amplitude r der Schwankung entspricht.

Der gleiche Effekt tritt beim Spursensor 48 nach Fig. 7a auf. Die gestrichelten Linien kennzeichnen die Grenzen der Schwankungen des Spursensors 48. Wieder ist, wie in Fig. 7b dargestellt, das der tatsächlichen Spur entsprechende Signal T von einer Sinuswelle überlagert, die die Schwankung des Spursensors 48 wiedergibt. Aus einem Vergleich der Fig. 6b mit der Fig. 7b kann entnommen werden, daß die Schwankungen des Sturzsignals C′ und des Spursignals T′ ähnlich und um 90° gegeneinander phasenverschoben sind, da - hier wie normalerweise - der Sturz auf die vertikale Ebene als Sturzebene und die Spur auf die waagerechte Ebene als Spurebene bezogen sind. Da sich die Signalschwankungen in der Sturzebene und in der Spurebene im wesentlichen nur durch diese 90°-Phasenverschiebung unterscheiden, kann man die Schwankungen in der einen Ebene messen und daraus die Schwankungen in der anderen Ebene berechnen. Die vorliegende Erfindung leistet dies. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Schwankungen in der Sturzebene gemessen.

Die Messungen an dem Rad 12 werden nach Fig. 8a, 8b und 8c in drei verschiedenen Winkelstellungen 1, 2, 3 vorgenommen.

Wie in Fig. 8a gezeigt, werden die Querstäbe 30 und 32 der Befestigungseinrichtung 24 an dem rechten Vorderrad 12 vertikal festgeklemmt. Bei dieser Stellung der Querstäbe 30 und 32 hat man die meiste Freiheit bei der Montage. Die Klemme 36 (Fig. 1 bis 3) befindet sich oben.

Um das Rad 12 herum sind die drei Winkelstellungen 1, 2 und 3 markiert. Ein Pfeil 70 zeigt, daß in der Stellung 3 die Klemme 36 oben ist. In einem ersten Schritt wird das Rad 12 dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt in die Winkelstellung 1 gedreht, wie dies Fig. 8b zeigt. Dann wird der Betätigungsknopf 60 (Fig. 1) gedrückt, um mit dem Sturzsensor 46 den Sturz und mit dem Spursensor 48 die Spur zu messen. Nachdem diese ersten Messungen gemacht sind, wird das Rad 12 um 180° entgegen dem Uhrzeigersinn in die Winkelstellung 2 gedreht, wie dies Fig. 8c zeigt. Dann wird der Betätigungsknopf 60 wieder gedrückt, um Sturz und Spur in dieser zweiten Winkelstellung 2 zu messen. Schließlich wird das Rad 12 entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° zurück in die Winkelstellung 3 gedreht, wie dies Fig. 8a zeigt, und der Betätigungsknopf 60 wird wieder gedrückt, um Sturz und Spur in der dritten Winkelstellung 3 zu messen. Insgesamt erfolgt also eine vollständige Drehung des Rads 12 um 360°. Die Querstäbe 30 und 32 stehen dann wieder in der Stellung nach Fig. 8a vertikal, so daß die Befestigungseinrichtung 24 leicht zu entfernen ist. Die Messungen erfolgen für das rechte Rad 12 und das linke Rad 10 in gleicher Weise; der einzige Unterschied liegt im Vorzeichen der Spur- und Sturzsignale. Der Mikroprozessor 50 berichtigt jedoch die Vorzeichenunterschiede.

Fig. 9 zeigt den Ausschlagkreis (Fig. 5) für den Sturz und die Spur des rechten Rads 12 und des linken Rads 10. Obwohl die Drehungen des rechten Rads 12 und des linken Rads 10 in der gleichen Richtung erfolgen, werden - von außen gesehen - das rechte Rad 12 und das linke Rad 10 gegensinnig gedreht. Dies ist durch die Pfeile 72 und 74 angedeutet. Der Pfeil 72 entspricht dabei der Drehrichtung des rechten Rads 12 und der Pfeil 47 der Drehrichtung des linken Rads 10.

In der Winkelstellung 1 kennzeichnet X das in dieser Winkelstellung 1 gemessene Sturzsignal (Koordinate längs Sturz-Achse), Y das entsprechende Signal in der Winkelstellung 2 und Z bzw. Z′ die entsprechenden Signale in der Winkelstellung 3 für das linke Rad 10 bzw. das rechte Rad 12.

In Fig. 9 kennzeichnen C _OL bzw. C _OR die von Ausschlagfehlern befreiten Sturzsignale des linken Rads 10 bzw. rechten Rads 12, T _OL und T _OR die entsprechenden, von Ausschlagfehlern befreiten Spursignale, C _L , C _R , T _L , T _R die entsprechenden gemessenen Sturz- und Spursignale und C _L , C _R , C _R , T _L , T _R die in den gemessenen Signalen C _L , C _R , T _L , T _R enthaltenen Ausschlagfehler-Anteile in den Winkelstellungen 1 (entspricht X), 2 (entspricht Y) und 3 (entspricht Z bzw. Z′). Wie aus Fig. 9 ersichtlich, gilt:

C _OL = C _L + Δ C _L T _OL = T _L - Δ T _L C _OR = C _R - Δ C _R T _OR = T _R + Δ T _R

Aus Fig. 9 ist zu entnehmen, daß Δ T _L und Δ T _R zweimal auftreten, einmal in der Spurebene und einmal in der Sturzebene.

Bei der Ermittlung von C _OL , T _OL , C _OR und T _OR aus diesen Gleichungen werden zur Bestimmung von C _L , T _L , C _R und T _R die Sensorsignale unmittelbar benutzt. Zum Bestimmen der Ausschlagfehler-Anteile Δ C _L , Δ T _L , Δ C _R , Δ T _R werden jedoch nur die Signale X, Y, Z, Z′ des Sturzsensors 46 benutzt und in folgender Weise ausgewertet:

Dabei ist die Auswertung gemäß den unterstrichenen Gleichungen bevorzugt.

Die Berechnung von Δ C _L , Δ T _L , Δ C _R und Δ T _R erfolgt im Mikroprozessor 50 mit konventionellen Programmen. Mit den berechneten Werten von Δ C _L , Δ T _L , Δ C _R und Δ T _R erfolgt eine Korrektur der Sensorsignale C _L , T _L , C _R und T _R , die von den Sensoren in der letzten Winkelstellung des Rads 10 bzw. 12 abgegeben werden. C _OL , T _OL , C _OR und T _OR werden dabei im Mikroprozessor 50 mit konventionellen Programmen berechnet und an die Anzeiger 52 bis 58 gegeben.

Zur Kompensation der Ausschlagfehler in den Spursignalen sind ersichtlich keine Messungen in der Spurebene erforderlich, was von erheblicher Bedeutung ist, da Messungen in der Sturzebene viel leichter durchzuführen sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung der Winkellage (C, T) der Drehachse (14; 16) eines um diese Drehachse (14; 16) drehbaren Körpers (10; 12) mittels zweier Sensoren (42, 44; 46, 48), die schwenkbar auf einer an den Körper (10; 12) wenigstens annähernd koaxial zu der Drehachse (14; 16) angesetzten Welle (62) gelagert sind, auf der Welle (62) durch die Schwerkraft stets in im wesentlichen gleicher räumlicher Lage gehalten werden, die Winkellage (C′, T′) der Drehachse (14; 16) überlagert von Fehlern (r cos R, -r sin R ), die von einer Nicht-Koaxilität der Welle (62) zur Drehachse (14; 16) herrühren, in bezug auf zwei unterschiedliche Ebenen erfassen und in Form von Signalen (C _L , T _L ; C _R , T _R ) einer Auswerteschaltung (50) zuführen, die mit von den Fehlern (r cos R, -r sin R ) befreiten Signalen (C _OL , T _OL ; C _OR , T _OR ) eine Wiedergabeeinrichtung (52, 54, 56, 58) steuert, bei dem zur Ermittlung der Fehler (r cos R, -r sin R ) in den beiden Ebenen die von den Sensoren (42, 44, 46, 48) abgegebenen Signale (C _L , T _L ; C _R , T _R ) in unterschiedlichen Winkelstellungen (1, 2, 3) des Körpers (10; 12) der Auswerteschaltung (50) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der den Fehlern (r cos R, -r sin R ) in den beiden Ebenen entsprechenden Fehlersignalen ( Δ C _L , Δ T _L ; Δ C _R , Δ T _R ) die der einen Ebene zugeordneten Signale (C _L bzw. T _L ; C _R bzw. T _R ) in drei unterschiedlichen Winkelstellungen (1, 2, 3) des Körpers (10; 12) der Auswerteschaltung (50) zugeführt werden und die Auswerteschaltung (50) aus diesen Signalen (C _L bzw. T _L ; C _R bzw. T _R ) die beiden Ebenen zugeordneten Fehlersignale ( Δ C _L , Δ T _L ; Δ C _R , Δ T _R ) ermittelt und mit den von den Fehlersignalen ( Δ C _L , Δ T _L ; Δ C _R , Δ T _R ) befreiten Signalen (C _OL , T _OL ; C _OR , T _OR ) die Wiedergabeeinrichtung (52, 54, 56, 58) steuert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10; 12) ein Fahrzeugrad ist und die beiden Ebenen die Spurebene und die Sturzebene dieses Fahrzeugrads sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Winkelstellung (2) von der ersten Winkelstellung (1) einen Winkelabstand von 180° und die dritte Winkelstellung (3) von der ersten Winkelstellung (1) einen Winkelabstand von 90° hat.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalen (C _L ; C _R ) der Spurebene die Fehlersignale ( Δ C _L , Δ T _L ; Δ C _R , Δ T _R ) in den Signalen (C _L , T _L ; C _R , T _R ) beider Ebenen ermittelt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (62) mit den Sensoren (42, 44; 46, 48) mittels bei der Montage vertikaler Querstäbe (30, 32) an der Felge des Fahrzeugrads (10; 12) befestigt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der der Auswerteschaltung (50) in den drei Winkelstellungen (1, 2, 3) zugeführten Signale (C _L , T _L ; C _R , T _R ) die Ermittlung der von den Fehlern ( Δ C _L , Δ T _L ; Δ C _R , Δ T _R ) befreiten Signale (C _OL , T _OL ; C _OR , T _OR ) in der letzten Winkelstellung (3) erfolgt.