DE2911580C2 - Verfahren zur Messung und Anzeige des Spurwinkels und des Sturzwinkels eines Fahrzeugrades - Google Patents

Description

Um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, ist eine bestimmte Spannvorrichtung gezeigt, an der ein Paar Abfühlelemente zum Abfühlen der Radwinkel oder -orientierung angebracht ist Die gezeigten Instrumente sollen jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden und s>nd nur zum Zwecke der Illustration offenbart damit die Prinzipien, die dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, leichter verstanden werden können.

Es wird nun Bezug auf die F i g. 1,2 und 3 genommen, in denen eine Einrichtung zum Messen der Radausrichtung für dqi linke Vorderrad L Wdargestelit ist Das Rad LWweist die übliche Radfelge 10 und den Reifen 12 auf, der von den Seitenflanschen 14 der Felge 10 gehalten wird. An der Felge S 0 ist eine linke Spannvorrichtung LFbefestigt Die Einzelheiten der Spannvorrichtung LF und ihre KJemmkonstruktion sind für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend

Die Spannvorrichtung LF weist Gleitstäbe 20 auf, an denen nahe bei einem ihrer Enden eine Klemme 22 angebracht ist die hinsichtlich ihrer Lage verstellbar ist An der Klemme 22 sind räumlich voneinander getrennte Klemmbacken 24 befestigt Bei den anderen Enden der Gleitstäbe 20 ist eine zweistückige, schnell wirkende Klemme 26 angebracht, von der ein Teil eine einzige Klemmbacke 28 aufweist, die am Felgenflansch 14 angreift Die Klemme 26 wird von einer Klemmenhandhabe 30 betätigt

Zur Befestigung eines Trägerkörpers für einen Sensor weist die Spannvorrichtung einen Schieber 32 auf. Der Schieber 32 wird längs der Gleitstäbe 20 von Hand positioniert und seine Lage wird durch Reibungsk'emmen 33 beibehalten, wie es in F i g. 2 gezeigt ist Der Schieber 32 weist einen hervorstehenden kurzen Bolzen 34 auf und während der Installation wird der Schieber 32 auf den Stäben 20 so positioniert daß der kurze Bolzen 34 im wesentlichen zur Raddrehachse »s« ausgerichtet ist (F i g. 3), die der Radachse S entspricht Um die Sensorelemente so befestigen zu können, daß

Elemente auf der linken Spannvorrichtung LF. Beide Spannvorrichtungen weisen Trägerstäbe 40 auf, die an

herabhängenden Trägerkörpern 36 angebracht sind, welche durch die Bolzen 34 drehbar gehalten sind, wie

es beschrieben wurde. \

Wie -aus der Fig.3 hervorgeht, weist das Unke Rad LW zusätzlich zur herkömmlichen Felge 10 einen Radkörper 46 auf, dessen Befestigungsflansch an eine Bremstrommel 48 geschraubt ist. Diese Bremstrommel

ic 48 weist eine Nabe 50 auf, die von gebräuchlichen Lagern 52 für die Vorderradachse gebalten wird. Die Raddrehachse ist in Fig.3 mit s bezeichnet Die Raddrehachse s, muß nicht senkrecht zur Ebene stehen, in welcher der Felgenflansch 14 liegt Aber auch wenn der Felgenflansch 14 rund läuft, kann die Spannvorrichtung LF relativ zu einer Ebene geneigt sein, auf der die Raddrehachse s senkrecht steht (siehe F i g. 3). In jedem Fall kann die Achse a des kurzen Bolzens 34 zur Raddrehachse s unter einem kleinen Winkel r geneigt sein. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Neigungswinkel r, welcher den Schlagwinkel definiert so dargestellt, als hätte er seinen maximalen Wert in der vertikalen Ebene, obwohl die Lage für das Maximum des Schlagwinkels oder Schlagfehlers sich mit dem Rad dreht weil die Achse a des Bolzens 34 um die Radachse s kreist

Unter Bezugnahme auf die schematische Draufsicht nach F i g. 4, welche ein an einem Fahrzeug angebrachtes Querspur-Meßsystem der erwähnten Art zeigt geht hervor, daß das linke und rechte Rad LW, RW die gebräuchlichen Kugelgelenke oder Achsschenkelbolzen 48L, 48/? aufweisen, welche von den gebräuchlichen Aufhängungen 504 50R, beispielsweise eine ^-Rahmenkonstruktion, getragen werden. Die Räder weisen die gebräuchlichen Lenkhebel 52L, 52R auf, die mit herkömmlichen Leitstangen 54Z, 54Λ verbunden sind. Die Spurwinkel der Räder können durch Gewindemuffen 56/, 56R einzeln eingestellt werden. Die Leitstangen 54L, 54Ä werden durch einen herkömmlichen, mit 58

sie sich nicht mit dem Rad drehen, ist ein Trägerkörper 40 bezeichneten Lenkmechanismus betätigt Es ist üblich, 36 drehbar am kurzen Bolzen 34 angebracht und hängt den Lenkmechanismus so einzustellen, daß, wenn eine

Speiche eines mit drei Speichen versehenen Lenkrades 60 vertikal ist oder die Speichen eines mit zwei Speichen versehenen Rades horizontal sind, die +5 Vorderräder sich in dem vom Hersteller eingestellten Spurwinkel relativ zur längslaufenden Mittellinie CL des Fahrzeuges oder relativ zu einer querverlaufenden Bezugslinie TL sich befinden, wobei die Bezugslinie TL senkrecht zur Mittellinie verläuft und die Raddrehachsen bei 48L und 4SR miteinander verbindet

Eine Spurprojektor- und Sensoreinheit für das linke Rad L W ist in größeren Einzelheiten im Schema nach Fig.5 dargestellt Zum Messen der Spur des linken Rades LW weist die linke Spannvorrichtung LF ein lineares Feld 60 von Licht emittierenden Dioden (LED) auf. Diese Dioden werden nacheinander angeregt und es ist ein elektronisches System vorgesehen, welches bestimmt welche Diode zu einem bestimmten Zeitpunkt angeregt ist Wenn die mittlere LED des Feldes 60 erregt wird, geht nach F i g. 5 ein durch eine gebrochene Linie LB angedeuteter Lichtstrahl (nur der Hauptstrahl ist dargestellt) durch eine Zylinderlinse 62, wird durch

davon herab. Das untere Ende des Trägerkörpers 36 trägt einen längsgerichteten Querstab 40. Zum Messen der Neigung des Bolzens 34 in der vettikalen Ebene ist ein Neigungsmesser / auf dem Querstab 40 unterhalb des Bolzens 34 angebracht Einzelheiten des Neigungsmessers sind für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend und es kann ein Neigungsmesser verwendet werden, wie er aus der US-PS 38 92 042 ,hervorgeht Zum Messen der Neigung des Bolzens 34 in der horizontalen Ebene (Spur) ist das vordere Ende des Querstabes 40 in der vorliegenden Ausführungsform mit einem linken Projektor LP versehen, welcher einen linken Lichtstrahl LB (F i g. 4) zu einem rechten Sensor RS sendet der auf dem rechten Rad R W befestigt ist Auf dem vorderen Ende des Stabes 40 auf dem linken Rad ist auch ein linker Sensor LS befestigt, der einen rechten Lichtstrahl RB (Fig.4) aus einem nicht dargestellten Projektor empfängt welcher von der Art des Projektors LP ist, aber sich an der am rechten Rad R W angebrachten Spannvorrichtung RF befindet Der Sensorträgerstab 40 ist mittels Gegengewichten 42 (F i g. 1) ausbalanciert so daß er seine horizontale Lage beibehält Die Spannvorrichtung ÄFfür das rechte Rad R W ist zur Spannvorrichtung LF nach F i g. 1 mit der Ausnahme identisch, daß die Spursensoren und Projektoren der Spannvorrichtung RFm die entgegengesetzte Richtung schauen, wie die entsprechenden

einen Spiegel 64 um 90° gedreht, geht dann durch den Mittelabschnitt einer Blende 66 und wird durch eine Linse 68 auf eine Kondensorlinse 70 fokussiert, die in der Spurabfühlkonstruktion der Spannvorrichtung RF des rechten Vorderrades vorgesehen ist Eine Blende 72 ist auch vor der Kondensorlinse 70 vorgesehen. Die

' Kondensorlinse 70 überträgt den Lichtstrahl LB auf eine sphärische Linse 74, deren Rückseite zum Anbringen eines den rechten Sensor RS enthaltenden Phototransistors 76 leicht abgeflacht ist Wenn die mittlere LED des Feldes 60 im Schema nach F i g. 5 angeregt wird, wird dies durch den Phototransistor 76 am gegenüberliegenden Rad der Recheninstrumentierung gemeldet

In F i g. 5 ist auch ein in einer gestrichelten Linie dargestellter Lichtstrahl LB' angedeutet, welcher von einer anderen LED im Feld 60 ausgeht Dieser Lichtstrahl LB' divergiert vom Lichtstrahl LB weg und trifft die Kondensorlinse 70 nicht Folglich wird vom Phototransistor 76 kein Signal erzeugt Wenn folglich der Neigungswinkel des Querstabes 40 an der linken Spannvorrichtung LF in der horizontalen Ebene sich verändert (Spur), wire" die Stellung der Spannvorrichtung (und folglich der Spurwinkel des zugeordneten linken Rades) dadurch bestimmt, daß festgestellt wird, welche der Dioden im Feld 60 illuminiert werden muß, um ein Signal im Phototransistor 76 zu erzeugen. Es ist einleuchtend, daß andere Spursensormechanismen, Spiegelsysteme usw. verwendet werden können, soweit sie Signale erzeugen, welche dazu benutzt werden können, die Stellung der Achse a des kurzen Bolzens 34

kelmessungen bezüglich der richtigen vertikalen Ebene bezieht. Wenn auf der vertikalen Ebene P die Achse s nicht senkrecht steht, ist der Schiagkreis C in der vertikalen Ebene P leicht elliptisch. Dies kann in der Praxis vernachlässigt werden, weil die Unterschiede in der Form zwischen dem Schlagkreis C in der Ebene P' und dem Schiagkreis C kleiner als die normalen Ablesefehler sind, die beim Messen der Winkel in der Spur- und Sturzebene auftreten. Folglich können die Kreise C und C als auswechselbar betrachtet werden. Im Schema nach F i g. 6 ist die Neigung der Achse a des Bolzens 34 zur Raddrehachse s als Winkel r angezeigt, welcher der totale oder maximale Schlagwinkel ist und der auch als Funktion des Radius beider Schlagkreise betrachtet werden kann.

Wie es in der Fig,6 angedeutet ist, bekommt der Durchstoßpunkt der Achse a des Bolzens 34 durch die Ebene P' in der vertikalen Ebene V einen maximalen Neigungswinkel Y_mu auf der Oberseite des Schlagkreises C, wenn das Rad sich dreht und einen minimalen Neigungswinkel Y_mm auf seiner Unterseite. Die gleichen Bezugszeichen sind für den Schlagkreis Cin der Ebene P verwendet Auf ähnliche Weise erreicht der Durchstoßpunkt der Achse a des Bolzens 34 durch die Ebene P'in

in der horizontalen Ebene (oder Spurebene) oder einer 25 einer zur horizontalen Ebene //(Spurebene) parallelen

äquivalenten Messung in einer horizontalen Ebene, welche den Spurwinkel des Rades anzeigt

Obwohl der Schlagfehler wie bei der früher erwähnten US-PS 38 92 042 mit einer Sinuskurve erklärt werden kann, wird vorgezogen, den Schlagfehler und die Korrektur dafür in der Spur- und Sturzebene darzustellen, indem eine Darstellung benutzt wird, welche als »Schlagkreis« bekannt ist

In Fig.6 ist die Erzeugung eines Schlagkreises

Ebene einen Punkt x_m„ maximalen Abstandes von der willkürlichen Bezugslinie Y- Kauf der rechten Seite des Kreises C", wenn das Rad sich dreht und einen Punkt Xmn minimalen Abstandes auf der linken Seite des Kreises C Die gleichen Bezeichnungen sind wieder für den Kreis C in der Ebene P angewendet Folglich variiert die Lage des Schlagkreises C als Ganzes entsprechend der Lage der Raddrehachse s der Radachse 5 (dem Zentrum des Schlagkreises) bezüglich

dargestellt Es ist einleuchtend, daß dies ein rein 35 der willkürlichen Bezugslinien X-Xund Y-Y. Bei jedem

Punkt des Schlagkreises messen die Sensoren die Neigung der Achse a des Bolzens 34 in der vertikalen Ebene als Verschiebung von oder zu der horizontalen Bezugslinie X-X und seine Neigung in der horizontalen

imaginärer Kreis (das heißt im System der vorliegenden Erfindung nicht physikalisch definiert) ist, aber daß er zur Darstellung und Berechnung des Schlagfehlers und der Korrekturen benutzt werden kann.

Im Schema nach F i g. 6 ist eine horizontale Ebene H *o Ebene als Verschiebung von oder zu der vertikalen

dargestellt, welche die Ebene ist, in welcher die Radspur Bezugslinie Y- Y.

gemessen wird. Senkrecht auf der horizontalen Ebene// Die Fig. 7 ist ein Schema, welches zeigt wie der steht eine vertikale Ebene V, welche die horizontale Sturz- und Spurwinkel und ihre angemessenen Schlag-Ebene //längs einer horizontalen Achse Z-Zschneidet korrekturen dargestellt werden können, indem die Die vertikale Ebene V ist so dargestellt daß in ihr die ⁴⁵ vorstehend beschriebene Konvention eines imaginären Raddrehachse s der Radachse 5 liegt wenn das Rad sich Schlagkreises benutzt wird. Dieses Diagramm zeigt wie in seinem Lager 52 (F i g. 3) dreht Der Schlagwinkel im Messungen x, y (Spur bzw. Sturz), die bei einer Stellung Sturz wird als Winkel in der vertikalen Ebene V des angehaltenen Rades gemacht sind, auf die gemessen. tatsächliche Radorientierung bezogen werden. Es sei

In Fig.6 ist auch eine vertikale Ebene Pdargestellt, 5° angenommen, daß das zu prüfende Rad, beispielsweise

welche die horizontale Ebene H längs einer horizonta- das linke Vorderrad, aufgebockt worden ist so daß es

!er. Bezugsünie X-X schneidet und auf der Achse Z-Z gedreht werden kann, um Ncigungswinkelsrgebnissc

senkrecht steht Die Ebene P enthält eine willkürliche vom Neigungsmesser / und dem Spursensor RS zu

vertikale Bezugslinie Y-Y. Die Linie X-XWegi auch in erhalten. In der Praxis kann das gegenüberliegende oder

einer Ebene P¹, auf der die Raddrehachse s senkrecht 55 rechte Vorderrad zur gleichen Zeit aufgebockt worden

steht sein oder später zur Messung an diesem Rad aufgebockt

Wenn die Achse ades Bolzens34unter einem Winkel werden. Das Schema nach Fig. 7 gehört nur zu

r zur Raddrehachse s geneigt ist ist die als Schlag Messungen, die an einem Rad gemacht wurden,

bekannte Bedingung gegeben und der Winkel rwird als Bei Messungen des Sturzes können die Signale aus

totaler oder maximaler Schlagfehler bezeichnet Wenn «> dem Neigungsmesser I, weiche die Neigung der Achse a

die Achse a als über die Ebenen P und P' hinaus des Bolzens 34 in der vertikalen Ebene V darstellen, in

fortgesetzt gedacht wird, durchwandert der Durchstoß- der Fi g. 7 als vertikale Verschiebung von Punkten auf

punktder Achse a durch die Ebene Pbzw. feinen Kreis dem Schlagkreis C von oder zu der horizontalen

C bzw. C, wenn das Rad gedreht wird. Beide Kreise C Bezugslinie X-X, das heißt, als Verschiebung längs der

urfd C können als »Schlagkreis« bezeichnet werden. 65 vertikalen Bezugslinie Y- Y dargestellt werden. Wenn

Der Schiagkreis C stellt den Schlagkreis dar, welcher das Rad von einer willkürlichen Startposition aus

mit den vorstehend beschriebenen Sensoren tatsächlich gedreht wird, beschreibt die Achse a des Bolzens 34 den

gemessen wird, da der Neigungsmesser/alle Sturzwin- Schlagkreis C in der Ebene P und wenn das Rad

angehalten worden ist, durchstößt die Achse a den Punkt x, y auf dem Schlagkreis. Wenn das Rad angehalten ist, zeigt der Neigungsmesser / einen Neigungswinkel in der vertikalen Ebene an, welcher als die Position des Punktes y auf dem Schlagkreis C (F i g. 7) bei angehobenem Rad dargestellt werden kann. Der Neigungswinkel y, wie er in F i g. 7 dargestellt ist, unterscheidet sich vom Neigungswinkel y_s der Raddrehachse s durch einen Schlagfehlerwinkel Ay. Aus der F i g. 7 ist zu entnehmen, daß yidie richtige Neigung der Raddrehachse s ist. Die Neigung y₅ legt so das Zentrum des Schlagkreises in der y-Richtung fest und das Dreipunkt-Meßsystem zum Erhalt dieses Wertes wird jetzt erklärt Aus der F i g. 7 ist auch zu entnehmen, daß die Schlagfehlerkorrektur im Sturz, Ay, gleich dem gemessenen Neigungswinkel y bei angehaltenem Rad abzüglich y, ist Die Fig.7 zeigt auch in gestrichelten Linien den gleichen Schlagkreis C2, wenn das Rad auf den Boden abgesetzt worden ist Der Punkt x.y befindet sich nun bei der neuen Stelle x', y'. Der Neigungsmesser / mißt folglich bei abgesetztem Rad einen letzten Neigungswinkel y' der Achse a des Bolzens 34 in der vertikalen Ebene V, aber der Wert der Schlagkorrektur Ay bleibt unverändert, so lange das Rad beim Absetzen nicht gedreht wird. Wenn folglich das Rad abgesetzt ist, ist der richtige Sturz y,' gleich dem zuletzt gemessenen Neigungswinkel /'abzüglich Ay.

Der Vor- oder Nachspurwinkel des Rades in der horizontalen Ebene oder Spurebene wird durch eine Instrumentation gemessen, welche Neigungswinkels!- gnale erzeugen kann, die der Radspur entsprechen, wobei als Beispiel ein Querspur-Meßsystem vorstehend anhand der Fig.4 und 5 beschrieben worden ist Wie früher angedeutet sind bei dem System der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien unabhän- gig von der Instrumentierung. Der Schlagfehler Ax (F i g. 7) in der Spurebene wird, wie im Fall des Sturzes, gemesen, indem der Neigungswinkel x„ welcher die Mitte des Schlagkreises bestimmt, ermittelt wird, durch Anwendung des jetzt zu erklärenden Dreipunkt-Meß-Schemas und durch Abzug des Wertes x_s vom Neigungswinkel x, der gemessen wird, wenn das Rad angehalten ist Um den Spurwinkel x_s' zu erhalten, der schlagkorrigiert ist, wenn das Rad abgesetzt ist wird der Schlagfehler Ax vom letzten Neigungswinkel x' *5 abgezogen. Folglich ist zu entnehmen, daß die Bestimmung des Schlagfehlers und seine Korrektur eine Sache der Bestimmung des Mittelpunktes x_& y_s des Schlagkreises unter Bezugnahme dieser Information auf die Sensorsignale, die bei der letzten Drehstellung des Rades erhalten werden, ist.

Das Problem wird folglich zu einem Problem, wie die Sturzwinkel- und Spurwinkelmessungen bei verschiedenen Drehstellungen des angehobenen Rades erhalten werden können, um den Schlagkreis C (Fig.7) festzulegen. Wenn der Schlagkreis einmal festgelegt ist,

kann sein Mittelpunkt χ_Ά y_s best werden und daraus

der Schlagfehler in der letzten Radstellung. Entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird das Rad in drei verschiedenen Drehstellungen, welche die letzte Radstellung mit umfassen, gedreht und bei jeder dieser Stellungen wird eine Sensormessung durchgeführt Dann kann durch verschiedene mathematische Verfahren, die davon abhängen, wie die drei Drehstellungen gewählt sind, das Zentrum des Kreises leicht bestimmt werden und folglich der Schlagfehler bei der letzten Drehstellung des Rades.

Das zugrunde liegende Dreipunkt-Meßschema ist schematisch in der Fig.8 dargestellt die einen Schlagkreis Ci zeigt welcher dem Schlagkreis C der F i g. 7 ähnelt Beim Messen der Radausrichtung ist das Rad vom Boden abgehoben und eine Spannvorrichtung und ein Paar Sensoren sind am Rad in der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Weise angebracht Die Radausrichtung wird zuerst bei einer willkürlich gewählten Drehstellung des Rades gemessen, indem ein dafür vorgesehener Schalter betätigt wird, und die Spur- und Sturzsignale aus den Sensoren werden bei dieser Drehstellung erhalten, wobei diese Signale im Schema der F i g. 8 als x\ und y\ angedeutet sind. Die Signale x_u y\ werden dann durch geeignete Mittel, beispielsweise Binärregister gespeichert Dann wird das Rad um einen willkürlichen Winkel auf eine zweite Drehstellung gedreht wo der Meßvorgang zum Erhalt von Neigungssignalen xi und yi wiederholt wird. Diese Signale x% und yi werden ebenfalls gespeichert Das Rad wird erneut gedreht und zwar in eine letzte willkürlich gewählte Drehstellung, in welcher letzte Neigungswinkelsignale X3 und yj erhalten werden. Dann werden mit den drei verfügbaren Sturzergebnissen (y_u yi, y$ und den drei verfügbaren Spurergebnissen (x\, χι, X3) die schlagkorrigierten Sturz- und Spurergebnisse für das Rad (d. h. das Zentrum des Schlagkreises x» y,) nach den folgenden Formeln berechnet:

Qj -jj +xj -jcf) (x₃ -X₂) - (yj -yj +xj -*& (*2 -2 (ä-yd (Xi -Jc₂)-2 (x₂ -X₁) β, -λ) (D

2 (ä -Λ) (*3 -Χύ - 2 (X₂ -Xi) ÖS - (2)

Die Berechnung der schlagkorrigierten Spur- und Sturzergebnisse kann mit herkömmlichen festverdrahteten logischen Schaltungen oder durch Benutzung eines Mikroprozessors und konventionellen Programmtechniken durchgeführt werden, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig ist Wenn einmal die schlagkorrigierten Sturz- und Spurwerte y_s und x_s erhalten worden sind, können diese Werte von den letzten Neigungssignalwerten ys, X₃ abgezogen werden, um geeignete; Schlagfehlersignale bei der letzten Drehstellung des Rades zu erzeugen, weiche Fehler danach bei der Durchführung weiterer Radausrichtmessungen während des tatsächlichen Radausrichtvorgangs, der nach herkömmlichen Ausrichttechniken durchgeführt wird, automatisch in Rechnung gestellt werden. Nachdem die Schlagfehler bei js, *3 bestimmt sind, wird das Rad auf den Boden zurückgesetzt, ohne daß seine relative Drehstellung geändert wird, wobei es für den besagten herkömmlichen Ausrichtvorgang vorbereitet wird.

Die Ableitung der vorstehenden Formeln (1) und (2) kann eingesehen werden, wenn betrachtet wird, daß die

Stellung eines beliebigen Punktes x, y auf der Linie /12 (F i g. 8) durch die folgende Beziehung bestimmt werden kann: . ,

(χ₂ -*i) (y-yi) - Oi -yö (χ-χύ = ο.

Ähnlich sind die Gleichungen für beliebige Punkte x, y auf den Linien A₂₃ bzw. Z₁₃:

-χι) (y-yi) - (y> -λ) (χ-χύ = ο

ίο

(χι -Xi) (y-yi) - Οί -λ) (χ-χύ = ο:

Wie es im Schema der F i g. 8 angedeutet ist, sind die Linien A3, /12 und ki senkrechte Mittellinien durch die 'Linien A₃, In bzw. £3. Diese senkrechten Mittellinien gehen durch das Zentrum x» y_s des Schlagkreises. Da die Steigung beispielsweise der Linie J₃ die negative Inverse der Steigung der Linie hi ist, können die Gleichungen für beliebige Punkte x, y auf jeder der senkrechten Mittellinien durch die folgenden Gleichungen bestimmt werden:

,_Ο1±ΛΙ] _{+ (Χ2}__;

-X₂) [x-

Da das Zentrum x» y_s des Schlagkreises durch den Schnittpunkt zweier beliebiger senkrechter Mittellinien bestimmt ist, fordert der Schnittpunkt der Linien /12 und /23 beispielsweise, daß gelten muß:

Ott "Λ)Λ + (X₂ "Χι) x_s = 1/2 (rf ->? +X₂ ² -x?). (3) (Λ -Λ) Λ + (X₃ "X₂) X₁ - 1/2 G* -A +X₃ ² -Χ§) · (4)

Bei gleichzeitiger Lösung der Gleichungen (3) und (4) gelangt man zur Lösung für y_s und x„ wie sie in den Gleichungen (1) und (2) angegeben ist

Während die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Verfahrens den Vorteil hat, daß keine besonders vorbestimmte Raddrehstellungen erforderlich sind, weist sie den Nachteil auf, daß die Formeln (1) und (2) ziemlich komplex sind und einen erheblichen Aufwand an Schaltung oder ziemlichen Programmraum in einem Mikroprozessor benötigen. Eine elektronisch vereinfachte Ausführungsform des Verfahrens ist schematisch in der Fig.9 dargestellt, welche einen Schlagkreis Ci zeigt, der den vorstehend beschriebenen Schlagkreisen Cund Q ähnelt In dem Verfahren, das im Schema der F i g. 9 dargestellt ist, wird das Rad zunächst in eine identifizierbare Drehstellung gedreht, die als Position Nr. 1 angezeigt ist Diese Position kann beispielsweise durch eine Wasserwaagenvorrichtung, die auf dem Schieber 32 der am Rad angebrachten Spannvorrichtung LF angebracht ist, ideniifizicfi werden. Wenn das Rad sich in der Stellung Nr. 1 befindet, wird ein Schalter betätigt, um die Signale aus den Sturz- und Spursensorinstrumenten bei diesem Punkt zu speichern. Das Rad wird dann um genau 120° in die Position Nr. 2 gedreht (welche wieder von der Bedienungsperson durch eine zweite Wasserwaagenvorrichtung an der Spannvorrichtung festgestellt werden kann) und ein zweiter Satz Sturz- und Spursignale wird erhalten. Wiederum wird ein Schalter betätigt, um diese Signale zu speichern. Dann wird das Rad um 240° in eine dritte Position weitergedreht, die in Fig.9 als die Endposition des Rades angezeigt ist Wieder wird eine Ablesung der Sturz- und Spursensoren vorgenommen. Dann wird ein Schalter betätigt, um die in den ersten beiden Positionen erhaltenen Sturz- und Spursignale getrennt zu den Signalen der dritten Position zu addieren. Das jeweilige Ergebnis wird durch drei geteilt und die so erhaltenen Mittelwerte für Spur und Sturz von den entsprechenden Signalen der Endposition abgezogen. Die so erhaltenen Werte werden als Spur- und Sturzschlagfehler bei der Endposition gespeichert Im Hinblick auf das Schema nach Fig.9, welches nur die Spursensorsignale illustriert, stellt der Wert X den mittleren oder wahren Spurwert dar, während der Wert AX₃ den Schlagfehler in der Endstellung des Rades wiedergibt Dieser Wert AX₃ ist das Fehlersignal, welches gespeichert und nacheinander in allen weiteren Spurmessungen während der tatsächlichen Ausrichtung des Rades benutzt wird.

Die Richtigkeit der vorangegangenen mathematischen Berechnung zur Bestimmung des Spur- und Sturzschlagfehlers kann unter Bezugnahme auf den

so Schlagkreis Ci nach Fig.9 mathematisch gezeigt werden. X₅ ist dabei gleich der wahren Position der Achse s (F i g. 6) in der Spurebene. X_S+AX\ ist gleich der Spurabiesung bei der ersten Drehsteiiung des Rades. X_S+AX₂ ist gleich der Spurablesung bei der zweiten Drehsteiiung des Rades. X₁+ AX₃ ist gleich der Spurablesung bei der dritten Drehstellung des Rades und R ist gleich dem Fehlervektor (maximaler Schlagfehler) bei dem willkürlich gewählten Winkel θι bei der ersten Drehstellung des Rades, in der hier

eo verwendeten Näherung gleich dem Radius des Schlagkreises C₂. Folglich gilt:

₁ R sin θ AX₁ = R (sin Θ+120°)

= R (sin θ cot 120°+sin 120° cos θ)

A Xi = R {sin θ+ 240°)

= R (sin θ cos 240°+sin 240° cos Θ)

sin θ . vTcos θ

x_s+A JT₁) + (AT₁+ Λ .T₂) + (X,+A Xj) 3

Folglich ist es zur Ermittlung des Schlagfehlers in einer Ebene nur notwendig, die drei erhaltenen Sensorablesungen für diese Ebene zu addieren, die Summe durch drei zu teilen, um die richtige (korrigierte) Sensorablesung zu erhalten und dann von dem Quotienten die Sensorablesung bei der Endstellung des Rades abzuziehen. Es ist jedoch nicht absolut notwendig, immer den Umweg über die Bestimmung der richtigen Sensorablesung zu gehen, wenn der Sensorschlagfehler bei der Endstellung des Rades alles ist, was gewünscht wird. Dieser Schlagfehler ΔΧ3 kann als die Sensorablesung bei der ersten Drehstellung des Rades abzüglich der Sensorablesung bei der dritten Drehstellung des Rades zuzüglich der Sensorablesung bei der zweiten Drehstellung des Rades abzüglich der Sensorablesung der dritten Drehstellung des Rades und Division des Ergebnisses durch drei definiert werden. Ein praktisches Verfahren, auf diese Weise den Schlagfehler zu bestimmen und ihn zu korrigieren, kann folgende Schritte enthalten, welche leicht in einen herkömmlichen Mikroprozessor programmiert werden können:

1) Hebe das Rad mit dem daran angebrachten Ausrichtungssensor an;

2) speichere die Ausgabe des Sensors bei der ersten, willkürlich gewählten Drehstellung des Rades in ein Register #1;

3) drehe das Rad um 120° in eine zweite Drehstellung;

4) speichere die Ausgabe aus dem Sensor in ein Register # 2;

5) drehe das Rad um 120" weiter in eine dritte Drehstellung;

6) subtrahiere die Sensorendablesung von den Inhalten der beiden Register # 1 und # 2;

7) senke das Rad auf den Boden ab, ohne dabei die dritte Drehstellung zu verändern;

8) addiere den Inhalt des Registers # 2 zum Inhalt des Registers # 1 und lösche Register # 2;

9} dividiere den Inhalt des Registers # 1 durch drei und speichere den Quotienten im Register # 2, Der Wert im Register # 2 ist dann der Schlagfehler bei der Endposition des Rades und dieser Wert wird stets zu einer Sensorablesung hinzuaddiert, die während nachfolgender Ausrichtungsvorgänge am Rad erhalten werden.

Eine dritte Ausführungsform des Verfahrens ist in den Fig. 10A, 1OB und IOC veranschaulicht Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß die Schlagmessungen zur Bestimmung des Schlagfehlers für den Sturz sowie die Spur durch Sensormessungen in nur der Sturzebene erhalten werden, d. h, es wird zur Messung nur der Neigungsmesser /verwendet

Die Fig. 10A, 1OB und IOC veranschaulichen aufeinanderfolgend ein spezielles Vorgehen zur Drehung des Rades in drei getrennte Positionen zur

is Erzeugung von Signalen, die den Sturz und die Spur darstellen, und zur Erzeugung von Signalen, welche benutzt werden können, einen Schlagausgleich für den Sturz und die Spur zu erzeugen, wobei letztere Signale nur die Messungen aus der Sturzebene benutzen, um den Schlagausgleich für beide Ebenen zu benutzen. Nach F i g. 1OA ist die Meßvorrichtung jene, die in den F i g. 1 bis 5 dargestellt ist (mit dem Trägerkörper 36 und den von ihm getragenen, nicht dargestellten Sensoren), und ist an ein Fahrzeugrad, beispielsweise das linke Vorderrad L Wnach den F i g. 1 bis 3 angebracht, wobei die Spannvorrichtung LF in der früher beschriebenen Art und Weise daran angebracht ist Nach den F i g. 1OA bis IOC ist der Schieber 32 der Spannvorrichtung LF zusätzlich mit drei Wasserwaagenvorrichtungen 90a, 90ό und 90c versehen, welche jeweils eine der drei Drehstellungen, in die das Rad gedreht wird, anzeigen. Am rechten Rad R W würde ebenfalls eine Spannvorrichtung RF und die ihr zugeordnete Meßeinrichtung auf ähnliche Weise angebracht sein.

Im ersten Schritt bei der Durchführung der Schlagkorrekturmessung wird das Rad in die in Fig. 1OA dargestellte Stellung gedreht Dann wird die Schaltung in Schlagfehler-Empfangszustand gesetzt indem ein Schalter betätigt wird, welcher die Mikroprozessorschaltung konditioniert Mit dem so aktivierten System wird die erste Messung durchgeführt beispielsweise durch Betätigung eines Schalters, um einen Meßwert aus dem Neigungsmesser /in der Sturzebene zu erzeugen. Dieser Meßwert wird in einem Register gespeichert Nachdem die erste Messung getätigt worden ist wird das Rad um 180° im Gegenuhrzeigersinn in die in F i g. 1OB dargestellte Stellung gedreht Zu diesem Zeitpunkt wird die Einrichtung erneut aktiviert um eine zweite Ablesung aus dem Sturzsensor / zu tätigen. Dieser Meßwert wird in einem anderen Register gespeichert Zuletzt wird das Rad um 90° im Gegenuhrzeigersinn in die in Fig. IOC gezeigte Stellung gedreht und der Leseschalter wird erneut aktiviert, um eine Ablesung bei dieser dritten Stellung, d.h. der Endstellung des Rades, zu betätigen. Es ist deshalb einleuchtend, daß Ablesungen bei jeder der in den Fig. 10A, 1OB und IOC dargestellten Stellungen getätigt werden und daß alle diese Ablesungen bei Beendigung der Messungen zur Berechnung des Schlagfehlers verfügbar sind. Das vorangegangene Verfahren ist sowohl für das linke als auch für das rechte Rad bis auf den Unterschied dasselbe, daß das Vorzeichen der aus dem Meßsystem erhaltenen Signale verschieden ist Der Mikroprozessor jedoch, der zur Speicherung der Ablesung und zur Durchführung der Berechnungen benutzt wird, ist den verschiedenen Vorzeichen angepaßt
Die Fig. 11 veranschaulicht den Schlagkreis für den

Sturz und die Spur für das rechte sowie das linke Rad, wobei das Dreipunkt-MeBverfakren nach den F i g. 10A, 1OB und IOC benutzt wird, um die Einstellungen durchzufahren. Selbst wenn die Drehung des Rades für das rechte und Unke Rad in der gleichen Richtung erfolgt, hat dies die Wirkung einer wirksamen Drehung in einer Richtung für das rechte Rad und in der anderen Richtung für das linke Rad, da die Räder entgegengesetzt orientiert sind. Dies ist durch die Pfeile 82 und 84 angedeutet Der Pfeil 82 stellt normalerweise die Richtung zur Erzeugung von Signalen mit dem rechten Rad dar, während der Pfeil 84 die Richtung einer Drehung zur Erzeugung von Signalen des linken Rades darstellt Es ist natürlich einleuchtend, daß der Schlag für das linke Rad in irgendeinem gegebenen Fahrzeug völlig unabhängig von. Schlag des rechten Rades ist und daß das Schema nach F i g. 11 nicht so aufzufassen ist, als stünden sie in der gleichen oder in irgendeiner Weise in Relation zueinander.

In jedem Fall kann bei Beginn von einer willkürlichen 20 AT_L = -

Position auf dem Schlagkreis eine erste Messung A als zu der in Fig. 1OA gezeigten entsprechenden Position für das rechte sowie das Unke Rad identifiziert werden. oder Dies wäre die Position, wenn die Spannvorrichtung LF des Rades horizontal ausgerichtet ist, wie es durch die Wasserwaage 90a angezeigt wird. Bei dieser Position stellt die Ablesung A die Sturzablesung für das rechte und das linke Rad dar. Die Messung B, welche bei einer Position ausgeführt wird, die gegenüber der Position für A C_R

die Messung A um 180° verdreht ist, gibt die Ablesung so bei der zweiten Drehstellung nach F i g. 1OB für das rechte und linke Rad wieder. In dieser Position ist die oder Spannvorrichtung LF wieder horizontal ausgerichtet, wie es durch die Wasserwaage 906 angezeigt wird. Die Messungen Z und Z\ welche bei Positionen durchgeführt werden, die um 90° gegenüber den Positionen bei den Messungen A und B verdreht sind, geben die Ablesungen bei der in Fig. IOC dargestellten Position AT_R =

für das linke bzw. rechte Rad wieder. Diese Position für das linke Rad LW wird von der Wasserwaage 90c angezeigt, wenn die Spannvorrichtung LF vertikal oder ausgerichtet ist, wie es in der F i g. IOC dargestellt ist Alle Messungen am Schlagkreis nach Fig. 11 werden durch Ausgangssignale in der Sturzebene wiedergegeben und stellen umgekehrt die Meßwerte in der Sturz- sowie der Spurebene dar, wie es durch die Vertikale und Horizontale in Fig. 11 dargestellt ist Die Meßwerte längs der vertikalen Achse liegen in der Sturzebene und die Meßwerte längs der horizontalen Achse liegen in der Spurebene. Das Zentrum des Schlagkreises, das bei so 7o und Co angezeigt ist, gibt die richtigen Spur- und Sturzsignale wieder.

Um die Bestimmung des Sturzes und der Spur für das rechte und linke Rad durchführen und die Meßwerte A, B, Z und Z' nach Fig. 11 (welche Meßwerte in der Sturzebene sind) für den Schlagausgteich benutzen zu können, sollten folgende Bedingungen für die linke Seite des Fahrzeugs erfüllt sein:

Aus der Fig. 11 ist zu entnehmen, daß AT_L und ATr zweimal angegeben sind, einmal in der Spurebene und einmal in der Sturzebene. Auf diese Weise kann bei Benutzung einfacher geometrischer Beziehungen eingesehen werden, daß die in der Sturzebene gemessenen Abstände genau gleich den Abstanden sind, die in der Spurebene gemessen würden, wenn das Rad um 90° gedreht wird. Um die Spur und den Sturz für das rechte und linke Rad zu bestimmen, werden die Ablesungen für die Sturz- und die Spurebene für Cu Tu Cr und Tr benutzt Jedoch nur die Ablesungen in der Sturzebene (A, B, Z und Z') werden zur Bestimmung der Schlagausgleichssignale ACu ATl. ACr und ATrbenutzt und diese Ausgleichssignale können nach den folgenden Gleichungen erhalten werden:

-* AC_L sollte positiv sein

—* A T_L sollte negativ sein.

Für die rechte Seite des Fahrzeuges sollten folgende Bedingungen erfüllt sein:

60

T₁-AT₁

Qt - Cr- A C_R

T₀ =

AT_R

A C_R sollte negativ sein A T_R sollte positiv sein.

65 Wie vorstehend erwähnt, können die Gleichungen, die auf den gemessenen Sturzwerten A, B, Z und Z' beruhen, in einem herkömmlichen Mikroprozessor unter Benutzung herkömmlicher Programmtechniken gelöst werden. Fig. 12 gibt ein Flußdiagramm für die Programmierung eines Mikroprozessors zur Durchführung des Schlagausgleichs nach der vorliegenden Erfindung wieder. Mit einem internen Zähler 5, der auf »Null« gesetzt ist, wird in die Schlagausgleichssubroutine eingetreten, wenn der vorstehend beschriebene Schlagschalter aktiviert wird. Die laufende Ablesung (mit »Z« bezeichnet) wird gelesen und der Zähler um 1 erhöht (auf 5+1). Dann wird bei S-1 der Wert »Z« in ein Register »A« eingelesen. Dann wird die Subroutine verlassen, um die verschiedenen anderen Teile des Programms auszuführen, welche auf die vorliegende Erfindung nicht bezogen sind.

Nachdem das Rad auf die zweite Drehstellung gedreht und der »Leseschalter« betätigt worden ist, wird wieder in die Unterschleife eingetreten, der Zähler S auf neuesten Stand gebracht und die Ablesung »Z« in das Register B eingeschrieben. Nachdem das Rad in die dritte Drehstellung, d. h. in die Enddrehstellung, gedreht

und der »Leseschalter« erneut aktiviert worden ist, wird das letzte Mal in die Unterschleife eingetreten, um die Endablesung »Z« abzulesen und den Zähler auf neuesten Stand zu bringen. Bei 5—3 werden die Berechnungen für ACu ATu ACr und ATr wie angedeutet ausgeführt, wöbe, die gespeicherten Werte A und Bund der laufende Wert Z(Z'für das rechte Rad) benutzt werdea Bei Abschluß der Rechenschritte wird

der Zahler auf Null zurückgesetzt und die Unterschleife angeregt Dir Schlagschalter wird dann desaktiviert und die Rider auf den Boden zurückgesetzt, ohne daß ihre relative Drehstellung verändert wird. Die Räder sind nun so vorbereitet, daß sie gemäß dem normalen Radausrichtungsverfahren eingestellt werden können, wobei die Schlagfehler im Sturz und in der Spur für alle weiteren Messungen in Rechnung gestellt sind

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

erzeugt, die von Verfälschungen durch den Schlagwin- PatentansprQche: kel befreit sind. Bei Anwendung dieses Verfahrens muß diese Mittelwertbildung für jede vorgegebene Aus-

1. Verfahren zur Messung und Anzeige des gangs-Winkelstellung erneut durchgeführt werden. Spurwinkels und des Sturzwinkels eines Fahrzeugra- 5 Aufgabe der Erfindung ist es, mit weniger Messungen des unter Verwendung eines SpurwinkelmeBinstru- auszukommen.

ments und eines Sturzwinkelmeßinstruments, die Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des

gemeinsam an einem Träger angebracht sind, der um Anspruchs 1 angegeben.

eine nahezu parallel zur Drehachse des Fahrzeugra- Bei Anwendung des erfinduagsgemäßen Verfahrens

des verlaufende Schwenkachse schwenkbar ist und io sind zwar Messungen in drei voneinander verschiede-

sich unter der Wirkung der Schwerkraft unabhängig nen Winkelstellungen des Fahrzeugrades erforderlich;

von der Winkelstellung des Fahrzeugrades jeweils in in jeder folgenden Winkelstellung des Fahrzeugrades

eine durch die Schwerkraft bestimmte Lage einstellt, zeigen dann aber die Meßinstrumente Meßwerte an, die

bei dem von dem Spurwinkelmeßinstrument und von Verfälschungen durch einen etwaigen Schlagwinkel

dem Sturzwinkelmeßinstrument abgegebene, durch i5 befreit sind.

einen etwa vorhandenen Schlagwinkel der Schwenk- Vorteilhafte Ausfuhrungsformen des Verfahrens sind

achse des Trägers gegenüber der Drehachse des in den Unteransprüchen angegeben.

Fahrzeugrades verfälschte Meßwertsignale in unter- Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren

schiedlichen Winkelstellungen des Fahrzeugrades näher beschrieben. Es zeigt

einem Rechner zugeführt werden, der von den 20 Fig. 1 eine Seitenansicht eines linken Vorderrades

Verfälschungen befreite Meßwertsignale an ein eines Fahrzeuges, an dessen Feige eine Spannvorrich-

Spurwinkelanzeigeinstrument und ein Sturzwinkel- tung festgeklemmt ist, an welcher wiederum Spur- und

anzeigeinstrument liefert, dadurch gekenn- Sturzsensoren angebracht sind,

zeichnet, daß das Fahrzeugrad in drei voneinan- Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt

der verschiedene Winkelstellungen gedreht wird, 25 durch cien Schieber der Spannvorrichtung längs der

daß aus den in diesen Winkelstellungen vom Linie2-2inFig. 1,

Spurwinkelmeßinstrument und/oder vom Sturzwin- F i g. 3 einen vertikalen Schnitt durch da? Vorderrad,

kelmeßinstrument abgegebenen Meßwertsignalen wobei die daran festgeklemmte Spannvorrichtung mit

der Schlagwinkel ermittelt und gespeichert wird und dem pendelnd aufgehängten Haltestab für den Sensor

daß bei einer dann folgenden Messung des 30 im Schnitt gezeigt ist,

Spurwinkels und/oder des Sturzwinkels der dem F i g. 4 eine Draufsicht auf ein im Schema dargestell-

Schlagwinkel entsprechende Anteil von den vom tes Vorderteil eines Kraftfahrzeuges, welches ein

Spurwinkelmeßinstrument und/oder vom Sturzwin- Beispiel für ein Spurwinkel-Meßsystem, nämlich ein

kelmeßinstrument abgegebenen Meßwertsignalen Querspursystem, zeigt,

selbsttätig abgezogen wird. 35 F ig. 5 ein Schema eines Spurmeßsystems für das

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- linke Vorderrad in Draufsicht,

zeichnet, daß das Fahrzeugrad erst in eine Fig.6 ein Schema in perspektivischer Darstellung,

vorgegebene Winkelstellung und dann in zwei von welches die Erzeugung eines Schlagkreises veranschauder vorgegebenen Winkelstellung um jeweils 120° licht,

verschiedenen Winkelstellungen gedreht wird und 40 F i g. 7 ein Schema, welches das allgemeine Prinzip daß aus den vom Spurwinkelmeßinstrument und zur Erzeugung der Schlagkorrekturen und der korrivom Sturzwinkelmeßinstrument abgegebenen Meß- gierten Sturz- und Spurwinkel veranschaulicht, wobei wertsignalen der Schlagwinkel ermittelt wird der Schlagkreis für die Erklärung zugrunde gelegt ist, (F i g. 9). F i g. 8 ein Schema, welches den Schlagkreis für die

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 45 Erklärung zugrunde legt und welches eine erste zeichnet, daß das Fahrzeugrad erst in eine Ausführungsform der Erfindung wiedergibt, in welcher vorgegebene Winkelstellung und dann in die um drei willkürlich gewählte Drehstellungen des Rades zur 180° von der vorgegebenen Winkelstellung ver- Bestimmung des Schlagfehlers benutzt werden können, schiedene Winkelstellung und in eine von der F i g. 9 ein Schema, welches ebenfalls den Schlagkreis vorgegebenen Winkelstellung um 90° verschiedene so als Erklärungsgrundlage benutzt und welches eine Winkelstellung gedreht wird und daß aus den von zweite Ausführungsform der Erfindung wiedergibt, in dem Sturzwinkelmeßinstrument abgegebenen Meß- welcher drei Drehstellungen des Rades benutzt werden, wertsignalen der Schlagwinkel ermittelt wird die sich um 120° voneinander unterscheiden, die

(Fig. 11). Fig. 1OA, 1OB und IOC schematische Darstellungen

55 der drei Drehstellungen des Rades, in welchen die

Sensormessungen durchgeführt werden, um den Schlagfehler in einer dritten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu bestimmen und zu eliminieren,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem F i g. 11 ein Diagramm, welches den Schlagkreis als

Oberbegriff des Anspruchs 1. 60 Erklärungsbasis zugrunde legt und welches die Art und

Bei einem nach der DE-OS 23 13 087 bekannten Weise wiedergibt, in welcher der Schlag bestimmt wird, Verfahren dieser Art wird das Fahrzeugrad aus einer wenn die drei Drehstellungen des Rades, wie sie in den vorgegebenen Winkelstellung in die von dieser vorge- Fig. 1OA, 1OB und IOC benutzt werden, um die gebenen Winkelstellung um 180° verschiedene Winkel- Sensormessungen durchzuführen, und stellung gedreht und es werden aus den in diesen beiden 65 F i g. 12 ein Flußdiagramm für ein Rechnerprogramm, Winkelstellungen vom Spurwinkelmeßinstrument und welches für das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach vom Sturzwinkelmeßinstrument abgegebenen Meß- den Fig. 1OA bis IOC und der Fig. 11 benutzt werden wertsignalen durch Mittelwertbildung Meßwertsignale kann.