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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Radstellungs-Meßvorrichtung.
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In "Krafthand, Heft 18, 1978, Achsvermessung - grundlegende Neuerung"
wird ein neuer Weg für die Radstellungs-Vermessung gefordert, durch den die in diesem
Aufsatz genannten Nachteile der bisher bekannten optischen Vorrichtungen, insbesondere
die Ausrichtung des Fahrzeuges im optischen Viereck, vermieden werden.
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Als Folge davon wird nunmehr gefordert, daß Radstellungs-Meßvorrichtungen
die folgenden Größen bestimmen können: Sturz aller Räder, Nachlauf, Spurdifferenzwinkel,
Einzelspur der Vorderräder in bezug auf die geometrische Fahrachse des Fahrzeugs,
Einzelspur der Hinterräder in bezug auf die Symmetrieachse des Fahrzeugs, Gesamtspur
der Vorderräder und Gesamtspur der Hinterräder.
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Die Symmetrieachse ist definiert als die gedachte Linie von Vorderachsmitte
zur Hinterachsmitte. Die Hinterrad-Einzelspur "0" ist die Stellung, bei der die
Radachse senkrecht zur Symmetrieachse steht. Die geometrische Fahrachse ist definiert
als Winkelhalbierende aus der Hinterradgesamtspur und ist gleich der gedachten Linie
in Fahrzeuglängsrichtung, gebildet aus der Winkelstellung beider Hinterräder. Die
Vorderradeinzelspur t0" ist die Stellung, bei der die Radachse senkrecht zur geometrischen
Fahrachse steht. Andererseits soll die Spurweitendifferenz, d.
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h. der Unterschied zwischen der Spurweite der Vorderräder und der
Spurweite der lIinterrider, und Aieichungen im Iladstnnd, ci. h.
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von der Vorderachse zur Ilinterachse, nicht in die Messung eingehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Radstellungs-Meßvorrichtung
zu schaffen, welche die neu geforderten Spurmessungen durchführen kann, die Einflüsse
der Spurweitendifferenz und unterschiedlicher Radstände unberücksichtigt läßt und
ohne äußeres Bezugssystem auskommt, d. h. ortsunabhängig ist.
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Diese Aufgabe wird durch die in dem Hauptanspruch gekennzeichnete
Vorrichtung gelöst. Die Winkelmeßqueräte der Vorrichtung können z. B. optische oder
elektrische Winkelmeßgeräte sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtuny
werden elektrische Winkelmeßgeräte, sogenannte Winkelgeber, verwendet, da diese
Winkelgeber robust und einfach aufgebaut sind und die für die elektrische Schaltung
erforderlichen Ausgangssiqnale direkt liefern. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert darauf, daß die Kenntn is
der relativen Winkellage der einzelnen Räder zueinander ausreicht, um daraus die
Spurwerte zu bestimmen. Die erfindunqsgemäße Vorrichtung ist daher ortsungebunden,
d. h. es sind keine äußeren, feststehenden Bezugspunkte erforderlich. Sturz, Nachlauf
und Spurd i f ferenzwinkel sind ohnehin unabhängig von einem äußeren Bezugspunkt,
so daß diese Messungen in an sich bekunnter Weise durchgeführt werden, weshalb diese
Messungen bei der Beschreibung der erfingungsgemäßen Vorrichtung nicht beschrieben
werden Die Spurweitendifferenz und Unterschiede im Radstand gehen nicht in die Messung
ein, da diese Einflüsse durch Anordnung und Polung der Winkelgeber eliminiert werden,
wie noch beschrieben wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die
Räder der Vorderacnse und der ilinterachse eines Kraftfahrzenges mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung; Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Schaltung zur Bestimmung
der Spurwerte.
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In Fig. 1 sind als Winkelmeßgeräte sechs Winkelgeber 1 - 6 gezeigt,
die an den Vorderrädern 7, 8 und den Hinterrädern 9, 10 des Kraftfahrzeugs montiert
sind. Des weiteren ist die Vorderachse 11 und die llirlterachse 12 gezeigt, obwohl
die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei Fahrzeugen ohne starre Achsen anwendbar
ist.
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Die Winkelgeber 3, 4, 5 und 6 sind jeweils durch Aufspannvorrichtungen
13, 14, 15 bzw. 16 an den zugehörigen Rädern montiert. Die Aufspannvorrichtungen
13 - 16 halten die Winkelgeber 3 - 6 auf den Rotationsachsen der zugehörigen Räder.
Die Winkelgeber 1 und 2 sind an Tragarmen 17 bzw. 18 montiert, die auf den Aufspannvorrichtungen
13 bzw. 14 parallel zu der Fahrtrichtung des zugehörigen Vor<ierrades montiert
sind und über die Vorderräder in Faiirtriciitung hinausste1ien.
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Die Winkelgeber 1 und 2 sind durch ein elastisches Zugelement 19 miteinander
verbunden, so daß sie sich gegenseitig und gegensinnig beeinflussen. Mit anderen
Worten wird bei einem kleinen Einschlag der Vorderräder aus der Mittelstellung nach
links der Winkelgeber 1 eine Winkeländerung mit negativem Vorzeichen anzeigen, die
in gleicher Größe von dem Winkelgeber 2 mit positivem Vorzeichen angegeben wird.
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Die Winkelgeber 3 und 5 sind durch ein Zugelement 20 miteinander verbunden.
Die Winkelgeber 3 und 5 sind einander zugekehrt und beeinflussen sich direkt in
entgegengesetztem Sinn. Mit anderen Worten zeigt der Winkelgeber 5 bei einer Versetzung
nach außen eine Winkeliinderung mit negativem Vorzeichen an, die der Winkelgeber
3 in derselben Größe mit positivem Vorzeichen anzeigt. Entsprechendes gilt für die
Winkelgeber 4 und 6, die durch ein Zugelement 21 miteinander verbunden sind.
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Die Winkelgeber 1 - 6 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel elektromagnetische
Winkelgeber bekannter Bauart. Sie sind mit ihrer Grundplatte jeweils an dem Tragarm
oder der Aufspannvorrichtung
befestigt, während ihr Zugarm, dessen
Winkelstellung gegenüber der Grundplatte gemessen wird, in der oben beschriebenen
Weise mit dem Zugarm des gegenüberliegenden Winkelgebers verbunden ist. Diese Winkelgeber
geben als Ausgangssignal "Null" ab, wenn der Zugarm in der Mittelstellung ist, und
sie geben ein positives bzw. ein negatives Signal ab, wenn der Zugarm in der einen
oder anderen Richtung aus der Mittellage heraus bewegt wird.
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Die Polung der Winkelgeber 1 - 6 ist so gewählt, daß bei einer Auslenkung
des Zugarmes eines Winkelgebers von dem Fahrzeug gesehen nach außen ein Differenzwinkel
mit positivem Vorzeichen und bei entgegengesetzter Aus lenkung des Zugarmes ein
Differenzwinkel mit negativem Vorzeichen angezeigt wird. Selbstverständlich können
auch alle Winkelgeber umgepolt werden.
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In dem Ausführungsbeispiel sind elektromagnetische Winkelgeber gezeigt,
deren Messung auf dem Eintauchen eines Magnetkerns in das Feld von Spulen beruht.
Es können jedoch auch andere Winkelgeber verwendet werden, beispielsweise Winkelgeber
mit einem Drehpotentiometer, solange die Meßwerte der Winkelgeber als elektrisches
Signal verarbeitet werden können.
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Zur Durchffihrung der Spurmessungen werden die oben beschriebenen
Winkelgeber an den Rädern des Kraftfahrzeugs angebracht, und die Lenkung des Kraftfahrzeuges
wird auf Nullstellung (auch Mittelstellung genannt) gebracht. Sodann werden die
Meßwerte der einzelnen Winkelgeber zur Bestimmung der Spurwerte miteinander in Beziehunq
gesetzt, wie im folgenden beschrieben wird.
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In Fig. 2 sind schematisch die Winkelgeber 1 - 6 sowie die zugehörigen
Verstärker für die Meßsignale schematisch als Block 30 gezeigt, wobei die Ausgänge
I - VI die verstärkten Ausgangssignale der Winkelgeber 1 - 6 darstellen. Die Ausgangssignale
I und II der Winkelgeber 1 und 2 werden an eine Addierschaltung 32 @ itergegebent
die diese Werte addiert und als Ausgang ein Signal entsprechend der Cesamtspur der
Vorderräder abgibt. Bei
der gewählten Anordnung der Winkelgeber
1 und 2 wird ein Versatz der Vorderräder in Fahrtrichtung innerhalb der von den
Kraftfahrzeugherstellern angegebenen Grenzen (maximal 50 mm) bei der Ermittlung
der Gesamtspur der Vorderräder eliminiert, da der Vorderradversatz zu einer gleich
großen Winkeländerung in den Winkelgebern 1 und 2 jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen
führt so daß diese Werte bei der Addition der Ausgangssignale der Winkelgeber 1
und 2 sich gegenseitig aufheben.
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Zur Bestimmung der Gesamtspur der Hinterräder ist eine weitere Additionsschaltung
34 vorgesehen, in der die Ausgangssignale sämtlicher Winkelgeber 1 - 6 aufsummiert
werden. Das Ausgangssignal der Additionsschaltung 34 ist ein Maß für die Gesamtspur
der Hinterräder. Dieses Ergebnis kommt durch die Anordnung der Winkelgeber und deren
Polung zustande, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
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Beispielsweise bei einer positiven Vorspur geben die Winkelgeber 1
und 2 positive Ausgangssignale ab. In den Ausgangssignalen der Winkelgeber 3 und
4 werden durch dieselbe positive Vorspur jedoch entsprechende Winkeländerungen mit
negativem Vorzeichen angezeigt, so daß durch Aufsummieren der Ausgangssignale der
Winkelgeber 1 - 4 der Einfluß der Vorspur eliminiert wird. Die Ausgangssignale der
Winkelgeber 3 und 4 werden weiter beeinflußt von der Spurweitendifferenz. Die Spurweitendifferenz
geht aber mit derselben Größe und umgekehrtem Vorzeichen bei den Winkelqebern 5
und 6 ein, so daß der Einfluß der Spurweitendifferenz eliminiert wird. Das Aufsummieren
der Ausgangssignale der Winkelgeber 1 - 6 führt daher zu dem Wert der Gesamtspur
der Hinterräder. Entsprechend wird der Einfluß von unterschiedlichem Radstand, d.
h. unterschiedlichem Abstand von Vorderachse zu Hinterachse, eliminiert. Bei einem
unterschiedlichen Radstand ändern sich nur die Absolutwerte der dadurch verursachten
Winkeländerungen, die Winkeländerungen heben sich aber gegenseitig ebenso weg wie
bei der Spurweitendifferenz.
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Zur Bestimmung der Einzelspur des Rades vorne links in bezug auf die
geometrische Fahrachse ist die Schaltung von Fig. 2 wie folgt aufgebaut. Nach der
Additionsschaltung 34 ist eine Divisionsschaltung 36 geschaltet, die das Signal
entsprechend der Gesamtspur der Hinterräder halbiert und das Ausgangssignal an eine
weitere Additionsschaltung 38 abgibt. Die Additionsschaltung 38 hat zwei weitere
Eingänge, wobei dem einen Eingang der durch einen Inverter 40 invertierte Ausgangswert
des dritten Winkelgebers und dem anderen Eingang der durch einen Inverter 42 invertierte
Ausgangswert des Winkelgebers 5 zugeführt wird. Das Ergebnis der Addition in der
Additionsschaltung 38 ist ein Signal entsprechend der Einzelspur des Rades, welches
sich vorne links am Fahrzeug befindet. Entsprechend erfolgt die Bestimmung der Einzelspur
des Rades vorne rechts. Dazu ist eine weitere Additionsschaltung 44 vorgesehen,
deren Eingänge wie folgt geschaltet sind. Der erste Eingang ist mit dem Ausgang
der Divisonsschaltung 36 verbunden. Der zweite Eingang der Additionsschaltung 44
ist mit einem Inverter 46 verbunden, an dessen Eingang das Ausgangssignal des Winkelgebers
4 ansteht, während der letzte Eingang mit einem Inverter 48 verbunden ist, an dessen
Eingang das Ausgangssignal des Winkelgebers 6 ansteht. An den Eingängen der Additionsschaltung
44 stehen daher die Werte für die Hälfte der Gesamtspur der Hinterräder und die
invertierten Werte der Winkelgeber 4 und 6 an. Das Ausgangssignal der Additionsschaltung
44 entspricht der Einzelspur des Rades vorne rechts.
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In die Bestimmung der Einzelspurwinkel des linken bzw. des rechten
Vorderrades in bezug auf die geometrische Fahrachse gehen der Stand der Räder einer
Seite des Fahrzeuges zueinander und die Gesamtspur der Hinterräder ein. Der Stand
der Räder einer Fahrzeugseite zueinander ergibt sich für die linke Seite aus den
Ausgangssignalen der Winkelgeber 3 und 5 und für
die rechte Seite
aus den Ausgangswerten der Winkelgeber 4 und 6.
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Die Spurweitendifferenz wird, wie oben dargestellt wurde, durch die
Anordnung der Winkelgeber eliminiert. Wenn beispielsweise das linke Vorderrad eine
positive Spur hat, zeigt der Winkelgeber 3 ein negatives Ausgangssignal, während
der Winkelgeber 5 ein positives Ausgangssignal abgibt, wenn das linke Hinterrad
9 eine positive Spur hat. Summiert man die beiden Ausgangssignale der Winkelgeber
3 und 5 und invertiert das Ergebnis (Multiplikation mit -1), so ergibt sich die
Spurdifferenz zwischen Vorder-und Hinterrad, wobei ein positiver Wert anzeigt, daß
das Vorderrad eine größere positive Spur aufweist als das Hinterrad. Wenn zu dieser
Spurdifferenz die Hälfte der Gesamtspur der Hinterräder addiert wird, ergibt sich
die Einzelspur des betreffenden Vorderrades zur geometrischen Fahrachse, da die
geometrische Fahrachse als Winkelhalbierende der Gesamtspur der Hinterräder definiert
ist.
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Die Schaltung zur Bestimmung der Einzelspur des linken Hinterrades
in bezug auf die Symmetrieachse des Fahrzeuges weist eine Additionsschaltung 50
auf, die die Ausgangswerte der Winkelgeber 1 - 4 aufsummiert, und an deren Ausgang
eine Divisionsschaltung 52 angeschlossen ist, die das Ergebnis der Addition in der
Additionsschaltung 50 halbiert. Der Ausgang der Divisionsschaltung 52 ist mit einer
weiteren Additionsschaltung 54 verbunden, deren zweiter Eingang mit dem Winkelgeber
5 verbunden ist Der nusclnng der Addltionsschaltung 54 entspricht der Einzelspur
des Rades 9 hinten links. Die Schaltung zur Bestimmung der Einzelspur des rechten
Hinterrades in bezug auf die Symmetrieachse des Fahrzeuges weist eine weitere Additionsschaltung
56 auf, deren einer Eingang mit dem Ausgang der Divisionsschaltung 52, und deren
anderer Eingang mit dem Winkelgeber 6 verbunden ist, und deren Ausgang einen Wert
entsprechend der Einzelspur des Rades 10 hinten rechts aufweist.
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Wie oben erwähnt, ist die Summe der Ausgänge der Winkelgeber 1 und
2 die Gesamtspur der Vorderräder. Bei den Winkelgebern 3 und 4 gehen die Spurwinkel
der Vorderräder mit gleicher Größe
jedoch umgekehrtem Vorzeichen
wie bei den Winkelgebern 1, 2 ein.
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In die Ausgänge der Winkelgeber 3 und 4 gehen noch die Werte aus dem
Versatz der Räder durch die Spurweitendifferenz ein. Da sich bei der Addition der
Ausgangswerte der Winkelgeber 1 - 4 die von den Spurwinkeln der Vorderräder verursachten
Teilgrößen gegenseitig eliminieren, bleibt bei der Addition nur die Größe des Versatzwinkels
aufgrund der Spurweitendifferenz übrig. Die Größe des Versatzwinkels wird durch
die Division durch zwei jeder Seite zur hälfte zugerechnct, so daß der Bezug zur
Symmetrieachse liergestellt wird. Da der Versatzwinkelwert aufgrund der Spurweitendifferenz
in der gleichen Größe wie in den Winkelgebern 3 und 4, jedoch mit umgekehrte Vorzeichen
in den Ausgangswerten der Winkelgeber 5 und 6 enthalten ist, ergibt sich bei Addition
des Ausgangswertes des Winkelgebers 5 zu dem Ausgang der Divisionsschaltung 52 die
Einzelspur für das linke Hinterrad 9 und durch Addition des Ausgangswerts des Winkelgebers
6 zu dem Ausgang der Divisionsschaltung 52 die Einzelspur des rechten Hinterrades
10.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht die Bestimmung folgender Spurwerte
hervor: Gesamtspur der Vorderräder, Gesamtspur der Hinterräder, Einzelspur der Vorderräder
bezogen auf die geometrische Fahrachse und Einzelspur der Hinterräder bezogen auf
die Symmetrieachse. Die restlichen Größen bei der Radstellungsmessung, nämlich Sturz,
Nachlauf, Spurdifferenzwinkel und Felgenschlag können in an sich bekannter Weise
bestimmt werden, so daß sich eine Beschreibung erübrigt.
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Die in der Schaltung der beschriebenen Vorrichtung ermittelten Spurwerte
können nacheinander oder alle gleichzeitig an einer Anzeigeeinrichtung in analoger
oder digitaler Form angezeigt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von elektrischen Winkelgebern
der oben beschriebenen Art beschränkt. Bei einer
Ausführung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit optischen Winkelmeßgeräten können beispielsweise
die herkömmlichen Projektoren verwendet werden. Die Projektoren können dazu auf
Grundplatten drehbar montiert sein, wobei die für die Auswertung erforderlichen,
elektrischen Signale wie folgt erhalten werden können. Die Projektoren werden auf
Grundplatten montiert, und die Auslenkung der Projektoren auf den Grundplatten bei
Ausrichtung des Projektionsstrahls auf den Nullpunkt des gegenüberliegenden Projektors
wird in ein elektrisches Signal umgewandelt.
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L e e r s e i t e