DE60012781T2

DE60012781T2 - Verfahren zur erfassung des dynamischen verhaltens eines fahrzeugs auf einem prüfstand

Info

Publication number: DE60012781T2
Application number: DE60012781T
Authority: DE
Inventors: Alex Van Den Bossche
Original assignee: Nv Krypton Electronic Engineering Leuven; Nv Krypton Electronic Engineering; Krypton Electronic Engineering NV
Current assignee: 3D Scanners Ltd
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: WO2001038843A1; EP1236029B1; JP4567268B2; US6748796B1; ES2230166T3; ATE272832T1; EP1236029A1; BE1013152A3; AU1506601A; JP2003515157A; DE60012781D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Versetzung eines Rades eines Fahrzeuges relativ zum Rahmen desselben oder relativ zu einem festen Bezugspunkt bei Anordnung des Fahrzeuges auf einem Prüfstand, auf dem das Fahrzeug vorzugsweise über das Rad statisch oder dynamisch beansprucht wird.
Entsprechend dem derzeitigen Stand der Technik werden derartige Messungen unter Verwendung linearer induktiver Radbewegungsmessgeräte, Laserprojektionssensoren oder Milometer auf Basis sich abwickelnder Seilrollen in Verbindung mit einem Rotationskodierer vorgenommen.
All diese gemeinhin verwendeten Messsysteme und Prüfverfahren weisen den Nachteil auf, dass die Beanspruchung des Rades nur in beschränktem Umfang gemessen werden kann. Daher kann aufgrund der technischen Merkmale der bestehenden Messsysteme lediglich eine maximale Drehung oder Neigung des Rades in einem Bereich von 20° gemessen werden. Darüber hinaus sind die bestehenden Systeme bei der Vornahme von Messungen nutzlos, bei denen das Rad mit einer Frequenz beansprucht wird, die größer als 10 Hz ist, oder bei denen das Rad großen Beanspruchungen ausgesetzt ist.
Die bestehenden Prüfaufbauten sind von der Konstruktion her äußerst kompliziert, schwer zu kalibrieren, und es ist darüber hinaus sehr aufwändig, zusätzliche Bezugspunkte in den Rahmen einzubauen.
Erfindungsgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, diese Nachteile zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, das die Vornahme von Messungen bei sehr großen Frequenzen und Versetzungen des Rades relativ zu dem Rahmen ermöglicht. Durch dieses Verfahren wird es darüber hinaus möglich, sehr große Drehungen oder Neigungen des Rades zu messen.
Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Vorteil, dass auf sehr einfache Weise eine große Anzahl zusätzlicher Bezugspunkte in den Rahmen eingebaut werden kann. Diese Bezugspunkte können in einem gemeinsamen Koordinatensystem relativ zu ein und demselben Koordinatensystem dargestellt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Schritt die Position von wenigstens drei nicht auf einer geraden Linie liegenden Bezugspunkten an dem Rad mittels eines Messsystems gemessen, das vorzugsweise Linearkameras oder Matrixkameras umfasst, woraufhin anschließend in einem zweiten Schritt die relative Versetzung berechnet wird.
Zu diesem Zweck wird das Rad vor dem ersten Schritt einer Drehung um seine Drehachse unterzogen, während aufeinanderfolgende Positionen von wenigstens einem der Bezugspunkte auf dem auf diese Weise von dem betrachteten Bezugspunkt durchlaufenen Bogen gemessen werden, wobei einerseits eine Ebene festgelegt wird, die parallel zu dem Bogen ist, und wobei andererseits der Mittelpunkt des Kreises, auf dem der Bogen liegt, und der auf der Drehachse liegt, berechnet wird, um so ein Koordinatensystem festzulegen, dessen erste Achse mit der Drehachse zusammenfällt, und dessen zweite und dritte Achse in der Ebene liegen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Koordinatensystem entlang der Richtung der Drehachse um einen bekannten Abstand derart versetzt, dass die Ebene mit der mittleren querläufigen vertikalen Ebene des Rades zusammenfällt.
Entsprechend einem besonderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position der Bezugspunkte mehrerer Räder des Fahrzeuges relativ zueinander in einem Ruhezustand bestimmt, sodass die Positionen dieser Bezugspunkte in Abhängigkeit von ein und demselben Koordinatensystem ausgedrückt werden können.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bestimmten Ausführungsbeispieles des Verfahrens und dem erfindungsgemäßen Aufbau deutlich. Die Beschreibung dient lediglich als Beispiel und bein haltet keinerlei Beschränkung des beanspruchten Schutzumfanges. Die nachstehend verwendeten Bezugszeichen beziehen sich auf die beigefügten Figuren.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles eines Prüfstandes mit einem Teil eines Fahrzeuges.
2 ist eine schematische Darstellung eines Rades mit drei Bezugspunkten in einer Seitenansicht.
3 ist eine schematische Darstellung des Rades von 2 in einer Endansicht.
4 ist eine schematische Draufsicht auf einen Prüfstand mit dem darauf angeordneten Fahrzeug.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder analoge Elemente.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Fahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, bei dem beispielsweise die Radaufhängung geprüft werden soll, auf einen Prüfstand gestellt. Dieser Prüfstand ist mit Aktuatoren versehen, durch die wenigstens ein Rad des Fahrzeuges derart beansprucht werden kann, dass das Rad einer Translationsbewegung und/oder einer Drehung unterworfen werden kann.
In 1 ist schematisch ein derartiger Aktuator 1 dargestellt, auf dem ein Rad 2 eines Fahrzeuges 3 aufsitzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden drei Bezugspunkte 4 an der Seitenfläche des Rades 2 angebracht. Diese Bezugspunkte 4 sind Licht aussendende Dioden (light-emitting diodes LEDs). Darüber hinaus sind an dem Rahmen 5 des Fahrzeuges 3 drei Bezugspunkte 6 angebracht, von denen jeder entsprechend dem Vorstehenden ebenfalls eine Licht aussendende Diode (LED) darstellt.
Anschließend wird der Aktuator 1 aktiviert, woraufhin eine bestimmte Beanspruchung auf das Rad 2 einwirkt.
Zur Erfassung der Versetzung des Rades 2 relativ zu dem Rahmen 5 des Fahrzeuges 3 wird in einem ersten Schritt unter Verwendung eines Messsystems 7, das drei Linearkameras 8 umfasst, die Position der Bezugspunkte 4 des Rades 2 und der Bezugspunkte 6 des Rahmens 5 gemessen.
Die Verwendung des Messsystems 7 mit Linearkameras 8 ermöglicht, dass die Position der Bezugspunkte 4 und 6 mit sehr großer Geschwindigkeit und Genauigkeit gemessen werden kann, wobei die Messungen bei Beanspruchungen des Rades 2 mit Frequenzen von bis zu 500 Hz vorgenommen werden. Die Linearkameras 8 ermöglichen beispielsweise einen Betrieb mit 3000 Messungen pro Sekunde.
Ein derartiges Hochfrequenzmesssystem ist als solches bekannt, wobei ein entsprechendes analoges Messsystem in der Druckschrift WO-A-9836381 beschrieben ist.
Ausgehend von jeder auf diese Weise für die drei Bezugspunkte 4 des Rades 2 und die drei Bezugspunkte 6 des Rahmens 5 gemessene Position wird anschließend in einem zweiten Schritt die Versetzung des Rades 2 relativ zu dem Rahmen 5 mittels bekannter trigonometrischer Vorgehensweisen berechnet.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Versetzung der Räder 2 und des Rahmens 5 relativ zu einem festen Bezugspunkt, beispielsweise dem Prüfstand selbst, bestimmt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem vorstehend erläuterten ersten Schritt ein Koordinatensystem festgelegt, das bezüglich des Rades 2 fest ist, dessen Versetzung relativ zu dem Rahmen 5 erfasst werden soll.
Zunächst wird zu diesem Zweck eine Ebene festgelegt, die sich senkrecht zur Drehachse des in Rede stehenden Rades 2 erstreckt, woraufhin ein Drehmittelpunkt der Drehachse berechnet wird. Auf diese Weise kann die Drehachse des Rades 2 selbst genau berechnet werden, da die Achse rechtwinklig zu der Ebene und durch den Drehmittelpunkt verläuft.
Bei einer ersten Abwandlung des Verfahrens wird zum Zwecke der Bestimmung dieser Ebene mittels des Messsystems die Position von jedem der drei Bezugspunkte 4 des Rades 2 gemessen. Anschließend wird die Ebene bestimmt, die diese drei Bezugspunkte 4 enthält.
Die Bezugspunkte 4 werden vorzugsweise mittels eines Aufbaus und Verfahrens gemäß der Druckschrift WO-A-9848241 gemessen.
Bei einer zweiten Abwandlung des Verfahrens wird die Position der Ebene dadurch bestimmt, dass das Rad 2 einer Drehung um 180° um seine Drehachse, wie schematisch in 2 gezeigt, unterworfen wird. Während dieser Drehbewegung werden aufeinanderfolgende Positionen von wenigstens einem Bezugspunkt 4 gemessen. Diese gemessenen Positionen liegen alle entlang eines Bogens 9. Schließlich wird die Ebene bestimmt, die diesen Bogen 9 enthält.
Um zudem die korrekte Position des Drehmittelpunktes zu bestimmen, wird der Mittelpunkt 10 des Kreises, auf dem der Bogen 9 liegt, berechnet. Als Folge fällt der Drehmittelpunkt mit dieser Mittelpunkt 10 zusammen.
Sodann wird ein Koordinatensystem 11 festgelegt, dessen erste Achse 12 senkrecht zu der Ebene verläuft und den Drehmittelpunkt enthält, sodass die Achse 12 mit der Drehachse des Rades 2 zusammenfällt. Eine zweite Achse 13 und eine dritte Achse 14 dieses Koordinatensystems 11 verlaufen senkrecht zueinander und bilden zusammen die Ebene, die entsprechend einer der vorstehend beschriebenen Abwandlungen bestimmt wurde.
Entsprechend einem besonderen bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Koordinatensystem 11 anschließend um einen bekannten Abstand entsprechend der Drehachse des Rades 2 derart bewegt, dass die zweite Achse 13 und die dritte Achse 14 die mittlere querläufige vertikale Ebene 15 des Rades 2, wie in 3 gezeigt, darstellen.
Für den Fall, dass der Bezugspunkt 4 des Rades 2 an dessen Seitenfläche angebracht ist, sollte das Koordinatensystem 11 folglich um einen Abstand bewegt werden, der gleich der halben Dicke des Rades 2 ist.
Sobald der Aktuator 1 das Rad 2 beansprucht, werden nahezu fortwährend die Position der Bezugspunkte 4 des Rades 2 und der Bezugspunkte 6 des Rahmens 5 mittels des Messsystems 7 gemessen. Aufgrund der ungleichmäßigen Anordnung der Positionen der Bezugspunkte 4 des Rades 2 und derjenigen des Koordinatensystems 11 wird die entsprechende Position von letzterem berechnet. Auf diese Weise wird die korrekte Position des Rades 2 relativ zu dem Rahmen 5 ermittelt.
Neben der Berechnung translatorischer Versetzungen des Rades 2 relativ zu dem Rahmen kann dieses Verfahren auch dazu verwendet werden, die Ausrichtung und Drehung des Rades 2 relativ zu einer stationären Position oder relativ zu dem Rahmen 5 zu bestimmen. Indem als Bezugspunkte 4 Licht aussendende Dioden verwendet werden, die einen Weitwinkellichtstrahl erzeugen, oder indem mehr als drei Bezugspunkte vorgesehen werden, können sehr große Beanspruchungen des Rades 2 gemessen werden. Es wird auf diese Weise möglich, eine Drehung oder Neigung des Rades 2 für Winkel zu messen, die beispielsweise in einem Bereich zwischen 60 und 360° für die drei Achsen des Koordinatensystems 11 liegen. Versetzungen relativ zu diesen Achsen können zudem in der Größenordnung einiger Dutzend Zentimeter gemessen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Position der Bezugspunkte 4 mehrerer Räder 2 des Fahrzeuges 3 in einem Ruhezustand relativ zueinander wie auch die Relativposition der Bezugspunkte 4 des Rahmens gemessen.
Vorgesehen ist darüber hinaus ein zentrales Koordinatensystem 16, das sich in Bezug auf den Rahmen 5 des Fahrzeuges 3 hin und herbewegt, und das beispielsweise in dessen Schwerpunkt liegt. Infolgedessen wird jede Verformung des Rahmens 5 des Fahrzeuges 3 durch Messung der Position der verschiedenen Bezugspunkte 4 des Rahmens 5 in der Umgebung des Rades 2 und Berechnung von dessen Versetzung relativ zu diesem zentralen Koordinatensystem 16 bei einer Beanspruchung der Räder durch die Aktuatoren 1 berechnet.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position der jeweiligen Koordinatensysteme für die Räder 2 relativ zu dem zentralen Koordinatensystem 16 bestimmt. Anschließend wird entsprechend diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens die relative Versetzung der jeweiligen Räder 2, wann immer die Räder beansprucht werden, berechnet, um so das dynamische Verhalten der Räder 2 relativ zueinander zu untersuchen. Beliebige Bewegungen der Räder 2 können auf diese Weise relativ zueinander gemessen werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt. So können beispielsweise mehr als drei Bezugspunkte eingebaut und an jedem Rad 2 gemessen werden. Darüber hinaus können die Bezugspunkte 4 und 6 durch jede Art von Lichtquelle verkörpert sein, so beispielsweise unter anderem durch Infrarot-LEDs. Gegebenenfalls können als Bezugspunkte 4 und 6 auch Farbcode-Markierungen, Signale oder alternativ eine beliebige Kennung an einem Rad oder dem Rahmen als Bezugspunkt dienen.
Gegebenenfalls können während der Messung selbst weitere Bezugspunkte an dem Rad oder an dem Rahmen zusätzlich angebracht werden. Zu diesem Zweck wird ein zusätzlicher Bezugspunkt an dem Rad oder Rahmen angebracht, woraufhin die Position des zusätzlichen Bezugpunktes gemessen und relativ zu der Position der anderen Bezugspunkte oder relativ zu einem gemeinsamen Koordinatensystem bestimmt wird.
Darüber hinaus kann das Messsystem auch mehr als drei Kameras umfassen, die beispielsweise Linearkameras, Matrixkameras oder einzeln ansprechbare Kameras sind.

Claims

Verfahren zur Messung der Versetzung eines Rades (2) eines Fahrzeuges (3) relativ zu dessen Rahmen (5) oder relativ zu einem festen Bezugspunkt, wobei das Fahrzeug (3) auf einem Prüfstand angeordnet ist und vorzugsweise über das Rad (2) statisch oder dynamisch beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Positionen von wenigstens drei an dem Rad (2) vorgesehenen und nicht auf einer geraden Linie liegenden Bezugspunkten (4) mittels eines Kameras (8) umfassenden Messsystems (7) gemessen werden, dass entsprechendes mit den Positionen von drei an dem Rahmen (5) vorgesehenen Bezugspunkten (6) erfolgt, und dass anschließend in einem zweiten Schritt die Versetzung des Rades (2) relativ zu dem Rahmen (5) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Schritt das Rad (2) einer Drehung um seine Drehachse unterworfen wird, während aufeinanderfolgende Positionen von wenigstens einem der Bezugspunkte (4) auf dem auf diese Weise von dem betrachteten Bezugspunkt (4) durchlaufenen Bogen (9) gemessen werden, wobei einerseits eine Ebene festgelegt wird, die parallel zu dem Bogen (9) ist, und andererseits der Mittelpunkt (10) des Kreises, auf dem der Boden (9) liegt, und der auf der Drehachse liegt, berechnet wird, um so ein Koordinatensystem (11) festzulegen, dessen erste Achse (12) mit der Drehachse zusammenfällt, und dessen zweite Achse (13) und dritte Achse (14) in der Ebene liegen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatensystem (11) entlang der Richtung der Drehachse um einen bekannten Abstand versetzt wird, sodass die Ebene mit der mittleren querläufigen vertikalen Ebene (15) des Rades (2) zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Bezugspunkte (4) mehrerer Räder (2) des Fahrzeuges (3) in einem Ruhezustand relativ zueinander bestimmt werden, sodass die Bezugspunkte (4) bezüglich ein und desselben Koordinatensystems (16) ausgedrückt werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen von wenigstens drei Bezugspunkten (6) des Rahmens (5) gemessen werden, wobei die Relativposition der Bezugspunkte (4) des Rades (2) relativ zu den Bezugspunkten (6) des Rahmens (5) berechnet werden, wodurch die exakte Position des Rades (2) beziehungsweise dessen Versetzung relativ zu dem Rahmen (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (2) mit einer Frequenz von zwischen 10 Hz und 500 Hz beansprucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Linearkameras in dem Messsystem (7) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Infrarotdioden für den Bezugspunkt (4) verwendet werden.