DE69403235T2

DE69403235T2 - System zum Messen des Radstands eines Kraftfahrzeugrahmens und des Quer- und Längsversatzes seiner lenkbaren Räder

Info

Publication number: DE69403235T2
Application number: DE69403235T
Authority: DE
Inventors: Remo Corghi
Original assignee: Corghi SpA
Current assignee: Corghi SpA
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2014-01-21
Also published as: EP0611948A1; EP0611948B1; IT1262822B; US5589927A; ATE153442T1; ITRE930014A0; DE69403235D1; ITRE930014A1

Description

Es sind Systeme bekannt zum Messen der charakteristischen Positionswinkel der Räder eines Kraftfahrzeugrahmens, welche es ermöglichen, die Konvergenz zu ermitteln und die Schubsachse zu definieren.
Diese bekannten Systeme benutzen Vorrichtungen, welche unter anderem Lichtstrahl-aussendende Einrichtungen in Verbindung mit Winkelumwandlungseinrichtungen optischer Art aufweisen, welche mit geeigneten Haltern an den Radfelgen befestigt sind und mit den Umwandlern der benachbarten Räder zusammenarbeiten, sowohl auf der gleichen als auch auf der gegenüberliegenden Seite des Kraftfahrzeugrahmens, durch Zuführen und Aufnehmen von Lichtstrahlen parallel zu den Äquatorialebenen der Räder und durch Messen der Winkel des Auftretens der Strahlen.
Es gibt jedoch eine Positionsgröße, abhängig von ihren geometrischen Eigenschaften, welche nicht durch bekannte Systeme gemessen werden kann.
Diese Größe ist der Radstand, welcher sich aufgrund der Schrägstellung der Lenkachse verändert, wenn der Lenkwinkel sich verändert.
Es sollte beachtet werden, daß der Begriff "Lenkachse" sich auf diejenige Achse bezieht, um welche das gesamte Rad sich dreht, wenn es gelenkt wird.
Die Lenkachse ist im allgemeinen sowohl in der Querebene senkrecht zu der Fahrzeugrahmenachse als auch in der Längsebene parallel zu dieser Achse schräg gestellt.
Die Schrägstellung ist derart, daß die Lenkachse im allgemeinen mit der Fläche zusammenfällt, auf welcher der Rahmen liegt bzw. ruht, und zwar an einem Punkt außerhalb der Äquatorialradebene und vor dem Berührpunkt der Diametralebene mit der Ruhefläche in Richtung der Bewegung.
Die sogenannten Quer- und Längsradversätze werden durch Projizieren des Abstandes des Auftretungspunktes von dem Berührpunkt in die Quer- und Längsebenen, die durch den Mittelpunkt der Radäquatorialebene gehen (Radmittelpunkt der Rotation), ermittelt.
In Verbindung mit bekannten Parametern legen die Werte der Radversätze die Richtungsstabilität des Eahrzeugrahmens sowohl bei einer Geradeausbewegung als auch bei einer Kurvenbewegung fest.
Weil sich diese Versätze gemäß dem Radlenkwinkel verändern, genauso wie auch der Radstand, können die entsprechenden Versatzabweichungen dadurch erlangt werden, daß die Radstandsabweichungen als eine Funktion des Lenkwinkels gemessen werden.
Dies zeigt an, wie wichtig es ist, den Radstand messen zu können.
Dies ist exakt die Aufgabe der Erfindung, welche dadurch erreicht wird, daß in bekannten optischen Meßvorrichtungen zwei Licht-aussendende Dioden (LEDs) mit einem vorher festgelegten Abstand voneinander in der Nähe der selben Horizontalebene positioniert sind.
Unter Benutzung elementarer trigonometrischer Berechnungen kann der Radstand durch Messen des Winkels zwischen den von den Dioden ausgesandten Lichtstrahlen ermittelt werden, und zwar durch die Vorrichtung, welche an das benachbarte Rad auf der selben Seite des Kraftfahrzeugrahmens angebracht ist.
Die Radversätze können durch eine Extrapolation bzw. Hochrechnung erlangt werden, und zwar durch Wiederholen der Messung bei verschiedenen Lenkwinkeln.
Die Vorteile sowie die Betriebs- und Konstruktionsmerkmale der Erfindung werden offensichtlicher durch die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der beigeführten Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, ohne daß dieses Beispiel diese jedoch beschränkt.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Rades, gesehen von hinten, d.h. dargestellt in Fahrtrichtung, d.h. in der Richtung I aus Fig. 2.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht davon, d.h. in der Richtung II von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Draufsicht der linken Seite des Kraftfahrzeugrahmens, wobei das Vorderrad nicht gelenkt wird.
Fig. 4 zeigt die linke Seite des Kraftfahrzeugrahmens, wobei das Vorderrad gelenkt wird.
Fig. 5 zeigt die linke Seite des Kraftfahrzeugrahmens, wobei die Erfindung angebracht ist.
Fig. 6 ist eine Vorderansicht, die in größerem Detail die in Fig. 5 dargestellte Winkelmeßvorrichtung zeigt.
Fig. 7 ist ein Schnitt gemäß der Linie VII-VII von Fig. 6.
Die Figuren zeigen das Rad 1, dessen Äquatorialebene mit 11 bezeichnet ist und welches um die Achse 2 eines Drehpunktes 3, der fest mit dem Element 4 verbunden ist, rotiert.
Das gabelförmige Element 4 weist zwei Kugelgelenke 5 auf, die sich auf einer schrägen Achse 6 befinden, welche die Radlenkachse ist.
Die Kugelgelenke 5 sind an den Enden von zwei Schwenkhebeln 55 positioniert, welche die Radaufhängung bilden.
Das Element 4 ist mit dem nicht dargestellten Lenkgestänge verbunden.
Die Projektion der Achse 6 auf die Querebene, die durch die Achse 2 verläuft, d.h. in der Ebene von Fig. 1, trifft auf die Ruhefläche des Kraftfahrzeugrahmens (der Boden) an einem Punkt 7, dessen Abstand BTT von der Äquatorialebene 11 den Radquerversatz darstellt.
Die Projektion der Achse 6 auf die Längsebene (senkrecht zu der vorher genannten), welche im wesentlichen mit der Radäquatorialebene (der Ebene von Fig. 2) zusammenfällt, trifft auf die Ruhefläche des Kraftfahrzeugrahmens (der Boden) an einem Punkt 8, dessen Abstand BTL von dem Berührpunkt 9 der Radäquatorialebene den Radlängsversatz darstellt.
Aus den Figuren wird deutlich, daß die Schrägstellung der Lenkachse 6 sowohl in der Quer- als auch in Längsebene in Abweichungen der Stellungen des Kraftfahrzeugrahmens resultiert, wenn das Rad gelenkt wird.
Falls die Lenkwinkel, wenn die Raddiametralebene hinter der Frontachse auf die Fahrzeuglängsebene trifft, vereinbarungsgemäß positiv bezeichnet werden, und negativ, wenn sie auf die Längsebene vor der Frontachse auftrifft, wie durch die Pfeile 10 in den Figuren 1 und 2 angezeigt, wird deutlich, daß für positive Lenkwinkel das Rad relativ zu dem Kraftfahrzeugrahmen gesenkt wird (d.h. der Rahmen hebt sich relativ zu seiner Ruhefläche, nämlich dem Boden) während das Gegenteil bei negativen Lenkwinkeln geschieht.
Weil die Lenkwinkel der zwei gelenkten Räder bei der angenommenen Vereinbarung gegensätzliche Vorzeichen haben, stellt sich der Rahmen in Querrichtung schräg, wenn man durch eine Kurve fährt. Zusätzlich, wenn die Achse des Drehpunkts 3 an einem Punkt außerhalb der Radäquatorialebene auf die Lenkachse trifft, verändern sich auch die Quer- und Längsversätze, wenn das Rad gelenkt wird.
Die Figuren 3 bis 7 zeigen die linke Seite eines Kraftfahrzeugrahmens 100 mit einem gelenkten Vorderrad 101 und einem nicht gelenkten Hinterrad 102. Die Längsachse des Kraftfahrzeugrahmens ist mit 103 bezeichnet.
Eine Vorrichtung 104, die unter anderem zwei Lichtaussendende Dioden (LEDs) 105 und 106 aufweist, ist an der Felge des Rads 102 durch bekannte Einrichtungen angebracht.
Der Abstand zwischen den Dioden 105 und 106 in der Horizontalebene ist mit d bezeichnet.
Eine analoge Vorrichtung 104 von bekannter Ausführung, die unter anderem die von den Dioden 105 und 106 ausgestrahlten Lichtstrahlen empfangen und den Winkel zwischen ihnen messen kann, ist an der Felge des Rades 101 durch bekannte Einrichtungen angebracht.
Konkret weist die Vorrichtung 104, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt, unter anderem mindestens eine zylindrische Linse 108 auf, die in der Lage ist, die von den auf den benachbarten Rädern angebrachten Dioden der Vorrichtung in Lichtebenen ausgestrahlten Lichtstrahlen zu bündeln.
Die Achse der zylindrischen Linse ist senkrecht zu der Ebene aus Fig. 6 und parallel zu der Ebene der Figuren 5 und 7.
Eine Reihe optischer Sensoren 109, auf welchen die von der Linse gebündelten Lichtebenen fallen, ist in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Linse positioniert.
Der Abstand zwischen den Punkten, an welchen die jeweils von den Dioden 105 und 106 ausgehenden Lichtebenen auf die Reihe der Sensoren 109 trifft, ist eine bekannte Funktion des Winkels α, welche von den bekannten geometrischen Eigenschaften der Vorrichtung 104 abhängt.
Der Winkel α kann folglich ermittelt werden, indem diese Information durch einen Mikroprozessor, welcher die Signale von der Sensorreihe 109 empfängt, verarbeitet werden.
Der selbe Mikroprozessor verarbeitet dann den Winkel auf der Grundlage des bekannten Abstandes d zwischen den Dioden 105 und 106, um den Radstand p zwischen den Rädem 101 und 102 zu berechnen.
Wie aus den Figuren 3 und 4 deutlich wird, ist der Radstand p eine Funktion des Lenkwinkels, d.h. wenn sich der Lenkwinkel verändert, verändert sich der Radstand p um einen Wert Δp.
Die Beziehung, die die Veränderung von Δp durch den Lenkwinkel bei einem gegebenen Kraftfahrzeugrahmen bestimmt, wird festgelegt durch Verarbeiten und durch Interpolation der Δp-Werte für mindestens zwei Lenkwinkel.
Dadurch kann die Messung der Radversätze BTL und BTT erhalten werden, wenn man die geometrischen Lenkeigenschaften kennt.
In diesem Zusammenhang wird der Winkelmesser bzw. Goniometer 104, welcher fest mit demjenigen gelenkten Rad verbunden ist, für welches es z.B. notwendig ist, den Querversatz zu kennen, auf einer Kreisbahn mit einem Radius r bewegt, dessen Zentrum der Berührpunkt der Radlenkachse mit dem Boden ist.
Der Radius r ist festgelegt durch die Summe von:
r&sub1; = Abstand des Winkelmessers von der Außenseite des Rades;
r&sub2; = Abstand zwischen der Außenseite des Rades und seiner Symmetrie-Äquatorialebene;
r&sub3; = BTT.
Weil der Abstand Emitter-Winkelmesser im wesentlichen gleich dem Radstand ist, ergibt sich durch Messen der Radstandsveränderung Δp für Lenkwinkel 0 und β: Sinus β
wobei r&sub1; und r&sub2; bekannte geometrische Größen der Vorrichtung sind.

Claims

1. System zum Messen des Radstandes eines Kraftfahrzeugrahmens und des Quer- und Längsversatzes seiner lenkbaren Räder, welches eine erste Vorrichtung und eine zweite Vorrichtung aufweist, die jeweils durch bekannte Einrichtungen an den Kraftfahrzeug-Vorder- und Hinterrädern (oder umgekehrt) auf der selben Seite des Fahrzeugs angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung zwei Licht aussendende Dioden (LEDs) aufweist, welche sich eine bekannte Distanz (d) entfernt voneinander in der horizontalen Ebene gemessen befinden, wobei die zweite Vorrichtung eine optische Winkelmesseinrichtung aufweist, die dafür vorgesehen ist, den Winkel (α) zu messen, der zwischen den von den Licht ausstrahlenden Dioden ausgestrahlten Lichtstrahlen liegt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Winkelmesseinrichtung der zweiten Vorrichtung mindestens eine zylindrische Linse aufweist, die in der Lage ist, die von den Dioden ausgesandten Lichtstrahlen in Lichtebenen zusammenzufassen; wobei eine Reihe von optischen Sensoren senkrecht zu der Achse der Linse angebracht sind, um die Distanz zwischen den Punkten des Auftretens der Lichtebenen mit der Reihe der Sensoren zu messen; und ein Mikroprozessor, der vorgesehen ist, den Winkel (α) zwischen den Ebenen auf der Basis der geometrischen Merkmale der zweiten Vorrichtung zu berechnen, und den Radstand des Kraftfahrzeugrahmens auf der Basis der geometrischen Merkmale der ersten und der zweiten Vorrichtung zu berechnen.