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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ausrichtungssysteme für Fahrzeugräder und
insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung
des Spurwinkels bei einem Paar von lenkbaren Rädern.
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Eine
ordnungsgemäße Spurwinkeleinstellung
bei Fahrzeugrädern
ist wichtig, um die Radabnutzung zu reduzieren und eine gute Handhabung
sicherzustellen. Der Spurwinkel ist der Winkel zwischen der Ebene
des Fahrzeugrades und einer imaginären Linie, die im allgemeinen
entlang der Länge
des Fahrzeuges läuft.
Manchmal ist diese imaginäre
Linie die Axiallinie, welche die Linie ist, entlang der sich das
Fahrzeug tatsächlich
bewegt. Manchmal ist die imaginäre
Linie die geometrische Mittellinie des Fahrzeugs, die auch als die
Körpermittellinie
bekannt ist. Die geometrische Mittellinie ist eine Linie, die ein
Fahrzeug entlang seiner Länge
schneidet. Andere Bezugslinien können
auch verwendet werden, um den Spurwinkel zu bestimmen.
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Alle
Fahrzeuge sind mit empfohlenen Spurwinkelwerten assoziiert, die
als Beschreibung veröffentlicht
sind. Beispielsweise könnte
ein Fahrzeug eine Spezifikation des rechten vorderen Spurwinkels von
1° und eine
Spezifikation des linken vorderen Spurwinkels von 1° haben. Die
Spezifikationen werden oft als Bereiche ausgedrückt, da präzise Werte oft schwierig aufrecht
zu erhalten und nicht notwendigerweise zu erreichen sind. Ein Bereich
könnte
beispielsweise von 0,7° bis
1,3° sein.
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Wenn
der Spurwinkel außerhalb
der Spezifikation bei einem oder mehreren Rädern ist, könnte ein Fahrer eine schlechte
Handhabung bemerken, wie beispielsweise einen Zug nach links oder
einen Zug nach rechts in der Lenkung. Falls dies stark genug ist,
könnte
dies auf das Niveau eines Sicherheitsrisikos ansteigen. Auch bei
nicht vorhandenen merklichen Effekten auf die Handhabung kann ein
Spurwinkel außerhalb
der Spezifikation eine starke Reifenabnutzung und assoziierte Ersatzkosten
zur Folge haben, falls er nicht früh korrigiert wird.
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Typischerweise
erfordern Spurwinkelausrichtungsverfahren, dass jedes Rad eingestellt
wird, während
das Lenkrad in einer verriegelten Position ist. Dies dient zur Verhinderung
einer Bewegung der Räder,
während
eine Einstellung vorgenommen wird. Einstellungen werden typischerweise
gemacht durch Drehung eines Drehschlosses im Unterfahrgestell nahe
dem Rad oder durch Ausführung
von anderen mechanischen Vorgängen,
um den Spurwinkel zu verändern.
Wenn das Lenkrad frei zur Bewegung war, während diese Einstellungen vorgenommen wurden,
hätte der
Mechaniker in der Vergangenheit Winkelsensorauslesungen gefährdet, wenn
er das Rad angestoßen
hätte.
Das Verriegeln des Lenkrades bot eine Lösung, jedoch verursachte die
Lösung andere
Probleme. Ein zusätzliches
massiges Ausrüstungsteil
war erforderlich, um die Verriegelung auszuführen. Ein Verriegelungsschritt
brachte einen weiteren komplizierten Schritt zu einem Ausrichtungsverfahren
hinzu. Mechaniker mussten für
diesen weiteren Schritt trainiert werden, was Zeit dauert. Mechaniker
haben manchmal das Lenkrad außermittig
verriegelt, wodurch sie verursacht haben, dass die Einstellungen
falsch wurden. Mechaniker haben auch manchmal vollständig vergessen,
das Lenkrad zu verriegeln, wodurch eine Fehlausrichtung der Fahrzeugräder und
die assoziierten Sicherheitsrisiken nahezu sichergestellt waren.
Das US-Patent 5 165 179, welches an Schoeninger ausgegeben wurde,
offenbart ein solches Verfahren des Standes der Technik, welches
eine Lenkradverriegelung erfordert.
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Das
US-Patent 5 553 389, das an Winslow u.a. ausgegeben wurde, und das
US-Patent 5 301 110, das an Spainhour u.a. ausgegeben wurde, offenbaren
ein System zur Einstellung des Spurwinkels ohne die Anwendung einer
Lenkradverriegelung. Bei Winslow ist jedoch erforderlich, dass die
Spezifikationswerte für
den "gesamten Spurwinkel" bei dem Verfahren
verwendet werden, wenn der einzelne Spurwinkel eigentlich eingestellt
werden soll. Winslow bietet auch keine Vorkehrung zur Drehung der Räder, um
zu gestatten, dass der Mechaniker einfacher auf den Spurwinkeleinstellmechanismus
zugreift.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu überwinden.
Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, eine Spurwinkeleinstellung
für den
Bediener einer Fahrzeugradausrichtungseinstellvorrichtung einfach
zu machen.
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Es
ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
und eine Vorrichtung zur Einstellung der Fahrzeugspurwinkel vorzusehen.
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Es
ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Spurwinkeleinstellung
ohne die Notwendigkeit einer Lenkradverriegelung vorzusehen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Spurwinkeleinstellung auszuführen, während die
Räder mit
Winkeln gedreht werden, die einen einfachen Zugriff auf den Spurwinkeleinstellmechanismus
gestatten.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzusehen,
die einen Anwender anweist, wie das neuartige Verfahren auszuführen ist.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, zu gestatten, dass genaue
Spurwinkelmessungen und -einstellungen ausgeführt werden, auch wenn die eingestellten
Räder unbeabsichtigt
angestoßen werden
oder vom Bediener bewegt werden.
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Andere
Ziele und Merkmale werden im Hinblick auf die detaillierte Offenbarung
hier offensichtlich sein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung des Spurwinkels
an einem lenkbaren Fahrzeugrad, welches die Schritte aufweist, einen
Voreinstellungsspurwinkelwert für
ein erstes Rad zu erhalten und zu speichern, das erste Rad in eine
Einstellposition zu bewegen, einen anfänglichen Spurwinkelwert für beide
lenkbaren Räder zu
erhalten und zu spei chern, wenn das erste Rad seine Einstellposition
erreicht, den Spurwinkel am ersten Rad einzustellen, den voreingestellten
Spurwinkelwert und den anfänglichen
Spurwinkelwert für das
Paar von Rädern
zu verwenden, um einen eingestellten Spurwinkelwert für das erste
Rad zu erhalten, und die Einstellung des Spurwinkels an dem ersten Rad
fortzusetzen, bis der eingestellte Spurwinkelwert im wesentlichen
innerhalb einer Spurwinkelspezifikation des ersten Rades ist, wodurch
der Spurwinkel eingestellt wird, ohne das Lenkrad zu verriegeln.
Der eingestellte Spurwinkelwert für das erste Rad wird durch
einen mathematischen Algorithmus erhalten, der den Effekt von irgendwelchen
Stößen oder
Bewegungen der Räder
wegnimmt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die Erfindung eine Vorrichtung, die dem Bediener
bei der Einstellung von Spurwinkeln bei einem Paar von lenkbaren
Rädern
hilft. Die Vorrichtung weist einen Satz von Sensoren auf, die an
einer Vielzahl von Fahrzeugrädern
montiert sind. Die Sensoren sind mit einer Steuervorrichtung verbunden,
die weiter mit einer Anzeige verbunden ist. Die Sensoren weisen
eine Prisma-Linsen-Struktur auf, die eine Brechung verursacht, die
den Lenkwinkel der lenkbaren Räder
erweitert, während
die Winkel gemessen werden. Die Steuervorrichtung verwendet die
Sensoreingabe, um den Bediener über
die Anzeige anzuweisen, wie der Spurwinkel einzustellen ist, und
zwar ohne die Notwendigkeit einer Lenkradverriegelung. Die Vorrichtung
gestattet eine augenblickliche Messung der Spurwinkel, auch wenn
die Lenkung nach links oder rechts gedreht ist, vergleicht den gemessenen
Spurwinkel mit festgelegten Werten für jedes einzelne Rad und weist
den Bediener bezüglich
der Richtung und der Größe der vorzunehmenden
Einstellung an.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht der Anordnung der Sensorköpfe der
neuartigen Vorrichtung im Betrieb.
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2 ist
eine Bildschirmanzeige für
die neuartige Vorrichtung im Betrieb.
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3 ist
eine weitere Bildschirmanzeige für die
neuartige Vorrichtung im Betrieb.
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4 ist
eine schematische Darstellung der Prisma-Linsen-Struktur in den
Sensorköpfen
der neuartigen Vorrichtung.
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5 ist
noch eine weitere Bildschirmanzeige für die neuartige Vorrichtung
im Betrieb.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Der
Fachmann wird erkennen, dass die Ziele der Erfindung durch andere
Ausführungsbeispiele
erreicht werden können
und dass die Ansprüche
hier durch andere Ausführungsbeispiele
praktisch ausgeführt
werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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1 zeigt
eine schematische Draufsichtdarstellung eines Satzes von vier Fahrzeugrädern, die
mit montierten Sensorköpfen
ausgerüstet
sind. Die Sensoren sind mit einer (nicht gezeigten) Steuervorrichtung
gekoppelt, die wiederum mit einer Anzeige gekoppelt ist. Das US-Patent
5 208 646, welches der Anmelderin hier zu eigen ist und durch Bezugnahme
mit aufgenommen sei, beschreibt im allgemeinen die Struktur einer
Fahrzeugradausrichtungsvorrichtung, die Sensoren, eine Steuervorrichtung und
eine Anzeige aufweist. Die VISUALINER-Reihe von Automobilausrichtungseinrichtungen,
die von der John Bean Corporation (der Anmelderin hier) hergestellt
wird, wird zur Lieferung dieser Elemente bevorzugt. In der VISUALINER-Steuervorrichtung
sind alle veröffentlichten
Fahrzeugausrichtungsspezifikationen gespeichert, wie beispielsweise
für individuelle Spurwinkelspezifikationen.
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Jeder
Sensorkopf enthält
ein assoziiertes Paar von Sensoren. Im Betrieb gibt es acht Sensoren insgesamt.
Die Sensorköpfe
arbeiten durch Senden von Infrarotquellensignalen, die von Sensoren
(Aufnehmern) auf benachbarten Sensorköpfen aufgenommen werden. Diese
Infrarotsignale werden dann von der Steuervorrichtung interpretiert,
um Radausrichtungswinkel anzuzeigen. Beispielsweise wird der Sensorkopf
des vorderen linken Rades eine Quelle zum Senden eines Infrarotsignals
hinüber
zu einem Sensor am rechten vorderen Rad haben und wird auch eine
Quelle zum Senden eines Infrarotsignals seitlich zu einem Sensor
auf dem linken hinteren Rad haben.
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Ein
einzustellendes Automobil wird in einer Ausrichtungsbucht angeordnet,
so dass seine lenkbaren Räder
auf Drehtellern ruhen. Ein Bediener beginnt eine Spurwinkelausrichtung
durch Auswahl dieser Option von einer Anzeige auf der Ausrichtungsmaschine.
Sobald die Spurwinkelausrichtung ausgewählt ist, zeigt die Maschine
eine Bildschirmdarstellung, die den Bediener anweist, das Lenkrad
und die Köpfe
auszurichten (2). Der Bediener richtet die Köpfe mit
dem Erdboden aus. Das Lenkrad wird ausgerichtet bzw. nivelliert,
indem es in seine mittige, geradeaus weisende Position gedreht wird.
Der Bediener sagt der Maschine an diesem Punkt, dass das Lenkrad
und die Köpfe
ausgerichtet sind, beispielsweise durch Drücken eines Knopfes an der Maschine.
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Die
Steuervorrichtung bestimmt nun die Sensorauslesungen, die den linken
voreingestellten vorderen Spurwinkel und den rechten voreingestellten vorderen
Spurwinkel anzeigen. Diese Sensorauslesungen werden in dem Steuervorrichtungsspeicher gespeichert.
Beispielsweise könnten
die Werte als Variablen InitialLFToe und InitialRFToe gespeichert sein.
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Nun
mit Bezug auf 3 ändert sich dann die Anzeige.
Sie weist nun den Bediener an, das rechte Rad in eine Einstellposition
zu bewegen. Diese Position ist irgendwo in einem Bereich von vier Grad,
der der normale Winkelabfühlbereich
der VISUALINER-Sensorköpfe
ist. Dieser Bereich von vier Grad kann bei null Grad zentriert sein.
Er kann auch entweder bei zehn Grad eingelenkt nach links oder bei
zehn Grad eingelenkt nach rechts zentriert sein. Wie in 4 gezeigt,
enthalten die VISUALINER-Sensorköpfe
eine Prisma-Linsen-Struktur, die genau vor den Infrarotquellen gelegen
ist, die gestattet, dass genaue Winkelsignale sowohl bei einer Zentrierung
bei null Grad als auch bei einer Zentrierung bei zehn Grad aufgenommen
werden. Das Prisma erzeugt eine Brechung, die eine Verschiebung
von zehn Grad im optischen Bild verursacht. Somit kann die Einstellposition
zwischen acht und zwölf
Grad sein, zwei bis minus zwei Grad, oder minus acht bis minus zwölf Grad
(wobei positiv und negativ nach links bzw. nach rechts oder umgekehrt
anzeigen).
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Wie
in 3 gezeigt, enthält die Anzeige eine Messskala,
die eine Sichtanzeige der Richtung und Größe der Veränderung liefert, um die Mitte
der eingestellten Position zu erreichen oder beizubehalten. Der
Bediener bewegt die lenkbaren Räder
auf dem Drehteller oder bewegt das Lenkrad selbst, um den Zeiger
auf der Anzeige zu zentrieren. Wenn der Spurwinkeleinstellmechanismus
schwer zu erreichen ist, wenn die Räder in einer Geradeaus-Position
sind, kann der Bediener die Räder
um zehn Grad drehen. Die gleiche Anzeigemessskala auf der Anzeige
wird gestatten, dass die Räder
bei zehn Grad zentriert werden. Sobald sie zentriert sind, sagt
der Bediener dies der Maschine beispielsweise durch Drücken eines
Knopfes. Es wird offensichtlich sein, dass die Steuervorrichtung
leicht programmiert werden kann, um zu erkennen, wann die Einstellposition
ordnungsgemäß erreicht
wird, was die Notwendigkeit umgeht, dass der Bediener einen Knopf
drückt,
um zum nächsten
Schritt zu gehen.
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Es
wird dem Fachmann verständlich
sein, dass die Auswahl von alternativen Winkeln willkürlich ist,
und dass irgendeine zweite zentrierte Einstellposition einfach eingerichtet
werden kann durch Veränderung
der Prisma-Linsen-Struktur,
um den ordnungsgemäßen Brechungswinkel
entsprechend zu erzeugen.
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An
diesem Punkt erhält
die Steuervorrichtung von den Sensorenauslesungen, die den Spurwinkel
für jedes
vordere Rad entlang der Länge
des Fahrzeugs anzeigen, was anderenfalls als "Längsspurwinkel" (track toe) bekannt
ist (zur Unterscheidung von "Querspurwinkel" (cross toe), der
das Spurwinkelsignal ist, welches über die Breite des Fahrzeugs
berechnet wird). Diese Werte werden im Steuervorrichtungsspeicher
gespeichert. Beispielsweise könnten
die Werte als Variablen InitialLFTrackToe und InitialRFTrackToe
gespeichert werden.
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Mit
Bezug auf 5 verändert sich die Anzeige dann
wieder. Sie weist den Bediener an, den rechten vorderen Spurwinkel
einzustellen. Dies wird in herkömmlicher
Weise getan, wie beispielsweise durch Drehen eines Drehschlosses
oder welches Mechanismus auch immer, der in dem Unterfahrgestell
liegt, um Spurwinkeleinstellungen auszuführen. Die Steuervorrichtung
verfolgt den rechten vorderen Spurwinkel durch Anwendung der folgenden
mathematischen Beziehung: Rechter vorderer Spurwinkel
=
InitialRFToe – ((InitialRFTrackToe – CurrentRightTrackToe)
+ (InitialLFTrackToe – CurrentLeftTrackToe)),wobei
CurrentRightTrackToe und CurrentLeftTrackToe Echtzeitvariablen sind,
die augenblickliche Werte für
den Spurwinkel (track toe) für
die rechten bzw. linken Vorderräder
anzeigen. Die Verwendung einer solchen Beziehung macht die Spurwinkelmessungen unempfindlich
gegen unbeabsichtigtes Anstoßen
des Rades während
der Einstellung.
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Die
Anzeige der 5 enthält ein Messskalainstrument
und enthält
auch einen Zeiger, der dem Bediener die Größe und die Richtung der Veränderung
sagt, die nötig
sind, um die Einstellung zu bewirken. Diese Messskala stellt sichtbar
den ordnungsgemäßen Spezifikationsbereich
für den
rechten vorderen Spurwinkel dar. Wenn der Zeiger die Mitte der Messskala
erreicht, ist der rechte vordere Spurwinkel eingestellt. Der Bediener
sagt nun der Steuervorrichtung, dass sie sich vorwärts zum
nächsten
Schritt im Verfahren bewegen soll, wie beispielsweise durch Drücken eines
Knopfes. Es sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung einfach programmiert
werden kann, um zu erkennen, wann der Spurwinkel ordnungsgemäß eingestellt
ist, was die Notwendigkeit dafür
vermeidet, dass der Bediener auf einen Knopf drückt, um zum nächsten Schritt überzugehen.
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Wenn
das rechte Vorderrad eingestellt ist, wird das Obige nun mit Bezug
auf das linke Vorderrad ausgeführt.
Die Anzeige weist den Bediener an, das linke Vorderrad in die Einstellposition
zu bewegen. Wie zuvor enthält
die Anzeige eine Messskala, die eine sichtbare Anzeige der Richtung
und der Größe einer
notwendigen Veränderung
vorsieht, um die Mitte der Einstellposition zu erreichen oder zu
halten. Der Bediener bewegt die lenkbaren Räder auf dem Drehtisch oder
bewegt das Lenkrad selbst, um den Zeiger auf der Anzeige zu zentrieren.
Wenn der Spurwinkeleinstellmechanismus schwer zu erreichen ist, wenn
die Räder
in einer Geradeaus-Position sind, kann der Bediener die Räder um zehn
Grad drehen. Der gleiche Messzeiger auf der Anzeige wird gestatten,
dass die Räder
bei zehn Grad zentriert werden. Sobald sie zentriert sind, sagt
der Bediener der Maschine, dass nun das linke Vorderrad in seiner
Einstellposition ist, beispielsweise durch das Drücken eines
Knopfes.
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An
diesem Punkt erhält
die Steuervorrichtung von den Sensoren Auslesungen, die den Spurweitenspurwinkel
für jedes
Vorderrad entlang der Länge
des Fahrzeuges anzeigen. Beispielsweise könnten die Werte als Variablen
InitialLFTrackToe und InitialRFTrackToe gespeichert werden.
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Wie
zuvor verändert
sich die Anzeige dann wieder. Sie weist nun den Bediener an, den
linken vorderen Spurwinkel einzustellen. Dies wird wiederum in herkömmlicher
Weise getan, wie beispielsweise durch Drehen eines Drehschlosses
oder welches anderen Mechanismus auch immer, der im Unterfahrgestell
liegt, um Spurwinkeleinstellungen zu machen. Die Steuervorrichtung
verfolgt den linken vorderen Spurwinkel durch Anwendung der folgenden mathematischen
Beziehung: Linker vorderer Spurwinkel =
InitialLFToe – ((InitialRFTrackToe – CurrentRightTrackToe)
+ (InitialLFTrackToe – CurrentLeftTrackToe)).
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Wie
zuvor enthält
die Anzeige eine Messskala und enthält auch einen Zeiger, der dem
Bediener die Größe und die
Richtung der notwendigen Veränderung
sagt, um die Einstellung zu bewirken. Diese Messskala stellt sichtbar
den ordnungsgemäßen Spezifikationsbereich
für den
linken vorderen Spurwinkel dar. Wenn der Zeiger die Mitte der Skala
erreicht, ist der linke vordere Spurwinkel eingestellt. Wenn der
Spurwinkel an beiden Rädern
eingestellt ist, ist das Verfahren beendet.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
wird nur als veranschaulichend dafür dargestellt, was beansprucht
wird, und soll nicht als einschränkend
angesehen werden. Es wird offensichtlich sein, dass die verschiedenen
Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung durch alternative
Ausführungsbeispiele
erreicht werden.