DE3226437A1 - Measuring device for orienting the spin axis of a motor vehicle wheel - Google Patents

Abstract

A measuring device for orienting the spin axis of a motor vehicle wheel with respect to the remaining motor vehicle body is characterised essentially in that a plane fixed relative to the spin axis and a plane that is fixed relative to the vehicle body are defined in their mutual position by three position transmitters which are arranged in one of the two planes and perpendicular thereto. The angle between the two planes is determined by the position transmitter. In conjunction with the pitch and roll angles of the motor vehicle, the measuring device enables dynamic determination of the toe and camber angles of the wheel with respect to the roadway.

Description

Meßvorrichtung für Orientierung der Drehachse eines Kraft-Measuring device for orientation of the axis of rotation of a force

fahrzeug-Rades Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung für die Orientierung der Drehachse eines Kraftfahrzeug-Rades gegenüber dem übrigen Kraftfahrzeug-Aufbau.vehicle wheel The invention relates to a measuring device for the orientation of the axis of rotation of a motor vehicle wheel with respect to the rest Motor vehicle body.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Meßvorriehtung zu schaffen, beiderinsbsähdesKahrbetriebs, also dynamisch, der Sturz und die Spur eines Kraftfahrzeug-Rades bestimmt werden kann. Unter Sturz ist dbei die Neigung der Raddrehachse gegenüber der Fahrbahn-Ebene und unter Spur die Neigung dieser Achse gegenüber einer zu dieser Ebene senkrechten Ebene zu verstehen. Die Bestimmung des Spur- und Sturzwinkels soll nun in der Weise geschehen, daß der Nick- und Wankwinkel des Fahrzeugaufbaus in üblicher Weise bestimmt wird und mit einem Winkel in Beziehung gesetzt wird, der ein Maß für die Orientierung der Raddrehachse gegenüber dem Fahrzeugaufbau liefert. Während der Nick- bzw. Wankwinkel in üblicher Weise und ohne Schwierigkeiten bestimmt werden kann, beschäftigt sich die Erfindung insbesondere mit der Bestimrrung des letzgenannten Orientierungswinkels.The aim of the present invention is to provide a measuring device to create, both in view of the driving operation, i.e. dynamic, the fall and the track a motor vehicle wheel can be determined. If you fall, there is the inclination the wheel axis of rotation opposite the road surface and under the track the inclination of this To understand axis relative to a plane perpendicular to this plane. The determination of the toe and camber angle should now be done in such a way that the pitch and roll angle of the vehicle body is determined in the usual way and is related to an angle is set, which is a measure of the orientation of the wheel axis of rotation with respect to the vehicle body supplies. During the pitch or roll angle in the usual way and without difficulty can be determined, the invention is particularly concerned with the determination of the latter orientation angle.

Zwar sind Meßvorrichtungen zur stationären Bestimmung des Spur- und Sturzwinkels eines Kraftfahrzeug-Rades bekannt.Although measuring devices for the stationary determination of the track and Known camber angle of a motor vehicle wheel.

Sie beruhen vielfach auf dem Prinzip, daß ein von einer stationären Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl in einer zur Rad-Drehachse senkrechten Ebene, in der Regel mit Hilfe eines Spiegels, reflektiert und mit einem stationären Empfänger aufgenommen wird. Wollte man eine derartige Vorrichtung für den Fahrbetrieb verwenden, so könnte dies in der Weise geschehen, daß die beiden stationären Teile Lichtquelle und Empfänger fest mit dem FahrzeugauSbal verbunden würden. Dabei ließe sich jedoch eine fehlerfreie Aussage über die Orientierung der Rad-Drehachse nich erzielen, weil diese Geräte gegen die im Fahrbetrieb üblicherweise auftretenden Translationen wie Spurweiten-, Radstands- und Federwegänderungen nicht invariant sind.They are based in many cases on the principle that one of a stationary Light source outgoing light beam in a plane perpendicular to the wheel's axis of rotation, usually with Help of a mirror, reflected and with one stationary recipient is included. If you wanted such a device for use the driving mode, this could be done in such a way that the two stationary parts light source and receiver firmly connected to the vehicle body would. However, an error-free statement about the orientation of the The wheel axis of rotation cannot be achieved because these devices usually oppose the driving operation Occurring translations such as track width, wheelbase and spring travel changes are not are invariant.

Durch die Erfindung erst wird eine Meßvorrichtung geschaffen, mit der die Orientierung der Drehachse eines Kraftfahrzeug-Rades gegenüber dem übrigen Kraftfahrzeug-Aufbau auf konstruktiv einfache Weise bestimmt und daraus der Spur- bzw. Sturzwinkel des Rades in üblicher Weise aDgeleitet werden kann.Only through the invention a measuring device is created with the orientation of the axis of rotation of a motor vehicle wheel with respect to the rest Motor vehicle body determined in a structurally simple way and from this the lane or camber angle of the wheel can be guided in the usual way aD.

Die Erfindung besteht darin, daß eine zur Rad-Drehachse feste Ebene und eine fahrzeugaufbaufeste Ebene in ihrer gegenseitigen Lage durch drei Abstandsgeber bestimmt sind, die in einer der beiden Ebenen und senkrecht zu dieser angeordnet sind.The invention consists in that a plane that is fixed to the wheel axis of rotation and a level fixed to the vehicle body in their mutual position by three distance sensors are determined, which are arranged in one of the two planes and perpendicular to this are.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, den Winkel zwischen den beiden Ebenen bzw. der Drehachse und dem Flächenvektor der fahrzeugaufbaufesten Ebene zu bestimmen.The invention is based essentially on the angle between the both planes or the axis of rotation and the area vector of the vehicle body To determine level.

Dieser Winkel ist gegenüber Translationsbewegungen cer Rad-Drehachse invariant.This angle is opposite to translational movements of the wheel axis of rotation invariant.

Die Lagebestimmung mit Hilfe der drei Abstandsgeber kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Am einfachsten ist es, diese durch Abstandsmessung mechanisch zu bestimmen.The position determination with the help of the three distance sensors can be different Way. The easiest way to do this is to mechanically measure the distance determine.

Aus der Automobiltechnischen Zeitschrift 76 (1974), Seite 224, ist es hierzu bekannt, mit Hilfe von zwei induktiven Tastgebern in Differenzschaltung, die mit Hilfe eines Rahmens am Fahrzeugaufbau befestigt sind und den Ab;;tand zu einer zur Rad-Drehachse senkrechten Scheibe bestimmen, die Spurwinkeländerungen im Fahrbetrieb zu erfassen. Eine irgendwie geartete Bestimmung des Sturzwinkels ist dabei jedoch nicht vorgesehen.From the Automobiltechnischen Zeitschrift 76 (1974), page 224, is it is known for this, with the help of two inductive sensors in differential circuit, which are attached to the vehicle body with the help of a frame and spaced apart to a disc perpendicular to the wheel's axis of rotation determine the toe angle changes to be recorded while driving. Some sort of determination of the camber angle however, this is not provided for.

Gegenüber der mechanischen Abstandsbestimmung bieten Weiterbildungen der Erfindung erhebliche Vorteile insbesondere hinsichtlich der Meßgenauigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen. Diese Weiterbildungen beruhen grundsätzlich darauf, eine der beiden Ebenen durch ein Lichtstrahlenbündel zu beschreiben und die Abstandsgeber lichtempfindlich auszuführen.Compared to the mechanical distance determination offer further training the invention has considerable advantages, in particular with regard to the measurement accuracy and Insensitivity to vibrations. These training courses are based on principle on describing one of the two levels with a bundle of light rays and make the distance sensors light-sensitive.

Die Verwirklichung dieses Prinzips ist auf verschiedene Weise möglich. So kann die Vorrichtung so ausgestaltet sEin, daß das Lichtstrahlenbündel durch einen mit zu einer de!r beiden Ebenen senkrechten Drehachse rotierenden Spiegl erzeugt ist, auf den ein konstanter Lichtstrahl einer Lchtquelle parallel zu einer der Ebenen auftrifft, und daß die Lichtquelle und der Spiegel miteinander starr verbunden sind. Die starre Kopplung der Lichtquelle mit dem rotierenden Spiegel dient dazu, die Invarianz gegenüber Translationen der Rad-Drehachse beizubehalten.This principle can be implemented in a number of ways. Thus, the device can be designed in such a way that the light beam passes through a mirror rotating with an axis of rotation perpendicular to the two planes is generated is to which a constant beam of light from a light source parallel to one of the planes occurs, and that the light source and the mirror are rigidly connected to one another. The rigid coupling of the light source with the rotating mirror serves to reduce the Maintain invariance with respect to translations of the wheel axis of rotation.

Gegenüber der Ausführung mit einem rotierenden Spiegel läßt sich eine weitere Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus dadurch erreichen, daß das Lichtstrahlenbündel durch fächerförmige Aufweitung eines parallel zu einer der Ebenen einfallenden Lichtstrahls einer Lichtquelle erzeugt ist. Diese Ausführung rührt bei guter Auflösung und miniallem konstruktiven Aufwand zu einem besonders hohen Pnsprechvermögen, weil die Verweildauer des Strahlenbündels auf den Abstandsgebern nicht durch die Rotationsfrequenz eines Spiegels eingeschränkt wird. Als weiterer Vorteil ist die besonders große mechanische Unempfindlichkeit der Meßvorrichtung mit fächerförmig aufgeweitetem Lichtstrahlenbündel zu nennen.Compared to the version with a rotating mirror, a achieve further simplification of the structural design that the light beam by fan-shaped expansion of a light beam incident parallel to one of the planes a light source is generated. This execution stirs with good resolution and minimal constructive effort to a particularly high responsiveness, because the length of stay of the beam on the distance sensors is not affected by the rotational frequency of a Mirror is restricted. Another advantage is the particularly large mechanical Insensitivity of the measuring device with a fan-shaped widened light beam to call.

In den weiteren Figuren 1 bis Lt sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Dabei zeigen die Figuren 1 und 3 jeweils alternative Meßvorrichtungen für die Orientierung der Drehachse eines Kraftfahrzeug-Rades jeweils von der Seite und die Figuren 2 und Lt die Meßvorrichtung der vorangehenden Figur jeweils von oben.In the other Figures 1 to Lt are exemplary embodiments of the invention shown. Figures 1 and 3 each show alternative measuring devices for the orientation of the axis of rotation of a motor vehicle wheel from the side and Figures 2 and Lt show the measuring device of the previous figure, respectively from above.

Bei der Meßvorrichtung von Fi. 1 sitzt eine Laser-Lichtquelle 11 auf einer Platte 12, die über ein Axial-Sc?.rägkugellager 13 mit einer parallelen Befestigungsplatte 1k verbunden ist. Die Befestigungsplatte 111 ist senkrecht zur Drehachse 15 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeug-Rades an diesem drehfest gehalten.In the measuring device of Fi. 1 sits on a laser light source 11 a plate 12, which has a thrust ball bearing 13 with a parallel mounting plate 1k is connected. The mounting plate 111 is perpendicular to the axis of rotation 15 of a motor vehicle wheel, not shown, held non-rotatably on this.

Auf der Platte 12 ist ferner ein Spiegel 16 befestigt, der durch einen Elektromotor 17 angetrieben wird. Die Platte 12 ist ferner, beispielsweise durch einen nicht darestellten Bügel, am ebenfalls nicht dargestellten Federbein des Kraftfahrzeuges fixiert und behält somit auch in Fahrbetrieb ihre Lage und (senkrechte) Orientierung zur Drehachse 15 bei. Dabei ermöglicht das Schrägkugellager 13 die Relativbewegung zwischen der Befestigungsplatte 14 und der Platte 12.On the plate 12, a mirror 16 is also fixed by a Electric motor 17 is driven. The plate 12 is also, for example by a bracket, not shown, on the strut, also not shown, of the motor vehicle fixes and thus retains its position and (vertical) orientation even when driving to the axis of rotation 15. The angular contact ball bearing 13 enables the relative movement between the mounting plate 14 and the plate 12.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen, sind in einer zum Kraftfahrzeug-Aufbau festen Ebene drei Abstandsgeber 18 angeordnet, die den Spiegel 16 umgeben und die senkrecht zu dieser Ebene verlaufen. Die Abstandsgeber 18 sinf als lichtempfindliche Bahnen 19 ausgebildet.As can be seen in particular from FIG. 2, one for the motor vehicle body fixed plane arranged three distance sensors 18, which surround the mirror 16 and the run perpendicular to this plane. The distance sensors 18 are sensitive to light Tracks 19 formed.

Der Spiegel 16 reflektiert das Licht der Lichtquelle 11 in einer Ebene, die auch im Fahrbetrieb unverändert senkrecht zur Rad-Drehachse 15 verläuft. Mit Hilfe der Abstandsgcber 18 wird nun die Lage dieser Ebene bezüglich der fahrzeugfesten, die Abstandsgeber 18 tragenden Ebene bestimmt.The mirror 16 reflects the light from the light source 11 in a plane which extends perpendicular to the wheel axis of rotation 15 unchanged even when driving. With The distance gcber 18 is used to determine the position of this plane with respect to the vehicle-fixed, the distance sensor 18 determines the bearing plane.

Dies geschieht in der Weise, daß die lichtempfindlichen Bahnen 19 jeweils an einer Stelle das reflektierte Licht der Lichtquelle 11 empfangen und aus dem Abstand der jeweiligen Stellen von der die Abstandsgeber 18 tragenden Ebene die Orientierung der Drehachse 15 gegenüber dieser Ebene bestimmt werden kann. Spur- und Sturzwinkel des Rades ergeben sich daraus in üblicher Weise mit Hilfe des Wank- und Nickwinkels des Kraftfahrzeug-Aufbaus ohne weiteres.This is done in such a way that the photosensitive webs 19 each receive the reflected light from the light source 11 at one point and from the distance of the respective points from the plane carrying the distance sensor 18 the orientation of the axis of rotation 15 relative to this plane can be determined. Track- and the camber angle of the wheel result from this in the usual way with the help of the roll and pitch angle of the vehicle body easily.

Das Verfahren funktioniert auch in der beschriebenen Weise, wenn die in den Figuren 1 und 2 radfesten Teile der Messeinrichtung mit den karosserie festen Teilen vertauscht werden.The procedure also works in the manner described if the In Figures 1 and 2 wheel-fixed parts of the measuring device with the body fixed Parts are swapped.

Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und Lt zeigt eine gegenüber dem vorangegangen Ausführungsbeispiel vereinfachte Ausführungsform. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß alle drei Abstandsgeber 18 gleichzeitig und ständig und nicht hintereinander kurzzeitig beleuchtet werden. Hierzu ist der Lichtquelle eine Zerstreuungslinse 2C nachgeschaltet, die das auftreffende Licht fächerförmig aufweitet. Der so gebildete.Lichtfächer beschreibt die fahrzeugfeste Ebene. Auf einen rotierenden Spiegel ist dabei verzichtet. Mit Hilfe der Abstandsgeber 18 wird direkt der Winkel bestimmt, der zwischen der durch den Licht fächer gebildeten Ebene bzw. Normale und der Rad-Drehachse 15 besteht. Auch hier ergibt sieh unmittelbar die Invarianz dieses Winkels gegenüber einer translaterischen Relativbewegung zwischen Lichtquelle und Rad-Drehachse 15. Neben dem vereinfachten konstruktiven Aufbau ist der besondere Vorteil dieses Ausführungsbeispiels darin zu s^hen, daß das Ansprechvermögen der Vorrichtung, d.h. die Sehnelligkeit, mit der Anderungen des gemessenen Winkels erkannt werden können, nicht auch noch von der Rotationsfrequenz eines Spiegels, sondern lediglich von der Trägheit (Abtastfrequenz) der Abstandsgeber 18 abhängig ist.The embodiment according to Figures 3 and Lt shows one opposite the previous embodiment simplified embodiment. This draws are characterized in that all three distance sensors 18 simultaneously and continuously and not are briefly illuminated one after the other. For this purpose, the light source is a diverging lens 2C downstream, which expands the incident light in a fan shape. The light fan formed in this way describes the level that is fixed to the vehicle. There is no rotating mirror. With the help of the distance sensor 18, the angle is determined directly between the through the light fan formed plane or normal and the wheel axis of rotation 15 consists. Here, too, the invariance of this angle with respect to a translational one results immediately Relative movement between light source and wheel axis of rotation 15. In addition to the simplified structural design is the particular advantage of this embodiment to see that the responsiveness of the device, i.e. the tenderness, with of changes in the measured angle can be recognized, not even from the rotation frequency of a mirror, but only the inertia (sampling frequency) the distance sensor 18 is dependent.

Auch in dieser Ausführungsform sind rad- und karosseriefeste Teile der Messeinrichtung ohne Einschränkung der Funktionsfähigkeit gegeneinander austauschbar.In this embodiment too, parts that are fixed to the wheel and to the body are fixed of the measuring device can be interchanged without restricting the functionality.

Claims (4)

Patentansprüche: 1.)Meßvorrichtung für die Orientierung der Drehachse eines Kraftfahrzeug-Rades gegenüber dem übrigen Kraftfaarzeug-Aufbau, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Rad-Drehachse (15) feste Ebene und eine fahrzeugaufbaufeste Ebene in ihrer gegenseitigen Lage durch drei Abstandsgeber (18) bestimmt sind, die in einer der beiden Ebenen und senkrecht zu dieser angeordnet sind.Claims: 1.) Measuring device for the orientation of the axis of rotation of a motor vehicle wheel compared to the rest of the motor vehicle body, characterized in that that a plane fixed to the wheel axis of rotation (15) and a plane fixed to the vehicle body in their mutual position by three distance sensors (18) are determined in a of the two planes and are arranged perpendicular to this. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Ebenen durch ein Lichtstrahlenbündel beschrieben ist und die Abstandsgeber (18) lichtempfindlich sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that one of the both planes is described by a bundle of light rays and the distance sensor (18) are sensitive to light. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichret, daß das Lichtstrahlenbündel durch einen mit zu einer der beiden Ebenen senkrechten Drehachse rotierenden Spiegel (16) erzeugt ist, auf den ein konstanter Lichtstrahl einer Lichtquelle (11) parallel zu einer der Ebenen auftrifft, und daß die Lichtquelle (11) und der Spiegel (16) miteinander starr verbunden sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the light beam by a mirror rotating with an axis of rotation perpendicular to one of the two planes (16) is generated to which a constant light beam from a light source (11) is parallel impinges on one of the planes, and that the light source (11) and the mirror (16) are rigidly connected to each other. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtstrahlenbündel durch fächerförmige ufwitung eines parallel zu einer der Ebenen einfalle:iden Lichtstrahls einer Lichtquelle (11) erzeugt ist.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the light beam by fan-shaped diffusion of an incident parallel to one of the planes: the same ray of light a light source (11) is generated.