SE502850C2 - Mätsystem för att på fordon mäta hjulvinklar och positionsbestämma lägen för i fordon ingående chassienheter - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 502 850 2 För att god mätprecision skall uppnås måste dylika hjulvinkelmät- ningar utföras på ett noggrant och ansorgsfullt sätt, vilket kan vara tidsödande och även förorsaka fel på grund av den mänskliga faktorn.

Sàtillvida kan det vid långa avstånd mellan mätskalorna vara svårt att vid läge för siktorganet avläsa mätskalorna. I syfte att förenkla mät- förfarandet visar det svenska patentet numer 9191303-7 ei vidareut- veckling av det annämnda mätsystenet, vid vilket pà varje enskilt hjul eller hjulpar pá känt sätt är anfäst en hållare utrustad med en axel- tapp parallell med hjulets rotationsaxel. På nämnda axeltapp anbringas en strälningskälla, exanpelvis en laserprojektor, san är anordnad att vid sidan av fordonet i ett med fordonets längdaxel gemensamt plan växelvis belysa rninst två tvärgående mätskalor i eller vid fordonets respektive ändar. Varje mätskala utgöres därvid av en optoelektronisk detektorenhet, san innefattar ett antal däri anordnade fotoelanent och minst en mikrodator san beräknar mätvärden och avgiver information om det infallande ljusknippets exakta läge på mätskalan. Ett dylikt mät- systen med ljusavkännande mätskalor är dock enbart avsett för horison- tella mätningar av hjulvinklar på fordon.

För mätning av hjulvinklar i vertikalled är det tidigare känt ett antal mätmetoder för att fastställa hjulvinklar såsan Camber (hjullut- ning), Caster (frarnaxellutriing) och KPI (King Pin Inclination, varmed menas spindelbultlutninq) samt ock för att klarlägga fordons maximala hjulvinkelutslag och hjulens kurvvinkeldifferens. Dylika mätningar ut- föras ofta med hjälp av ett antal olika mätinstrument och med skalor san erfordra okulär avläsning, vilket kräver stort personligt engaga mang och stor noggrannhet.

Föreligænde uppfinning är delvis baserad på ovannämnda kända teknik och avser ett mätsystan san med enkel integration av organ för mätning av vinklar dels relativt ett fordons längsgående centrallinje och dels relativt lodlinjen möjliggör kanplett uppnätning av ett for- dons alla hjulvinklar med en och samma utrustning. Syftet med det upp- finningsenliga mätsystenet är att möjliggöra automatisering av an- nämnda mätförfaranden och att även möjliggöra mätning av hjulvinklar vid godtyckligt valda hjulvridningar, vilket är en klar fördel vid bestämning av exenpelvis spindelbultarnas lutningsvinklar. 10 15 20 25 30 35 3 502 sso Mätsystenet eiligt föreliggande uppfinning innefattar minst en mätenhet san monterbart anbringas pá fordonet för att mäta hjulviriklar och positionsbestärrma lägen för chassientieter, varvid mäterilietai är manterbart anbringad till utsidan på enskilt fordonshjul och innefattar mätorgan för att utföra anriäxniida mätförfaranden. Uppfinningen utmärkes därvid i huvudsak av att mätexihetexi innefattar en strålningskälla an- ordnad att avge ett smalt parallellt strålknippe, en drivanordning san bibringar strålknippet en roterande svepande rörelse i horisontalplanet mot och förbi förvalda preparerade markeringar på fordonet, ett till drivanordriingeli anslutet vinkelmätdon san är anordnat att avkärina strål- knippets rotationsrörelser saint en detektorenhet san avkänner ljusför- ändringar på markeringarna och utlöser signal för bestämning av strål- knippets niomentaria riktningsvinkel med referens till fordonets längs- gående centrallinje.

Vid ai föredragen utföringsform av det uppfinningsenliga mätsyste- met anbringas mätenheten på en axeltapp i en hållare san är monterbart infäst till utsidan på ett fordonshjul så att axeltappen är parallell med hjulets rotationsaxel. Mäterilieten är förbunden med en manöverenhet innefattande minst en dator som sanmanställer och beräknar mätresulta- ten och informerar an fordonets hjulviiiiclar och an lägen för i fordonet ingående chassielanent via en display eller ei till nianöveraitietai an- slutai skrivare.

Vid mätsystenet enligt föreliggande uppfinning kan strålningskäl- lan utgöras av en laserdiod och i ett föredraget utförande ingår mät- stänger med laterala mätskalor anbringade i fordonets respektive ändar på samna avstånd från fordonets längsgående centrallinje, varvid mät- skalorna dock är utrustade med preparerade markeringar san utgöras av ljusreflekterande punkter, band eller streck.

Vidare kännetecknas uppfinningen av att mätaiheten innefattar en klinaneter san på känt sätt avkänner lägen för chassienheter i verti- kalplan med lodlinjen san referens samt att horisontalmätningar och vertikalmätriingar samverka för beräkning och fastställande av ett for- dons alla hjulvinklar. Övriga uppfinningen utmärkande egenskaper framgår av efterföljan- de patentkrav och nedanstående beskrivning av en uppfinningen exenpli- fierande utformning av det uppfinningseiiliga mätsystenet. 10 15 20 25 30 35 502 850 Beskrivningen utföres Lmder hänvisning till bifogade ritningar, av vilka Figur 1 förenklat visar ett fordon utrustat med stänger och mätska- lor i fordonets respektive ändar samt med mätenheter an- bringade på de fränre fordonshjulen, Figurerna 2a och 2b illustrerar geanetriskt en eftersökt hjulvinkel relativt fordonets längsgående centrallinje, Figur 3 åskådliggör mätenhetens principiella uppbyggnad för vinkel- och Figur 4 åskådliggör i blockform huvudkanponenterna i en till mäten- heten ansluten Figur 1 visar en fordonsram 1, i vars båda ändar är anbringade tvärgàen- de mätstänger 11 försedda med mätskalor 13. Fästanordningar 12 för mät- stängerna 11 säkerställer att mätskalornas 13 avstånd till fordonsraznen 1 och därmed också från fordonets längsgående centrallinje 4 är samma för samtliga mätskalor 13. På fordonshjulen 2 är hållare 3 anbringade. I Fi- gur 1 är exenplifierat sådana hållare 3 pà fordonets båda franhjul 2.

Dessa hållare 3 skall vara injusterade så att deras utgående axeltappar 5 är parallella med respektive hjuls rotationsaxel 7. På axeltapparna 5 är uppfinningsenliga mäteraheter 15 monterbart anbringade. I figur 1 ex- enplifieras endast mätenheter 15 pä de båda framhjulen 2. Alternativt kan flera hjul vara försedda med en mätenhet 15. Likasà är det möjligt att enbart använda en sådan mätenhet 15 under förutsättning av att den allteftersan vinklarna uppmäts flyttas mellan hjulen.

Mätskalorna 13 är försedda med preparerade punkter 14 och i mäten- heten 15 ingår mätarnrdningar för bestämning av vinklarna mellan å ena sidan riktningslinjerna 16 till de preparerade punkterna 14 och à andra sidan till hjulets rotationsaxel 7. Med preparerad punkt menas ett litet föremål med sådana egenskaper att det entydigt kan identifieras av mäten- heten 15. Punkterna 14 är placeringsmässigt uppdelade i grupper med minst två punkter per qrupp. Detta åstadkonmes genom att var och en av mätska- lorna 13 är försedd med minst två sådana preparerade punkter 14. En viss punkt i en viss grupp och dennas motsvarigheter i de andra grupperna skall på en och sanma fordonssida vara placerade på sanma avstånd från fordonets längsgående cmtrallinje 4 eller den alternativa linje san als- kas san referexnslinje för hjulvinkelmätningarna. Det betyder att en lin- je genan de punkter san motsvarar varandra skall vara parallell med sag- da referenslinje. Grupperna skall befinna sig på olika avstånd från mät- 10 15 20 25 30 35 502 850 enheten 15. Detta ástadkaxmes lämpligai genom att en mätskala 13 place- ras framtill och en baktill på fordonet. Mätorganai i mätenheten 15 är så inrättade att mätning kan ske mot samtliga preparerade punkter 14 på en och sanma fordonssida.

I Figur 2a representerar punkten 20 mäterahetelus 15 placering på ax- eltappen 5. En linje 21 gena-n denna punkt är parallell med fordonets längsgående cautralljnje 4 och utgör referens för vinkelbestärmingen.

Vinkeln 23 mellan linjen 21 och hjulets kursriktning 19 utgör den efter- sökta hjulvinkeln. De preparerade punkterna 14 på mätskalorna 13 är så placerade att avstånden till referenslinjai 21 är parvis lika, det vill säga att avståndet 24a är lika med avståndet 24b och avståndet 24c är lika med avståndet 24d. Med hållaraxs axeltapp 5 som referens mäter mät- enheten 15 riktningsvirflclania 26a, 26b, 26c och 26d till de preparerade punkterna 14. Axeltappen 5 bildar rät vinkel mot kursriktningen 19.

Gencm skillnadsbildning mellan å ena sidan vinklarna 26a, 26b, 26c och 26d och ä andra sidan multipler av vinkeln nittio grader erhålles de vinklar san i Figur 2b är betecknade A, B, C och D. Vinkeln E i Fi- gur 2b utgör den eftersökta hjulvinkeln. Genom att sträckan 24a är lika med sträckan 24b och sträckan 24c är lika med sträckan 24d gäller föl- jande samband: tan (A+E) tan (B-E) o tan (C-E) _ tan (E-D) Detta samband har formen av en ekvation ur vinkeln E såsom varande enda okända storhet kan beräknas.

Figur 3 åskådliggör Inäteuhetms 15 principiella uppbyggnad för att på optisk väg mäta vinklarna mot preparerade bandmarkeringar på mätska- lama 13. En i mäta-maten 15 anbringad strålningskälia, som exempelvis ' kan utgöras av en laserdiod 31 och en kollimerande lins 32, är anordnad att avge ett smalt vertikalt strälknippe 33 i vertikal riktning. Detta strålknippe 33 avlänkas nittio grader till ungefär horisontell riktning av en liten spegel 34 fastsatt på axeln 30 till en motor 35. bfbtorn 35 är avsedd att rotera med hög hastighet, varvid strâlknippet 33 av spe- geln 34 bibringas en svepande rotationsrörelse i horisontalplanet.

Till motoraxeln 30 är också anbringad en vinkelgivare 36 som fortlö- pande avger signaler motsvarande motoraxelns 30 nnmentana vinkelläge.

Vinkelgivaren 36 är anbringad i en förutbestämd vinkel till hållarens 3 10 15 20 25 30 35 502 850 axeltapp 5. Signaler från vinkelgivaren 36 matas via en ledning 22 till en med mätæhetæ 15 ledningsförbunden manövenenhet 10 under beroende av signal från en i mätenheten 15 ingående detektorenhet 37.

När motoraxeln 30 roterar kartner det utgående strålkznippet 33 att sve- pa i ett horisontellt plan så orienterat att strålen passerar de båda mät- skalorna 13, av vilka al är utritad i Figur 3. På varje mätskala 13 kan i stället för punkter eller streck anordnas tvâ retroreflekterande band 17. Med en retroref lektor menas en anordning san reflekterar infallande ljus i en riktning lika med infallsriktrüngen. De punkter där en ljus- stråle 33 passerar ett bands 17 första kant i rotationsriktningen utgör motsvarighet till tidigare amärrmd punkt 14. När en ljusstråle 33 passe- rar ett band 17 reflekteras ljuset från strålen 33 tillbaka mot mätenhe- ten 15 och träffar däri detektorenheten 37, vilken inrlefattar en samlings- lins och fotodetektorer san initierar spänningspulser till elektronik- kort med förstärkare för vidareledning till manöverenheten 10. Samtidigt dänned avger vinkelgivaren 36 en signal till Inanöverermeterx 10 represen- terande motoraxelns 35 manmtana vinkelläge. Alternativt kan detektoren- heten 37 vara anordnad att styra en grindfwmtim 27 san reglerar förbin- delsen mellan vinkelgivaren 36 i mätenhetera 15 och Inanöverermeten 10.

Manöverermetæ 10 irmefattar en dator san beroende av inkommande signaler och ett förinmatat datorprogram beräknar axeltappens 5 vinkelläge rela- tivt fordonets längsgående centrallinje 4.

Det beskrivna och visade utförandet av mätorgan för att utföra mät- ningar i horisontalplan utgör endast en exenplifiering av uppfirmings- tanken och uppfinningen är inte begränsad till denna utföringsform. Sä- lunda kan de tvâ paren preparerade punkter 14 på respektive fordonssida båda vara placerade pä en och samma sida an hjulet, d v s antingen fram- för eller bzikan detta men på olika avstånd från detsanma. Likaså är det inte erforderligt att de preparerade punkterna 14 skall vara placerade på i ett fordon fästade mätskalor 13, utan mätskalorna 13 kan även vara fast anbringade i fordonets uppställningslokal förutsatt att fordonet dä línjeras upp i läge i förhållarrle till de preparerade markeringarna. Var- je mätskala 13 kan också vara försedd med fler än två preparerade punk- ter eller streck 14 för att exempelvis ge mätredurxdans och därmed bätt- re mätnoggrarnmet.

För att med det exanplifierade utförandet av mätenheterl 15 åstad- karma en svepande rörelse med strålknippet 33 kan strâlningskällan med 10 15 20 25 30 35 502 850 tillhörande kollimationsoptik vara anbringad på motoraxeln 30 för att utsända ljus i vinkelrät riktning mot motoraxeln 30 och dä lämpligen strönförsörjas via släpringar. Likaså är det möjligt att åstadkomma en noggrann vinkelgivare genan att utforma motorn 35 att rotera med jämn hastighet, varvid virnkelbestärrmingm sker genom tidmätning relativt sig- nalpulser från en givare san avger sådana pulser vid ett bestämt vinkel- läge under varje rotationsvarv.

Vör vertikala mätningar :innefattar mätenheten 15 en i och för sig konventionell klinaneter 40, vilken är utfonnad att avkänna lägen och lutningsvinklar i vertikalplan för chassienheter och/ eller liknande ele- ment med lodriktningen san referens. En dylik klinaneter är exempelvis utformad med två cylindriska skivformade hushalvor av ett elektriskt iso- lerande material och en mellan hushalvorna anbringad isolerande ring sä att det mellan hushalvorna bildas ett spaltfonnat slutet utrymme. Detta utrynme är ungefär till hälften fyllt med en oledande vätska med hög di- elektricitetskonstant. Insidorna på respektive hushalvor är utformade med metallfolier san bildar plattor i två spegelsyntnetriskt utformade kondensatorer.

Klinanetern är utrustad med elektrcnikkretsar för jämförande upp- mätning av kondensatorernas kapacitans. Denna är beroende av hur stor del av respektive kondensatorplattor san täcks av vätskan och läget för vätskeruvån ärberoendeav klinaneterns vridningsvirmel relativt lodrikt- ningen. Utsignaler från klinanetem matas till de: med mätenhetau 15 led- ningsförbundna datorenheten i Inanövererxlïetax 10.

Avkännjng av lägesändringar i vertikalplan relativt lodriktningen kan dock utföras på många olika sätt under målsättning att klinanetern skall ingå i mäterxheften 15 och samverka med mätorgan för horisontal- Med det uppfinningsenliga mätsystanet sker en dylik sann/verkan exenpelvis vid mätning av Caster, Camber coh KPI på fordon. Mätningar av Caster och KPI avser båda att klarlägga spindelbultslutningar pà ett for- don, Caster i längsled och KPI i tvärled. Att avkänna spindelbultslägen till referensplan vid framåtriktad rak kurs på hjulen ter sig svårt. Cas- ter och KPI måste därför fastställas på annat sätt. Camber är en verti- kalvinkel san anger hjullutning vid rak kurs pà hjulen. Genan att jämföra denna vertikalvirxkel, d v s Camber-värdet, med Inotsvarande uppnätta ver- tikalvinklar vid Ininst tvà olika utvridna lägen på hjulen är det möjligt att beräkna värden för Caster och KPI i datorn i manöveremïeten 10. 1U 15 20 25 502 850 Datorn kan anses innefatta en processor 6 , ett antal progranmin- nen 8 och arbetsmjnnen 9 samt ett antal elektronikkretsar 18 för anpass- ning mellan datorn och en i manöverenheten 10 ingående bildskärm 25 av LCD-typ (IiquLid Crystal Display), san kan återge mätresultat i text och figurer.

I ett s k progranminne 8 lagras ett förutbestämt inmatat dator- program enligt vilket mätsystanet är avsett att verka, och i ett s k arbetsminne 9 lagras uppnådda mätresultat, vilket möjliggör att man när san helst kan skriva ut och presentera uppnådda mätresultat.

För manuell reglering av mätfmktioner och val ur förvalda nät- program är manöverenheten 10 utrustad med au knappsats medelst vilka önskvärda mätfmüctioner kan inkopplas. Vidare är manöverermeteri 10 an- ordnad samverka med en konventionell skrivare för utskrift av mätresul- tat. Vid frånkoppling av mätenhetau 15 från xrnanöverermeterx 10 kvarstår mätresultat i rnanöverenhetens dator.

Mätenheten 15 och manöverenheten 10 och däri ingående elektronik- kanponerxter och block strëmförsörjas antingen genom konventionell an- slutning till el-nätet eller genan utnyttjande av en i manöverenheten 10 ingående battterienhet 39.

Föreliggande uppfinning är inte enbart avsedd för hjulmätningar och lägesbestänmingar för i för i fordon ingående chassienheter utan kan även användas för att mäta och kontrollera tillståndet på enskilda chas- sielanent och karosseriheter san varit utsatta för onormala påkänningar samt ock verka san hjälpmedel vid rikt-.ningsarbeten av fordons ramkonst- ruktion.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 502 850 PATENTKRAV

1. Mätsystan för att pà fordon mäta hjulvirudar och positionsbe- stänma lägen för i fordon ingående chassienheter, varvid i mätsystanet ingår minst am mätenhet (15) san är nnnterbart anbringad till utsidan på enskilt fordonshjul (2) och innefattar mätorgan för att utföra an- näxnnda mätförfaranden, k ä n n e t e c k n a t av att mätenheten (15) innefattar en strälningskälla (31 ,32) anordnad att avge ett smalt pa- rallellt strâlknippe (33) , en drivanordning (35) san bibringar strål- knippet (33) en roterande svepande rörelse i horisontalplanet mot och förbi förvalda preparerade markeringar (14) pá fordonet, ett till driv- anordningar: (35) anslutet vinkelmätdon (36) san är anordnat att avkän- na strålknippets (33) rotationsrörelser samt en detektorenhet (37) san avkänner ljusförändringar på markeringarna (14) och utlöser signal för bestämning av strálknippets (33) nanentana riktningsvirmel med referens till fordonets längsgående centrallinje (4).

2. Mätsystanenligtpaterxtkravß kännetecknat avatt strålningskällan utgöres av en laserdiod (31).

3. Mätsystanenligtpatentlaav1 eller2, kännetecknat av att på en och sanma fordonssida är anbringade minst tvà grupper pre- parerade markeringar (14) sä att de kan detekteras av mätenheten (15) , varvid varje grupp omfattar minst två Inarkeringar sä placerade att var och en av den har en motsvarande markering (14) i varje övrig grupp så att en rät linje mellan likbelägna markeringar (14) är parallell med fordonets längsgående centrallinje (4) .

4. Mätsystenæligtpatentkrav 3, kännetecknat avatt de preparerade markeringarna (14) utgöras av ljusreflekterande punkter eller streck på laterala mätskalor (13) anordnade vid fordonets respek- tive ändar på sanma avstånd från fordonets längsgående centrallinje (4) .

5. Mätsystanenligtpatentkrav 3, kännetecknat avatt de preparerade markeringar-na (14) utgöras av minst tvà retroreflekteran- de band på laterala mätskalor (13) anordnade vid fordonets respektive ändar pà samma avstånd från fordonets längsgående centrallinje (4) .

6. Mätsystarrtaxligtpatermtkrav 5, kännetecknat avatt den optiska detektorenheten (37) i mätenheten (15) är inrättad att avge signal till en manöverenhet (10) innefattande en dator san sammanställer och beräknar mätresultaten och informerar an fordonets mätvärden. 10 502 850 10

7. Mätsystenmligtpataltlmav 1, kännetecknat avatt mätenheten (15) innefattar en klincmeter (40), vilken på känt sätt är utformad för att avkänna lägen för chassienheter i vertikalplan med lodriktrüngaz som referens samt att horisontalxnätningar och vertikal- mätningar samverka för beräkning och fastställande av ett fordons alla hjulvinklar.

8. Mätsystenenligt patentkrav 7, känneteckn at av att preparerade markeringar anbringas pà ett fordons ramkonstruktion för mät- ning av balkar och chassienheter.