W poprzednich częściach artykułu opisano znaczenie ustawienia kół i osi dla bezpieczeństwa jazdy oraz ekonomii eksploatacji samochodu, ogólne zasady pomiaru kątów ustawienia kół i osi oraz urządzenia laserowo-mechaniczne i komputerowe (z głowicami elektronicznymi i pasywnymi) do kontroli geometrii kół samochodów osobowych i dostawczych. Ponadto przedstawiono urządzenia do kontroli geometrii podwozia w samochodach ciężarowych i autobusach (laserowe i laserowo-mikroprocesorowe). Tym razem omawiamy urządzenia komputerowe do kontroli geometrii podwozia pojazdów o dmc powyżej 3,5 t.

1. Wprowadzenie
Prawidłowe ustawienie kół i osi w pojazdach o dmc powyżej 3,5 t (samochody ciężarowe, ciągniki siodłowe, autobusy, przyczepy i naczepy), ze względu na ich dużą masę i osiągane współcześnie prędkości, ma bardzo duży wpływ na prowadzenie pojazdu (zespołu pojazdów) i bezpieczeństwo jazdy (rys. 1). Ponadto niewłaściwe ustawienie kół i osi przynosi wymierne straty w postaci zmniejszenia trwałości ogumienia i zwiększenia zużycia paliwa.
Na rynku krajowym, podobnie jak w innych państwach, wybór urządzeń do pomiarów ustawienia kół i osi w samochodach ciężarowych jest niewielki. Wielu producentów sprzętu diagnostycznego nie ma w swojej ofercie żadnego przyrządu do sprawdzania ustawienia kół w pojazdach ciężarowych. Urządzenia przeznaczone do kontroli geometrii podwozia w pojazdach o dmc powyżej 3,5 t oferują między innymi: Hofmann, Hunter, Josam, Precyzja-Technik i TruckCam.
Urządzenia przeznaczone do określenia ustawienia kół i osi pojazdów ciężarowych, autobusów, przyczep i naczep powinny spełniać podobne warunki jak przyrządy do samochodów osobowych, oczywiście po uwzględnieniu specyfiki pojazdów ciężarowych. Weryfikacja ustawienia kół tylnych powinna być wykonywana względem osi symetrii ramy pojazdu. Ma to szczególne znaczenie w przypadku długich zestawów. Bardzo ważne jest też przeprowadzenie kompensacji bicia kół, to znaczy ustawienie głowic pomiarowych w płaszczyźnie koła, która często nie jest równoległa do obręczy ze względu na ich odkształcenie.
Do badania ustawienia kół w samochodach ciężarowych i autobusach najczęściej stosuje się następujące rodzaje przyrządów:

• optyczne (laserowe),
• laserowo-mikroprocesorowe,
• komputerowe.

Opis urządzeń laserowych i laserowo-mikroprocesorowych przedstawiono w poprzednim numerze „Nowoczesnego Warsztatu”. Dalej omówiono rozwiązania konstrukcyjne urządzeń komputerowych do kontroli ustawienia kół i osi pojazdów o dmc powyżej 3,5 t.

2. Urządzenia komputerowe
Znanym producentem urządzeń komputerowych do kontroli geometrii kół i osi jezdnych jest amerykańska firma Hunter. Odpowiednio skompletowane urządzenie tego producenta umożliwia pomiar, regulację ustawienia kół i osi w pojazdach o dmc ponad 3,5 t (samochody ciężarowe, autobusy, przyczepy i naczepy). Składa się ono z następujących zasadniczych elementów (rys. 2): jednostki sterującej oferowanej w wersji PA 130 lub WA 440 (komputer, duży kolorowy monitor LCD, drukarka, konsola, mobilna szafka) i czterech głowic pomiarowych z kamerami CCD typu DSP 506T z przewodowym przesyłem danych lub DSP 506TXF i z transmisją danych drogą radiową. Głowice mają uchwyty samocentrujące, przystosowane do kół o średnicach obręczy od 18 do 28”.
Wyposażenie dodatkowe obejmuje między innymi: obrotnice, wieszaki lub podstawki do montażu belki z głowicami pomiarowymi (na czopie naczepy lub w uchu dyszla pociągowego przyczepy) i przyrząd do pomiaru przesunięcia osi w kierunku prostopadłym do ramy.
Oprogramowanie systemu pomiarowego firmy Hunter jest przystosowane do 36 konfiguracji osi pojazdów ciężarowych, w tym do układów jezdnych zawierających do trzech osi kierowanych. Rozstaw osi badanych pojazdów – do 15,24 m. Dysk twardy komputera zarządza między innymi:

• systemem kartoteki klientów z automatycznym wyszukiwaniem,
• archiwum z wynikami pomiarów (z możliwością przywołania wcześniejszych protokołów z badań),
• pamięcią wzorcowych danych parametrów diagnostycznych dla większości eksploatowanych pojazdów. 

Przygotowanie pojazdu do pomiarów obejmuje wstępne sprawdzenie stanu technicznego układów kierowniczego, zawieszenia i jezdnego (w tym ciśnienia w ogumieniu) oraz założenie głowic pomiarowych i dokonanie kompensacji bicia obręczy (z udziałem systemu komputerowego). Następnie wykonuje się sprawdzenie i ewentualną korektę przesunięcia osi. Program rejestruje wartość przesunięcia osi oraz uwzględnia je, dokonując automatycznej korekty wyników pomiarów.
Przed rozpoczęciem kontroli ustawienia kół należy określić konfigurację osi badanego pojazdu (zespołu pojazdów) i wybrać odpowiednią procedurę postępowania. W przypadku pojazdów wieloosiowych trzeba dodatkowo określić tak zwaną oś bazową (względem niej będą ustawiane pozostałe osie). Załączone w oprogramowaniu schematy rodzajów podwozi pojazdów ułatwiają wybór właściwej procedury.
Podstawowym ekranem programu jest diagram „Dane pojazdu”, w którym prezentowane są dane pojazdu wybranego z listy. Niekiedy należy wpisać w odpowiednim polu średnicę bazową (średnicę opony przedniej). W dalszej kolejności trzeba aktywować pasek zadań. Wyświetlona zostanie wówczas procedura regulacyjna, podzielona na etapy uruchamiane za pomocą odpowiednich ikon.
W trakcie wykonywania badań program komputerowy ocenia przesyłane z głowic pomiarowych wartości kątów dotyczące ustawienia kół i osi. Wyniki pomiarów porównywane są z danymi nominalnymi (podanymi przez producenta) i wyświetlane na ekranie monitora z odpowiednią oceną. W przypadku wykonywania regulacji kątów na ekranie pokazywane są diagramy z ruchomymi strzałkami wskazującymi zmiany wartości kątów dokonywane podczas tej czynności. Jeżeli na diagramie kolor czerwony zmieni się na zielony, będzie to oznaczało, że ustawiane parametry mieszczą się w dopuszczalnych granicach.

Podczas kompleksowego diagnozowania i regulacji pojazdu trójosiowego wyróżnia się następujące etapy postępowania diagnosty:

• montaż głowic pomiarowych na osiach kierowanej i bazowej (jedna z osi tylnych),
• kompensacja bicia bocznego obręczy kół,
• wykonanie pomiaru osi bazowej w celu obliczenia kąta znoszenia, 
• ustawienie osi bazowej względem osi symetrii ramy,
• ustawienie osi kierowanej względem osi bazowej,
• zdemontowanie przednich głowic i zamontowanie ich na drugiej osi tylnej oraz ustawienie tej osi względem osi bazowej.

Podobny zestaw czynności (ustawienie pozostałych osi względem osi bazowej) należy wykonać w przypadku innej konfiguracji osi w pojeździe. Urządzenie Hunter typu PA 130 z głowicami pomiarowymi DSP 506T posiada certyfikat zgodności z dodatkowymi wymaganiami i może być stosowane na stacjach kontroli pojazdów.
Również szwedzka firma TruckCam oferuje system komputerowy do kontroli geometrii podwozia pojazdów ciężarowych (rys. 3) z elektronicznymi głowicami pomiarowymi wyposażonymi w kamery CCD drugiej generacji. Zastosowano w nim współpracujące z programem komputerowym kamery cyfrowe o małej masie i niewielkich rozmiarach. Nadajnik kamery wysyła promień podczerwony, który po odbiciu od ekranu odblaskowego przechodzi przez soczewkę z filtrem do czujnika. Obraz powrotny analizowany jest przez mikroprocesor kamery. Następnie informacja przekazywana jest do komputera, który wykonuje dalsze obliczenia. W rezultacie otrzymujemy informację o ustawieniu kół i osi jezdnych pojazdu. Każdą kamerę wyposażono w żyroskop i trzy inklinometry. Takie rozwiązanie nie wymaga poziomowania głowic pomiarowych. Zastosowano bezprzewodową (radiową) transmisję danych między kamerami a komputerem. Do zasilania kamer zastosowano wewnętrzne akumulatory (czas pracy do 16 godzin). Trzypunktowe zaciski mocujące służą do precyzyjnego mocowania kamer na obręczach kół jezdnych. Program komputerowy prowadzi diagnostę podczas pomiaru. Możliwy jest wydruk zmierzonych parametrów. Użytkownik może samodzielnie wykonać procedurę kalibracji kamer i kompensacji pochylenia podłoża. Możliwe są dwa sposoby kompensacji bicia obręczy koła: przy uniesionych osiach pojazdu i przez przetaczanie. Konfiguracja urządzenia dostosowana jest do potrzeb użytkownika. Do istotnych cech świadczących o nowoczesności systemu firmy TruckCam należą:

• istotne skrócenie czasu pomiaru,
• bezprzewodowa komunikacja,
• możliwość odczytu parametrów podczas wykonywania regulacji,
• możliwość zapisu i wydruku wyników pomiaru,
• kompensacja wpływu pochylenia posadzki stanowiska, różnicy ciśnienia powietrza w oponach i ich zużycia (po zastosowaniu dodatkowego inklinometru),
• moduł do pomiaru deformacji ramy pojazdu (wyposażenie opcjonalne).

Innym przykładem urządzenia komputerowego do pomiaru ustawienia kół i osi pojazdów o dmc powyżej 3,5 t (samochody ciężarowe, ciągniki siodłowe, naczepy i przyczepy) jest GeoTruck firmy Precyzja-Technik. Przyrządem tym można wykonywać pomiary w pojazdach o dowolnej liczbie osi kierowanych i niekierowanych, z kołami o średnicy obręczy od 14 do 24”. Urządzenie jest przystosowane do przeprowadzania pomiarów w stacjach kontroli pojazdów i warsztatach samochodowych. Wymagane jest jedynie wypoziomowane twarde podłoże, a do wykonania regulacji także kanał przeglądowy lub podnośnik diagnostyczny. Podstawowe dane techniczne przyrządu przedstawiono w tabeli 1. GeoTruck wytwarzany jest w dwóch wersjach (standard i mobile) o tych samych możliwościach pomiarowych i różnym komforcie obsługi.
W wersji standard jednostką centralną jest szafka wyposażona w komputer typu PC firmy Dell i kolorowy monitor (rys. 4). Zespoły pomiarowe i nadajniki odkładane są na wieszaki umieszczone na bokach szafki, które są jednocześnie stanowiskami automatycznego ładowania. Z tyłu szafki znajdują się wsporniki do umieszczenia zestawu liniałów pomiarowych. Natomiast w wersji mobile jednostką centralną jest szafka z przenośnym tabletem przemysłowym (przystosowanym do pracy w trudnych warunkach) i stacją dokującą. Diagnosta ma możliwość swobodnego przemieszczania się wokół obiektu badań (ułatwienie kontroli dużych gabarytowo pojazdów) i wykonywania pomiarów po włączeniu kolejnych funkcji w programie komputerowym. Stanowisko umożliwia również automatyczne ładowanie podzespołów zasilanych akumulatorowo.

Tabela 1. Charakterystyka techniczna przyrządu komputerowego GeoTruck firmy Precyzja--Technik, przeznaczonego do kontroli ustawienia kół i osi pojazdów o dmc powyżej 3,5 t

W przyrządzie GeoTruck firmy Precyzja--Technik zastosowano jednocześnie kilka nowoczesnych rozwiązań konstrukcyjnych:

• kamery CCD firmy Sony z emiterami promieniowania podczerwonego – do pomiaru kątów w płaszczyźnie poziomej (umożliwiają uzyskanie bardzo dużej dokładności i powtarzalności wyników pomiarów),
• przetworniki ultradźwiękowe – do pomiaru odległości w płaszczyźnie poziomej (jest to niezbędne do określenia parametrów geometrii podwozia w tej płaszczyźnie względem jego osi symetrii),
• czujniki żyroskopowe – do pomiaru kątów w kilku płaszczyznach jednocześnie (do pomiaru kątów pionowych, kątów skrętu kół kierowanych i do kontroli obrotu zespołu pomiarowego o 180° podczas przeprowadzania kompensacji bicia koła przez przetaczanie pojazdu),
• moduły radiowe ZigBee (ISM 2,4 GHz) – do komunikacji jednostki centralnej z zespołami pomiarowymi (charakteryzują się bardzo małym poborem mocy, co pozwala na redukcję zużycia energii przez akumulatorowo zasilane zespoły pomiarowe),
• transmisja w zakresie promieniowania podczerwonego – jest wykorzystywana do wzajemnej synchronizacji między zespołami pomiarowymi i nadajnikami,
• bezprzewodowe zasilanie,
• funkcja budowania drugiego układu pomiarowego przed pojazdem w oparciu o zestaw hybrydowy dla ciągników siodłowych w celu zamocowania mechanizmów samocentrujących z emiterami ultradźwięków i podczerwieni,
• funkcja dodatkowa – możliwość kalibracji czujników odległości (radaru ACC) między pojazdami jadącymi w kolumnie i kamer ADAC.

Innowacyjne połączenie nowoczesnych układów pomiarowych i specjalistycznego oprogramowania sterującego stworzyło możliwość znacznego zautomatyzowania procesu pomiarowego. Dzięki temu, że jest on realizowany pod pełną kontrolą programu sterującego, uproszczono sposób i zminimalizowano czas pomiaru. Przykładowo czas przeprowadzenia pełnej kontroli ustawienia kół i osi pojazdu dwuosiowego, łącznie z czynnościami przygotowawczymi (założenie zacisków i zespołów pomiarowych, kompensacja bicia obręczy kół), nie przekracza 30 minut.
Sterowanie pracą przyrządu może odbywać się bezpośrednio z klawiatury i myszki podłączonych do komputera lub za pomocą ekranu dotykowego tabletu. Pracą zespołów pomiarowych zarządza odpowiednio oprogramowana jednostka centralna (komputer). Zestaw komputerowy PC jest przystosowany do podłączenia innych repetytorów LCD (monitora, tabletu, smartfona). Program obsługowy pozwala na dokonanie wyboru wzorca badanego pojazdu i schematu pomiarowego oraz zapewnia komunikację z diagnostą.
Po wykonaniu pomiaru wartości zmierzonych parametrów diagnostycznych są prezentowane bezpośrednio na ekranie monitora lub tabletu wraz z ich porównaniem z wartościami wymaganymi. Wyniki pomiarów mogą być wydrukowane i zapisane w bazie danych wykonanych usług.
Kompensacja bicia układu koło – zacisk przeprowadzana jest czteropunktowo (przez przetaczanie lub podnoszenie kół pojazdu), dzięki czemu eliminowane są błędy kształtu obręczy lub diagnosty wynikające z niezbyt starannego zamocowania zacisku na kole. Podczas wykonywania kompensacji bicia i przeprowadzania pomiarów przyrząd automatycznie rejestruje wartości parametrów diagnostycznych.

Do podstawowych elementów przyrządu komputerowego GeoTruck należą:

• jednostka centralna (komputer typu PC lub tablet) z oprogramowaniem,
• dwa zespoły pomiarowe mocowane na kołach za pomocą zacisków,
• cztery nadajniki montowane na ramie pojazdu za pośrednictwem zestawu liniałów pomiarowych,
• dwie obrotnice mechaniczne,
• rozpórka pedału hamulca,
• blokada kierownicy.

Ponadto producent tego przyrządu oferuje bogate wyposażenie dodatkowe, na przykład: obrotnice ciężarowe niskie, płyty wyrównawcze pod koła tylne, uchwyty magnetyczne, zestaw pomiarowy hybrydowy, zestaw do kalibracji radaru, wózek do akcesoriów i inne.
Zasadę pomiaru kątów ustawienia kół i osi przyrządem GeoTruck przedstawiono na rys. 5. Zespoły pomiarowe za pomocą zacisków mocowane są na kołach jednej osi. Na liniałach pomiarowych, po obu stronach mierzonej osi, umieszcza się nadajniki. Podstawowe komendy sterowania pomiarem wskazywane są na klawiaturze zespołu pomiarowego. Pomiar wykonywany jest za pomocą symetrycznie rozmieszczonego względem osi symetrii ramy pojazdu układu nadajników ultradźwiękowych równocześnie emitujących promieniowanie podczerwone w stronę dwóch zespołów pomiarowych (wyposażonych w kamery CCD) oraz czujników żyroskopowych.
Elementem bazowym podczas pomiaru ustawienia kół i osi jezdnych są cztery nadajniki (rys. 6), które są montowane na ramie pojazdu za pośrednictwem liniałów pomiarowych. Nadajniki zasilane są z wewnętrznych akumulatorów. Na przedniej ścianie obudowy nadajnika znajdują się diody podczerwieni współpracujące z kamerą CCD zespołu pomiarowego i przetwornik ultradźwiękowy. Na ścianie bocznej umieszczono zespół trzech diod sygnalizacyjnych LED. Nadajniki przednie oznaczone są naklejkami w kolorze żółtym, a tylne – w kolorze niebieskim.
Podstawę zespołu pomiarowego (rys. 7) stanowi sztywna płyta, na której zostały umieszczone dwie poziomnice służące do ustawienia zespołu pomiarowego w płaszczyźnie poziomej (w dwóch położeniach roboczych). Wewnątrz obudowy znajdują się czujniki służące do pomiaru kątów pionowych, kamera CCD i układy elektroniczne sterujące pracą tego zespołu. Nad kamerą umieszczono przetwornik ultradźwiękowy. Sterowanie zapewnia klawiatura membranowa z sygnalizacyjnymi diodami LED. Nad prawidłowością działania systemu pomiarowego czuwa program komputerowy. Oprogramowanie urządzenia GeoTruck zostało opracowane z dużą starannością i było testowane w praktyce. W efekcie powstał program sterujący, który spełnia niezbędne wymagania, pozostając prostym w obsłudze.
GeoTruck jest przyrządem nowej generacji zapewniającym odpowiednią jakość oraz efektywność kontroli ustawienia kół i osi pojazdów ciężarowych i autobusów. Zapewnia bardzo dużą dokładność i szybkość pomiaru, mobilność, bezprzewodową komunikację i elastyczny interfejs użytkownika. Jego istotną cechą jest możliwość wygodnego skonfigurowania stosownie do indywidualnych wymagań użytkownika.

3. Urządzenia komputerowe hybrydowe
Przykładem urządzenia hybrydowego do pomiaru ustawienia kół i osi pojazdów jest GeoHybrid firmy Precyzja-Technik. Jest to uniwersalny przyrząd umożliwiający wykonanie czynności pomiarowych równolegle na dwóch stanowiskach kontrolnych. GeoHybrid (rys. 8) to połączenie dwóch systemów do kontroli geometrii kół i osi jezdnych:

• GeoTest 60 – dla pojazdów o dmc do 3,5 t,
• GTL Truck Profi – dla pojazdów o dmc powyżej 3,5 t.

W przypadku pojazdów o dmc do 3,5 t pomiar parametrów ustawienia kół odbywa się za pomocą ośmiu czujników zbieżności wykorzystujących wiązkę podczerwieni i ośmiu czujników inklinometrycznych (cieczowych). Kamery CCD z rozszerzonym zakresem pomiaru zbieżności umożliwiają pomiar kątów pochylenia i wyprzedzenia osi zwrotnic bez konieczności stosowania obrotnic elektronicznych.
Podczas badania pojazdów o dmc powyżej 3,5 t pomiar wykonywany jest za pomocą dwóch zespołów pomiarowych i czterech ekranów zamocowanych na mechanizmach samocentrujących (względem osi symetrii ramy, która jest głównym elementem nośnym pojazdu). Oprogramowanie do pomiarów pojazdów ciężarowych zawiera różne opcje: konfigurowanie rodzaju podwozia, wybór modelu z bazy danych, możliwość archiwizacji i drukowania protokołów pomiarowych.
Producent oferuje różne rodzaje zacisków (ProClamp 12-22”, uniwersalny 12-24”, magnetyczny), obrotnice mechaniczne o nośności 12 kN (wersja osobowa) i 57,5 kN (wersja ciężarowa), płyty wyrównawcze pod koła tylne i wyposażenie dodatkowe.
Wyposażenie stanowiska kontrolnego w urządzenie uniwersalne GeoHybrid jest korzystniejsze ze względu na niższą cenę niż zakup dwóch odrębnych przyrządów, ponieważ zawiera tylko jedną jednostkę centralną (szafkę i zestaw komputerowy). To rozwiązanie jest polecane szczególnie w przypadku ograniczonej powierzchni stanowiska kontrolnego.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Materiały informacyjne producentów urządzeń diagnostycznych.
2. Majkut Z.: Urządzenia do pomiaru i regulacji ustawienia kół w SKP. „Auto Moto Serwis” 9/2006.
3. Stricker L.: Kontrola układu jezdnego w samochodach wieloosiowych. „Auto Expert” 2/2004.