Układ kierowniczy samochodu powinien samoczynnie utrzymywać kierunek jazdy na wprost, zapewniać toczenie się bez poślizgu kół kierowanych podczas jazdy na zakręcie oraz umożliwiać samoczynne powracanie kół kierowanych do położenia środkowego. W celu spełnienia tych wymagań stosuje się odpowiednie ustawienie kół i osi pojazdu. Wartości parametrów związanych z ustawieniem kół i osi w istotny sposób wpływają na bezpieczeństwo jazdy. Dlatego należy okresowo kontrolować prawidłowość ustawienia kół i osi jezdnych.

W ostatnim okresie można zauważyć zróżnicowanie w metodach badania prawidłowości ustawienia kół i osi jezdnych w zależności od zasadniczego celu badań. Zróżnicowanie metod pociąga za sobą odmienność stosowanych urządzeń pomiarowych. Ze względu na warunki pomiaru urządzenia kontrolne można podzielić na dwie grupy:
- przyrządy do badania układu kierowniczego/jezdnego w warunkach dynamicznych – kontrola wstępna,
- przyrządy do badania układu kierowniczego/jezdnego w warunkach statycznych – kontrola szczegółowa.

Pierwsza grupa to przyrządy stosunkowo proste, do badań podczas ruchu pojazdu, o bardzo krótkim czasie pomiaru, pozwalające na przybliżoną ocenę prawidłowości ustawienia kół jezdnych bez precyzowania, który z parametrów diagnostycznych jest przyczyną niewłaściwego zachowania pojazdu podczas jazdy.
Druga grupa to urządzenia precyzyjne, przeznaczone do badań układów kierowniczego i jezdnego (ustawienia kół) w warunkach statycznych, które umożliwiają pomiary poszczególnych parametrów z dużą dokładnością.

PRZYRZĄDY DO BADANIA UKŁADU W WARUNKACH DYNAMICZNYCH
Zasada działania tej grupy tych przyrządów polega na wstępnej ocenie prawidłowości ustawienia kół jezdnych na podstawie pomiarów poprzecznych przemieszczeń (poślizgów) lub sił występujących między toczącym się kołem i przesuwną powierzchnią (płytą, rolką). Urządzenia tego rodzaju mogą być wykonywane w wersji przenośnej lub stanowiskowej.

Ze względu na przeznaczenie rozróżnia się urządzenia:
- do oceny ustawienia kół pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej (dmc) do 3,5 t,
- do oceny ustawienia kół pojazdów o dmc powyżej 3,5 t,
- uniwersalne, do oceny ustawienia kół pojazdów o dmc do 3,5 t i powyżej 3,5 t.

W praktyce były stosowane trzy podstawowe odmiany konstrukcyjne takich przyrządów:
- płyta najazdowa pojedyncza (pod jedno koło) z równomiernym przesuwem bocznym (obecnie to rozwiązanie stosowane jest najczęściej),
- płyta najazdowa pojedyncza ze skrętnym (obrotowym) przesuwem elementu ruchomego,
- płyta najazdowa podwójna (pod oba koła pojazdu) ze sprzężonym przesuwem bocznym dwóch elementów ruchomych dla prawego i lewego koła.

Współczesne testery do oceny wstępnej ustawienia kół jezdnych pojazdu są najczęściej stanowiskami płytowymi (rys. 1). Umożliwiają one wykonanie badania w warunkach dynamicznych, w czasie ruchu pojazdu z prędkością ok. 10 km/h. Składają się z jednej płyty najazdowej (pomiarowej) lub niekiedy dwóch płyt (kompensacyjnej i pomiarowej) mogących przesuwać się w kierunku prostopadłym do osi podłużnej stanowiska kontrolnego oraz osobnej jednostki sterująco-wskaźnikowej (nie dotyczy to urządzeń zainstalowanych w linii diagnostycznej). Wartość bocznego przesunięcia płyty uzależniona jest od ustawienia kół badanej osi (przede wszystkim od ich zbieżności). Przemieszczenie płyty pomiarowej rejestrowane jest przez elektroniczny układ pomiarowy i po odpowiednim przetworzeniu wyświetlane na urządzeniu wskaźnikowym (wyświetlacz, monitor). Korzystniejsze jest stosowanie urządzenia dwupłytowego, ponieważ płyta kompensacyjna umieszczona przed płytą pomiarową pozwala na rozładowanie naprężeń w układach jezdnym, zawieszenia i kierowniczym. Pozwala to wyeliminować wpływ tych czynników na wynik pomiaru. Na rysunku nr 2 przedstawiono schemat rozmieszczenia elementów urządzenia płytowego do oceny ustawienia kół jezdnych na stanowisku kontrolnym i możliwe wychylenia płyty dla zbieżnego (+) i rozbieżnego (–) ustawienia kół.
Urządzenie do oceny ustawienia kół powinno zapewniać pomiar poprzecznego przesunięcia płyty pomiarowej przy jednoczesnym zachowaniu poziomości badanej osi pojazdu. Płyta pomiarowa i płyta kompensacyjna powinny:
- bez obciążenia samoczynnie ustawiać się w położeniu spoczynkowym (centralnym),
- przesuwać się od położenia zerowego po przyłożeniu wymaganej minimalnej siły bocznej (pod obciążeniem pionowym płyty),
- być zabezpieczone antykorozyjnie.

Natomiast jednostka sterująco-wskaźnikowa powinna spełniać następujące wymagania techniczne:
- zapewniać możliwość ręcznego uruchamiania i sterowania urządzeniem,
- stwarzać możliwość rozpoczęcia pomiaru z miejsca kierowcy pojazdu za pomocą pilota,
- być wyposażona we wskaźniki: poślizgu bocznego koła o zakresie wskazań co najmniej ± 9 mm/m (± 9 m/km) lub współczynnika prawidłowości ustawienia kół o zakresie wskazań ± 6 mm (± 1O),
- zatrzymywać wskazania zmierzonych wielkości aż do chwili rozpoczęcia nowego pomiaru,
- być wyposażona w drukarkę wewnętrzną lub w znormalizowane złącze komputerowe do podłączenia drukarki zewnętrznej,
- zapewniać sprawdzenie dokładności układu pomiarowego przesunięcia poprzecznego płyty.

Przed rozpoczęciem pomiaru należy zawsze sprawdzić ciśnienie w ogumieniu i wyregulować je zgodnie z danymi producenta. Podczas przejazdu nie należy przyspieszać, hamować oraz obracać kierownicą. Najlepiej przejechać przez płytę, wykorzystując bezwładność lekko rozpędzonego samochodu (prędkość około 10 km/h). Przed wjazdem na stanowisko na ekranie monitora ukazuje się obraz jego gotowości do pracy. Po przejechaniu przez płytę pomiarową na ekranie ukazują się odpowiednie obrazy i komunikaty w zależności od tego, czy ustawienie kół jest zbieżne, czy rozbieżne. Końcowy wynik pomiaru podawany jest w postaci jednego z następujących parametrów diagnostycznych:
- poślizgu bocznego koła, to jest wartości poprzecznego przesunięcia płyty pomiarowej w mm, odniesionej do długości płyty pomiarowej w m. Wielkość ta, wyrażona w jednostkach miary mm/m lub m/km, określa tendencję koła do zbaczania z wyznaczonego kierunku jazdy pod wpływem siły bocznej;
- wskaźnika prawidłowości ustawienia kół, to jest poślizgu bocznego koła przeliczonego na umowną średnicę tarczy koła w m i wyrażonego w jednostkach miary zbieżności liniowej (mm) lub kątowej (stopnie).

W większości przypadków wynik pomiaru można przedstawić w protokole z badań w sposób graficzny i liczbowy. Wartości graniczne kryteriów oceny prawidłowości ustawienia kół ustala producent urządzenia kontrolnego i określane są one wyłącznie dla osi przedniej. Pomiar osi tylnej nie podlega ocenie i ma znaczenie informacyjne. Niżej przykładowo przedstawiono sposób wyliczania wartości granicznych wskaźnika prawidłowości ustawienia kół dla urządzenia płytowego UNC-8 (rys. 3), które wchodzi w skład uniwersalnej linii diagnostycznej firmy Unimetal.

1. Dla pojazdów o dmc do 3,5 t wartości graniczne wskaźnika prawidłowości ustawienia kół (W) należy wyznaczyć w następujący sposób:
- górna wartość graniczna wskaźnika Wmax powinna być równa:

Wmax = Zmax + 0,5 [mm]
gdzie: Zmax – górna wartość zbieżności podana przez producenta pojazdu,

- dolna wartość graniczna wskaźnika Wmin powinna wynosić:

Wmin = Zmin – 0,5 [mm]
gdzie: Zmin – dolna wartość zbieżności podana przez producenta pojazdu.

2. Dla pojazdów o dmc powyżej 3,5 t wartości graniczne wskaźnika prawidłowości ustawienia kół (W) należy określić w niżej podany sposób:
- górna wartość graniczna wskaźnika Wmax powinna być równa:

Wmax = Zmax + 1 [mm]
gdzie: Zmax – górna wartość zbieżności podana przez producenta pojazdu;

- dolna wartość graniczna wskaźnika Wmin powinna wynosić:

Wmin = Zmin – 1 [mm]
gdzie: Zmin – dolna wartość zbieżności podana przez producenta pojazdu.

Przykładowo dla jednego z modeli samochodu osobowego Volkswagen Golf/Jetta graniczne wartości zbieżności podawane w dokumentacji technicznej producenta, a także w innych dostępnych publikacjach (Autodata) wynoszą: Zmin = -3,0 mm, Zmax = -0,5 mm. Wobec tego graniczne wartości wskaźnika ustawienia kół (W) będą następujące:

Wmin = Zmin - 0,5 = - 3,0 - 0,5 = - 3,5 mm

Wmax = Zmax + 0,5 = - 0,5 + 0,5 = 0,0 mm

Jeżeli otrzymana wartość wskaźnika ustawienia kół (np. W = - 2 mm) zawiera się w granicach przyjętych kryteriów, to ustawienie kół należy uznać za prawidłowe. Gdyby wartość tego wskaźnika wykraczała poza ustalone granice tolerancji (np. W = + 1,0 mm), to ustawienie kół jest nieprawidłowe i samochód nie powinien być dopuszczony do ruchu. Ocena końcowa ustawienia kół jezdnych pojazdu jest pozytywna, jeżeli wynik pomiaru mieści się między wartościami granicznymi kryteriów oceny prawidłowości ustawienia. W przypadku otrzymania negatywnego wyniku pomiaru należy przeprowadzić analizę przebiegu otrzymanego wykresu (rys. 4) poprzecznego przesunięcia płyty pomiarowej w celu określenia prawdopodobnej przyczyny takiej sytuacji (tab. 1).
W przypadkach wymienionych w pkt. 3-5 należy powtórzyć pomiar i zwrócić szczególną uwagę na poprawne jego wykonanie, aby wyeliminować wymienione nieprawidłowości. W razie powtórnego otrzymania negatywnych wyników pomiaru oraz w przypadkach wymienionych w pkt. 1-2 parametry ustawienia kół jezdnych należy dokładnie sprawdzić za pomocą urządzeń specjalistycznych.

Urządzenie umożliwia również kontrolę ustawienia kół osi tylnej, jednak ze względu na brak kryteriów oceny prawidłowości ustawienia tych kół wynik pomiaru należy traktować informacyjnie. Ogólnie można powiedzieć, że stosowanie urządzeń płytowych do wstępnej kontroli ustawienia kół, dla których określono kryteria oceny wyników pomiaru, jest w pełni uzasadnione podczas badań technicznych pojazdów. Natomiast nie można oceniać na podstawie tych pomiarów prawidłowości ustawienia zbieżności kół. Należy wyraźnie stwierdzić, że jeżeli na urządzeniu do wstępnej oceny ustawienia kół stwierdzi się występowanie nadmiernego poślizgu bocznego koła, to w pełni uzasadnione jest wykonanie w warunkach statycznych bardziej precyzyjnych pomiarów parametrów związanych z ustawieniem kół i osi jezdnych (całkowitej i połówkowej zbieżności kół, kąta pochylenia koła, kąta pochylenia i kąta wyprzedzenia sworznia zwrotnicy, kąta nierównoległości osi, kąta przesunięcia osi jezdnych i innych) oraz przeprowadzenie niezbędnych regulacji lub napraw.
Urządzenia do oceny wstępnej ustawienia kół jezdnych znajdują się w ofercie większości producentów wytwarzających wyposażenie do diagnozowania pojazdów samochodowych.

PRZYRZĄDY DO BADANIA UKŁADU W WARUNKACH STATYCZNYCH
Przyrządy do badania układu kierowniczego w warunkach statycznych można podzielić na następujące rodzaje:
- do diagnozowania wstępnego,
- do pomiaru kątów (przenośne),
- uniwersalne (stanowiskowe) umożliwiające pomiar wszystkich parametrów ustawienia kół i osi pojazdu,
- o specjalistycznym przeznaczeniu (do pomiaru określonego parametru),
- do diagnozowania mechanizmu wspomagającego układu kierowniczego.

1. Przyrządy do diagnozowania wstępnego
Do realizacji wstępnego zakresu diagnozowania układu kierowniczego wykorzystuje się zasadniczo niżej wymienione przyrządy.

Ogólnodostępne przyrządy pomiarowe
Wśród nich można wyodrębnić na przykład czujnik zegarowy z podstawką do sprawdzania bicia osiowego obręczy koła, manometr do sprawdzania ciśnienia powietrza w ogumieniu itd.

Przyrządy do pomiaru sumarycznego luzu w układzie kierowniczym
Do pomiaru sumarycznego luzu w układzie kierowniczym można wykorzystać krajowy przyrząd LUZ-1, który składa się z dwóch zasadniczych zespołów (rys. 5):
- nakładki kierownicy z podziałką kątową, diodą świecącą i wskaźnikiem,
- czujnika z iglicą mocowanego na statywie.

Nakładkę z podziałką kątową zakłada się na kierownicę. Nieruchomy wskaźnik należy zamocować do odpowiedniego elementu kabiny (np. szyba przednia). Bezpośrednio przy kole kierowanym pojazdu ustawia się czujnik umożliwiający ustalenie początku ruchu skrętnego koła. Iglica czujnika uruchamia mikrowłącznik, co jest sygnalizowane świeceniem diody. Za pomocą rozłączalnego przewodu czujnik jest połączony z nakładką kierownicy.

Przyrządy do pomiaru siły na kole kierownicy
Do tego pomiaru wykorzystywany jest dynamometr sprężynowy o zakresie pomiarowym 0-5 daN lub 0-20 daN. Specjalnie wykonane zaczepy z jednej strony i uchwyt z drugiej strony ułatwiają mocowanie dynamometru na kole kierownicy.

2. Przenośne przyrządy do pomiaru kątów
Przyrządy mechaniczne służą do pomiaru: kąta pochylenia koła, kąta pochylenia osi sworznia zwrotnicy, kąta wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy oraz zależności między kątami skrętu koła zewnętrznego i wewnętrznego. Ten rodzaj przyrządów jest wyposażony w dwie podziałki – jedną do odczytu wartości kąta pochylenia koła, a drugą do odczytu wartości kąta pochylenia i kąta wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy. Wskaźnik z poziomicą umożliwia pionowe ustawienie przyrządu. Podziałki tarcz obrotowych, na których ustawia się koła badane, umożliwiają odczyt wartości kątów skrętu kół. Współczesne konstrukcje układów kierowniczych i jezdnych wymagają na tyle dużej dokładności pomiarów, że nie zaleca się stosowania przyrządów mechanicznych (znajdujących się w niektórych stacjach obsługi i warsztatach samochodowych), które obecnie nie spełniają wymogów nowoczesnej diagnostyki ustawienia kół.

3. Urządzenia uniwersalne (stanowiskowe)
Charakterystyczne cechy urządzeń uniwersalnych
Urządzenia uniwersalne umożliwiają najczęściej pomiary wszystkich podstawowych parametrów ustawienia kół samochodu:
- zbieżności (całkowitej i połówkowej) kół przednich, tylnych i kół osi pośrednich;
- kątów pochylenia kół przednich, tylnych i kół osi pośrednich;
- kątów pochylenia osi sworzni zwrotnic;
- kątów wyprzedzenia osi sworzni zwrotnic;
- kąta odchylenia osi geometrycznej jazdy od osi symetrii pojazdu lub kąta nieprostopadłości osi kół do osi symetrii ramy;
- kątów skrętu kół przednich (kontrolnych i maksymalnych);
- nierównoległości osi kół pojazdu i śladowości kół (przesunięcia bocznego kół).
Ponadto zapewniają sprawdzenie:
- bicia bocznego obręczy kół (umożliwiona kompensacja bicia),
- ustawienia kół do jazdy na wprost.

Urządzenia uniwersalne mają niekiedy wbudowane niektóre elementy w nawierzchnię stanowiska, usytuowane są najczęściej na stanowisku kanałowym lub na podnośniku, co umożliwia wygodną i równoczesną z pomiarem regulację ustawienia kół.
Ze względu na konstrukcję układu pomiarowego rozróżnia się najczęściej następujące rodzaje urządzeń uniwersalnych:
- optyczne,
- optyczno-mechaniczne,
- optyczno-elektroniczne (laserowo-mikroprocesorowe),
- elektroniczne,
- komputerowe.

Ze względu na zakres stosowania urządzenia te można podzielić na dwie grupy:
- do pomiaru ustawienia kół w pojazdach o dmc do 3,5 t (samochody osobowe, osobowo-terenowe i dostawcze),
- do pomiaru ustawienia kół w pojazdach o dmc powyżej 3,5 t (pojazdy ciężarowe, autobusy, przyczepy i naczepy).

Można również wyodrębnić przyrządy:
- z dwoma zespołami pomiarowymi, dokonujące pomiaru względem osi symetrii samochodu;
- z czterema zespołami pomiarowymi, wykonujące pomiar względem osi geometrycznej jazdy pojazdu.
Po analizie obowiązujących przepisów oraz wartości parametrów diagnostycznych podawanych przez producentów pojazdów można określić zakresy pomiarowe oraz dokładność odczytu lub obliczeń dla przyrządów do pomiaru ustawienia kół.
Nowoczesne przyrządy do kontroli ustawienia kół i osi pojazdów są wytwarzane przez takich producentów, jak na przykład: Beissbarth, Bosch, Cartec, Cemb, Corghi, Facom, Hofmann, Hunter, John Bean, Josam, Maha, Nussbaum, Precyzja, Ravaglioli, Space.
O wyborze urządzenia konkretnego wytwórcy powinny przede wszystkim decydować: względy techniczne i ekonomiczne, organizacja serwisu, sposób szkolenia przewidziany przez producenta lub importera, poziom techniczny i ranga stacji diagnostycznej lub warsztatu, posiadanie certyfikatu zgodności potwierdzającego spełnienie dodatkowych wymagań (dotyczy urządzeń pracujących w stacjach kontroli pojazdów), posiadanie systemu jakości zgodnego z wymaganiami jednej z norm serii ISO 9000, umiejętności diagnostów itp.
Jeżeli porównuje się różne typy przyrządów do pomiaru ustawienia kół, należy zwrócić uwagę na to, czy:
- w przyrządach optycznych i pochodnych promień pomiarowy projektora jest wysyłany przez żarówkę czy przez laser,
- w przyrządach elektronicznych istnieje możliwość transmisji i rejestrowania wyników w komputerze,
- w przyrządach komputerowych zespoły pomiarowe połączone są między sobą linkami pomiarowymi czy też nie ma linek (połączenie jest za pomocą kamer wysyłających promienie podczerwone) oraz czy komunikowanie się z komputerem odbywa się przewodowo, czy też bezprzewodowo (drogą radiową),
- zasilanie zespołów pomiarowych realizowane jest przewodowo czy za pomocą baterii akumulatorów.
Urządzenia do kontroli ustawienia geometrii kół i osi pojazdów samochodowych powinny spełniać następujące warunki:
- umożliwić pomiary czterema zespołami pomiarowymi względem geometrycznej osi jazdy, to jest osi, wzdłuż której porusza się pojazd,
- zapewniać sprawdzanie ustawienia kół tylnych w samochodach ciężarowych względem osi symetrii ramy pojazdu (jest to szczególnie ważne przy długich zestawach);
- umożliwiać zamocowanie zespołów pomiarowych na różnych typach obręczy kół zarówno stalowych, jak i aluminiowych o średnicach z zakresu 12-20” (w samochodach osobowych) lub 16-24” (w pojazdach ciężarowych);
- umożliwiać wykonanie czynności kompensacji bicia układu koło-zacisk (z dokładnością co najmniej 1030’) lub stosowanie sposobów pomiaru eliminujących bicie (np. stosowanie zacisków specjalnych bazowanych na otworach ustalających w piaście koła) bądź uwzględniających zjawisko bicia,
- umożliwić wykonanie prawidłowego pomiaru dla rozstawu osi kół w zakresie 1800-4700 mm (w samochodach o dmc do 3,5 t) lub minimum 2500 mm (maksymalna długość pojazdu 18 m) – w pojazdach o dmc powyżej 3,5 t,
- umożliwiać wykonanie prawidłowego pomiaru dla rozstawu kół tej samej osi w zakresie 1100-1800 mm (w samochodach o dmc do 3,5 t) lub 1500-2300 mm (w pojazdach o dmc ponad 3,5 t),
- mieć dopuszczalną nośność pojedynczej obrotnicy nie mniejszą niż 10 kN (wersja osobowa) lub 57,5 kN (wersja ciężarowa),
- umożliwiać pomiary w samochodzie wyposażonym w spojlery;
- wykazywać się dużą trwałością, niezawodnością (odporność na zanieczyszczenia, wstrząsy, zmiany temperatury, wilgotności powietrza) i zapewniać bezpieczeństwo pracy,
- gwarantować powtarzalność wyników pomiarów i stabilność obwodów pomiarowych przez co najmniej 6 miesięcy bez potrzeby ich kalibrowania,
- umożliwiać sprawdzanie dokładności wskazań oraz przywrócenie utraconej zdolności pomiarowej przez ponowną kalibrację,
- mieć instrukcję oraz napisy w języku polskim lub czytelne znaki graficzne (piktogramy) identyfikujące elementy kontrolne i sterownicze.

Dodatkowo przyrządy komputerowe powinny:
- umożliwiać zdalne sterowanie urządzeniem,
- wynik pomiaru porównywać z danymi producenta samochodu i przechowywać go w pamięci,
- mieć w pamięci wartości obciążeń dla różnych typów pojazdów,
- umożliwić komunikowanie w relacji urządzenie-użytkownik (komunikaty powinny być czytelne i jednoznacznie zrozumiałe) oraz wydrukowanie protokołu w języku polskim,
- przeprowadzać automatyczny program samotestowania,
- w miarę możliwości być odporne na błędy diagnosty.

Jeżeli urządzenie samodzielnie nie przelicza zbieżności kół ze stopni na milimetry w zależności od średnicy obręczy koła lub odwrotnie, wówczas powinno być wyposażone w tablicę przeliczeniową.

dr inż. Kazimierz Sitek