Diagnostyka

układów kierowniczych (3)

Urządzenia komputerowe z głowicami pasywnymi
Drugą grupą urządzeń komputerowych do pomiaru geometrii ustawienia kół są takie, które pracują jedynie z głowicami pasywnymi (refleksyjnymi, 3D) umieszczonymi przy kołach. Ten rodzaj urządzeń jest obecnie mniej rozpowszechniony, głównie ze względu na cenę. Przyrządy tego typu oferują m.in. firmy John Bean, Hunter, Hofmann i Corghi. Do zalet takich urządzeń można zaliczyć: brak elektronicznych głowic pomiarowych (wrażliwych na uszkodzenia) oraz krótki czas pomiaru (wyeliminowano łączenie głowic, nie trzeba wykonywać kompensacji bicia obręczy kół połączonej z podnoszeniem pojazdu, do określenia parametrów wystarcza przesunięcie pojazdu do przodu i do tyłu na odcinku o długości 20 cm i jedno skręcenie kół do oporu). Nie jest wymagane wypoziomowanie stanowiska kontrolnego. Dokładność pomiarów odpowiada wymaganiom producentów samochodów.
Przykładem urządzenia tego typu jest Visualiner 3D (fot. 1) firmy John Bean. Dzięki trójwymiarowemu modelowaniu podwozia urządzenie jest w stanie określić wszystkie kąty dotyczące geometrii ustawienia kół. Zamiast elektronicznych głowic pomiarowych zastosowano w tym urządzeniu głowice pasywne, będące specjalnymi zwierciadłami wykonanymi ze stopów metali lekkich, niezawierającymi żadnych wrażliwych na czynniki otoczenia układów optycznych ani elektronicznych.
Przed głowicami pasywnymi umieszczono dwa zespoły diod LED wysyłających sygnały świetlne. Wewnątrz obudowy każdego zespołu diod znajdują się wysoko czułe kamery CCD, pełniące w tym systemie rolę głowic pomiarowych. Kamery mogą być umieszczone na wysięgniku, na ścianie lub na osobnych kolumnach. Kamery odbierają odbite od głowic pasywnych umieszczonych na kołach światło podczerwone. Każda z kamer obserwuje ruch głowic umieszczonych z jednej strony. W zależności od ustawienia głowic pasywnych, obrazy okręgów umieszczone na głowicach docierają do kamer w postaci zniekształconej (jako elipsy). Rejestracja obrazu następuje z częstotliwością błysków oświetlających tarcze głowic. Kamery przekazują te informacje do jednostki centralnej systemu. Z odchyłki kształtu obrazu w kolejnych pozycjach pomiarowych program komputerowy wylicza aktualne parametry ustawienia kół i osi pojazdu.

Fot. 1. Przyrząd komputerowy Visualiner 3D z głowicami refleksyjnymi do kontroli ustawienia kół (źródło: John Bean).

Na monitorze prezentowane są wartości kątów geometrii wszystkich kół w przestrzennej i czytelnej formie. Pomiędzy stanowiskiem, na którym ustawiony jest pojazd, zamontowanymi na kołach głowicami refleksyjnymi i konsolą sterowniczą urządzenia nie ma żadnych połączeń przewodowych.
Podczas prowadzenia pomiarów nawigacja na ekranie monitora przebiega automatycznie, obsługujący jedynie obserwuje ekran i wykonuje polecenia systemu prezentowane w formie tekstowej i graficznej. P

Fot. 2. Głowice refleksyjne (pasywne) zamontowane na kołach jezdnych pojazdu (źródło: John Bean).

rocedura pomiarowa sprowadza się do wykonania następujących czynności:
- zamontowania na kołach czterech głowic pasywnych (fot. 2),
- obserwacji głowic pasywnych przez kamery,
- przetoczenia pojazdu o około 20 cm do tyłu (kamery rejestrują obrazy głowic pasywnych w nowym położeniu),
- przemieszczenia pojazdu o około 20 cm do przodu (kamery rejestrują obrazy głowic pasywnych w zmienionym położeniu).

Po przekazaniu przez kamery sygnałów do komputera program wyznacza obliczeniowo osie obrotu kół. Na tej podstawie obliczane są: zbieżność całkowita i połówkowa kół, kąty pochylenia kół, kąt odchylenia geometrycznej osi jazdy od osi symetrii oraz przesunięcie kół. Kąty sprawdzane podczas skręcenia kół mierzone są w czasie jednorazowego skręcenia przez obsługującego kołem kierownicy w lewo i w prawo. System wykrywa obrót kołem kierownicy i na ekranie monitora automatycznie prezentowane są, obliczone na podstawie sygnałów przekazanych przez kamery, kąty: pochylenia i wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy, kontrolne oraz maksymalne kąty skrętu kół. Urządzenia z głowicami pasywnymi ze względu na możliwość pomiaru dużych kątów nadają się również do wykonywania pomiarów w pojazdach powypadkowych (warunek – możliwość przetoczenia pojazdu).
Oprócz wersji podstawowej przyrządu firma oferuje odmianę Visualiner 3D-Arago, w której oba zespoły z kamerami nie są sztywno ze sobą połączone, lecz poruszają się na dwóch oddzielnych kolumnach. Najnowsza modyfikacja przyrządu otrzymała kamery o większej rozdzielczości i szerszym kącie widzenia (większa dokładność pomiaru, zmniejszenie powierzchni niezbędnej do wykonania pomiarów).

Fot. 3. Przyrząd Geoliner 780 z głowicami pasywnymi do kontroli geometrii ustawienia kół (źródło: Hofmann).

Firma Hofmann wytwarza urządzenia z głowicami pasywnymi Geoliner 680 i 780, które są konstrukcyjnie spokrewnione z przyrządami Visualiner 3D firmy John Bean. Na przykład odmiana Geoliner 780 (fot. 3) ma podobnie jak Visualiner 3D-Arago dwie kamery poruszające się automatycznie na oddzielnych kolumnach, razem z podnoszonym i opuszczanym pojazdem. Natomiast trzecia kamera obserwuje ruch dwóch pozostałych i dokonuje korekty ich położenia na odpowiedniej wysokości.

Fot. 4. Urządzenie DSP 600 z głowicami pasywnymi do pomiaru geometrii kół (źródło Hunter).

Urządzenia z głowicami pasywnymi typu DSP 600 (fot. 4) oferuje również amerykańska firma Hunter. Zamiast okręgów na powierzchni głowic umieszczono trójkąty równoboczne ze ściętymi narożnikami. W urządzeniu zastosowano cztery kamery CCD (każda z kamer obserwuje ruch tylko jednej głowicy). Głowice pasywne są przystosowane do zamocowania na obręczach o rozmiarach od 10 do 24,5” (opcjonalnie do 27”). Poza tym, budowa i zasada działania urządzenia jest podobna do opisanego wyżej wyrobu firmy John Bean.

Nowe generacje przyrządów komputerowych
Konstruktorzy firm produkujących urządzenia do kontroli geometrii kół intensywnie opracowują nowe generacje przyrządów, dążąc do poprawienia dokładności pomiarów i ułatwienia przebiegu procesu pomiarowego. Tendencją rozwojową w projektowaniu nowych rozwiązań tych urządzeń jest zastosowanie bezdotykowych metod pomiaru i automatyzacja procesu pomiarowego.

Bezdotykowe metody pomiaru
Dwa różne przykłady urządzeń wykorzystujących pomiar bezdotykowy zaprezentowały firmy Bosch/BMW oraz Beissbarth. Nowatorski system do pomiaru geometrii kół zaprojektowała firma Bosch przy współpracy koncernu BMW. Urządzenie najnowszej generacji (fot. 5), w którym zastosowano technikę stereoskopową 3D, nie zawiera elementów mechanicznych podlegających zużyciu. Pomiar realizowany jest w trakcie przejazdu samochodem między czterema kolumnami. W kolumnach umieszczono po dwie kamery video otoczone pierścieniem błyskających diod. Przed pomiarem należy na samochodzie przykleić 40 odblaskowych znaczników, które rozmieszcza się w następujący sposób: po pięć na adapterze mocowanym magnetycznie do obręczy kół, po cztery na każdym nadkolu (w dowolnym miejscu) oraz po jednym nad punktem środkowym koła. Dzięki zastosowaniu specjalnego kleju samoprzylepne znaczniki można łatwo mocować i zdejmować.

Rys. 5. Urządzenie wykorzystujące bezdotykową technikę pomiaru geometrii kół jezdnych (źródło: Bosch).

W trakcie przejazdu pojazdu wyznaczane są kąty pochylenia kół i osi sworzni zwrotnic oraz zbieżność (dla obu osi jednocześnie). W następnej kolejności powinno się skręcić przednie koła na obrotnicach. Pozwoli to na określenie kątów wyprzedzenia sworzni zwrotnic. Wyniki pomiarów można obserwować na ekranie monitora, także w czasie wykonywania regulacji. Urządzenie funkcjonujące w oparciu o technikę stereoskopową opracowano dla samochodów z aktywnym układem kierowniczym. Kąty skrętu trzeba wówczas mierzyć przy określonej prędkości obrotowej silnika.

Fot. 6. Głowice bezdotykowe z kamerami określającymi za pomocą diod LED ustawienie kół jezdnych (system touchless firmy Beissbarth).

Firma Beissbarth opracowała przyrząd, w którym nie trzeba mocować do kół i pojazdu znaczników oraz adapterów. Urządzenie składa się z czterech głowic bezdotykowych (fot. 6), z których każda wyposażona jest w dwie kamery na podczerwień. Kamery są połączone między sobą i z komputerem. Za pomocą wbudowanych diod LED kamery dokładnie określają położenie i ustawienie kół jezdnych pojazdu w przestrzeni. Dane, wstępnie przetworzone przez kamery, są następnie przesyłane do jednostki centralnej (komputera). Podczas pomiaru głowice powinny być ustawione w pobliżu kół pojazdu (równolegle do samochodu i w odległości około 70 cm od koła). Dopuszcza się dość duże tolerancje ich ustawienia. Głowice bezdotykowe umieszcza się przy kanale przeglądowym lub podnośniku samochodowym (powinny się przemieszczać razem z najazdami podnośnika).

Automatyzacja procesu pomiarowego
Jedną z tendencji rozwojowych diagnostyki samochodowej jest automatyzacja procesu pomiarowego. Stanowiska z automatycznymi urządzeniami przejęto z linii produkcyjnych samochodów. Ich zastosowanie do kontroli geometrii ustawienia kół pojazdów jest ograniczone wysoką ceną. Przykładami takich rozwiązań są roboty do badania ustawienia kół oferowane przez firmy Nussbaum/ATT i przez firmę MAHA.

Fot. 8. Robot WAB 01 do badania ustawienia kół jezdnych oferowany przez firmy Nussbaum (przykład automatyzacji procesu pomiarowego).

Urządzenie WAB 01 firmy Nussbaum (fot. 8) zbudowane jest z dwóch głowic pomiarowych, przesuwających się samoczynnie po szynach umieszczonych z dwóch stron podnośnika nożycowego.
W głowicach znajdują się wahliwie umocowane ramiona z czujnikami ruchów kątowych. Podczas pomiaru ramiona tworzące gwiazdę dotykają do barku opony w trzech miejscach. Po zmierzeniu kół osi przedniej następuje przemieszczenie głowic do drugiej osi i powtórzenie pomiaru. Czujniki rejestrują ruchy podniesienia (opuszczenia) ramienia oraz ruchy podniesienia, opuszczenia i obrócenia gwiazdy, a także przesunięcia gwiazdy w prawo i lewo. Głowice samoczynnie rozpoznają oś koła, automatycznie regulują wysokość ustawienia swoich ramion oraz dostosowują się do rozmiarów opony. Pełny proces pomiaru ustawienia kół trwa około 5 minut. Czynności diagnosty zostały ograniczone do minimum (zdalnie uruchamia głowice pomiarowe i obraca kołem kierownicy). Przed rozpoczęciem pomiaru producent zaleca wykonanie kompensacji bicia kół. Odbywa się ona automatycznie.

Fot. 7. Automatyczne urządzenie Lasatron firmy Maha do pomiaru geometrii kół.

Najnowszą wersją tego urządzenia jest odmiana WAB 02 opracowana przez firmy Nussbaum i Siemens AG. Automatyczne urządzenie Lasatron (fot. 7) oferowane przez firmę MAHA działa podobnie jak opisany wyżej robot firmy Nussbaum. Różnice dotyczą wyglądu zewnętrznego głowic pomiarowych i interfejsu oprogramowania. Przed rozpoczęciem pomiaru zaleca się kompensację bicia kół, wykonywaną automatycznie z dużą dokładnością (przez dotyk ramion głowicy do opony i poruszanie przeciwbieżne obrotnic).

dr inż. Kazimierz Sitek