Diagnostyka

układów kierowniczych (część 2)

Artykuł zawiera opis urządzeń uniwersalnych komputerowych do kontroli geometrii ustawienia kół.

W części pierwszej artykułu przedstawiono urządzenia do badania układów kierowniczych w warunkach dynamicznych i statycznych. Uwzględniono przyrządy do diagnozowania wstępnego, przenośne przyrządy do pomiaru kątów oraz wybrane urządzenia uniwersalne do kontroli geometrii kół w pojazdach o dmc do 3,5 t (optyczne, optyczno-mechaniczne, laserowo-mikroprocesorowe i elektroniczne).
Część druga artykułu jest kontynuacją tej tematyki i zawiera opis urządzeń uniwersalnych komputerowych do kontroli geometrii ustawienia kół. Przedstawiono charakterystyczne cechy tej grupy urządzeń oraz wybrane rozwiązania konstrukcyjne urządzeń komputerowych do badania kątów ustawienia kół i osi w samochodach osobowych (dostawczych).

Rys.1. Schemat rozmieszczenia głowic pomiarowych w systemie 8-czujnikowym: A-H – czujniki do pomiaru w płaszczyźnie poziomej.

Nowoczesne samochody osobowe, rozwijające duże prędkości jazdy, wymagają szczególnie precyzyjnego ustawienia geometrii kół i osi. Takie warunki pomiaru zapewniają urządzenia komputerowe, w których konstrukcji zastosowano technikę mikroprocesorową. Urządzenia komputerowe do kontroli geometrii kół różnią się od przyrządów elektronicznych i optyczno-mechanicznych możliwościami pomiarowymi, sposobem przesyłania i przetwarzania danych oraz sposobem obsługi. Oprócz bardzo dużej dokładności, obiektywności i szybkości pomiaru, przyrządy te charakteryzuje nieporównywalna z innymi systemami pomiarowymi łatwość obsługiwania. Integralną częścią przyrządu komputerowego jest zainstalowane w komputerze oprogramowanie. Program komputerowy od początku do końca czuwa nad poprawnością wykonywanych czynności, uwalniając całkowicie diagnostę od możliwości popełnienia błędów podczas wykonywania pomiarów. Bezpośrednio na ekranie monitora, oprócz wyników pomiaru, pojawiają się porównawczo parametry wzorcowe dla danego pojazdu. Ponadto komputerowa baza danych wykonanych usług umożliwia elektroniczny zapis wyników badań wszystkich samochodów, jakie zostały poddane kontroli na stanowisku diagnostycznym.

Rys.2. Elementy przyrządu komputerowego GTI Geomaster standard na stanowisku pomiarowym (źródło: Precyzja).

Charakterystyczne cechy urządzeń komputerowych
Poniżej opisano charakterystyczne cechy przyrządów komputerowych do kontroli geometrii kół:
- bardzo duża dokładność i szybkość pomiaru oraz łatwa obsługa urządzenia;
- wynik pomiaru jest zapamiętywany, porównywany z danymi producenta i wyświetlany na ekranie monitora;
- w razie potrzeby wynik pomiaru można otrzymać w postaci wydruku;
- na monitorze ukazują się równocześnie: symbol graficzny badanego parametru, wartość zmierzona, wartość nominalna oraz ich różnica;
- wykorzystując cztery zespoły pomiarowe zakładane na obręcze kół można wykonać równoczesny pomiar geometrii dla obu osi;
- pomiar geometrii kół osi przedniej następuje po sprawdzeniu, czy oś geometryczna pojazdu pokrywa się z jego osią symetrii (oś geometryczna stanowi bazę pomiarową); ewentualne odchylenia są pokazywane na monitorze;
- wyniki pomiarów ustawienia koła z jednej strony pojazdu są automatycznie porównywane z wynikami uzyskanymi dla koła z drugiej strony; ewentualna różnica odpowiednich wielkości jest pokazywana na monitorze;
- we wszystkich kołach bicie boczne jest kompensowane automatycznie w czterech położeniach;
- możliwość współpracy z obrotnicami elektronicznymi (zwiększenie dokładności pomiarów kątowych i skrócenie czasu pomiaru);
- każde urządzenie wykonuje automatyczny program samotestowania;
- możliwość aktualizacji bazy parametrów wzorcowych oraz rozbudowy oprogramowania.

Rys.3. Widok przyrządu komputerowego GTI Geomaster specjal (źródło: Precyzja).

Programy pomiarowe przyrządów komputerowych prowadzą obsługującego przez cały pomiar, umożliwiając jednocześnie kontrolę tylko pojedynczych parametrów. Zarazem urządzenie sprawdza poprawność wykonania wielu czynności. Ewentualne uchybienia są natychmiast wyświetlane na ekranie monitora. Programy regulacyjne stosowane w urządzeniach komputerowych prezentują zbiorcze obrazy wszystkich parametrów danej osi (możliwość obserwacji zmian parametrów wzajemnie od siebie zależnych) oraz zalecane sposoby obciążenia pojazdów podczas wykonywania pomiarów. Nowoczesne przyrządy komputerowe umożliwiają również ustawienie geometrii kół w pojeździe podniesionym podczas wykonywania regulacji kątów pochylenia koła oraz wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy. W urządzeniach komputerowych diagnosta może sterować pracą programu bezpośrednio z klawiatury lub zdalnie za pomocą pilota, co w istotny sposób zwiększa wygodę obsługi przyrządu. Grupa urządzeń komputerowych jest bardzo niejednorodna i to zarówno ze względu na cenę, jak i zastosowane rozwiązania konstrukcyjne związane z pomiarem wielkości geometrycznych. Wszystkie oferowane obecnie przyrządy tej grupy mają w swoich pełnych wersjach cztery zespoły pomiarowe. Umożliwia to pomiar poszczególnych parametrów względem geometrycznej osi jazdy, czyli osi, wzdłuż której w rzeczywistości porusza się samochód. Należy podkreślić, że pomiary przyrządem z dwoma zespołami pomiarowymi można przeprowadzać, kiedy geometryczna oś jazdy pokrywa się z osią symetrii samochodu. Pojazdy o nieznanej przeszłości, zwłaszcza powypadkowe oraz pochodzące z prywatnego importu, powinny być kontrolowane przyrządami z czterema zespołami pomiarowymi. Najbardziej rozpowszechnione są urządzenia komputerowe, w których zespoły pomiarowe (nazywanych także głowicami) są mocowane bezpośrednio do kół. Każda głowica pomiarowa jest wyposażona w dwie kamery CCD oraz cztery źródła promieniowania podczerwonego. Pomiary kątów są obecnie wykonywane optycznie. Istotnymi elementami zespołów pomiarowych są czujniki położenia. Do pomiaru kątów poziomych stosuje się w starszych wersjach przyrządów czujniki rezystancyjne lub w nowszych przyrządach - optyczne. W czujnikach rezystancyjnych nośnikiem informacji o ich wzajemnym położeniu względem siebie są elastyczne cięgna (linki pomiarowe). Badany pojazd opasany jest linkami pomiarowymi ze wszystkich stron. Możliwe jest wówczas wykonywanie pomiarów niektórych parametrów z wykorzystaniem tylko dwóch przednich zespołów pomiarowych. W czujnikach optycznych informacja o ich wzajemnym położeniu względem siebie przekazywana jest przez promieniowanie podczerwone emitowane przez kamery CCD lub promieniem lasera padającym na wirujące zwierciadła. We wszystkich urządzeniach komputerowych do pomiaru kątów pionowych stosuje się najczęściej czujniki grawitacyjne lub rzadziej kamery CCD. Ważnym parametrem charakteryzującym urządzenia komputerowe jest liczba zastosowanych czujników. Przyrządy wyposażone w cztery głowice pomiarowe z kamerami CCD są dostępne w wersjach z 6 lub 8 czujnikami. W systemie 8-czujnikowym tylne zespoły pomiarowe są zewnętrznie takie same jak przednie. Pojazd podczas pomiaru otoczony jest wiązkami promieniowania podczerwonego ze wszystkich stron (zamknięte pole pomiarowe 3600) – rys. 1. W systemie 6-czujnikowym nie ma elementów pomiarowych z tyłu za pojazdem. Należy podkreślić, że w systemie 8-czujnikowym możliwy jest pomiar większej liczby parametrów (określenie wzajemnego położenia przedniej i tylnej osi jezdnej). Natomiast w przypadku zastosowania 6 czujników jest to niemożliwe (można jedynie zmierzyć przesunięcie boczne kół przednich).

Istotną cechą zespołów pomiarowych jest sposób komunikacji (przesyłania danych) pomiędzy sobą, jak również z centralną jednostką sterującą (komputerem). Obecnie stosuje się następujące rodzaje transmisji danych pomiarowych:
- za pomocą przewodów,
- z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego,
- za pomocą fal radiowych.
W urządzeniach komputerowych znalazły zastosowanie dwa sposoby zasilania zespołów pomiarowych: zasilanie przewodowe lub bezprzewodowe z wykorzystaniem akumulatorów. Przy zasilaniu akumulatorowym, po zawieszeniu głowic pomiarowych na stanowisku odkładczym, następuje automatyczne sprawdzenie stanu naładowania akumulatorów i rozpoczyna się ich doładowywanie. Ten rodzaj głowic jest wyposażony w sygnalizację rozładowania akumulatorów i umożliwia w trybie awaryjnym pracę w systemie przewodowym.

Zespoły pomiarowe mocuje się na obręczach kół za pomocą zacisków mocujących. W przypadku zacisków mocujących istotna jest możliwość ich zamocowania na wszystkich typach obręczy kół (szczególnie istotne przy obręczach aluminiowych). Wytwórcy oferują niekiedy zaciski szybkomocujące w dwóch odmianach:
- uniwersalne, nadające się do wszystkich obręczy kół (wymagana jest kompensacja bicia układu koło-zacisk),
- specjalne, nadające się do określonych typów pojazdów (można przeprowadzić pomiar bez wykonywania kompensacji bicia koła).

Z urządzeniami komputerowymi mogą współpracować zarówno obrotnice mechaniczne, jak i elektroniczne. Obrotnice elektroniczne umożliwiają bezpośredni pomiar maksymalnych i kontrolnych kątów skrętu kół. W przypadku obrotnic mechanicznych diagnosta wymienione parametry odczytuje ze skal i wprowadza ręcznie z klawiatury do komputera. Dla obrotnic mechanicznych istotne jest, aby w czasie pomiarów kątów sworzni zwrotnic wykonywanie skrętów było nadzorowane przez program komputerowy (ułatwienie pomiaru).
Aby zniwelować wpływ wysokości obrotnic na dokładność pomiarów, pod koła tylne pojazdu podstawia się płyty wyrównawcze (rolkowe). Zastosowanie znalazły trzy rodzaje płyt rolkowych:
- zwykłe,
- długie (nie ma potrzeby ich przemieszczania podczas pomiarów różnych pojazdów),
- przesuwno-skrętne (dodatkowo umożliwiają skręt koła podczas regulacji zbieżności kół tylnych zawieszonych niezależnie).

Urządzenia komputerowe do badania geometrii kół i osi w pojazdach o dmc do 3,5 t
W kraju dostępnych jest wiele rodzajów urządzeń komputerowych, oferowanych przez prawie każdą większą firmę produkującą wyposażenie diagnostyczne.
1. Urządzenia komputerowe z elektronicznymi głowicami pomiarowymi
Obecnie na stacjach kontroli i obsługi pojazdów szerokie zastosowanie znalazły urządzenia komputerowe, w których elektroniczne zespoły pomiarowe (głowice) są mocowane bezpośrednio do kół. W dalszej części przykładowo przedstawiono urządzenia komputerowe wybranych firm: Precyzja-Technik, Corghi, Beissbarth i Space. Precyzja-Technik wytwarza między innymi przyrządy komputerowe GTI Geomaster do pomiaru geometrii kół samochodów o dmc do 3,5 t oraz średnicach obręczy kół 12-22”, dostępne w trzech wersjach: standard, specjal i radio.

Rys.4. Przyrząd komputerowy GTI Geomaster radio do pomiaru ustawienia kół jezdnych (źródło: Precyzja).

Przykładem urządzenia komputerowego z elastycznymi linkami pomiarowymi i transmisją danych do jednostki centralnej za pomocą przewodów jest GTI Geomaster standard (rys. 2). Przyrząd jest wyposażony w cztery zespoły pomiarowe z ośmioma czujnikami położenia. Zastosowanie linek pomiarowych umożliwia wykonywanie badań tylko z wykorzystaniem przednich zespołów pomiarowych - bez potrzeby zakładania na tylne koła zacisków i głowic pomiarowych (co zawsze ma miejsce w przyrządach wyposażonych w kamery CCD). Cały pomiar jest nadzorowany przez komputer typu PC z odczytem informacji na ekranie kolorowego monitora. Zespoły pomiarowe zostały wyposażone w czujniki optoelektroniczne i rezystancyjne o podwyższonej dokładności. Kompensacja bicia układu koło - zacisk realizowana jest czteropunktowo (można korzystać z przycisków w zespołach pomiarowych). Urządzenie może współpracować zarówno z obrotnicami elektronicznymi, jak i mechanicznymi. Diagnosta może sterować pracą urządzenia bezpośrednio z klawiatury lub zdalnie, za pomocą pilota. Urządzenie może pracować w cyklu automatycznym, wówczas obsługujący podczas wykonywania pomiarów jest prowadzony przez program komputerowy lub w cyklu indywidualnym (diagnosta wybiera poszczególne funkcje).

Rys.5. Elementy przyrządu komputerowego Progeo 825: zespół pomiarowy, zacisk mocujący i obrotnica (źródło: Precyzja).

Komfort pracy diagnosty zwiększają także elementy graficzne programu obsługiwania przyrządu. Mogą one znacznie ułatwić proces prowadzenia pomiaru geometrii kół, zwiększając jednocześnie czytelność i zrozumienie wyświetlanych obrazów programu. Do takich elementów graficznych należą m.in.:
- wskaźnik liniowy,
- wskaźnik skrętu kół.
Wskaźnik liniowy jest interpretacją graficzną prawidłowej wartości kąta. Został umieszczony pod polem cyfrowym, z rzeczywistą wartością mierzonego parametru i polem z wartościami wzorcowymi (wraz z dopuszczalnymi tolerancjami). Dzięki temu wskaźnikowi diagnosta nie musi samodzielnie dokonywać porównania wartości rzeczywistych z wymaganymi przez producenta.

Rys.6. Schemat transmisji sygnałów wielkości mierzonych z zespołów pomiarowych do jednostki centralnej.

Wskaźnik skrętu kół jest wykorzystywany przy ustawianiu kół do jazdy na wprost lub przy skręcaniu kół o określony kąt w pomiarach dynamicznych. Umożliwia precyzyjne ustawienie koła w określonym położeniu.
Istotną cechą przyrządu jest jednoczesne wyświetlanie na jednym ekranie monitora wartości kilku parametrów ustawienia koła od siebie zależnych. Ułatwia to wykonywanie czynności regulacyjnych (podczas wykonywania regulacji na bieżąco można obserwować zmiany wartości poszczególnych kątów). Przyrząd porównuje zarówno na ekranie monitora, jak i na wydruku rzeczywiste wyniki pomiarów z wartościami wymaganymi. Istnieje również możliwość prowadzenia komputerowej bazy klientów (wykonanych usług). Program zawiera także funkcję regulacje, która umożliwia diagnoście przeprowadzenie korekty ustawienia poszczególnych parametrów. Przyrząd posiada m.in. specjalną kartę dźwiękową, dzięki której przekazywane są komunikaty informujące diagnostę w trakcie pomiarów o potrzebie przeprowadzenia kolejnych czynności.
Urządzenie wyposażono w bazę wzorcowych parametrów pojazdów, zawierającą dane ponad 3000 samochodów. Umożliwia to automatyczne porównywanie wartości rzeczywistej mierzonego parametru z wartością wymaganą przez producenta. Raz w roku wykonywana jest aktualizacja danych zawartych w bazie. Do bazy wzorcowej użytkownik może samodzielnie dopisywać nowe pojazdy.

Rys.7. Urządzenie komputerowe Microline 5000 firmy Beissbarth z radiowym przesyłem danych.

W przyrządzie GTI Geomaster specjal (rys. 3) również zastosowano przewodowe zasilanie głowic i przewodową komunikację między zespołami pomiarowymi oraz jednostką centralną, której podstawowym elementem jest stolik (zamiast szafki). Przykładem przyrządu komputerowego z akumulatorowym zasilaniem głowic oraz z radiową transmisją danych między głowicami i jednostką centralną jest GTI Geomaster radio (rys. 4). Główne cechy przyrządu to: całkowicie nowy algorytm pomiarowy, akumulatorowe zasilanie zespołów pomiarowych, przekazywanie danych do jednostki centralnej za pomocą fal radiowych, nowe elementy graficzne programu obsługiwania, funkcja szybkiego diagnozowania udostępniająca na jednym ekranie odczyty wszystkich podstawowych parametrów, bez wykonywania jakichkolwiek skrętów. Na czołowej płycie szafki, powyżej klawiatury, widoczny jest otwór służący do komunikacji pilota zdalnego sterowania z systemem komputerowym. Z lewej strony znajduje się makieta pojazdu z zespołem diod sygnalizujących odpowiednie stany aktywności podzespołów systemu. W ich sąsiedztwie umieszczono antenę służącą do komunikacji zespołów pomiarowych z komputerem.

Rys.8. Microline 8 Easy do komputerowego pomiaru ustawienia kół (źródło: Beissbarth).

Najbardziej zaawansowanym technicznie urządzeniem komputerowym firmy Precyzja Technik jest przyrząd Progeo 825 (rys.5), opracowany wspólnie z włoską firmą Corghi. Oprogramowanie zawiera bazę wzorcową około 18 000 pojazdów. Wymiana modułu pamięci zawierającego dane umożliwia jej aktualizację. W przyrządzie zastosowano kilka sposobów kompensacji bicia układu koło-zacisk: tradycyjne (z unoszeniem koła) i przez przetaczanie pojazdu. Podczas pomiaru realizowane jest odczytywanie wartości skrętu kół przez czujniki zespołów pomiarowych

Rys.9. Urządzenie Matrix firmy Space do komputerowego pomiaru geometrii kół.

Urządzenie Progeo 825 można wykorzystać w zakresie średnic obręczy od 12 do 22”. Występuje w dwóch odmianach: standard i radio. Progeo 825 standard ma przewodowe zasilanie głowic pomiarowych oraz przewodową transmisję danych między głowicami a jednostką centralną. W Progeo 825 radio zastosowano akumulatorowe zasilanie głowic i radiową transmisję danych. Precyzja-Technik dostarcza również urządzenie komputerowe Exact 6800 firmy Corghi, które jest przeznaczone do badania geometrii kół o średnicach obręczy 10÷19” (samochody osobowe). W opcji dostępna jest odmiana do kontroli samochodów ciężarowych (średnica obręczy kół 17,5÷25”). Głowice pomiarowe o specjalnej konstrukcji umożliwiają wykonanie pomiaru w nisko zawieszonych samochodach ze spojlerami. Transmisja danych do jednostki centralnej może być przewodowa lub radiowa. Baza danych obejmuje ogółem około 7000 pojazdów. Dostępne są niezbędne dane regulacyjne, narzędzia konieczne do regulacji, wartości nominalnego ciśnienia powietrza w ogumieniu i inne. Można wykonywać archiwizację wyników pomiarów oraz prowadzić bazę danych klientów. Firma Beissbarth wytwarza całą rodzinę przyrządów komputerowych o nazwie Microline. Już jedna z początkowych wersji Microline 4000 miała zespoły pomiarowe wyposażone w kamery CCD, które wysyłają promieniowanie podczerwone obejmujące cały samochód (również z tyłu). Dzięki temu komunikacja między zespołami pomiarowymi odbywa się bezprzewodowo. Transmisja danych do komputera realizowana jest również za pomocą promieniowania podczerwonego – bezprzewodowo (rys. 6). Zaletą tych przyrządów jest to, że posiadają w pamięci komputera graficzne obrazy węzłów regulacyjnych, na których znajdują się także numery narzędzi zalecanych do stosowania przez producenta pojazdu oraz opisy sposobów regulacji. Programy niektórych urządzeń wyposażone były również w instrukcje stosowania pierścieni korygujących geometrię tylnych kół (w samochodach niemających konstrukcyjnie możliwości regulacji zbieżności i kąta pochylenia koła). Wszystkie funkcje systemu są aktywowane przez dotknięcie odpowiedniego piktogramu na ekranie monitora specjalnym piórem, działającym podobnie do komputerowej myszy. Wyniki pomiarów są wyświetlane na kolorowym monitorze na tle graficznego schematu podwozia. Urządzenie umożliwia porównywanie wartości parametrów nominalnych i zmierzonych. Zakres tolerancji wartości pomiarowych pokazywany jest na wykresach słupkowych. Bogata jest grafika trójwymiarowych obrazów pomiarowych oraz obszerny program z objaśnieniami do pomiaru i ilustracjami wykonywanych czynności. Program regulacyjny prezentuje zbiorcze obrazy wszystkich parametrów diagnostycznych danej osi, co umożliwia obserwację zmian parametrów wzajemnie od siebie zależnych.
Każdy z czterech zespołów pomiarowych, przymocowanych do kół za pomocą zacisków szybkomocujących, umożliwia równoczesny pomiar i transmisję danych za pomocą promieni podczerwonych do systemu komputerowego. Kamera CCD odbiera sygnały w postaci znaków świetlnych i przetwarza je na wielkości pomiarowe o dużej rozdzielczości. Drukarka zapisuje zmierzone wartości parametrów diagnostycznych oraz wartości dopuszczalne ustalone przez wytwórcę. W kolejnej wersji Microline 5000 (rys. 7) przekazywanie danych pomiarowych do komputera odbywa się nie za pomocą wiązki promieniowania podczerwonego, lecz z wykorzystaniem fal radiowych. Duży zasięg systemu radiowego przydatny jest przede wszystkim przy pomiarach ustawienia kół w samochodach ciężarowych. Możliwe jest podłączenie do innych systemów przez Internet. Przyrząd wyposażono w jednostkę centralną z programem Windows 2000, software 3-D i animację video. Zastosowano monitor 17” z wbudowanymi głośnikami i drukarką kolorową. Akumulatorowy tryb pracy urządzenia umożliwia bezprzewodową transmisję danych z zespołów pomiarowych do jednostki centralnej. Microline Easy (rys. 8) należy do najnowszej grupy urządzeń do kontroli geometrii ustawienia kół firmy Beissbarth. Zastosowano w nich nowe kamery CCD z powiększonym zakresem pomiarowym zbieżności, wbudowanym wahadłowym czujnikiem pochylenia oraz zwiększoną mocą wiązki promieniowania podczerwonego. Umożliwia to wykonywanie pomiarów kąta wyprzedzenia osi zwrotnicy przy skręcie kół o 200 z wykorzystaniem tylko obrotnic mechanicznych dla rozstawu osi do 6,5 m (opcjonalnie do 18 m). Zastosowanie nowych kamer pozwala na realizację pomiaru bez stosowania obrotnic elektronicznych. Ładowanie akumulatorów następuje przez specjalne sworznie centrujące w zaciskach mocujących. Urządzenie ma przewodową transmisję danych między głowicami pomiarowymi a jednostką centralną. Zintegrowana baza danych fabrycznych obejmuje około 12 000 pojazdów spośród 48 marek. Jednostka komputerowa z Windows XP zapewnia czytelną prezentację pomiarów, rozszerzone funkcje graficzne oraz opcje multimedialne. Aktualizacja bazy danych fabrycznych może odbywać się przez Internet. Obszerny program pomiarowy rozszerzono o dodatkowe funkcje pomiarowe, umożliwiające regulację zbieżności przy skręconych kołach oraz pomiar i regulację kątów pochylenia w stanie uniesionym pojazdu – koła zwisają swobodnie (jest to niezbędne w niektórych pojazdach, np. VW, Opel). Program komputerowy posiada graficzny interfejs z możliwością wyboru jednego z trzech trybów pomiarowych (pomiar prowadzony programem, pomiar szybki, pomiar dowolnych parametrów). Microline Easy jest przeznaczone do badania pojazdów o dmc do 3,5 t, maksymalnym rozstawie osi do 6,5 m i średnicy obręczy do 20”. Inna wersja tego przyrządu Microline Tech ma podobne możliwości pomiarowe. Zapewniono jednak bezprzewodową komunikację pomiędzy zespołami pomiarowymi a jednostką centralną. Innym przykładem urządzeń komputerowych do kontroli geometrii kół są przyrządy produkowane przez firmę Space (dystrybucja: Italiom i Unimetal), która oferuje kilka ich odmian, na przykład Matrix (rys. 9) i Active.

dr inż. Kazimierz Sitek