• Współczesne pojazdy samochodowe rozwijające duże prędkości jazdy wymagają bardzo precyzyjnego ustawienia kół.
• Postęp w obszarze konstrukcji przyrządów do pomiaru kątów ustawienia kół i osi jezdnych ma przede wszystkim na celu zwiększenie dokładności pomiaru.
• Pierwsze urządzenia komputerowe z ekranami refleksyjnymi opracowały firmy amerykańskie.
• Najnowszą odmianą przyrządów do kontroli ustawienia kół i osi jezdnych są urządzenia komputerowe 3D z kamerami umieszczanymi z boku pojazdu.

Współczesne pojazdy samochodowe rozwijające duże prędkości jazdy wymagają bardzo precyzyjnego ustawienia kół i osi jezdnych. Takie warunki pomiaru zapewniają przede wszystkim urządzenia komputerowe, w których konstrukcji zastosowano technikę mikroprocesorową. Urządzenia komputerowe różnią się od przyrządów optyczno-elektronicznych i elektronicznych możliwościami pomiarowymi, metodą przesyłania i przetwarzania danych oraz sposobem obsługi. Oprócz bardzo dużej dokładności, obiektywności i szybkości pomiaru przyrządy te charakteryzuje nieporównywalna z innymi systemami pomiarowymi łatwość obsługi.

Program komputerowy od początku do końca nadzoruje poprawność wykonywanych czynności, co uniemożliwia obsługującemu popełnienie błędów podczas pomiaru. Bezpośrednio na ekranie monitora oprócz wyników pomiaru pojawiają się porównawczo parametry wzorcowe dla danego pojazdu. Grupa urządzeń komputerowych jest zróżnicowana ze względu na cenę i zastosowane rozwiązania konstrukcyjne związane z pomiarem wielkości geometrycznych. Pełne wersje takich urządzeń umożliwiają pomiar poszczególnych parametrów względem geometrycznej osi jazdy, czyli osi, wzdłuż której rzeczywiście porusza się pojazd.

Urządzenia komputerowe z elektronicznymi głowicami pomiarowymi

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są przyrządy komputerowe, w których elektroniczne zespoły pomiarowe (głowice) są mocowane bezpośrednio do kół jezdnych. Konstrukcja zespołów pomiarowych i sposób posługiwania się nimi zależą od rodzaju zastosowanego nośnika informacji o wzajemnym usytuowaniu kół. W przyrządach z kamerami CCD do przekazywania informacji o ustawieniu kół i osi wykorzystuje się promieniowanie podczerwone wysyłane przez kamerę. Ten rodzaj przyrządu komputerowego jest ciągle doskonalony i często stosowany. Istotną cechą przyrządów do pomiaru ustawienia kół i osi jest sposób przesyłania danych między zespołami pomiarowymi i komunikowania się z centralną jednostką sterującą (komputerem).

W obecnie produkowanych urządzeniach komputerowych stosuje się wyłącznie komunikację za pomocą fal radiowych. Ważną sprawą jest również sposób zasilania zespołów pomiarowych. W praktyce stosuje się dwa sposoby: zasilanie przewodowe lub bezprzewodowe z wykorzystaniem akumulatorów.

Postęp w obszarze konstrukcji przyrządów do pomiaru kątów ustawienia kół i osi jezdnych ma przede wszystkim na celu zwiększenie dokładności pomiaru, uproszczenie procedur związanych z wykonaniem pomiaru i skrócenie czasu jego trwania. Konwencjonalne urządzenia komputerowe charakteryzują się tym, że ich elektroniczne zespoły pomiarowe mocowane są za pomocą odpowiednich uchwytów bezpośrednio na kołach jezdnych pojazdu. W zespołach pomiarowych zostały umieszczone czujniki kątów, czyli najważniejsze, najbardziej czułe i najmocniej narażone na wstrząsy, uszkodzenia oraz zanieczyszczenie elementy. Drgania, przypadkowe uderzenie, upadek zespołu pomiarowego powodują konieczność wykonania czynności kalibracyjnych lub wymiany uszkodzonych elementów elektronicznych.

Dużą niedogodnością podczas używania dotychczasowych konstrukcji urządzeń do pomiaru kątów ustawienia kół i osi jezdnych jest konieczność posiadania wypoziomowanego stanowiska kontrolnego. Znacznym utrudnieniem jest też to, że metodyka pomiaru wymusza dokonywanie kompensacji bicia tarczy koła, najczęściej przez uniesienie pojazdu połączone z obracaniem kół jezdnych.

Urządzenia komputerowe z głowicami pasywnymi (systemy 3D)

W ostatnich latach producenci proponują nowe odmiany przyrządów komputerowych, które wykonują pomiary ustawienia kół i osi w systemie 3D. W tych przyrządach nie występują elektroniczne, wrażliwe na uszkodzenia zespoły pomiarowe (głowice) zakładane na koła pojazdu. Zamiast nich zastosowano ekrany pasywne (refleksyjne), które nie zawierają układów optycznych ani elektronicznych i nie są źródłem emisji własnych, wytwarzanych przez siebie sygnałów. Są to zespoły całkowicie bezprzewodowe.

Ekrany pasywne mocuje się za pomocą uchwytów na kołach jezdnych, tak aby były zwrócone stroną, która pokryta jest odpowiednim wzorem (figurami geometrycznymi) w kierunku kamer cyfrowych umieszczonych przed pojazdem lub obok niego. Nie trzeba tu wykonywać czasochłonnej kompensacji bicia tarcz kół, często związanej z unoszeniem samochodu. Nie jest także konieczne spełnienie rygorystycznych wymagań odnoszących się do wypoziomowania stanowiska kontrolnego. Innymi zaletami tych przyrządów są: duża szybkość pomiaru, mały zakres czynności koniecznych do wykonania oraz duża wygoda dla obsługującego. Producenci oferują urządzenia z głowicami pasywnymi (3D) w dwóch wersjach: z kamerami umieszczonymi przed pojazdem oraz z boku pojazdu.

Systemy 3D z kamerami umieszczonymi przed pojazdem

Pierwsze urządzenia komputerowe z ekranami refleksyjnymi opracowały firmy amerykańskie. Obecnie takie rozwiązania mają w swojej ofercie także producenci europejscy. Przyrządy do pomiaru geometrii ustawienia kół i osi pojazdu w systemie 3D można stosować na stanowiskach kontrolnych zarówno podnośnikowych, jak i kanałowych.

Zasada działania urządzenia w systemie 3D oparta jest na trójwymiarowym modelowaniu podwozia samochodu (urządzenie firmy John Bean). Płaszczyzna podwozia określana jest przez wyznaczenie położenia punktów środkowych czopów osi kół. W tych miejscach koła są przyporządkowane do pojazdu. Płaszczyzna każdego koła jest geometrycznie powiązana z płaszczyznami innych kół jezdnych oraz z płaszczyzną podwozia, wspólną dla wszystkich kół. Takie powiązanie pozwala na wyznaczenie różnych wymiarów, które stanowią bazę dla usytuowania kół jezdnych w przestrzeni. Diody LED umieszczone przed ekranami pasywnymi wysyłają w ich kierunku sygnały świetlne. Odbite od ekranów pasywnych światło podczerwone jest odbierane przez kamery cyfrowe, które obserwują ruchy tych ekranów. Zależnie od aktualnego ustawienia ekranów pasywnych obrazy figur geometrycznych (okręgi, trójkąty) docierają do kamer w postaci zniekształconej (elips, spłaszczonych trójkątów). Na podstawie zmiany kształtu figur geometrycznych naniesionych na płytach ekranów (podczas przesuwania pojazdu do przodu i do tyłu oraz skręcania kół) program jednostki centralnej wylicza oś obrotu koła i odpowiednie kąty ustawienia kół.

Ekrany pasywne zamocowane na kołach jezdnych wykonane są w postaci specjalnych płyt (zwierciadeł) pokrytych jednostronnie materiałem odbijającym światło, na którym naniesione są określone figury geometryczne. Wymiary figur geometrycznych są wielkościami znanymi, zapamiętanymi w programie i używanymi jako stałe, tworząc podstawę wizyjnego programu komputerowego.

Kamery cyfrowe i nadajniki promieniowania podczerwonego (diody LED) są usytuowane z przodu stanowiska w pewnej odległości od badanego pojazdu. Spotyka się urządzenia systemu 3D wyposażone w dwie, cztery lub osiem kamer pomiarowych. Położenie każdego koła jezdnego w przestrzeni może być dokładnie i szybko określone za pomocą dwóch kamer. Stąd najkorzystniej jest, gdy cztery koła pojazdu obserwowane są przez osiem kamer. Takie rozwiązanie umożliwia bardzo precyzyjne odwzorowanie odległości obiektu i otoczenia.

W praktyce stosuje się różne sposoby rozmieszczenia kamer na stanowisku kontrolnym. W przypadku stanowiska kanałowego kamery umieszcza się przed pojazdem, z reguły na końcach poziomej belki lub na bramce znajdującej się na stałej wysokości. Rozwiązaniem alternatywnym jest zamocowanie kamer przed stanowiskiem na ścianie czołowej lub na suficie. Na stanowiskach podnośnikowych stosuje się następujące rozwiązania:

• belkę umieszczoną na specjalnym słupie, która może się przemieszczać w pionie, co pozwala na dostosowanie wysokości kamer do wysokości podniesionego pojazdu,
• obudowy kamer przesuwające się automatycznie na słupach nośnych, co zapewnia pomiar oparty na samodzielnym przemieszczaniu się kamer,
• belkę zamocowaną na stałe do słupa, ściany lub sufitu, z obrotowo zamocowanymi kamerami zapewniającymi dostosowanie ich zakresu pracy do wysokości uniesienia pojazdu.

Systemy 3D z kamerami umieszczonymi z boku pojazdu

Najnowszą odmianą przyrządów do kontroli ustawienia kół i osi jezdnych są urządzenia komputerowe 3D z kamerami umieszczanymi z boku pojazdu. Zastosowano w nich innowacyjne rozwiązania:

• precyzyjne kamery cyfrowe o dużej szybkości działania do pomiaru kątów ustawienia kół i osi oraz poprzeczne kamery CCD, które kontrolują wzajemne położenie obu zespołów pomiarowych w płaszczyźnie pionowej i poziomej,
• możliwość obsługiwania przez jedną osobę nawet podczas kompensacji bicia tarcz kół wykonywanej za pomocą przetaczania, lub wjazdu na stanowisko,
• uzyskanie gotowości do pracy nie wymaga przeprowadzania skomplikowanej kalibracji przyrządu przed każdym pomiarem.

Ta odmiana urządzeń charakteryzuje się dużą powtarzalnością wyników pomiaru, zapewnia łatwą kompensację bicia tarcz kół i zajmuje mało miejsca na stanowisku kontrolnym. Pomiar jest wykonywany równocześnie na wszystkich kołach. Są to w pełni mobilne urządzenia do kontroli kątów ustawienia kół i osi pojazdu pracujące w systemie 3D, służące do bardzo dokładnego i szybkiego pomiaru. Zastosowano w nich precyzyjne kamery cyfrowe o dużej rozdzielczości oraz poprzeczne kamery CCD kontrolujące wzajemne położenie obu zespołów pomiarowych, co sprawia, że nie jest konieczny stały montaż i kalibracja zespołów pomiarowych (nowość w tego rodzaju urządzeniach).

Czas pomiaru kątów ustawienia kół i osi wynosi około 5–7 minut i jest o połowę krótszy niż w urządzeniach konwencjonalnych. Z powodu bardzo dużej częstotliwości próbkowania można dokonywać pomiarów w czasie rzeczywistym. Urządzenia są proste w obsłudze i nie wymagają od diagnosty dużej wiedzy z zakresu pomiaru geometrii podwozia. Pomiar kątów ustawienia każdego z kół jest wykonywany za pomocą kamer skierowanych na ekrany pasywne umocowane na obręczy lub oponie. W każdym zespole pomiarowym (głowicy) umieszczono wahadłowe czujniki do pomiaru kątów oraz poprzeczne kamery CCD do kontroli wzajemnego położenia obu zespołów. Zapewnia to dużą niezawodność oraz powtarzalność wyników pomiaru bez konieczności wykonywania kalibracji wstępnej. Taka konstrukcja pozwala na umieszczenie zespołów pomiarowych na stanowisku kontrolnym obok pojazdu.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Technika motoryzacyjna

Geometria na 12 sposobów (część 1)

Zdarza się, że usługa ustawienia geometrii, która – zdaniem warsztatu – jest niewykonalna, jest jednak do zrobienia.

Technika motoryzacyjna

Geometria na 12 sposobów (cz. 2)

Ustawianie geometrii kół to nie lada problem. Nawet dla fachowców. Są jednak pewne rozwiązania, któe mogą ułatwić pracę mechanika.

Inne

Błąd w geometrii

Kontrola i regulacja zawieszenia pozwalają na ustalenie takich jego parametrów, które będą gwarantowały bezpieczeństwo poruszania się po drodze. Poprawnie wyregulowana geometria ma niebagatelny wpływ na żywotność niektórych elementów zawieszenia.

Technika motoryzacyjna

W zgodzie z geometrią

Pierwszym krokiem w indywidualizacji wyglądu seryjnego samochodu jest zwykle wymiana felg na bardziej „rasowe”, większe i szersze, wykonane ze stopów lekkich. Mają też one podobno poprawiać osiągi.

• 1
• 2
• 3
• 4

Pomiary można przeprowadzać na stanowisku podnośnikowym i kanałowym. Zespoły pomiarowe urządzenia nie muszą być na stałe zamontowane do podnośnika (do mocowania należy wykorzystać specjalne wsporniki). Po zakończeniu pomiaru zespoły można zdjąć, a podnośnik wykorzystać do innych celów. W przypadku wykonywania badań na stanowisku kanałowym zespoły pomiarowe ustawia się na posadzce.

Obudowy podzespołów urządzenia są wykonane z elastycznego tworzywa sztucznego odpornego na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie oleju i paliwa. Pozwala to chronić zarówno badane pojazdy, jak i elektroniczne systemy pomiarowe urządzenia przed przypadkowymi uszkodzeniami.

Budowa urządzenia do pomiaru 3D i pomiar geometrii

Przyjrzyjmy się przykładowo urządzeniu do pomairu geometrii w technologii 3D. Przyrząd jest przeznaczony do kontroli geometrii ustawienia kół i osi pojazdów o DMC do 3,5 t, średnicach obręczy kół od 8″ do 24″ i dopuszczalnym nacisku koła 10 kN. Nadaje się do samochodów osobowych, osobowo-terenowych i pojazdów dostawczych o rozstawie osi od 1800 do 4700 mm. Odpowiednie parametry kątowe są wyznaczane przez dwa zespoły pomiarowe umieszczane obok pojazdu między przednimi i tylnymi kołami. Każdy zespół pomiarowy wyposażono w kamery cyfrowe, które wykrywają położenie przestrzenne ekranów refleksyjnych zamocowanych za pomocą uchwytów na kołach jezdnych. Do przekazywania informacji o ustawieniu kół i osi jezdnych wykorzystuje się promieniowanie podczerwone. Komunikacja między zespołami pomiarowymi i komputerem odbywa się za pomocą fal radiowych. Przyrząd składa się z następujących elementów:

• jednostka sterująco-wskaźnikowa (laptop lub komputer PC z monitorem, klawiaturą i myszką, drukarka laserowa A4, moduł Bluetooth, wózek),
• zespoły pomiarowe z elementami do ich ustawienia i unieruchomienia na stanowisku kontrolnym (metalowe podstawy lub wsporniki
• – w zależności od rodzaju stanowiska kontrolnego),
• ekrany refleksyjne (pasywne) z uchwytami na koła mocowanymi na oponie,
• wyposażenie pomocnicze (obrotnice mechaniczne, płyty wyrównawcze, blokada koła kierownicy, blokada pedału hamulca).

Jednostka sterująco-wskaźnikowa wykonana jest jako metalowy wózek. Na górnej półce umieszcza się laptop lub komputer PC, monitor, klawiaturę i myszkę oraz urządzenie do ładowania baterii zespołów pomiarowych. Na środkowej półce znajduje się drukarka laserowa. Na powierzchni podstawy ustawiono zespoły (głowice) pomiarowe. Po obu stronach wózka umieszczono zaczepy do mocowania uchwytów na koła z ekranami refleksyjnymi. Z tyłu wózka znajdują się uchwyty do zawieszenia blokad koła kierownicy i pedału hamulca.

Umieszczone w obudowach z tworzywa sztucznego zespoły pomiarowe zostały wyposażone w kamery cyfrowe o wysokiej rozdzielczości, które służą do odczytywania położenia geometrycznego ekranów refleksyjnych oraz w poprzeczne kamery CCD przeznaczone do ustalania wzajemnego położenia głowic.

Nadajnikami promieniowania podczerwonego są diody LED. Sterowanie pomiarem może być realizowane za pomocą klawiatury komputera, klawiatury umieszczonej na zespole pomiarowym lub opcjonalnie za pomocą urządzenia przenośnego z systemem Android. Dodatkowy panel wskaźników składający się z diod LED pokazuje status pomiaru i tolerancje podczas wykonywania regulacji ustawienia kół. Do unieruchomienia zespołów pomiarowych na stanowisku kontrolnym służą wsporniki mocowane do podnośnika lub metalowe podstawy montowane na posadzce stanowiska obok kanału. Komunikacja zespołów pomiarowych z komputerem odbywa się bezprzewodowo za pośrednictwem modułu Bluetooth.

Uchwyty koła z ekranami refleksyjnymi są mocowane na oponie zamiast na obręczy, jak w przypadku uchwytów konwencjonalnych, chociaż ich położenie na kole jest ustalane względem obręczy. Konstrukcja uchwytów zapewnia możliwość płynnej zmiany rozstawu łap chwytających za oponę oraz płynnego rozsuwania trzpieni ustalających uchwyt na obręczy koła. Ekrany refleksyjne służą do wyznaczania położenia geometrycznego kół jezdnych podczas pomiaru. Obudowa ekranu została wykonana z tworzywa sztucznego. Wewnątrz obudowy ekranu są umieszczone pokryte odblaskową farbą kule ułożone przestrzennie w trzech rzędach.

Obrotnice mechaniczne są wykorzystywane do pomiarów wymagających skręcenia kół pojazdu. Obrotnica jest wyposażona we wkładki wypełniające wykonane z tworzywa sztucznego. Może być także umieszczona na podstawie metalowego najazdu (wersja na stanowisku kanałowym). Płyty wyrównawcze wykorzystuje się do rozprężenia elementów sprężystych zawieszenia kół tylnych i do wyrównania poziomu kół tylnych względem kół przednich ustawionych na obrotnicach.

Blokadę koła kierownicy stosuje się do unieruchomienia koła kierownicy podczas wykonywania regulacji kątów ustawienia kół jezdnych. Natomiast blokada pedału hamulca służy do zablokowania pedału hamulca w pozycji wciśniętej w celu uniemożliwienia toczenia się kół jezdnych w czasie pomiarów wymagających obracania kołem kierownicy.

Instalacja urządzenia na stanowisku kontrolnym wymaga wykonania następujących czynności: zamocowania ekranów refleksyjnych na uchwytach koła (pod kątem 20°), montażu wsporników zespołów pomiarowych na podnośniku lub podstaw pod zespoły pomiarowe na powierzchni obok kanału, kalibracji układów pomiarowych na danym stanowisku oraz konfiguracji programu sterującego. W ramach czynności wstępnych należy sprawdzić stan elementów układu zawieszenia, układu kierowniczego oraz wykonać kontrolę i ewentualnie regulację ciśnienia powietrza w ogumieniu.

Następne czynności to: ustawienie pojazdu przednimi kołami na obrotnicach, nałożenie uchwytów z ekranami refleksyjnymi na koła, umieszczenie zespołów pomiarowych na stanowisku i zablokowanie obrotnic. Przed pomiarem istnieje możliwość wyboru pojazdu z bazy danych, co ułatwia ocenę prawidłowości ustawienia kół i osi wybranego pojazdu. Można też pominąć wybór, jeżeli pojazdu nie ma w bazie danych, a także uzupełnić bazę danych o nowe pojazdy lub w razie potrzeby zmienić bazę danych. Procedura pomiarowa podczas kontroli geometrii zawieszenia sprowadza się do wykonania kilku czynności, zgodnie z zaleceniami komunikatów przedstawianych na ekranie.

Pomiar

Ogólny sposób postępowania podczas kontroli geometrii kół i osi jezdnych obejmuje następujące czynności:

1. wybranie marki i modelu pojazdu z obszernej bazy danych zapisanych w pamięci komputera,
2. wyświetlenie strony zawierającej wzorcowe wartości mierzonych parametrów i ich tolerancje określone przez producenta,
3. przetoczenie pojazdu o około 15° do przodu i do tyłu w celu kompensacji bicia tarcz kół (tę czynność można pominąć),
4. odblokowanie obrotnic pod przednimi kołami i płyt wyrównawczych pod tylnymi kołami oraz zablokowanie pedału hamulca,
5. ustawienie kół do jazdy na wprost (centrowanie układu kierowniczego), co pozwala na obserwację ekranów w nowym położeniu (pomiar zbieżności kół jezdnych, kątów pochylenia kół, nierównoległości osi kół i śladowości kół jezdnych),
6. wykonanie obrotu kołami kierowanymi ustawionymi na obrotnicach (pomiar kątów pochylenia i wyprzedzenia osi zwrotnic, kątów sumarycznych oraz kontrolnych i maksymalnych kątów skrętu kół jezdnych),
7. prezentacja wyników pomiaru i ich analiza, ewentualna regulacja kątów ustawienia kół i wydrukowanie protokołu z badań.

Oprogramowanie przyrządu zapewnia wydruk protokołu pomiarowego za pomocą drukarki zewnętrznej. Dostępne są dwa rodzaje protokołów z badań:

• protokół tekstowy z wynikami pomiarów i tolerancjami fabrycznymi mierzonych parametrów dla pojazdu wybranego z bazy danych,
• protokół graficzny, w którym umieszczono wyniki pomiarów parametrów dodatkowych (rozstaw osi, rozstaw kół przednich i tylnych, nierównoległość osi i śladowość kół) na tle schematycznego rysunku pojazdu.

Uwagi końcowe

Podstawowym powodem wyboru urządzeń z ekranami pasywnymi jest najczęściej bardzo szybka i łatwa kompensacja bicia tarcz kół (przez przetaczanie), istotne zalety ekranów refleksyjnych (nie zawierają elementów elektronicznych, znacznie mniejsza możliwość ich uszkodzenia) oraz prosta procedura pomiarowa. Do głównych wad tego rodzaju urządzeń należy wyższy koszt ich zakupu (również w wersji podstawowej) w porównaniu z konwencjonalnymi urządzeniami z kamerami CCD. Cena urządzenia rośnie dodatkowo w zależności od liczby zastosowanych kamer, rodzaju belki (stała, ruchoma) i rodzaju stanowiska (nieprzelotowe, przelotowe). Ze względu na wymienione wyżej zalety, mimo wyższej ceny, urządzenia do pomiaru geometrii w technologii 3D są stopniowo wprowadzane w stacjach kontroli pojazdów.

Przy wyborze urządzenia do kontroli kątów ustawienia kół i osi należy uwzględnić długość stanowiska. Wytwórcy urządzeń dążą do tego, aby można je było zastosować w jak najmniejszym pomieszczeniu. W przypadku stanowisk podnośnikowych istotny jest prawidłowy dobór podnośnika (długości płyt najazdowych). Minimalna wartość długości płyt najazdowych musi być powiązana z procedurą kompensacji bicia tarczy koła, która jest wykonywana przez przetaczanie pojazdu na płytach podnośnika. Im mniejszy jest kąt obrotu koła wymagany podczas kompensacji, tym krótszy może być podnośnik. W najnowszych urządzeniach z ekranami pasywnymi wymagany kąt obrotu koła podczas przetaczania wynosi od 15° do 30°. Istotny jest także rodzaj podnośnika. Do pracy z urządzeniami typu 3D najbardziej odpowiednie są podnośniki nożycowe ze względu na mniejsze odkształcenia płyt najazdowych.