Диагностический стенд для определения углов установки колес автомобиля

/ ф гИЩ 77 т 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕНТ Комитет Российской Федерации по патентам н товарным знакам(76) Куртюков Виктор Александрович; СотниковЕвгений Александрович; Елисеев АлексейМихайлович; Графов Валерий Петрович, ИвановскийЕвгений АлександровичгЮрасов ВладиславВладимирович(54) ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ УСТАНОВКИ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ(57) Использование: в устройствах для проведенияпрофилактики и диагностирования транспортныхсредств и может быть использовано в автотранс -портных предприятиях и на станциях техническогоослуживания. Цель изобретения - повышение точности установки колес, а также расширение функциональных возможностей Это досп 1 гается путемвведения в диагностический стенд датчиков угларазвала колес, дачиков углов лоло кения колес, установленных на измери 1 ельных голов,ах, закрепленных на ободах колес посрсдс иом захватов,расположения датчиков углов поворота плит также на измерительных головках сзади колес, усилителей датчиков углов положения колес и датчиков углов поворота плит, ключами для регулирования коэффициентов усиления усилителей датчиков углов лов ворота плит, гибкими тягами для связи датчиков углов положения колес, расположенных спереди колес, и боковыми тягами для связи датчиков углов поворота плит с осями задних колес, пультом с блоком питания, клавиатурой, вычислительным устрой - ством, мультиплексером, аналого - цифровым преобразователел и световыми табло. При этом все датчики и другие элементы электрически связаны с блоком литания, а датчики через усилители, мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь связаны с вычислительным устройством, соединенным с клавиатурой и световыми табло. Введение в стенд новых устройств позволяет расширить число кон 1 ролируел 1 ых параметров углов установки колес автомобиля, повысить точность измерения и параметров и сократить время контроля 3 илИзобретение о 1 носится к устройствам для проведения профилактики и диагностирования транспортны; средств, в частности к стендам для проверки и регулировки углов установки управляемых колес транспортного средства, и может быть использовано в автотранспортных предприятиях и на станциях технического обслуживания,Известен диагностический стенд для определения углов установки колес автомобиля, использующий оптическую систему.Недостатком известного стенда является повышенная погрешность измерения углов установки колес автомобиля эа счет низкой разрешающей способности,Известен диагностический с 1 енд для определения углов установки управляемых колес автомобиля, выбранный в качестве прототипа, состоящии из двух поворотных плит для каждого колеса, двух измерительных датчиков положения колес, указанного прибора,Однако известный диагностический стенд имеет недостаточную точность и нестабильность измерения,Техническим результатом изобретения является повышение точности установки колес. а также расширение функциональных возможностей.В совокупности существенных признаков, характеризующих изобретение, входят общие с прототипом признаки:две опорные плиты каждого колеса, измерительные датчики ула поворота плит и указательный прибор и отличительные от прототипа: стенд снабжен датчиками угла развала колес и датчиками углов положения колес, установленными на измерительных головках, закрепляемые на ободах колес посредством захватов, причем датчики углов положения колес находятся спереди колес в горизонтальной плоскости, а измерительные датчики углов поворота плит также находятся на измерительных головках сзади колес в горизонтальной плоскости, расположенными на измерительных головках усилителями передних датчиков и усилителями и ключами для измерения их коэффициентов усиления задних датчиков, гибкими тягами для связки передних датчиков между собой и задних датчиков с осями задних колес, пультом указательного прибора с блоком питания, клавиатурой, вычислительным устройством, мультиплексором, аналого-цифровым преобразователем с световыми табло, причем выход переднего и заднего датчиков каждого колеса соединены соответственно с входами усилителей, выходы которых подключены к четырем входам мультиплексора, пятый и шестой вход кото 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рого соединены с выходами датчиков угла развала колес, а седьмой вход - с первым выходом вычислительного устройства, выход мультиплексора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с клавиатурой, второй и третий выходы вычислительного устройства соединены с входами ключей, выходы которых соединены с вторыми входами усилителей задних датчиков, четвертый и пятый выходы вычислительного устройства - со световым табло указательного прибора, а усилитель задних датчиков выполнен по меньшей мере с двумя уровнями коэффициентов усиления,На фиг. 1 приведена принципиальная схема диагностического стенда для определения углов установки колес автомобиля; на на фиг. 2 - схема соединения датчиков угла и узлами пульта; на фиг. 3 - схема вычислительного устройства; на фиг. 4 - схема усилителя с ключом,Диагностический стенд имеет две измерительные головки 1, закрепляемые на передних колесах 2 с помощью захватов 3, каждая измерительная головка 1 имеет датчик углов положения колес 4 с усилителями 5, датчик поворота плиты б с усилителем 7 и ключом 8, На головках 1 установлены также датчики угла развала колес 9 и 10. Рычаги 11 роторов датчиков угла 4 соединены между собой гибкой упругой тягой (тросиком) 12, рычаги 13 роторов датчиков б соединены с задними колесами 14 боковыми тягами 15. Измерительные головки 1 электрически соединены с пультом 16. В пульте 16 имеются блок питания 17, вычислительное устройство 18, клавиатура 1 для управления стендом, указательный прибор в виде световых табло 20, мультиплексор 21 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22. Блок питания 17, предназначенный для питания электроэлементов измерительных головок 1 и пульта 16, электрически связанных с этими элементами,Выход каждого из датчиков 4 и 6 соединен соответственно с входами усилителей 5 и 7, вторые входы усилителей 7 подключены к выходам ключей 8, выходы усилителей 5 и 7 подключены к четырем входам мультиплексора 21, пятый и шестой входы которого связаны с выходами датчиков углов развала колес 9 и 10, а седьмой вход связан с первым выходом вычислительного устройства 18, Выход мультиплексора 21 соединен с входами АЦП 22. выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства 18, второй вход которого соединен с клавиату 2001381510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рой 19, а второй и третий выходы вычислительного устройсгва 18 соединены с входом ключей 8, а четвертый и пятый выходы Е - с табло 20,Для диагностированиея передние колеса автомобиля устанавливаются на поворотные плиты 23,Вычислительное устройство 18 состоит из микропроцессора 24, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 25, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 26, репрограмируемого запоминающего устройства (РПЗУ) и генератора тактовых импульсов 28.В качестве ключа 8 (как пример) может использоваться интегральная микросхема серии 590 КН 5, которая представляет собой четырехканальный аналоговый ключ 29 со схемой управления, При подаче питания на логический вход канала аналоговая цепь ключа замкнута, после снятия питания цепь размыкается.В качестве усилителей 5 и 7(как пример) может использоваться аналоговая интегральная микросхема 30, например, серии 140, Для устойчивой работы микросхема 30 охвачена отрицательной обратной связью через резистор 31, коэффициент усиления усилителя будет практически равен величине сопротивления этого резистора. Для регулировки коэффициента усиления параллельно резистору 31 может включаться дополнительный резистор 32, изменяя величину сопротивления цепи обратной связи усилителя,В качестве датчиков углов положения колес 4 и датчиком углов г 1 онорота плит б могут использоваться (как пример) трансформаторные датчики типа микрошин, имеющие перемещающий ротор с двумя явно выраженными полюсами и статор с четырьмя полюсами с обмотками возбуждения и измерительными обмотками на каждом полюсе, Для питания трансформаторных датчиков в блоке питания предусматривается генератор частоты. Для согласования работы трансформаторного датчика с АцП 22 на выходе усилителей 5, 7 имеется демодулятор.В качестве датчика угла развала колес 9 и 10 может использоваться (как пример) наклономер, выполненный на основе физического маятника с подвесогл на опорах скольжения или на упругом подвесе маятника и имеющий датчик угла, усилитель и датчик момента. Для измерения отклонения измерительной головки 1 вместе с осью колеса 2 от горизонта наклономер устанавливается, например, осью подвеса вертикально маятником, перпендикулярным оси колеса, осью чувствительности (ОЧ) в горизонт,При отклонении оси колеса от горизонта маятник под действием момента от появления проекции земного ускорения на ОЧ поворачивается вокруг подвеса. Угол поворота маятника измеряется датчиком угла, выходной сигнал которого усиливается и подается в датчик момента, создающий момент, возвращающий маятник в исходное положение, По величине напряжения на резисторе, включенном в цепь датчика момента,судят о величине отклонения наклономера(оси колеса) от горизонта. Стенд работает следующим образом. После установки автомобиля передними колесами на плиты 23 на передние 2 и задние 14 колеса устанавливают захваты 3. На захваты 3 передних колес 2 эакрепляются измерительные головки 1. Рычаги 11 роторов передних датчиков 4 соединяются гибкой упругой тягой 12, формируемой углы отклонения рычагов от перпендикуляра к продольной оси измерительной головки 1 или от оси переднего моста автомобиля.За базу отсчета в этом случае выбран перпендикуляр к продольной оси измерительной головки 1. Тягами 15 соединяют рычаги 13 задних датчиков б измерительных головок 1 с осями захватов 3 задних колес 14, устанавливая их перпендикулярно оси заднего моста, например, по трафарету (транспортиру). Эти тяги 15 формируют узлы между рычагами 13 датчиков угла б с продольной осью автомобиля, перпендикулярной оси заднего моста. За базу отсчета датчиков б может быть выбран перпендикуляр к оси заднего моста.При нулевом схождении колес тяги 15, 12 измерительных головок 1 и задняя ось автомобиля образуют плоскую фигуру, близкую к прямоугольнику, При этом положение рычагов 11 и 13 соответствует нулевым сигналам на выходе датчиков 4 и 6.При правильной ориентации иэмерительных головок 1 в горизонтальной плоскости и нулевом развале передних колес положение датчиков 9 и 10 горизонтальное, что также соответствует нулевым сигналам на их выходе. В этом случае на базу отсчета датчиков 9 и 10 является горизонтальнаяплоскость. Погрешности базы отсчета, связанные с невыставкой датчиков относительно измерительной головки 1 с наличием допусков на изготовление механических узлов, с неточностью установки захватов на ободах и их неидеальностью формы, предварительно определяются при калибровке стенда и приподготовке диагностического стенда к работе и учитывае 1 ся при измерениях.При ненулевом схождении колес, при повороте колес вокруг оси поворота колеса (шкворня) рычаги датчиков 4 и 6 отклоняются от нулевого положения, сигналы этих датчиков подаются на вход соответствующих усилителей и затем госле усиления поступают на аналоговый мультиплексор 21. При ненулевом развале передних колес 2 чувствительные элементы датчиков уровня 9 и 10 отклоняются от нулевого положения, которое преобразуется этими датчиками в электрические сигналы, поступающие так;ке на аналоговый мультиплексор 21.При нажатии той или иной к опки клавиатуры управления 19 в микропроцессор 24 вычислительного устройства 18 поступает сигнал прерывания, где обрабатывается программой обслуживания, в результате чего происходит вызов из ПЗУ 25 необходимой программы управления режимом, Под управлением выбранной программы микропроцессор 24 через аналоговый мультиплексор 20 производит опрос необходимых датчиков, в результате чего сигналы с усилителей 5 и 7 соответствующих датчиков 4 и 6 и датчиков 9 и 10 поступают на АЦП 21, где преобразуются в цифровой код. Ь 1 икропроцессор 24 осуществляет прием цифрового кода АЦП 21, обрабатывает его по заданному алгоритму и выдает результаты на цифровые индикаторные табло 20,При выполнении расчетов для хранения промежуточных данных и результатов используется ОЗУ 26, управляемое также от микропроцессора 24,Для работы микропроцессора 24 используется генератор тактовьх импульсов 28, задающий время измерения и тактовую частоту.При работе стенда инструментальные погрешности, связанные с невысгавкой ну. лей датчиков 4, 6, 9, 10 и разбросом коэффициентов преобразования этих датчиков, учитываются путем предварительной калибровки.При выполнении программы калибровки производится занесение калибровочных величин в РПЗУ 25, которые хранятся там до проведения очередной калибровки, при которой происходит автоматическое стирание предыдущих калибровочных значений и запись новых.Погрешности датчиков 4, 6, 9, 10, связанные с несовершенством изготовления захватов 3, неточной установкой их на ободе колес и неидеальнои формой ободов, измеряются в процессе диагностирования приподготовке к измерениям датчиками измерительных головок 1 при повороте колес 2вокруг оси вращения относительно измери 5 тельных головок, обрабатываются с помощью микропроцессора 24 и заносятся вОЗУ 26. При расчете углов развала, схождения и др, эти данные извлекаются из ПЗУ 26и на эти величины в расчеты вводятся по 10 правки.На стендде определяются углы установки колес автомобиля:угол схождения колес с,угол развала левого и правого колеса15 а,аугол продольного угла наклона оси поворота (шкворня) левого и правого колес))лугол сдвига переднего и заднего мостов20 р,Для определения угла схождения передних колес они устанавливаются в направлении линейного движения автомобиля поравенству показаний датчиков 6, высвечиваемых на цифровом табло 20. При этом всоответствии с программой микропроцессора 24 отключает питание, подаваемое наключ 8, и происходит отключение дополнительного резистора 32 усилителя 7, сопротивление обратной связи увеличивается иувеличивается коэффициент усиления, Приэтом в вычислительных операциях используется величина большего коэффициентаусиления, извлекаемая из РПЗУ 27,З 5 Для определения угла схождения колесс вычислительное устройство 18 производит операции по формуле (1) используя показания датчиков 4К, - СлГ2где с = - Ле 64 - Л 4 - угол отой45 5336клонения ротора левого датчика 4;ел = - ЛЕВ 4 - ЛЯ - угол от 5356клонения ротора правого датчика 4;О , О 5 - сигналы на выходе усилителей 5;Я 3. 5- коэффициент преобразования датчиков 4;55Я 5, 5- коэффициент усиления усилителей 5;Лк п 4, Лс 04 - углы невыставки нулейдатчиков 4, определяемые при калибровке;(6) Ла=19 уип р 9 Рс 955 Лг 3 Лг 4 -углыневыставкидатчиков 4 относительно оси вращения колес, определяемые при подготовке к измерениям,Для определения углов развала колес ( а л, г и) колеса автомобиля устанавливают по равенству углов схождения колес Сл =Си ПО Г 1 ОКаэаНИЯМ ДатЧИКОВ 4,По показаниям датчиков угла развала колес 9 и 10 определяются углы развала левого ( а л ) и правого ( а и ) колес, Для этого вычислительное устройство 18 производит операции по формулам (2), (3) а= - Ла 09 - Ла 9 (2 )0959 ап ЛГ 010 Ла 10 (3 )0105 10 гдЕ 09, 010 - выхсдныЕ напряжЕния датчиков угла развала;Я 9, 510 - коэффициент преобразования датчиков угла развала;Ла 09, Ла 010 - углы невыставки нулей датчиков 9 и 10, определяемые при калибровке;Л а 9, Л а 10 - углы невыставки датчиков 9 и 10 относительно осей вращения колес, определяемые при подготовке к измерениям. Для определения продольного угла наклона шкворня ( у , у, ) левого и правого колеса используется изменение показаний датчиков уровня 9 и 10 при повороте колеса на угол ср вокруг оси шкворня.При этом соблюдается равенство Ла = 5 пу Зп р, (4) где Ла - изменение показаний датчика 9 (10) при повороте колеса;р - угол поворота колеса вокруг осишкворня;у- угол наклона шкворняУчитывая, что угол поворота колеса определяется горизонтально расположенным датчикам б, то угол, измеряемый датчиками 6, определяется как р 9 = рсоа у, тогда формула (4 ) будет иметь вид ЛаОтсюда имеем ) = агС 19 -- - -51 П у 9ЛаПри малых углах у имеем =- --3 П У 9 При этом в соответствии с программоймикропроцессор 24 подает питание на электронный ключ 8. который включает параллельно основному резистору 31 обратной5 связи усилителей 7 дополнительный рези.стор 32, уменьшая тем самым общее сопротивление цепи, и соответственнокоэффициент усиления усилителя 7. Это позволяет измерять большие углы отклонения10 колес,Для измерения углов у передние колеса 2 автомобиля поворачиваются с помощью поворотных плит 23 для езды налевона угол + р, например около + 2015 Измеряются величины угловЛаир 9 для левого и правого колес(Ла +20, Ла +20,9 +20 ф 9 +20 )Затем передние колеса автомобиля поворачиваются с помощью поворотных плит 2для езды направо на угол также около -20и измеряются углыЛа - 20, Л - 20 фг 9 - 20 ф 9 - 20В соответствии с программой вычисли 25 тельное устройство 18 производитоперации вычисления по формулам (5) и (6),определяющим углы наклона шкворня длялевого ( у, ) и правого у,) колес 301 + 20Уп 2 (дгс 195 и Р 9+го Лал 20- агс 19 ) (5) Рп у "9 - г 0 1 Ла "+20уп 2 (агс 195 и ф "9+20 Ла" - 20- агС 19 )5 и т" 9 - 20 45 Для определения угла сдвига переднегои заднего мостов колеса поворачиваются до достижения равенства углов схождения левого и правого колес с = с измеряемых датчиками 4. Вычислительное устройство 18 50 производит операции по вычислению угласдвига мостов ( рсд) по формуле где у 1 б, р б - углы, измеренные по показаниям датчиков б,12 2001381 51015 20 25 30 35 40 45 50 55 Причем измерение углов рбл рб производится при выключенных с помощью ключей 8 дополнительных резисторов 32, дающих увеличение коэффициента усиления усилителей 7.По сравнению с известным устройством установки датчиков углов положение колес и датчиков угла развала колес на измерительные головки, закрепленные на колесах с помощью захватов, и введение передней тяги позволяет измерять непосредственные углы отклонения осей поворота и вращения колес. исключая деформацию ободов и форму шин.Расположение датчиков углов поворота плит также на измерительных головках и введение боковых тяг позволяет измерять углы сдвига переднего и заднего мостов, а также измерять непосредственно угол поворота колеса. а не плиты, тем самым исключается погрешность поворота колеса эа счет возможного смещения колеса относительно плиты при повороте.Введение вычислительного устройства АЦП, клавиатуры и световых табло позволяет оперативно производить измерение параметров установки колес автомобиля, уменьшая время измерения. Введение мультиплексора позволяет испольэовать одно АЦП для всех датчиков.Введение усилителей позволяет согласовать характеристики датчиков и АЦП,Введение регулируемого коэффициента усиления усилителей 7 датчиков углов поворота плит позволяет получить минимальные Формула изобрете ни я ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ УСТАНОВКИ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ, СОСТО- ящий иэ двух поворотных плит, двух измерительных датчиков углов поворота плит и указательного прибора. отличающийся тем, что стенд снабжен датчиками угла развала колес и датчиками углов положения колес, устанавливаемыми на измерительных головках, эакрепляемых на ободах колес посредством захватов, причем датчики углов положения колес находятся спереди колес в горизонтальной плоскости, а измерительные датчики углов поворота плит также находятся на измерительных головках сзади колес в горизонтальной плоскости, расположенными на измерительных головках усилителями передних датчиков и усилителями и ключами для изменения их коэффициентов усиления задних датчиков, гибкими тягами для связи передних датчиков между собой погрешности как при измерении больших углов поворота колес при определении углов наклона оси шкворня, так и при измерении малых углов сдвига мостов, а также сделать датчики 4 и 6 универсальным.Так, погрешность, вносимая АЦП эа счет его нечувствительности и нелинейности в 20 мВ при максимальном напряжении .5 В. составляет - 0,004, что дает20 мВпри изменении угла поворота колеса 20 погрешность в 4,8. При измерении продольного угла наклона оси шкварня до 5 погрешность этого угла за счет АПЦ составляет 1,2, что лучше, чем в известных стендах. При измерении малых углов сдвига мостов погрешность, вносимая АЦП (4,8) достаточно большая, поэтому в предлагаемом стенде предусмотрено увеличение коэффициента усилителя 7. Например, увеличение коэффициента усиления в 4 раза приведет к4,8уменьшению погрешности до -= 1,2, что4лучше, чем в известных стендах.Таким образом повышается точность установки колес и расширяются функциональные воэможности стенда.(56) Источники информации:1, Сергеев А.Г. Точность и достоверность диагностики автомобиля. М.: Транспорт. 1980, с. 111-118.2. Авторское свидетельство СССР М 1153255, кл. 6 01 М 17/06, 1985. и задних датчиков с осями задних колес, пультом указательных приборов с блоком питания, клавиатурой. вычислительным устройством, мультиплексором, аналого-цифровым преобразователем и световыми табло, причем выходы переднего и заднего датчиков каждого колеса соединены соответственно с входами усилителей. выходы которых подключены к четырем входам мультиплексора, пятый и шестой входы которого соединены с выходами датчиков угла развала колес, а седьмой вход связан с первым выходом вычислительного устройства, выход мультиплексора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с клавиатурой, второй и третий выходы вычислительного устройства соединены с входами ключей, выходы которых соединены с вторыми вхо2001381 дами усилителей задних датчиков, четвер- ного прибора, а усилители задних датчиков тый и пятый выходы вычислительного выполнены по меньшей мере с двумя уров- устройства - со световыми табло указатель- нями коэффициентов усиления,Фиг2001381 йод Заказ 3126 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составитель В, Куртюков Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор В.Патрушева