KURZUS: Járműdiagnosztika II.

MODUL: Elmélet

4. hét: Futómű-diagnosztika: Futómű méréstechnika

| A lecke célja: A futóművek méréstechnikai eljárásainak, módszereinek áttekintése. A mérési elvek alkalmazási szintű megértése.
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak:
tisztán elektronikus mérőrendszerek, mérőrendszerek elemei és működése, keréktárcsa-ütés kiegyenlítés mérési technológia
Tananyag
A mérőműszerek mérőrendszereit az alábbiak szerint csoportosíthatjuk:
mechanikus, optikai, optikai-mechanikus kombináció, elektronikus-mechanikus kombináció, tisztán elektronikus.
A fenti csoportosítás egyben a fejlődés sorrendjét is mutatja.
Az összes fenti mérési kialakításra vonatkozó alapelvek:
1. | A függőleges vonatkoztatási irányt ingával vagy libellával képes betájolni a műszer.
2. | A modern járműtechnika a kerék-beállítási jellemzőkön túl a tengelyhelyzetek pontos ismeretét is megköveteli. Emiatt a korszerű mérőműszerek négy mérőfejjel rendelkeznek (azaz minden keréken egyidejűleg van érzékelő), amelyek révén gyors és pontos mérésre van lehetőség, és az első kerekek beállítási jellemzőit már a tényleges menettengelyhez viszonyítva kapjuk meg. A mérés első lépéseként ugyanis a hátsó mérőfejek meghatározzák a hátsó kerekek összetartási szögét és a tényleges menettengelyt. Az első kerekek mérése pedig már ez utóbbihoz viszonyítva történik, jobban igazodva a jármű tényleges haladási viszonyaihoz.
A korszerű műszereknek az előző leckében definiált valamennyi jellemzőt kell tudnia mérni.
Méréstechnikai alapelvek (KORSZERŰ MŰSZEREK)
Méréstechnikai alapelvek:
1. | A műszerek a függőleges síkban mérhető szögeket (kerékdőlés, csapterpesztés, utánfutás) ingák (elektronizált változatban) és libellák segítségével határozzák meg.
2. | Vízszintes síkban viszont (kerékösszetartás, tengelyhelyzet-hibák, stb.) a mérőfejek közötti gumizsinórok, fény- illetve infra-sugarak teszik lehetővé a mérést.
A gumizsinóros műszereknél korszerűbb és ma már elterjedtebb is az ún. CCD-kamera (charge coupled device = töltéscsatolt eszköz). Ez az egység infrasugarak segítségével képes mind függőleges, mind vízszintes irányú szögmeghatározásra.
CCD-kamera
A CCD-kamerákban
1. | az inga infra-sugara a függőleges síkban definiált szögek, míg
2. | a vízszintes infra-sugár a vízszintes síkban definiált szögek mérésére alkalmas.
Mivel a kormányzott kerekeken mindig két vetületben mérünk szöget (csapterpesztés-utánfutás), az ide helyezett mérőfejekben 2-2 CCD kamerára van szükség, egymásra merőleges irányban beépítve.
Az alábbi látható mérőfejek nyúlványának a végén levő "dobozkában", és a mérőfej "nagy dobozában" egyaránt egy-egy CCD-kamera van beépítve.
CCD-kamerás mérőfejek
A nyúlvány végén elhelyezett CCD-kamera vízszintes sugara a jármű előtt keresztben, míg a másiké a jármű mellett hosszában működik.
A hátsó mérőfejekben egy-egy CCD-kamera is elegendő, hiszen itt az összetartáson kívül általában csak dőlést mérünk. Ha azt a változatot nézzük, hogy az első fejekben 2-2, a hátsókban pedig egy-egy CCD-kamera (ezeknek nincs nyúlványa) van, akkor összesen 6 db van beépítve a négy mérőfejbe. Ezt a műszerváltozatot hívják 6-szenzorosnak.
Ebben az esetben a tengelyhelyzeteket egy hátul nyitott négyszög szögeiből határozza meg a műszer.
A legkorszerűbb műszerek már ún. 8-szenzoros kivitelek. Itt az autó körüli infra sugár hátul záródik.
8-szenzoros, 4-fejes futómű-állító mérőműszer
Ennek a kivitelnek az alábbiak az előnyei a 6-szenzorossal szemben:
Az autó körüli mérőmező zárt négyszöget alkot, emiatt ha az autó előtti mérősugár a spoiler miatt megszakad, az első kerekek egyedi összetartás mérése hátulról is megoldható ("Spolier program"). Megadja a mérések ellenőrzésének lehetőségét (a 360°-os záródó négyszög miatt), így pl. a technológiai hibákra hibaüzenetekkel figyelmeztet. Járulékos mérésekre is lehetőség nyílik, amelyek különösen a karosszériajavítás utáni méréseknél hasznosak: ilyenek pl. az oldalankénti keréktáveltérés, a hátsó kerékeltolódás, a hátsó tengelyeltolódás és a nyomtáveltérés.
A négyfejes műszerben minden olyan jeladó rendelkezésre áll, amellyel a kerék és futómű jellemzők mérése rövid technológiai idő alatt elvégezhető:
1. | A CCD-kamerák hosszirányú infra sugarai szolgáltatják a kerékösszetartás és a tengelyhelyzetek méréséhez szükséges információkat. "Kifeszítik" a futómű körüli négyszöget, amelyből ezek az adatok számíthatók.
2. | Függőleges síkben mérhető szögek:
| a) | kerékdőlés (haladási irányra merőleges függőleges síkban),
| b) | csapterpesztés (haladási irányra merőleges függőleges síkban),
| c) | utánfutás (haladási irányba eső függőleges síkban).
| Ezekhez két egymásra merőleges síkban működő ingára van szükség, amelyet a mérőfejekbe helyezett CCD-kamerák teljesítenek. Lásd a 3. ábra felső mérőfejébe szimbolikusan behelyezett CCD-szenzorokat.
A korszerű futómű-ellenőrző műszerek felépítése
A korszerű futómű-ellenőrző műszerek számítógép-irányításúak.
Futómű-ellenőrző műszer blokksémája
A mérőfejek, elektronikus forgózsámolyok és jelátalakítók a központi számítógéppel kommunikálnak, vezetékeken vagy - korszerűbb esetekben - rádiófrekvenciás jelátvitellel.
Az elektronikus forgózsámolyokkal szemben fokozott követelményeket támasztanak, így pl. súrlódási ellenállásuk is kisebb, mint hagyományos társaiké. A beépített infravörös impulzus-érzékelés elvén működő jeladó pontossága ±4 szögperc.
Elektronikus forgózsámoly (balra összehasonlításként egy mechanikus)
A mérőfejek felfogatása és a tárcsaütés kiegyenlítése
A mérőfejek felfogatása többféle tartóval történhet. A lényeg, hogy a mérés során a kerék forgási síkjára merőleges legyen a mérőfej tengelye. Emiatt felhelyezés után el kell végezni az ún. keréktárcsaütés-kompenzáció folyamatát.
Mérőfej felfogatók
Az univerzális mérőfej felfogatók és a multi gyorsfelfogatók különböző acél és könnyűfém keréktárcsák esetén alkalmazhatók. A mágneses tartók az ún. 3D futómű-állítók (lásd később) mérőtábláit rögzítik, egyszerűen a kerékcsavarokhoz.
A járműspecifikus gyorsfelfogatók illesztőcsapok segítségével tájolják helyzetüket a járműkerékhez. Ez a tájolás garantálja mérőfej megfelelő helyzetét, így a keréktárcsütés-kompenzáció folyamata ebben az esetben elmaradhat. A kerékhez állítható hosszúságú karok szorítják hozzá.
Az univerzális gyorsfelfogatók a gumiabroncshoz feszített felfogó-karokkal rögzítettek. A tárcsaütés-kompenzáció folyamatát azonban ilyenkor is el kell végezni.
Keréktárcsaütés kiegyenlítés
A futóműves méréstechnikában az egyes jellemzők mérése a keréksík állásszögének a meghatározásán alapul. Ezek mért értéke csak akkor pontos, ha a mérőfej és a keréktárcsa síkja párhuzamos. A keréktárcsák deformációja miatt (mivel az univerzális felfogatók a tárcsaperemen támaszkodnak fel) ez automatikusan nem garantálható. Ez alól csupán az illesztőcsapos járműspecifikus felfogatók képeznek kivételt, hiszen itt a keréktárcsa illesztő furata adja meg a tájolást és nem a sérülékeny perem rész.
Mérőfej felfogatók (A - kompenzációs csavar)
A mérőfej felfogatók többségénél tehát a mérések megkezdése előtt párhuzamos helyzetbe kell hozni a keréktárcsa és a mérőfej síkját. Ezt a folyamatot nevezzük keréktárcsaütés-kompenzációnak.
A régebbi műszerek esetén a mérőfej-felfogatókon 120°-onként kialakított kompenzációs csavarok segítségével tehetjük párhuzamossá a síkokat. A kompenzációs folyamat közben a kereket körbeforgatva, a hosszirányú vetítő fénysugarának "kóválygása" jelzi az ütést. Ennek megszűnése (illetve adott határ alá csökkenése) esetén fejezhetjük be az eljárást.
A korszerű mérőrendszerek ún. elektronikus keréktárcsaütés-kompenzációt alkalmaznak, ami azt jelenti, hogy nem kell mechanikusan beavatkozni, mivel a kompenzáció tisztán szoftver úton történik.
Ehhez az adott tengelyt meg kell emelni és a felszerelt mérőfejet vízszintes helyzetben tartva (a beépített libella segítségével) 90°-oként (illetve adott típusú műszereknél 180°-onként) körbe kell forgatni. A művelet során minden negyed (illetve fél) fordulat után meg kell nyomni a mérőfejen a kompenzációs gombot, ugyanis ezzel tudatjuk a műszerrel, hogy a kerék adott helyzetben van és a (8. ábra).
A mérőfej vízszintes helyzetére a teljes folyamat alatt ügyelni kell.
Ha adott keréken körbeértünk, akkor ezt a kompenzáció vége gomb megnyomásával tudatjuk a műszerrel.
Elektronikus keréktárcsa-ütés kompenzáció
3D képalkotás elvén működő rendszerek
A futómű-ellenőrző műszerek fejlesztésénél napjainkban egyre fontosabb szempont a technológiai idők csökkentése és a műszer robosztus, sérüléseknek ellenálló kialakítása. Ezek a szempontok két fejlesztési irányt is kijelölnek:
az egyik irány mérőtáblát helyez fel a kerékre a hagyományos felfogatókkal, a másik csak "ránéz" a kerékre.
Mindkettő távoli kameráival 3D-s, azaz térbeli képet alkot, és azt a kerék elmozdulásakor képes is követni. Ebből a mérési folyamatból határozza meg a futómű nevezetes tengelyeinek és síkjainak helyzetét, ezekből pedig számításokkal a beállítási jellemzőket.
Mérőtáblás rendszerek
A továbbiakban erre a működési elvre mutatunk be néhány jellemző példát, és ismertetjük a működési elvet.
A berendezés fő részei:
kamera állvány kamerákkal, 4 db mérőtábla, műszer-kocsi.
A mérést 2 darab kamera végzi, ezeknek az egymáshoz viszonyított helyzete mindig állandó. Az általuk mért adatokból számolja ki a mérőszoftver a futómű paramétereit.
A 3D rendszer kamerája
A jármű kerekeire mérőtáblákat rögzítenek felfogatók segítségével: így nincs szükség drága és sérülékeny mérőfejekre. A mérőtáblák strapabíró műanyagból készülnek, ellenállnak a kisebb ütéseknek, rázkódásoknak.
A 3D rendszer mérőtáblája
Mérési elv
A mérést két kamera végzi. Nagyon fontos kamerák helyes beállítása, mivel csak így képesek megfelelő pontossággal mérni. A kamerák látószöge kúp alakú ("tölcsér"). Minél közelebb helyezkedik el a kamerához képest a mérendő tárgy, annál kisebb tehát az a keresztmetszet ahová rálát.
A kamera látószöge
A kamerákban több (a példa esetébe 80 darab) infravörös LED található, amelyek fényt bocsátanak ki. Ez visszaverődik aztán a mérőtáblákról (mérőtükör), miközben a kamera képeket készít (2 kép/sec.).
A mérőtáblák felületén fényvisszaverő anyagból készült köröket helyeztek el. Ezek verik vissza a felületükre érkező fényt. A körök alumínium lapon helyezkednek el, és az egész tükröt kemény, ellenálló műanyag védőborítással védik. Minden táblán 33 fehér pont van. Ahhoz hogy a táblákat meg tudjuk különböztetni, elhelyeznek rajtuk 1-1 különböző méretű pontot is, ami alapján a szoftver képes beazonosítani az adott táblát.
A képalkotás azon az elven alapszik, hogy ha ránézünk egy tárgyra különböző távolságokból, az adott tárgy közelebbről nézve nagyobbnak látszik, mint távolabbról.
A képalkotás elve
A szoftver az alábbi összefüggések segítségével végzi a számításokat:
tan⁡r= A/2 F
Z 2 = ( P 2 ) 2 + D 2
D= P/2 tan⁡r
Az alábbi ábrán a mérési elv további magyarázata látható:
ha egy tárgyat (pl. kört) pontosan merőleges irányból nézünk, akkor látjuk a valódi magasságát, ha a látószög változik, akkor a tárgy méretét kisebbnek látjuk.
A mérés alapelve
A mérőszoftver a mérőtükrökön lévő körök átmérőjét képes meghatározni.
A mérőtáblákon kialakított körök méreteinek meghatározása
Mivel a körök nem merőlegesen helyezkednek el a kamerával szemben, ezért a kamera nem körként, hanem ellipszisként "látja" őket. Az ellipszis függőleges és vízszintes tengelye pedig különbözik. A mérőtáblák térben való forgatása közben a rajtuk lévő körök átmérőjének a változásaiból számolja ki a szoftver a szükséges adatokat (13. ábra).
A mérőtáblákon kialakított körök nézeti képe
A mérés fő lépései
Jármű pozícionálása
A kamera felvételt készít a jármű pillanatnyi helyzetéről. Ezután kell a jármű gördítését elvégeznünk. Lehetőségünk van választani az előre vagy hátra gördítés között, a műhelyben lévő szabad helytől függően. A program ezt az alábbi kettős nyíllal jelzi.
1. | A járművet mintegy 20 centimétert kell előre vagy hátra gördíteni.
2. | Majd miután megtörtént ebben a pozícióban a mérés, a szoftver jelzi, hogy gördítsük vissza a járművet a kiindulási pozícióba. A kiindulási pozícióban újabb mérésre kerül sor.
3. | Ezután szoftver képes meghatározni a
| a) | kerékösszetartást,
| b) | kerékdőlést,
| c) | a jármű geometriai adatait (tengelytáv, tengelytáv-eltérés, nyomtáv, nyomtáv-eltérés, egyenesfutási szög).
A további szögek mérését 3 lépésben végzi el a műszer:
10 fokos kerékelfordításnál: utánfutás, csapterpesztés 20 fokos elfordításnál: kanyarodási szögeltérés maximális alákormányzásnál: a maximális alákormányzási szög
Érintésmentes rendszerek
A beállítás egyik legtöbb időt igénylő és legnagyobb hibakockázattal járó része a mérőfejtartók és a mérőfejek felszerelése.
Az ún. "érintésmentes" mérési rendszer létrehozásának ötlete kb. 10 évvel ezelőtt merült fel először. A megfelelő műszaki háttér azonban csupán a közelmúltban tette lehetővé ezek megvalósulását.
A Siemens és a Nussbaum céghez tartozó ATT által fejlesztett rendszer a CCT (Colour Coded Triangulation - színkódolt háromszögelés) módszert használja fel a mérések során.
A berendezést a Mercedes, a VW és a Porsche végátvételi sorain már üzemel.
Érintésmentes futómű-ellenőrző rendszer (Nussbaum WAB 2.0 CCT)
A módszer fizikai elve
Az alkalmazott új optikai módszer elve a személyazonosításban használt képalkotó módszerre vezethető vissza.
Személyazonosítás színkódolt háromszögeléssel
A színkódolt háromszögelés módszer alapvető célja, hogy 2D-felvételek alapján 3D-adathalmazt állítson elő.
Ebben az esetben (ellentétben a már korábban is alkalmazott módszerekkel, ahol a 3D-letapogatás több felvétel alapján történik), a színkódolt háromszögelés esetén mindössze egy felvétel szükséges a 3D-alak rögzítésére, és az eljárás nem igényel mechanikus mozgó alkatrészt sem.
A módszer fizikai elve:
A színes felvevő eszközök színérzékelési lehetőségein, valamint az egyszerű háromszögelés geometriai elvén alapul.
A megvilágító egység a detektor színérzékelési spektrumában bocsát ki fényt, majd az eléje beépített prizma vagy optikai rács segítségével különböző hullámhosszúságú fénysugarakra ( λ) bontja. Az adott hegyes szögből ( δ) megvilágított felületen így színes rács jelenik meg (16. ábra).
Az előtétoptika az egyes színeket különböző fókusztávolságra képzi le. A megvilágított tárgyról a felvételt egy felvevő eszköz, általában színes CCD kamera készíti úgy, hogy először egy referenciafelület képét rögzíti, majd az adott alakú felület képét. A két kép közötti különbség értelemszerűen a CCD kamera adott pixelére eső színben jelentkezik, hiszen két különböző magasság esetén a színes rács egyes elemei a szögben történő megvilágítás miatt más pozícióba kerülnek.
Így a felvételre merőleges méretek a színkülönbségből a megfelelő célszoftver segítségével számíthatók.
A letapogatás elvi vázlata
A mérés menetét az alábbi táblázat foglalja össze:
No | Mérési fázis | Ábra
1 | A jármű kiválasztása az adatbázisból. A járművel feljárás a rámpára, biztosítva, hogy ezt követően már ne mozdulhasson el. |
2 | Rövid referencia-mérés után az optikai egységek a hátsó tengely felé mozdulnak el. |
3 | Automatikus tárcsaütés kompenzáció a hátsó tengelyen, a hidraulikusan működtetett csúszólapok ellenkező irányú mozgatása által. |
4 | A kerékösszetartás és a kerékdőlés mérése színkódolt háromszögeléssel. |
5 | A 3. és 4. lépés a mellső kerekeken. |
6 | Az utánfutás mérése a kormánykerék 5 fokos elmozdításával. |

| Önellenőrző kérdések
1. Mi a CCD-kamera?
| Képrögzítő eszköz, a 3D-s mérésekhez.
| A gumizsinóros műszereknél korszerűbb és ma már elterjedtebb is az ún. CCD-kamera (charge coupled device = töltéscsatolt eszköz). Ez az egység infrasugarak segítségével képes mind függőleges, mind vízszintes irányú szögmeghatározásra.
| Folyamatosan CD-re képet rögzítő eszköz.
2. Mit jelent a 8-szenzoros műszer elnevezés?
| A járműre helyezett mind a 4 mérőfejbe 4-4 CCD kamerát építettek.
| 8 mérőfejet kell a járműre szerelni.
| 8 érzékelőt helyezünk fel kerekenként.
3. Mit jelent a 6-szenzoros műszer elnevezés?
| A járműre helyezett első mérőfejekbe 2-2, a hátsó mérőfejekbe 1-1 CCD kamerát építettek.
| 6 mérőfejet kell a járműre szerelni.
| 6 érzékelőt helyezünk fel kerekenként.
4. Mit jelent a keréktárcsaütés kiegyenlítés?
| Keréktárcsaütés nem létezik, csak ha deformált a tárcsa.
| A futóművek mért értékei csak akkor pontosak, ha a mérőfej és a keréktárcsa síkja párhuzamos. A keréktárcsák deformációja miatt (mivel az univerzális felfogatók a tárcsaperemen támaszkodnak fel) ez automatikusan nem garantálható. Erre szolgál a keréktárcsaütés kiegyenlítés.
| Az ütés kiegyenlítés karosszéria műhelyben végezhető el.
5. Mit jelent az elektronikus keréktárcsaütés-kompenzáció?
| Elektronikusan nyilvántartott kiegyenlítés.
| A kompenzációt nem kell mechanikusan elvégezni, mivel a kompenzáció tisztán szoftver úton történik.
| Az elektronikus "ütéseket"-eltéréseket kompenzáljuk.
6. Milyen alapon működnek a 3D képalkotás elvén alapuló műszerek?
| A hagyományos műszerekkel történő méréseket veszik fel 3D-s képre, majd ezt elemzik.
| Az ilyen műszerek még csak kísérleti stádiumban léteznek.
| Mindkettő távoli kameráival 3D-s, azaz térbeli képet alkot, és azt a kerék elmozdulásakor képes is követni. Ebből a mérési folyamatból határozza meg a futómű nevezetes tengelyeinek és síkjainak helyzetét, ezekből pedig számításokkal a beállítási jellemzőket.
7. Milyenek a 3D-s műszerek mérőtáblái?
| A mérőtáblákba vannak építve a mérőszenzorok.
| A mérőtáblákon 3D-s körök láthatók.
| A mérőtáblák felületén fényvisszaverő anyagból készült köröket helyeztek el. Ezek verik vissza a felületükre érkező fényt. A körök alumínium lapon helyezkednek el, és az egész tükröt kemény, ellenálló műanyag védőborítással védik. Minden táblán 33 fehér pont van.
8. Hogyan látja a kamera a mérőtábla köreit?
| Mivel a körök nem merőlegesen helyezkednek el a kamerával szemben, ezért a kamera nem körként, hanem ellipszisként "látja" őket. Az ellipszis függőleges és vízszintes tengelye pedig különbözik. A mérőtáblák térben való forgatása közben a rajtuk lévő körök átmérőjének a változásaiból számolja ki a szoftver a szükséges adatokat.
| A táblákat mindig merőlegesre kell állítani a kamerához képest, így a kamera köröket lát.
| Köröket lát és a különböző méreteket viszonyítja egymáshoz.
9. Milyen módszer a színkódolt háromszögelés?
| Háromszögekből számítja ki a beállítási paramétereket.
| Háromszögekkel modellezi a futómű geometriát.
| A színkódolt háromszögelés módszer alapvető célja, hogy 2D-felvételek alapján 3D-adathalmazt állítson elő.
10. Milyen előnyei vannak a 3D képalkotás elvén működő rendszereknek?
| A technológiai idők csökkentése és a műszer robosztus, sérüléseknek ellenálló kialakítása.
| A képalkotással az eljárás dokumentálása is megtörténik, amely archiválható.
| A 3D-képalkotás lévén, a műszer térben vetíti ki a beállítási jellemzőket.
11. Milyen vonatkozási tengelyt használunk az első és a hátsó tengely futómű beméréséhez?
| A hátsó tengelynél a szimmetria tengelyt, az elsőnél a tényleges menettengelyt.
| Mindkettőhöz a szimmetria tengelyt.
| Mindkettőhöz a tényleges menettengelyt.