Data publikacji: 2016-11-25

Urządzenia typu 3D do pomiaru geometrii kół i osi pojazdu

Na rynku jest wiele urządzeń do pomiarów wielkości charakterystycznych dla geometrii kół i osi, Niektóre z nich są sygnowane oznaczeniem „3D".


Rys. 1 (Źródło: Hunter)
Rys. 2
Rys. 3 (Źródło: Hunter)
Rys. 4 (Źródło: Hunter)
Rys. 5 (Źródło: Hunter)
Rys. 6 (Źródło: Hunter)
Rys. 7 (Źródło: Hunter)
Rys. 8
Rys. 9 (Źródło: Hunter)
Rys. 10 (Źródło: Hunter)
Rys. 11 (Źródło: Hunter)
Rys. 12 (Źródło: Hunter)
Rys. 13 (Źródło: Hunter)
Rys. 14 (Źródło: Hunter)
Rys. 15 (Źródło: Hunter)
Rys. 16 (Źródło: Hunter)
Rys. 17 (Źródło: Hunter)
Rys. 18 Oznaczenia na rysunku: 1 - środek osi tylnej; 2 - środek osi przedniej; 3 - oś geometryczna podwozia; 4 - płaszczyzna symetrii nadwozia pojazdu. (Źródło: Hunter)
Rys. 19 Oznaczenia na rysunku: 1 - środek osi tylnej; 2 - środek osi przedniej; 3 - oś geometryczna podwozia; 4 - płaszczyzna symetrii nadwozia pojazdu. (Źródło: Hunter)
Rys. 20 Oznaczenia na rysunku: 1 - powierzchnia boczna obrzeża wnęki koła; 2 - płaszczyzna równoległa do płaszczyzny symetrii koła, styczna do zewnętrznej powierzchni opony. (Źródło: Hunter)
Rys. 21
Rys. 24 (Źródło: Hunter)
Rys. 22 Wykresy prezentują, dla różnych wysokości nadwozia względem podłoża, wartości: rys. a - kątów pochylenia kół (PK) osi przedniej; rys. b - różnicy kątów pochylenia kół oraz, wynikające z różnicy kątów pochylenia kół osi przedniej, odchylenie od prostoliniowego toru ruchu osi przedniej. Na wykresach są zaznaczone zakresy tolerancji (Toler) dla mierzonych wielkości. Oznaczenia na rysunku: WP - wysokość początkowa nadwozia, czyli wysokość, od której nadwozie było podnoszone lub opuszczane; P - zakres podnoszenia nadwozia; 0 - zakres obniżania nadwozia. (Źródło: Hunter)
Rys. 23 Wykresy prezentują, dla różnych wysokości nadwozia względem podłoża, wartości: rys. a - zbieżności połówkowej kół; rys. b - zbieżności sumarycznej (całkowitej). Na wykresach są zaznaczone zakresy tolerancji (Toler) dla mierzonych wielkości. Oznaczenia na rysunku: WP - wysokość początkowa nadwozia, czyli wysokość, od której nadwozie było podnoszone lub opuszczane; P - zakres podnoszenia nadwozia; 0 – zakres obniżania nadwozia. (Źródło: Hunter)

Niektóre z nich są sygnowane oznaczeniem „3D" a niektóre nie, mimo, że np. wszystkie wyposażone w pasywne głowice pomiarowe 2 (rys. 2). Litera D, w oznaczeniu „3D", pochodzi od słowa „Dimensions", czyli wymiary. W rodzimym języku, te urządzenia nazywamy „trójwymiarowymi". 


Powody do nazywania urządzeń, urządzeniami typu „3D” są prawdopodobnie dwa: 

1. pracownicy marketingu wykorzystali fakt, że zasada pracy głowic pasywnych polega na obliczaniu wartości wielkości charakterystycznych dla geometrii kół i osi pojazdu, na postawie trójwymiarowej analizy torów ruchu figur geometrycznych znajdujących się na powierzchniach głowic pasywnych, których ruch, przy obracaniu lub skręcaniu kół, śledzą kamery; 

2. dla lepszej prezentacji wartości mierzonych wielkości na ekranie urządzeń są wykorzystywane rysunki trójwymiarowe. 

Do prezentacji urządzenia do pomiaru geometrii kół i osi pojazdów, które zgodnie z przestawionymi kryteriami można zaliczyć do urządzeń typu „3D", mimo, że producent nie używa tego określenia, można zaliczyć urządzenie Hunter WA130, z kamerami HS201 /401 (HawkEye). Jest ono oferowane w dwóch wersjach: 

- standardowej - wyposażonej w cztery pasywne głowice pomiarowe 2 (rys. 1 i 2), montowane do kół; 

- ponadstandardowej - wyposażonej w cztery pasywne głowice pomiarowe 2 (rys. 1 i 2), montowane do kół, oraz w cztery głowice pasywne 3 (rys. 2), mocowane do nadwozia, nad każdym z kół. 


Każda z głowic 3 (rys. 2) jest mocowana do nadwozia w płaszczyźnie, w której leży oś obrotu koła i która jest prostopadła po nawierzchni drogi, oraz bazowana na: 

- powierzchni bocznej obrzeża wnęki koła,

- dolnej powierzchni obrzeża wnęki koła. 

Głowice 3 są niezbędne urządzeniu do pomiaru ustawienia nadwozia względem kół lub osi pojazdu, w płaszczyznach pionowej i poziomej. 


Urządzenie Hunter WAI 30, w wersji z ośmioma pasywnymi głowicami pomiarowymi, oferuje ponadstandardowe możliwości pomiarowe: 

1. mierzy kilka wielkości charakterystycznych dla geometrii kół pojazdu, które standardowo nie są mierzone przez urządzenia przeznaczone dla serwisów samochodowych

2. na podstawie pomiarów wykonywanych przez urządzenie, a nie wyników pomiarów wykonywanych i wprowadzanych do programu urządzenia przez diagnostę, określa ono w mierze liniowej lub kątowej, położenie nadwozia w płaszczyznach poziomej pionowej, względem kół lub osi pojazdu. 


Głowice pasywne 2 (rys. 1 i 2) zamontowane do kół pojazdu, oraz głowice pasywne 3 (rys. 2), zamocowane do nadwozia, nad każdym z kół, są obserwowane przez cztery kamery wideo 1 (rys. 1), o dużej rozdzielczości. Po montażu głowic pasywnych do kół pojazdu, jest wykonywana ich kalibracja. Jej celem jest uniknięcie błędów pomiarowych, spowodowanych: błędem kołowości koła, biciem tarczy koła, niedokładnością montażu głowicy oraz niedokładnością montażu głowicy w uchwycie. Standardowo jest ona wykonywana jednocześnie dla wszystkich czterech głowic pomiarowych zamontowanych do kół pojazdu, w opisany poniżej sposób. 

1.Przetaczamy pojazd do tylu (kierunek A, rys. 3a) do chwili, aż koła wykonają 1/8 obrotu. Program urządzenia poinformuje nas, że przetoczenie do tyłu jest wystarczające (rys. 3b). Długość odcinka, o który pojazd jest przetaczany, zależy od średnicy zewnętrznej opony. Przykładowo dla opony 155/65 R13 jego długość wynosi ok. 21 cm, a dla opony 215/65 R16 – ok. 17 cm. 

2.Po chwili, program poleci przetoczyć pojazd do przodu (kierunek B, rys. 3a). 

3.Przetaczamy pojazd do przodu, aż program urządzenia poinformuje nas, że odległość przetoczenia jest wystarczająca (koła przednie powinny stanąć w środkach obrotnic). 

4.Po chwili, na ekranie ukazują się wartości tych wielkości charakterystycznych dla geometrii kół osi, których pomiar nie wymaga skręcenia kół przednich (rys. 3c), 

Można też wykonać kompensację dla pojedynczej głowicy pasywnej. Jest ona wykonywana tylko dla głowicy, która była zdejmowana z koła np. celem regulacji kąta pochylenia koła. 

Dla ułatwienia diagnoście „zobaczenia” wartości mierzonych wielkości, są one wyświetlane z wykorzystaniem tzw. widoku przestrzennego, zwanego Virtual View, zarówno dla wszystkich kół (rys. 4a) jak dla jednego koła pojazdu (rys. 4b). 


Procedury ułatwiające pomiary i regulacje 

Faster Caster. Szybka procedura pomiaru kątów: wyprzedzenia i pochylenia osi zwrotnicy. Ogranicza ona skręcenie kół w lewo (rys. 5a) i prawo (rys. 5b) tylko do wartości kątów skręcenia kół, które są wystarczające do wykonania pomiaru. Diagramy D (rys. 5) informują diagnostę o wartości kąta skręcenia kół. 


ExpressAlign. Po wykonaniu pomiarów geometrii kół i osi pojazdu (rys. 6) program ten: 

1. porównuje wartości zmierzone z wymaganymi, z uwzględnieniem ich tolerancji; 

2. określa, które z wielkości wymagają regulacji; 

3. podpowiada diagnoście kolejność z uwzględnieniem wymogów technologicznych.


WinToe. Procedura zbieżności kół przednich, bez blokowania kierownicy w pozycji poziomej - do jazdy „na wprost”. Przebiega ona w sposób opisany poniżej: 

1. Kierownica jest ustawiana do jazdy na wprost. 

2. Urządzenie mierzy zbieżności połówkowe kół przednich i zapamiętuje ich wartości 

3. Diagnosta reguluje zbieżność lewego koła (rys. 7a), na podstawie bieżącego pomiaru jej wartości. 

Jednocześnie urządzenie obserwuje ruchy prawego koła, którego zbieżność nie jest regulowana, aby określić jak zmienia się ustawienie pod wpływem sił i momentów występujących podczas regulacji. 

4. Diagnosta reguluje zbieżność połówkową prawego koła (rys. 7b) na podstawie bieżącego pomiaru jej wartości. Jednocześnie urządzenie obserwuje ruchy lewego koła, którego zbieżność nie jest regulowana, aby określić jak zmienia się ustawienie kół przednich, pod wpływem sił i momentów występujących podczas regulacji 

5. Diagnosta ustawia kierownicę w pozycji środkowej a urządzenie mierzy ponownie zbieżności połówkowe kół przednich. Jeśli ich wartości są prawidłowe, regulacja jest skończona, a jeśli nie, należy powtórzyć procedurę WinToe.


Wheel Off. Procedura regulacji kątów: pochylenia koła i wyprzedzenia osi zwrotnicy przy zdemontowanym jednym lub obu kołach podniesionej osi pojazdu. Głowica pasywna 1 (rys. 8) jest zamocowana do piasty koła 2. Pomiar jest wykonywany w sposób ciągły, podczas regulacji. 


CAMM. Procedura regulacji kątów pochylenia koła i wyprzedzenia osi zwrotnicy, z pomocą podkładek regulacyjnych lub mimośrodów (rys. 9). Program dobiera grubości podkładek lub wskazuje prawidłowe ustawienie mimośrodów regulacyjnych.


Shimm Select II. Procedura regulacji kąta pochylenia koła i kół osi tylnej, z wykorzystaniem specjalnych podkładek regulacyjnych (rys. 10).


Dodatkowe wielkości charakterystyczne dla geometrii kół i osi pojazdu 

Są to wielkości, które przeważnie nie są mierzone przez urządzenia do pomiaru geometrii kół i osi, przeznaczone dla serwisów samochodowych. 

Odcinek wyprzedzenia osi zwrotnicy. Jest to długość odcinka mierzonego na nawierzchni drogi, pomiędzy punktami A i B (rys. 11). Rozróżniamy jego wartość dodatnią i ujemną. 


Ramię działania sił wzdłużnych. Jest to odległość mierzona w płaszczyźnie prostopadłej do symetrii pojazdu i nawierzchni drogi, pomiędzy rzutami na tę płaszczyznę (rys. 12): 

• środka koła 1; 

• osi zwrotnicy 2. 


Wartość ramienia działania sił wzdłużnych to odległość pomiędzy kierunkami działania: 

• sił oporu i napędowej - podczas przyspieszania; 

• hamowania i bezwładności - podczas hamowania. 

Jej wartość zależy od kąta pochylenia koła, kąta pochylenia osi zwrotnicy oraz wartości odsadzenia tarczy koła ET. Wartości ramienia działania sił wzdłużnych, zmierzone dla obu kół powinny być możliwie zbliżone. Jeśli nie są, może to być przyczyną trudności w utrzymaniu prostoliniowego kierunku ruchu, szczególnie podczas przyspieszania i hamowania. Wartość ramienia działania sił wzdłużnych nie jest podawana w danych technicznych pojazdu. 

Kąt pochylenia bocznego nadwozia. Jego wartości są mierzone przy kołach skręconych w lewo - kąt pochylenia przy skręcie w lewo KPB(L) (rys. 13a), oraz przy kołach skręconych w prawo - kąt pochylenia przy skręcie w prawo KPB(P) (rys. 13b). Wartość tego kąta jest zależna od wartości kątów: pochylenia i wyprzedzenia osi zwrotnicy.

Wartości kątów pochylenia bocznego nadwozia, zmierzone przy tych samych wartościach kąta skrętu koła zewnętrznego lub wewnętrznego przy skrętach w lewo lub w prawo, powinny mieć możliwe zbliżone wartości. Ocena różnicy tych kątów zależy od doświadczenia diagnosty. Za duża wartość tej różnicy sugeruje nieprawidłowe wartości kątów: pochylenia i wyprzedzenia osi zwrotnicy, dla kół danej osi. 

Średnica zawracania „pomiędzy krawężnikami". Jest to najmniejsza odległość OMK (rys. 14) mierzona między krawężnikami, niezbędna aby samochód mógł zawrócić pomiędzy nimi. Jest ona mniejsza niż średnica zawracania „pomiędzy ścianami”. Średnice zawracania „pomiędzy krawężnikami” zmierzone przy skręcie kół w lewo i w prawo powinny mieć możliwie zbliżone wartości. Ocena różnicy ich wartości, zależy od doświadczenia diagnosty. Gdy jest nadmierna świadczy to o niesprawności układu kierowniczego.


Procedury pomiaru ustawienia nadwozia względem kół lub osi pojazdu 

Live Ride Height. Procedura pomiaru, w płaszczyźnie prostopadłej do nawierzchni drogi w której leży oś obrotu koła, odległości dolnego obrzeża wnęki koła od osi obrotu koła (rys. 15a). Do wykonania tych pomiarów konieczny jest montaż głowic pasywnych na nadwoziu, nad każdym z kół (rys. 15b). 


SBDA (Suspension Body Dimension Audit). To trójwymiarowa prezentacja (rys. 16): 

- położenia nadwozia, w płaszczyźnie pionowej, względem osi obrotu kół; 

- kątów nachylenia nadwozia względem osi pojazdu. 


Symmetry Angle Measurements. Procedura pomiaru i prezentacji wielkości informujących o liniowym (rys. 17a) lub kątowym (rys. 17b) ustawieniu kół i osi pojazdu względem siebie. 


Wielkości informujące o ustawieniu nadwozia względem kół lub osi pojazdu 

Pomiary wartości wszystkich wielkości, przedstawionych w tym podrozdziale, są możliwe tylko przy wykorzystaniu głowic pasywnych, zamontowanych na nadwoziu, nad każdym z kół (3, rys. 2 i rys. 15b). 


Przesunięcie nadwozia w płaszczyźnie poziomej.

Rozróżniamy dwie wielkości ( rys. 18):

- przesunięcie w płaszczyźnie poziomej nadwozia, względem środka osi przedniej, jest to odległość od środka osi przedniej 1 od płaszczyzny symetrii nadwozia pojazdu 4; rozróżniamy wartość dodatnią PPNP(+) (rys.18a) i ujemną PPNP(-) (rys. 18b); 

- przesunięcie w płaszczyźnie poziomej nadwozia, względem środka osi tylnej, jest to odległość środka osi tylnej 2 od płaszczyzny symetrii nadwozia pojazdu 4; rozróżniamy wartość dodatnią PPNT(+) (rys. 18c) i ujemną PPNT(-) (rys. 9d). 


Kąt odchylenia nadwozia w płaszczyźnie poziomej.

Jest to kąt (rys. 19) pomiędzy osią geometryczną podwozia 3, a płaszczyzną symetrii nadwozia pojazdu 4. Rozróżniamy wartość dodatnią KONP(+) (rys.70a) ujemną KONP(-) (rys. 19b) tej wielkości.


Wystawanie nadwozia względem koła.

Jest to odległość WNK (rys. 20), mierzona w płaszczyźnie do nawierzchni drogi, w której leży oś obrotu koła, pomiędzy powierzchnią boczną 1 obrzeża wnęki koła a płaszczyzną 2, równoległą do płaszczyzny symetrii koła styczną do zewnętrznej powierzchni opony. 


Pomiar zbieżności i kąta pochylenia koła przy obniżonym lub podniesionym nadwoziu 

Prezentowane urządzenie firmy Hunter, umożliwia pomiar tych wielkości przy obniżonym lub podniesionym nadwoziu samochodu. Do obniżania nadwozia służy przyrząd 1 (rys. 21) opierany o dolną część najazdów kanału lub podnośnika. Taśma 2, tego przyrządu jest mocowana do odpowiednio solidnego elementu podwozia. W samochodzie prezentowanym na ilustracji, taśma 2 była zamocowana do ramy pośredniej podwozia 3. Wysokość nadwozia względem podłoża jest zmniejszana, przez przesuwanie w dół taśmy, za pomocą śruby 4. Do podnoszenia nadwozia, jest wykorzystywany podnośnik tzw. kanałowy. 

Urządzenie Hunter WA130 mierzy, przy różnych wysokościach nadwozia względem podłoża, wartości zaprezentowane na rys. 22 i 23. Takie pomiary można wykonywać przykładowo w trzech sytuacjach: 

- jeśli chcemy poznać ustawienie kół pojazdu w stanie dużego załadowania, 

- jeśli chcemy poznać jak zmieni się ustawienie kół pojazdu, po montażu np. sprężyn zawieszenia o mniejszej wysokości, co pozwoli jeszcze przed ich montażem ocenić, przy obniżonym zawieszeniu, wartości kątów zbieżność lub pochylenia kół będą w zakresie tolerancji czy nie (będzie trzeba wówczas użyć elementów specjalnych do regulacji ustawienia kół); 

- przy regulacji ustawienia kół pojazdu z obniżonym zawieszeniem, której celem jest uzyskanie zmian wartości kątów zbieżności i pochyleń w zakresie tolerancji, dla zakresu ugięcia zawieszenia, występującego w warunkach eksploatacyjnych. 


Procedury regulacyjne wielkości charakterystycznych dla geometrii kół i osi pojazdu w samochodach tuningowanych 

Ponadstandardowe czynności regulacyjne oferuje program o nazwie Win Align Tuner (rys.24). Umożliwiają one: 

- uzyskanie równomiernego zużycia opon celem przedłużenia ich „żywotności"; 

- lepszego prowadzenia i uzyskanie wyższych osiągów samochodom tuningowanym, w których np. obniżono wysokości zawieszenia. 


Zdjęcia i tekst pochodzą z artykułów „Urządzenia typu 3D do pomiaru geometrii kół i osi pojazdu” w dodatku technicznym do Wiadomości IC Geometra kół i osi pojazdu - cz. 2 nr 32/Wrzesień 2009