Геометрический центр бизнеса

В число углов, определяющих положение передних колес, в настоящий момент входят: схождение (toe-in), развал (camber), продольный наклон шкворня (caster), поперечный наклон шкворня (king pin), смещение оси (set-back), включенный угол (camber+king pin). Положение задних колес автомобиля определяется: схождением, развалом и еще одним важным параметром, который называется углом тяги или углом движения задней оси (thrust line). Нарушение любого из параметров, входящих в приведенный неполный список, в большей или меньшей степени влияет на управляемость автомобиля, эффективность торможения, топливную экономичность, комфорт водителя и пассажиров, равномерность износа покрышек, курсовую устойчивость, стремление рулевого колеса к возвращению в центральное положение и многое другое.

Первый вывод, который следует из сказанного выше, – задача осталась прежней, но методы ее решения изменились в корне за счет возросшей сложности конструкции подвески и появления в ней «новых измерений».

Окончательно устарел метод регулировки углов установки колес относительно линии, проходящей через геометрический центр. Этот метод позволяет настраивать лишь часть параметров, игнорируя реальное расположение колес относительно кузова и относительно друг друга. Кроме того, как минимум, один важный параметр – угол тяги или угол движения ведущих колес – в нем не учтен совсем.

Между тем, именно этот параметр в современной теории установки углов колес принято считать отправной точкой настройки. С введением понятия угла тяги появился новый, современный метод настройки углов, учитывающий реальное положение и направленность колес. Линия тяги – воображаемая прямая, проложенная в направлении, в котором ведущие колеса толкают автомобиль. Угол, образованный между линией тяги и центровой линией, называется углом тяги. Если ведущие колеса «смотрят» направо относительно центровой линии, угол будет положительным. Если колеса направлены влево от водителя, угол будет отрицательным. Если угол тяги слишком велик, возникает эффект так называемой «езды по-собачьи» (dog-tracking) – попытка отклонения кузова от направления движения, приводящая к повышенному износу покрышек и некорректному поведению автомобиля в поворотах. Чтобы избежать негативных последствий, значение угла тяги должно быть выставлено как можно ближе к нулю.

Теперь давайте представим, что ведущие колеса у нас задние, и у них конструктивно предусмотрена настройка угла схождения. Это означает, что нам придется начать настройку с задних колес, выставив корректный угол тяги, а затем, ориентируясь на полученное положение, приступать к настройке углов передних колес. Разумеется, нам понадобится сложное оборудование, при помощи которого можно одновременно измерять все необходимые параметры и сопоставлять их друг с другом.

Напрашивается второй вывод – применение нового метода требует принципиально нового оборудования. Такое оборудование существует, и за последние 10-20 лет с ним произошла такая же трансформация, как и с оборудованием для звукозаписи, к примеру. За тот же срок мир отказался от аналогового способа записи и хранения звука (виниловых пластинок) и перешел к цифровой записи, хранению и воспроизведению музыки. Приблизительно то же самое произошло со стендами установки углов колес. К аналоговым системам относятся, к примеру, оптические стенды первого поколения, проецирующие пучки света из оптических трубок на экраны с угловой и линейной шкалой. Такие стенды полностью устарели и примечательны только тем, что технология оптической проекции послужила моделью для одной из самых современных конструкций стенда, о которой будет рассказано позже.

«С усложнением настроек подвески цифровой метод измерения и обработки информации стал доминирую­щим. Это не значит, что аналоговое оборудование полностью исчезло с рынка, просто его покупают специалисты определенной категории и используют для решения четко очерченного круга задач. К тому же, следует отметить, что сохранившее небольшую рыночную нишу аналоговое оборудование – кордовые стенды – относится, скорее, не к аналоговому, а к комбинированному типу, так как результаты измерений обрабатываются компьютером. Эти стенды наиболее архаичны, но, как ни странно, позволяют получать наивысшую точность измерений. Основной недостаток кордовых стендов очевиден – необходимость протягивать корды от одной контрольной точки к другой занимает много времени. Ввиду низкой скорости работы кордовые стенды ценятся там, где точность важнее скорости, к примеру, в качестве дополнительного оборудования для цеха кузовного ремонта. После восстановления геометрии кузова на стапеле именно результаты измерений углов колес будут лучшим подтверждением качественно проделанной работы», – рассказал в беседе Сергей Александров, руководитель департамента автосервисного оборудования компании «Европроект Групп».

Кордовый стенд есть, к примеру, в ассортименте продукции компании «Технокар», выпускающей оборудование под брендом «Техно Вектор». Примечателен список измерений, которые способен производить кордовый стенд под названием «Техно Вектор 4». Для передних и задних колес – это суммарный и индивидуа­льный углы схождения колес, угол развала колеса, углы смещения колес, углы симметрии осей. Отдельно для передних управляемых колес в специ­фикации указаны: угол продольного наклона оси поворота колеса; угол поперечного наклона оси поворота колеса. Если с другими углами вам в работе сталкиваться не приходится, и проходимость поста сход-развала невелика, можно ограничиться покупкой такого стенда.

Если же речь идет об организации поста развала-схождения в техническом центре или специализированной мастерской, предоставляющей только услугу регулировки углов установки колес, следует обратить внимание на наиболее распространенный на данный момент тип оборудования – стенды, основанные на измерении углов при помощи датчиков с креплением к ободам колес. Эти системы позволяют получить тот уровень производительности центра, который требуется по расчетному проекту, хотя и не являются на данный момент самыми оперативными.

Несмотря на точность измерения кордовых стендов, неудобство, связанное с использованием кордов и необходимостью связывать каждый датчик с компьютером при помощи провода, побудило производителей искать новые решения.

Одной из самых удачных стала система с инфракрасной связью между головками и передачей данных в компьютер по беспроводной технологии. Как и прежде, в каждой головке установлены датчики, но не потенциометрические, а электронные. Связаны они между собой при помощи инфракрасных каналов. На каждой головке есть чувствительная к свету этого спектра матрица, состоящая из отдельных элементов. Когда на один из элементов падает луч инфракрасного излучения от другого датчика, система определяет, какой именно элемент в данный момент засвечен. Расстояние между элементом и центром матрицы позволяет определить величину схождения для колеса, на котором установлен датчик. Центровая линия также определяется при помощи лучей, направленных вдоль кузова.

Измерения, произведенные датчиками, обрабатываются в компьютере специальным программным обеспечением. Элементы, которые крепятся к колесам, правильнее называть не датчиками, а измерительными головками, так как в каждом блоке, устанавливаемом, к примеру, на передние колеса, четыре датчика. Первой систему на основе измерительных головок с креплением к ободу создала известная немецкая компания Beissbarth, еще в начале девяностых выпустившая на рынок компьютерный стенд регулировки углов установки колес.

Один из датчиков следит за положением относительно второго переднего колеса, другой датчик – относительно колеса на задней оси. Вторая пара датчиков относится к типу наклономеров. Эти датчики следят за ориентацией колеса в пространстве. Конструкция головок для задних колес может быть такой же, как у передних, а может быть и более простой. Выбор набора головок зависит от предполагаемых задач. Если планируется работа с автомобилями с нерегулируемой задней подвеской (например, только с отечественными моделями), имеет смысл пробрести систему с задними головками, в которых нет датчиков, контролирующих положение колес друг относительно друга. Такая схема называется разомкнутой или П-образной, так как связь между задними головками отсутст­вует. Задние головки для стендов разомкнутого типа дешевле, но следует понимать, что они не позволяют выявить ряд дефектов геометрии. Если же планируется работать с автомобилями, в которых задняя подвеска построена по многорычажной схеме, у вас нет другого выхода, кроме как приобрести стенд более высокого уровня с задними измерительными головками, конструктивно похожими на передние. Наличие в задних головках дополнительных датчиков позволит создать замкнутую измерительную схему, что в свою очередь даст возможность отслеживать любые нарушения геометрии на обеих осях.

Система со связью по инфракрасному каналу получилась достаточно практичной, но сложной и требовательной к помещению и дополнительному оборудованию. Применение датчиков наклона и необходимость выставить положение колес относительно друг друга создали дополнительную эксплуатационную сложность, которая заключается в необходимости производить настройки при условии нахождения кузова в строго горизонтальном положении.

Если поставить автомобиль пусть даже и под небольшим наклоном, измерения стенда будут некорректными с самого начала, а значит, делать по ним регулировку бессмысленно. Более того, даже при том условии, что ножничный подъемник на вашем посту сход-развала регулярно регулируется, перед началом измерений необходимо провести калибровку системы. Обычная и, к сожалению, небезопасная процедура калибровки – автомобиль катают взад-вперед по подъемнику после установки головок, чтобы запомнить величины отклонения от горизонтали, и только после этого передние колеса устанавливают на поворотные круги, а задние – на разгрузочные площадки.

Существуют и другие сложности, связанные с организацией рабочего места. К примеру, инфракрасное излучение, это хоть и невидимый, но луч света, поэтому посторонние предметы не должны его перекрывать.

Избавиться от многих эксплуатационных сложностей позволило появление такого инженерного направления как машинное зрение. Технология позволяет объединять цифровые устройства ввода-вывода и компьютеры, предназначенные для контроля прои­зводственного оборудования. Эта революционная технология в прямом смысле слова преобразила производство автомобилей, дав основу для постройки роботов-манипуляторов. Поскольку настройка угла установки колес ничем принципиально от других технологических операций не отличается, использование машинного зрения для регулировки подвески оказалось возможным.

В рамках индустрии маркетологи прои­зводителей оборудования для технических центров назвали технологию машинного зрения «3D-технологией». Маркетологи бренда Hunter придумали свое название – «Multi D». Приобретая оборудование, необходимо учитывать, что речь идет об одном и том же, и на рынке могут возникать и другие названия.

Преимущества 3D-технологии очевидны. При работе на традиционном стенде с измерительными головками и инфракрасной связью позиционированию колес относительно земли приходилось уделять пристальное внимание, так как от этого напрямую зависела точность регулировки положения колес друг относительно друга. С появлением 3D-технологий позиционирование по-прежнему необходимо, но уже не требует такой тщательности. Поскольку в основе машинного зрения лежит использование камер наблюдения с высокой разрешающей способностью, достаточно одновременно включить их все, а вычислениями позиций каждого колеса на основе полученной видеоинформации займется компьютер с установленным программным обеспечением. Методика наблюдения крайне интересна. Каждая камера (а их может быть две или четыре, в зависимости от стоимости стенда) осматривает «свое» колесо или пару колес с укрепленными на них оптическими мишенями с заданной частотой. Специальные метки, нанесенные на мишени, и служат основой для вычисления позиции. При изменении положения метки камера фиксирует его, а программное обеспечение пересчитывает позицию и выдает ее в виде математического результата. Такая методика позволяет задать «внутреннюю» систему относительных координат, не привязанных к фактической горизонтальной плоскости. Реальная линия горизонта учитывается, но только в качестве вводной при первоначальных расчетах «условной» горизонтальной плоскости.

«На практике это означает, что подъе­м­ник может быть с небольшими отклонениями от нулевых параметров. Допускается небольшая погрешность в пределах 1-2 мм – программное обеспечение «увидит» это один раз и будет вносить поправку во все последующие расчеты при настройке. Естественно, это не значит, что настройки углов установки колес можно делать где-нибудь в овраге – слишком большая погрешность компьютеру не по силам и может привести к появлению фатальных ошибок в расчетах, – комментирует Сергей Александров, – но требования к рабочему месту упростились на порядок. Подъемника может не быть совсем. Это может быть цех с ремонтной ямой. Один раз задав правильную геометрию пола при постройке здания, о проблемах, связанных с позиционированием колес, можно забыть навсегда. Также можно прибегнуть к новым технологиям от компании «Технокар», впервые примененных в конструкции стенда «Техно Вектор 6». Этот стенд не требует монтажа и специальных настроек. В его комплект входит вал с референсными мишенями, который кладется непосредственно на платформы подъемника или на трапные пути (при работе на монтажной яме), но при этом выполняет все функции 3D-стенда. Такая конструкция не требует нивелировки, поскольку автомобиль будет находиться на этих же трапах или платформах на протяжении всей процедуры настройки».

В том, что на колесах укреплены не измерительные головки и не сами камеры, кроется еще одно преимущество 3D-стендов. Мишени не являются сложными электронными устройствами, поэтому даже в случае их повреждения достаточно заменить недорогую мишень, которую вполне реально иметь в запасе, в отличие от дорогостоящей измерительной головки, которую приходится каждый раз отправлять в ремонт.

Появление мишеней с метками позволило изменить и процедуру калибровки. Автомобиль и теперь необходимо несколько раз прокатить взад-вперед, но только не по подъемнику, висящему над полом, а по площадке, что на порядок безопаснее. Метки на мишенях при этом описывают окружность вместе с колесом, и камеры отслеживают изменения в их положении. При вращении меток их «орбиты» будут разными, и программа, сравнив их с заложенным в нее эталоном, откалибрует систему, приняв за 0 полученные скорректированные результаты.

Самое замечательное, что возможности машинного зрения позволяют создать полную математическую модель колеса по множеству расчетных точек, полученных в результате видео­наблюдения за вращением метки на мишени. Фактически это та же самая технология, которая используется для сканирования движения человека, взятого за основу 3D-модели. Создать на основе математических координат достоверную виртуальную модель – дело техники.

Применение методов компьютерного моделирования позволяет при прокатывании автомобиля выполнить не только позиционирование осей, но и отследить дефекты дисков и шин, а также одновременно рассчитать практически все изменения, которые необходимо внести в настройки для соответствия эталону. На помощь специалисту приходят технологии, ранее доступные разве что астрономам, рассчитывавшим орбиту спутников какой-нибудь удаленной планеты по снимкам с нескольких телескопов. Дело в том, что трехмерная модель колеса может быть не одна – ее можно составить и по альтернативной траектории движения меток на колесах, вывернутых в одну и в другую сторону. Эта технология позволяет досконально изучить все те параметры, о которых мы говорили в начале статьи, например тот самый пресловутый угол тяги, отклонение стойки от надлежащего положения в продольном направлении, разницу колеи колес передней и задней оси и многое, многое другое. Фактически мы пока стоим на пороге изучения всех способов применения трехмерной модели. К примеру, по положению колес и стоек можно провести диагностику деформации кузова, обнаружив тщательно замаскированные последствия кузовного ремонта. Можно запомнить созданную модель и внести в нее еще одно измерение – временное, сравнив сохраненную модель с той, которая будет создана позже. Так можно будет отслеживать постепенную деформацию кузова в процессе эксплуатации.

Действительно, применение компьютерных технологий позволило упростить процедуру настройки углов установки колес, но из всего вышесказанного следует, что внешняя простота вызвана тем, что сложность перешла, что называется, «из рук в голову». Современный специалист должен не только знать, с какими углами он имеет дело в подвеске, но и разбираться в основах компьютерного 3D-моделирования. Сложность же для организатора бизнеса заключается в необходимости выбрать из оборудования, относящегося даже не к разным типам, а к разным поколениям. Безусловно, цена кордового стенда будет отличаться от цены топового стенда Hawk Eye от компании Hunter Engineering или новой модели FWA 4630 от Bosch, однако на помощь бизнесменам уже пришли отечественные производители. К примеру, компания «Технокар» выпускает собственную современную систему регулировки углов установки колес под названием «Техно Вектор 7», не уступающую самому дорогому европейскому оборудованию ничем, кроме цены. Поэтому, если ваши задачи подразумевают оперативную работу поста сход-развала, имеет смысл приобретать то оборудование, которое станет абсолютным рыночным стандартом в недалеком будущем.