Diseño de plataforma y programación para el cálculo de los ángulos de alineación de dirección y balanceo de neumáticos en vehículos

Abstract

Los alineadores de dirección y balanceo son uno de los dispositivos más usados en la industria automotriz para prevenir, corregir y mejorar la estabilidad del vehículo. Los automóviles modernos generalmente tienen alineaciones tanto para las ruedas delanteras como para las ruedas traseras y consisten en tres mediciones: Dedo del pie (Toe), Camber y Caster. Estas alineaciones de las ruedas cambiarán gradualmente durante el uso, por lo que podrían causar problemas si no se realiza una alineación adecuada y al momento justo. Entre los principales problemas se tienen la inconsistencia del balanceo en la rueda delantera durante la marcha, vibración del volante, disminución de la estabilidad direccional, desgaste rápido de los neumáticos, etc. El desgaste de los neumáticos es parte de los factores de costo de transporte global que deben tenerse en cuenta en los cálculos económicos, también tiene un impacto en el consumo de energía y el medio ambiente. Por lo tanto, debe llevarse a cabo un examen y ajuste de las alineaciones de las ruedas para restaurar la marcha del vehículo.

Se construye un mecanismo mecatrónico compacto con el fin de simplificar los procesos de alineación actuales utilizando métodos de mensuración recurrentes, comprendiendo los comportamientos físicos y matemáticos de dichas variables y la programación del software del instrumento para el desarrollo de la tarea. El proyecto relaciona el análisis y validación de dispositivos con tecnología de muestreo como las unidades de medición inercial o IMU, de las cuales se incorporan los acelerómetros, giroscopios y magnetómetros para capturar información suficiente y precisa para calcular los ángulos correspondientes y llevar a cabo el proceso de alineación y balanceo de los automóviles.

Se diseñó un prototipo con un tornamesas para las primeras pruebas de calibración con el IMU en uno de los ejes, luego se creó el algoritmo de programación en Arduino para capturar las medidas y realizar los cálculos requeridos de los ángulos correspondientes y por último, se hizo las pruebas de campo con un alineador de luz estructurada con el objetivo de comparar los resultados y demostrar la veracidad del dispositivo. En la parte final, se realiza un boceto de una plataforma Stewart de 6 grados de libertad para comprobaciones y pruebas futuras del proyecto (Texto tomado de la fuente)

The vehicle wheel aligners are amongst the most used devices in the automotive industry to prevent, correct and improve vehicle stability. Modern cars generally have alignments for both the front and rear wheels and consist of three measurements: Toe, Camber, and Caster. These wheel alignments will gradually change during use and could cause problems if not properly timed and aligned, such as inconsistent front wheel rocking while driving, steering wheel vibration, decreased directional stability, rapid tire wear, etc. Tire wear is part of the global transportation cost factors that must be taken into account in economic calculations, it also has an impact on energy consumption and the environment. Therefore, an examination and adjustment of the wheel alignments must be carried out to restore the vehicle's drive.

It is intended to build a compact device in order to simplify the current alignment process using recurrent measurement methods, understanding the physical and mathematical behaviors of those variables and the programming of the instrument software for the development of the task. The project relates to the analysis and validation of devices with sampling technology such as inertial measurement units or IMUs, of which accelerometers, gyroscopes and magnetometers are incorporated to capture sufficient and precise information to calculate the corresponding angles and carry out the process of alignment and balancing in the automobiles.

A prototype with a turntable was designed for the first calibration tests with the IMU in one of the axes, then the programming algorithm was created in Arduino to capture the measurements and perform the required calculations of the corresponding angles. Furthermore, field tests were conducted with a structured light aligner in order to compare the results and demonstrate the veracity of the device. In the final part, it is aspired to build a Stewart platform with 6 degrees of freedom for future checks and tests of the project.