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Die Erfindung betrifft einen Reibwertmesser zum Bestimmen des Kraftschlusses zwischen Fahrzeugreifen und der Strasse mit mindestens einem bereiften Schlepprad, das über einen Hebel schwingend an einem Fahrzeug gelagert und mittels einer Hydraulik, Feder oder dergleichen mit einer konstanten Aufstandskraft in Berührung zur Strasse gebracht werden kann.
Da die Sicherheit beim Fahren massgeblich von diesem Kraftschluss abhängt, ist es für den Kraftfahrer wichtig, den Kraftschluss seiner Reifen und der Strassenoberfläche ständig zu kennen, um sein Fahrverhalten darauf einstellen zu können.
Ein Mass für den Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn ist der Reibwert (Kraftschlusswert) (J. 1) zwischen Reifen und Fahrbahn. Daraus ergibt sich, dass es wünschenswert ist, den Reibwert (Kraftschlusswert) (J. 1) zwischen Bereifung und Strassenoberfläche zu messen und im Fahrzeug anzuzeigen oder anders, um beispielsweise das automatische Steuern des Bremssystemes zu
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Solche Reibwertmesser sind bekannt
Beispielsweise beschreibt die US - PS - 3431776 (HUGHES) eine Vorrichtung mit einem am Fahrzeug angebrachten Schlepprad, welches gegen einen einstellbaren Widerstand dreht, um den Reibwert zu messen.
Ist diese Vorrichtung ständig eingeschaltet, so ist sie sehr energieaufwendig.
Die DE - OS - 2742110 (Naumann) beschreibt eine Vorrichtung mit einem oder zwei am Fahrzeug mitlaufenden Rädern, wobei sich mindestens ein Rad gegen einen einstellbaren Widerstand (einer der Drehrichtung des Rades entgegengesetzten Kraft abgebremst wird) dreht, um den Reibwert zu messen.
Der Bremswiderstand wird periodisch aufgebracht.
Die Messung erfolgt intermittierend und ist während des Messens energieaufwendig. Beide Vorrichtungen sind sehr energieaufwendig und nicht genau, da beim Messen des Reibwertes der Schlupf der Räder nicht berücksichtigt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Reibwertmesser zu schaffen, der ein genaues und energiesparendes Messen des Kraftschlusses zwischen den Fahrzeugreifen und der Strassenoberfläche ermöglicht und in seiner Herstellung nicht aufwendig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwei gleich grosse parallel zueinander angeordnete an in einem Gehäuse gelagerten Wellen angebrachte Räder vorgesehen sind, wobei eines der Räder über ein Umkehrgetriebe und das andere der Räder über ein Gleichlaufgetriebe mit den Planetenrädern eines Differentialgetriebes verbunden ist, an dessen Ein- bzw. Ausgangswelle ein Drehmomentgeber bzw. -aufnehmer sowie ein Momentensensor angeordnet sind. Der Reibwertmesser besteht aus zwei gleich grossen parallel zueinander angeordneten bereiften Rädern gleichen Durchmessers, die über ein Differentialgetriebe, einem Gleichlaufgetriebe und einem Umkehrgetriebe miteinander verbunden sind.
Die beiden Räder sind am Fahrzeug schwingend als Schleppräder aufgehängt und können mit einer konstanten Kraft (Aufstandskraft) auf die Fahrbahn aufgedrückt werden.
Auf die beiden Räder wird ein einstellbares gegenläufiges Moment aufgebracht, das laufend gemessen wird.
Die Umfangskraft am Reifen bzw. der Reibwert ist diesem gemessenen Moment proportional.
Durch das auf die Räder aufgebrachte gegenläufige Moment und die sich daraus ergebende Umfangskraft am Reifen entsteht zwischen den Reifen und der Fahrbahn ein Schlupf, der auch gemessen werden kann.
Die Abhängigkeit des zu bestimmenden Reibwertes von dem auf die Räder aufgebrachten gegenläufigen Moment wird im folgenden erläutert :
Wird an einem Schlepprad (ein Rad, das an einem Fahrzeug gelenkig angebracht ist und mit der Fahrbahn in Berührung ist) mit dem Radius (R) eine Aufstandskraft (P) sowie ein Moment (M) aufgebracht, so ergibt sich eine Umfangskraft (T) zwischen Fahrbahn und Reifen.
Es gelten folgende Beziehungen : (siehe auch Fig. 3)
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Daraus ergibt sich :
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Wenn die Aufstandskraft (P) und der Radius (R) konstant sind, so ist der Reibwert (J. l) proportional dem Moment (M).
J. l = c M c = constant
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Folglich ist auch der maximale Reibwert (Kraftschlusswert) (J. 1 max. ) proportional dem maximalen Moment (M max. ). p. max. =cMmax.
Durch Messen des Momentes (M bzw. M max. ) ergibt sich der Reibwert (Kraftschlusswert) (ii 1 bzw. J. l max. ).
Der maximale Reibwert (Kraftschlusswert) (ii max.) bzw. die maximal mögliche Umfangskraft (T max.) am
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Fahrzeugräder.
Aus der Literatur ist weiter bekannt, dass eine bestimmte Beziehung zwischen Reibwert (g) und dem Schlupf an den Rädern besteht, wie es z. B. im Diagramm Fig. 4 angegeben ist.
Fig. 4 zeigt Reibwert (Kraftschlusswert) CL) eines Reifens, gemessen bei einer bestimmten Geschwindigkeit und dargestellt als Funktion des Schlupfes auf Fahrbahnen unterschiedlichen Zustandes. (Jörnsen Reimpell Fahrwerktechnik : Grundlagen, Vogel Buchverlag Würzburg, 1986, Seite 108).
Zur Messung des maximalen Reibwertes (Kraftschlusswertes) (g max.) bzw. eines anderen Reibwertes (Kraftschlusswertes) (ps), der über die Sicherheit des Fahrzeuges Aufschluss gibt, ergeben sich zwei prinzipielle Möglichkeiten.
1.) Das aufgebrachte Moment (M) am Schlepprad wird automatisch stetig erhöht, bis das Moment abfällt oder
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oder Geschwindigkeit), so wird automatisch das Moment auf 0 zurückgenommen und steigt dann automatisch stetig an, bis wieder das Moment abfällt oder der Anstieg unter einen bestimmten Wert, bezogen auf den Schlupf, abfällt.
2. ) Es wird ein bestimmter Schlupf, z. B. 10 % fest in der Regelung vorgegeben. Das aufgebrachte Moment (M) am Schlepprad wird automatisch stetig erhöht bis die Kurve-Moment aufgetragen gegen Schlupf-die x% Schlupfgerade (z. B. 10 % Schlupf) schneidet. Bei Erreichen dieses Punktes wird das Moment (Ms) nicht weiter erhöht, sondern konstant gehalten. Diesem Moment entspricht ein Reibwert (Kraftschlusswert) (ps).
Dieser Reibwert (las) wird angezeigt bzw. weiterverarbeitet.
Wird beim Weiterfahren dieses Moment (Ms) unterschritten (Änderung der Strassenverhältnisse oder Geschwindigkeit), so wird automatisch das Moment auf 0 zurückgenommen und steigt dann automatisch stetig an, bis wieder die Kurve-Moment aufgetragen gegen Schlupf - die x% Schlupfgerade (z. B. 10 % Schlupf) schneidet. Bei Erreichen dieses Punktes wird das Moment (Ms) nicht weiter erhöht, sondern konstant gehalten.
Statt einen konstanten Schlupf vorzugeben, kann dabei auch ein anderer funktionaler Zusammenhang zwischen Schlupf und Reibwert (g) gewählt werden. Das Messen, die Regelungen sowie das weitere Verarbeiten der Signale erfolgt elektronisch.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des Reibwertmessers.
Figur 2 zeigt den Reibwertmesser in Seitenansicht.
Der Reibwertmesser besteht aus zwei gleich grossen parallel zueinander angeordneten bereiften Rädern gleichen Durchmessers, (la, Ib), die mittels Achsen (3a, 3b) in einem Gehäuse (2) gelagert sind.
Am Gehäuse (2) ist ein Hohlprofil (21) starr angebracht, das mittels einer Achse (22) am Fahrzeug schwingend aufgehängt ist.
Zwischen dem Fahrzeug und dem Hohlprofil ist eine Hydraulik (23) vorgesehen, mittels welcher die Räder (la, Ib) zum Messen des Reibwertes mit konstanter Kraft auf die Fahrbahn aufgedrückt werden können, um eine konstante Aufstandskraft an den Rädern zu erreichen.
Mittels dieser Hydraulik kann der Reibwertmesser auch von der Strassenoberfläche abgehoben werden.
Die beiden Räder (la und Ib) sind über Achsen (3a, 3b) in Gehäuse (2) gelagert und über Zahnräder (4, 5,6 bzw. 7 und 8) mit den Wellen (9 bzw. 10) des Differentials (11) verbunden. Dieses besteht aus dem Tellerrad (12), dem Gehäuse (13), das mit dem Tellerrad (12) starr verbunden ist, dem Ausgleichsritzel (14), das im Gehäuse (13) gelagert ist sowie den beiden Planetenrädern (15a und 15b).
In das Tellerrad (12) greift das Eingangsritzel (16) ein, das mit der Welle (17), die im Gehäuse (2) gelagert ist, starr verbunden ist. Die Welle (17) ist mit einem Drehmomentgeber bzw. -aufnehmer (18) verbunden.
Der Reibwert (p.) zwischen der Strasse und den Rädern (la bzw. Ib) wird erfindungsgemäss so bestimmt, dass auf diese Räder ein gegenläufiges Moment aufgebracht wird.
Dies kann prinzipiell auf zwei Arten geschehen, wie im folgenden näher beschrieben wird.
Falls die Zahnräder (4,5, 6 sowie 7 und 8) so dimensioniert sind, dass die Winkelgeschwindigkeiten (wl und w2) der beiden Planetenräder (15a und 15b) gleich sind, (wl = w2 = W), dreht sich das Ausgleichsritzel (14) ebenfalls und das Gehäuse (13) und somit auch das Tellerrad (12) und das Eingangsritzel (16) stehen
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still. Bringt man, beispielsweise mittels eines Elektromotors, an die Welle (17) ein Drehmoment an, so erzeugt dieses über das Eingangsritzel (16), das Tellerrad (12), das Getriebegehäuse (13), das Ausgleichsritzel (14) und die Planetenräder (15a, 15b) an den Wellen (9 und 10) und somit über die Zahnräder (4,5, 6 bzw. 7, 8) an den Rädern (la und lb) ein gegenläufiges Moment, das dem an der Welle (17) aufgebrachten Moment proportional ist.
Falls die Zahnräder (4,5, 6 bzw. 7 und 8) so dimensioniert sind, dass die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Planetenräder (15a, 15b), (wl bzw. w2) bei gleicher Winkelgeschwindigkeit der Räder (la und lb) verschieden sind, so wird über das Ausgleichsritzel (14) das Getriebegehäuse (13) und somit auch das Tellerrad (12) und das Eingangsritzel (16) und damit die Welle (17) gedreht. An dieser kann über einen Widerstand, z. B. eine elektromagnetische Lamellenbremse, ein Drehmoment erzeugt werden, das wie im vorigen Fall beschrieben, an den Rädern (la und lb) ein gegenläufiges Drehmoment erzeugt.
Das an der Welle (17) jeweils aufgebrachte bzw. abgenommene Moment wird mittels eines Momentensensors (19) gemessen. Der Drehmomentgeber bzw. -aufnehmer (18) sowie der Momentensensor (19) sind im Hohlprofil (21) angebracht. Falls zum Messen des Reibwertes (p) der Schlupf der Räder (la, lb) gemessen werden soll, ist an der Welle (17) ein Drehzahlsensor (24) angebracht.
PATENTANSPRÜCHE 1. Reibwertmesser zum Bestimmen des Kraftschlusses zwischen Fahrzeugreifen und der Strasse mit mindestens einem bereiften Schlepprad, das über einen Hebel schwingend an einem Fahrzeug gelagert und mittels einer Hydraulik, Feder oder dergleichen mit einer konstanten Aufstandskraft in Berührung zur Strasse gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleich grosse parallel zueinander angeordnete an in einem Gehäuse
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