DD153230A1

DD153230A1 - Fahrbahnglaettemess-und glaettewarneinrichtung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DD153230A1
Application number: DD19983077A
Authority: DD
Inventors: Werner Mueller; Klaus Reichert
Original assignee: Werner Mueller; Reichert Annelies; Reichert Martin
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1977-07-01
Publication date: 1981-12-30

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verhinderung der durch ploetzlich auftretende Fahrbahnglaette und/oder durch falsches Einschaetzen des Fahrbahnzustandes verursachten Verkehrsunfaelle. Die Einrichtung hat die Aufgabe, die befahrene Fahrbahn kontinuierlich auf ihre Reibungszahl zu untersuchen. Das Abtasten der Fahrbahn erfolgt durch ein am Fahrzeug befestigtes Reibrad, zu dessen Drehung ein bestimmtes, genau bemessenes Drehmoment erforderlich ist. Je nach Fahrbahnzustand und Fahrzeuggeschwindigkeit v&indF! wird am Reibrad die theoretische Reibradgeschwindigkeit v&indR! und am gekoppelten Gleichspannungsgenerator eine drehzahlproportionale Spannung erzeugt, die einer fahrzeuggeschwindigkeitsproportionalen Spannung ueberlagert wird.Durch eine geeignete Kalibrierung des Meszgeraetes und durch Quotientenbildung der sich ergebenden Differenzspannung mit der geschwindigkeitsproportionalen Spannung ist der zur Anzeige gelangende Fahrbahnglaettewert G geschwindigkeitsunabhaengig und annaehernd gleich dem Faktor, um den sich der Bremsweg bei Glaette gegenueber dem bei normalem Fahrbahnzustand bei sonst gleichen Bedingungen verlaengert.

Description

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Fahrbahnglättemeß- und Glättewarneinrichtung für Kraftfahrzeuge

.Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Fahrbahnglättemeß- und Glättewarneinrichtung, deren Einsatz prinzipiell in allen Bäderfahrzeugen möglich ist. Ihre .Anwendung wird in allen schnellfahrenden Kraftfahrzeugen empfohlen, die bei wechselnden Fahrbahnzuständen im Einsatz sind, Weiterhin ist die Fahrbahnglättemeßeinrichtung für die exakte Beurteilung des Fahrbahnzustandes und des -belages hinsichtlich seiner Haftwirkung verwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Geschwindigkeitsmesser in jedem Fahrzeug zwei Funktionen ausüben. Ihre erste Funktion besteht in der genauen Jüngabe der Fahrgeschwindigkeit zur Berechnung der Zeit, die bei konstanter Geschwindigkeit zum. Befahren einer bestimmten Strecke notwendig ist, während ihre zweite Funktion in der indirekten J&igabe des Bremsweges besteht. Diese zweite Funktion wird von den Geschwindigkeitsmessern aber nur bei normalem Fahrbahnzustand erfüllt. Tritt infolge von Glatteis, Schneeglätte oder Fahrbahnverunreinigungen eine verringerte Reibungszahl μ z?d.schen Fahrbahn und Bereifung des Kraftfahrzeuges auf, so erfüllen die Geschwindigkeitsmesser diese zweite Funktion nicht mehr. Der Kraftfahrer ist aufgrund der fehlenden Fahrbahnglättemeßeinrichtung gezwungen, den Fahrbahnzustand subjektiv einzuschätzen und dementsprechend seine Fahrgeschwindigkeit· einzurichten. Auch Stichproben des Fahrbaimzustandes. z. B.· mittels Bremsversuchen, sind unzuverlässig, weil sich der

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Fahrbahnzustand bereits im nächsten Streckenabschnitt verändert haben kann. Insbesondere' bei "unerwartet plötzlich auftretender Falirbahnglatte, beispielsweise bei Glatteis, wird durch die zunehmende Anzahl der Verkehrsunfälle das Fehlen einer zu-'verlässigen Warneinrichtung deutlich. ·

Es ist aus der DDR-Patentschrift WP I25176 eine Vereisungs- . Warnanlage zur Warnung.der Verkehrsteilnehmer bekannt, die mittels zweier durch logisches IMD verknüpfter bistabiler Schaltungen die Verkehrsteilnehmer durch einen Warnblinker warnt, sobald auf der Fahrbahnstrecke die Bedingungen für eine Vereisung (Feuchtigkeit, Temperaturen unter 0 C) vorliegen. Diese Vereisungswarnanlage hat folgende Mangel, die durch die Erfindung beseitigt werden:

Ihre Funktion ist nur auf Fahrbahnglätte beschränkt, die durch Vereisung, nicht aber durch Fahrbahnverunreinigungen, wie z. B. durch Öle, Laugen oder Erd- und Pflanzenrückstände, verursacht wird. Weiterhin ist ihre Funktion auch örtlich beschränkt, d. h. der Kraftfahrer wird nur auf den mit dieser Anlage ausgerüsteten Fahrbahnabschnitten gewarnt. Aus diesem Grund ist die umgekehrte Information "keine Fahrbahnvereisung« durch die Vereisungswarnanlage nicht möglich, da der Kraftfahrer nicht weiß, ob eine solche überhaupt in dem von ihm übersehbaren Fahrbahnabschnitt eingebaut ist. Da die Vereisungswarnanlage lediglich die Bedingungen für das Auftreten von Eisglätte erfaßt, ist es mit ihr auch nicht möglich, dem Kraftfahrer eine quantitative Aussage über den Grad der Versung und somit über die'Größe der sich aus ihr ergebenden Bremswegverlängerung zu geben.

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Ziel der Erfindung ' .,

Das Ziel der Erfindung "besteht in der Erhöhung der Verkehrssicherheit im Straßenverkehr. Dadurch, daß der Kraftfahrer ständig über ein Meßgerät exakt vom Fahrbahnzustand und von der sich aus ihm ergebenden Bremswegverlängerung informiert wird und er somit seine Fahrgeschwindigkeit dieser anpassen kann und dadurch, daß ein akustisches oder optisches Warnsignal ausgelöst wird, sobald ein eingestellter Glättewert überschritten wird, sollen diejenigen Verkehrsunfälle verhindert werden, die durch plötzlich, auftretende Fahrbahnglätte und/oder durch falsches Einschätzen des Fahrbahnzustandes verursacht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Fahrbahn kontinuierlich auf ihre Glätte hin abzutasten, die dadurch gewonnene geschwindigkeits- und glättewertabhängige Reibraddrehzahl in einen analogen elektrischen Meßwert umzuformen und. diesem einen fahrzeuggeschwindigkeitsproportionalen elektrischen Meßwert zu überlagern.

Die Aufgabe wird in einer Fahrbahnglättemeß- und Glättewarneinrichtung für Kraftfahrzeuge unter Verwendung zweier gegeneinander ge schalt et er Generatoren, vorzugsweise Gleichspannungsgenerat or en, und einer Quotientenmeßeinrichtung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß an dem Kraftfahrzeug ein mit konstanter, genau bemessener Kraft auf die Fahrbahn wirkendes Reibrad befestigt ist, zu dessen Drehung ein. genau festgelegtes Drehmoment erforderlich ist. Dieses Drehmoment ist so bemessen, daß es bei normaler Fahrbahn kleiner und bei glatter Fahrbahn größer ist als das infolge der Fahrzeugbewegung am Reibrad wirkende Drehmoment. Dieses Reibrad ist mit einem Gleichspannungsgenerator gekoppelt, der eine drehzahlproportionale Gleichspannung erzeugt. Ein weiterer Gleichspannungsgenerator, der mit einer fahrzeuggesehwindigkeitsproportio-

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nalen Drehzahl betrieben wird, erzeugt damit eine geschwindigkeitsproportionale Gleichspannung. Die von beiden Gleichspan- ' nungsgeneratoren erzeugten Spannungen werden in bekannter ?Jeise durch Gegeneinanderschaltung überlagert, und durch nachfolgende Quotientenbildung der Differenzspannung mit der geschwindigkeitsproportionalen Spannung mittels einer Quotientenmeßeinrichtung und durch geeignetes Kalibrieren des Meßge-rates wird der Fahrbahnglättemeßwert derartig gebildet, daß er gleich dem Faktor ist, um den sich der Bremsweg bei Fahrbahnglätte gegenüber dem bei normalem Fahrbahnzustand bei sonst gleichen Bedingungen verlängert.·

Au s .führung sb e i sp i el

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen;

Fig. I eine bekannte Gegeneinanderschaltung zweier Gleichspannungsgeneratoren und·eine Quotientenbildung mittels eines Kreiizspulinstrumentes

Fig. 2 eine graphische'Darstellung der Abhängigkeit des vom Meßgerät angezeigten.Fahrbahnglättewertes G von der theoretischen Reibradgeschwindigkeit vl und · dessen Unabhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindig-

keit v-c j

Das Abtasten der Fahrbahn erfolgt nach der Erfindung durch ein am Fahrzeug befestigtes Reibrad mit dem Durchmesser D_R, das ständig mit einer konstanten Kraft auf die Fahrbahn gedrückt wird und zu dessen Drehung ein jederzeit konstantes Drehmoment Ii/L erforderlich ist. Dieses wird einerseits so klein bemessen, daß sich das Reibrad bei normalem Fahrbahnzustand ohne Schlupf beim Fahren des.Fahrzeuges mitdreht, seine Drehzahl n_R also proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit v-™ ist. Das Drehmoment M_R wird andererseits jedoch so groß bemessen, daß bei auftretender Glätte, und somit verringerter Reibungszahl ji, das am Reibrad wirkende Drehmoment IL· nicht mehr

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ausreicht, das Reibrad mit geschwindigkeitsproportionaler Drehzahl zu bewegen. Es tritt Schlupf"zwischen Reibrad und Fahrbahn auf und dessen Drehzahl n_ verringert sich in Abhängigkeit der Reibungszahl p. und der Fahrzeuggeschwindigkeit v,-,, wobei bei extremer Glätte entsprechend der Größe des gewählten Momentes IL· die Reibraddrehzahl n^ zu lull wird.

Die Umformung der Reibraddrehzahl n~ in eine analoge elektrische Meßgröße erfolgt gemäß Fig. I in bekannter Weise durch · einen mit der Reibradachse verbundenen Gleichspannungsgenerator Qc-ot eier eine der Reibraddrehzahl n_R proportionale Gleichspannung U-n erzeugt. Zusätzlich zu dieser Gleichspannung U^ wird mittels eines zweiten Gleichspannungsgenerators G™ eine Gleichspannung Ux, erzeugt, die., unabhängig vom Fahrbahnzustand, "in jedem Fall der Fahrzeuggeschwindigkeit.v-, proportional ist. Diese fahrzeuggeschwindigkeitsproportionale Drehzahl η.,-, für den .Antrieb des zweiten Gleiehspannungsgenerators Gp wird entweder von einem Fahrzeugrad direkt, vom Fahrzeugantrieb, oder von einem'zweiten, sich jedoch jederzeit ohne Schlupf mitdrehenden Rad gewonnen. Durch Gegeneinanderschaltung der zwei Gleichspannungsgeneratoren G_R "und G™ und durch nachfolgende Q&otientenbildung aus der entstandenen Differenzspannung dTJ und der fahrzeuggeschwindigkeitsp'roportionalen Spannung U™ in bekannter Yileise mittels des Kreuzspulinstrumentes K wird der Wert ^d U/U™ gebildet. Um die Aussagekraft dieses glätteproportionalen, geschwindigkeitsunabhängigen Anzeigewertes zu vergrößern, wird nach der Erfindung das Kreuzspulinstrument K derartig kalibriert, daß der von ihm angezeigte Glättewert G gleich dem Faktor ist,- um den sich der Bremsweg s bei Fahrbahnglätte gegenüber dem bei normalem Fahrbahnzustand bei sonst gleichen Bedingungen verlängert. Somit imd aufgrund der Tatsache, daß sich der Bremsweg s bei vereister gegenüber normaler Fahrbahn" etwa verdreifacht, wird für den Fehrbahnglättewert G folgende Definition gewählt:

« D —

^VF ⁿF F

wobei für die theoretische Reibradgeschwindigkeit v' gilt:

• ^{; V}R^:=6>R ' 0)5 % ,

da infolge der mechanischen Kopplung des Reibrades mit dem ."Fahrzeug die Reibradgeschwindigkeit und !Fahrzeuggeschwindigkeit v^ immer gleich groß sind und wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Reibrades ist. Der Glättewert G hat nach obiger Beziehung bei normalem Fahrbahnzustand den Wert Eins,, während er bei extremer Glätte bis zum Wert Drei ansteigen kann» Dies soll anhand von Pig.·2 an drei Sonderfällen erläu tert werden:

Sonderfall I ,

'Ein Kraftfahrer befährt mit seinem Lastzug eine Fernver kehrsstraße mit 80 km/h. Die Asphaltstraße ist trocken und sauber. Das Reibrad dreht sich infolge der großen Reibungszahl p. und der sich daraus ergebenden großen Reibkraft ohne Schlupf, d. h. mit fahrzeuggeschwindigkeitsproportionaler Drehzahl mit. Somit gilt:

Q. =1 + 2 -^-=—2- =1 + 0=1

ir

Den gleichen Fahrbahnglättewert G findet man in Fig_e 2 im Schnittpunkt der Geraden für die Fahrzeuggeschwindigkeit γ = 80 km/h mit der gedachten Geraden für die theoretische Reibradgeschwindigkeit v-A = 80 km/h auf der Abszisse. .

Sonderfall 2

0. g. Kraftfahrer befährt weiterhin mit 80 km/h die Asphaltstraße, die aber aufgrund von einsetzendem Nieselregen und Erd- und Pflanzenrückständen schmierig ist. Das hat zur Folge, daß .das Reibrad wegen der kleiner gewordenen Reib kr aft niclit mehr, mit obiger fahr ζ eugge schwindigkeitsproportionaler Drehzahl mitdrehen kann und demzu-

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folge seine theoretische Geschwindigkeit -v' nur noch beispielsweise halb so groß wie die Fahrzeuggeschwindigkeit V_x, wird, d. h. es gilt: ^;

Vp = 0,5 v™ "und somit

V₁J, -0,5 t..

G =1 + 2 £-=1 + 2.0,5 = 2

^TF

Der Kraftfahrer, der nicht mit einer derartigen Glätte gerechnet hat,.wird - aufgrund der Stellung des Zeigers im Kreuzspulinstrument K - sofort seine Fahrgeschwindigkeit VV, dem nun verdoppelten Bremsweg s anpassen. In Fig. 2 findet man dieses Ergebnis, wenn man vom Schnittpunkt der Geraden für die Fahrzeuggesohwindigkeit v-p = 80 km/h mit der gestrichelt gezeichneten Geraden für die theoretische Reibradgeschwindigkeit vJ, = 40 km/h waagerecht nach links geht.

Sonderfall 3

Ein nicht mit auftretender Eisglätte rechnender PKW-Fahrer befährt mit einer Geschwindigkeit von IGO km/h die Autobahn. Sobald er aber den vereisten Fahrbahnabschnitt befährt, wird er gewarnt, weil die am Reibrad wirkende Kraft infolge der geringen Reibungszahl ^μ nicht mehr ausreicht, das zur Drehung des Reibrades notwendige Drehmoment Md zu überwinden, was zur Folge hat,' daß das Reibrad stehenbleibt, keine Spannung U₀ im Generator Gt₅ induziert

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wird und somit mit v^ = 0 folgender Glättewert G entsteht; -

▼τ. - 0 G =I+^J2-£- =1 + 2=3

^VF

Diesen Fahrbahnglättewert G erhält man in Fig. 2, wenn man vom Schnittpunkt der Geraden v-™ = 100 km/h mit der Koordinate waagerecht nach links geht.

Die Warnung des Kraftfahrers bei Erreichen eines eingestellten, abnormalen Glättewertes G kann am einfachsten derartig erfolgen, daß der Zeiger des Meßgerätes mit einem Segment

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versehen ist, das bei normalem Fahrbahnzustand drei dauernd leuchtende Lampen verdeckt, diese jedoch nacheinander in Abhängigkeit der/ Fahrbahnglätte freigibt. Um im Winterbetrieb. beim Fahren auf ständig glatter Fahrbahn durch Gewöhnung des · Kraftfahrers an das Leuchten der Lampen den Warneffekt nicht zu verringern, werden die zwei dem Glättewert Eins·am nächsten angeordneten Lampen abgeschaltet, .so daß nur dann eine Y/arnung erfolgt, wenn ein auch im Winterbetrieb abnormaler Glättewert G auftritt„

Der Nachteil der dauernden Warnung bei der dem Kraftfahrer bewußten Fahrbahnglätte läßt sich dadurch beseitigen, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit v-™ in die Fahrbahnglätteanzeige mit einbezogen wird. Wird entsprechend der Beziehung für den Bremsweg s eines Fahrzeuges

der Bremsweg s in Abhängigkeit· der Fahrzeuggeschwindigkeit v-_p, des Fahrbahn-glättewertes G. und der bei jedem Fahr zeugtyp nahezu konstanten mittleren Bremsverzögerung b absolut angezeigt, so ist es möglich, daß die Warnung nur dann -erfolgt, wenn eine festgelegte, zulässige, von Fahrzeugge'schwindigkeit v-™ und Glättewert G abhängige Fahrsicherheit nicht mehr gewährleistet ist, wobei es gleichgültig ist,, ob sie durch eine zu hohe Geschwindigkeit v-p, bei kleinem Glättewert G oder durch eine relativ geringe Geschwindigkeit v™ bei einem zu hohen Glättewert G gefährdet wird.

Die Ausführung des Reibrades wird derartig empfohlen, daß ein mit verschleißfestem Gummireifen mit breiter Auflagefläche versehenes Rad auf einer Welle befestigt und diese in einem Aufnahmer ahmen drehbar gelagert ist. Während auf der einen Seite der Ti eile ein Gleichspannungsgenerator· GL· angetrieben

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wird, ist auf der anderen Seite zur. Erzeugung des Größtteiles des Momentes IIL· eine ebene, ausreichend groß bemessene' Bremsscheibe befestigt, gegen die mittels einer entsprechend dem notwendigen Moment IIL· vorgespannten Druckfeder eine nur axial bewegliche Scheibe mit aufgeklebtem Bremsbelag gedruckt wird. Diese einstellbare Bremse wie der Generator &□ sind durch steinschlagfeste und wasserdichte Gehäuse geschützt.

Bei der Ausführung des Reibrades ist zur Gewährleistung seiner Zuverlässigkeit zu beachten, daß das Trägheitsmoment des P.eibrades so klein wie möglich zu halten ist, um· die Anlage möglichst trägheitsarm zu gestalten. "Weiterhin sind die Reibradauflagefläche und die Kraft, mit der das Reibrad auf die Fahrbahn gedruckt wird, derartig zu bemessen, daß.etwa der gleiche' Druck wie der durch die Fahrzeugbereifung, auf die Fahrbahn ausgeübte Druck erzielt wird, damit annähernd gleiches Reibverhalten bei beispielsweise lockerer Schneeschicht mit darunterliegender Eisschicht erreicht wird.

Der ausreichend lang .bemessene Aufnahmerahmen ist an dem dem Reibrad gegenüberliegendem Ende am Fahrzeug derart schwenkbar gelagert., daß die von den Fahrbahnunebenheiten verursachten vertikalen Bewegungen des Reibrades ohne Einfluß auf die Kraft bleiben, mit der das Reibrad auf die Fahrbahn gedruckt wird. Zur Vermeidung von zu großen Schwingungen bei großen Fahrbahnunebenheiten ist die Bewegung des Aufnahmerahmens nach oben durch einen dämpfenden Anschlag und nach unten durch einen" Stoßdämpfer eingeschränkt.

Um den Aufnahmerahmen nicht lenkbar gestalten zu müssen, was sich ungünstig bei Rückwärtsfahrten auswirken würde, ist er derart am Fahrzeug befestigt, daß die Symmetrieachse des Reibrades mit der der Hinterräder übereinstimmt bzw. bei Platzmangel in deren unmittelbarer Nähe· liegt. Zur Absicherung der richtigen Glättewertangabe.ist es weiterhin erforderlich, das Reibrad in unmittelbarer Nähe der linken Fahrspur anzuordnen,

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um bei -unterschiedlichem Glättewert G auf der Fahrbahn, beispielsweise infolge von Fahrspuren, d e-n Glättewert G zu messen und anzuzeigen, der auch für die von den Fahrzeugreifen berührte Fahrbahn gültig ist. ·

Für die Gewährleistung der Erfüllung des in der Erfindung gestellten Zieles, die" Verkehrssicherheit zu erhöhen, ist es unerläßlich, die Fahrbahnglättemeß- und Glättewarneinrichtung derart zuverlässig zu gestalten, zu dimensionieren und auszuführen, daß der angezeigte Fahrbahnglättewert G niemals kleiner als der tatsächliche ist, um jegliche durch zu geringe Glättewertanzeige hervorgerufene Gefahren auszuschließen !

Claims

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Erfindungsanspruch .-.--

!Fahrbahnglättemeß- und Glättewarneinrichtung für Kraftfahrzeuge unter Verwendung zweier gegeneinandergeschalteter Generatoren, vorzugsweise Gleichspannungsgeneratoren, und einer Quotientenmeßeinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß an einem Kraftfahrzeug ein mit einer genau festgelegten Kraft auf die Fahrbahn wirkendes Reibrad, zu dessen Drehung ein genau bemessenes Drehmoment (Md) erforderlich ist, befestigt ist, das mit einem Generator (G_R) gekoppelt ist und dessen Spannung (Up) einer Spannung (Up) eines zweiten Generators (QJ) in bekannter Weise überlagert wird.

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