DE10053381C1 - Measuring device for vehicle testing provided by fifth wheel with cardan linkage and damping element providing road contact pressure dependent on pivot angle - Google Patents
Measuring device for vehicle testing provided by fifth wheel with cardan linkage and damping element providing road contact pressure dependent on pivot angleInfo
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Abstract
Description
Messräder zur Bestimmung fahrdynamischer Größen sind seit Jahrzehnten in der Automobilindustrie bekannt. Dabei wird ein Laufrad mit bekannten Umfang, das in einer Gabel montiert ist, hinter oder neben dem Prüffahrzeug befestigt. Das Rad wird dabei wie ein einachsiger Anhänger gezogen, wodurch auch der Begriff Schlepprad üblich ist. Oft werden diese Konstruktionen auch Peiseler-Rad oder 5. Rad (englisch: Fifth Wheel) genannt. Die Drehbewegung des Rades wird über optische oder magnetische Sensoren in eine Impulsfolge gewandelt, oder ein gekoppelter Tachogenerator erzeugt eine geschwindigkeitsproportionale Ausgangsspannung. Da das Schlepprad bei schneller Fahrt über unebene Straßen zum Springen neigt, wird durch eine Federkonstruktion oder einen Bremszylinder zusätzlich zum Eigengewicht eine Andruckkraft in Richtung Fahrbahn erzeugt.Measuring wheels for determining vehicle dynamics parameters have been in use for decades Automotive industry known. An impeller with a known scope, which is in a fork is mounted behind or next to the test vehicle. The wheel will pulled like a single-axle trailer, which also gives the term drag wheel is common. Often these constructions are also called Peiseler-Rad or 5. Rad (English: Fifth Wheel). The rotary movement of the wheel is visual or magnetic sensors converted into a pulse train, or a coupled one Tachogenerator generates an output voltage proportional to the speed. Since that Towing wheel tends to jump when driving fast on uneven roads a spring construction or a brake cylinder in addition to its own weight Pressure force generated in the direction of the road.
Die Ausführungsform eines Messrades für den genannten Zweck ist z. B. bekannt aus der Patentveröffentlichung JP-A2 5-52710 (A). Dabei wird die Messvorrichtung, bestehend aus 2 gekoppelten Laufrädern, durch ein Federbein sowie Gasfedern auf der Fahrbahn gehalten. Das spezielle Gestänge ist so ausgeführt, dass Teile davon stets senkrecht zur Fahrbahn geführt werden und somit kleine momentane Messfehler, hervorgerufen durch Nickbewegungen des Fahrzeuges oder Bodenwellen, selbsttätig ausgeglichen werden.The embodiment of a measuring wheel for the purpose mentioned is e.g. B. known from patent publication JP-A2 5-52710 (A). The measuring device, consisting of 2 coupled wheels, by a shock absorber and gas springs on the Lane kept. The special linkage is designed so that parts of it are always be guided perpendicular to the road and thus small momentary measurement errors, caused by pitching movements of the vehicle or bumps, automatically be balanced.
Durch robuste Konstruktion des Messrades lässt sich auch auf schlechten Fahrbahnen eine ausreichende Lebensdauer erreichen, jedoch sind die genannten Konstruktionen stark gefährdet, wenn mit dem Testfahrzeug rückwärts gefahren wird oder das Fahrzeug schleudert. In diesen Situationen bricht das Messrad bei voller Andruckkraft nach links oder rechts aus. Dabei wirken starke Querkräfte auf das Laufrad. Bei weiterem Schwenken wird das Messrad an oder unter das Fahrzeug gedrückt, was meist neben den Schäden am Messfahrzeug zu einer Totalbeschädigung von Rad und Gabel führt. Auch die oben genannte Ausführung nach JP-A2 5-52710 (A) ist zum rückwärts Rangieren ungeeignet.Thanks to the robust construction of the measuring wheel, it can also be used on poor road surfaces achieve a sufficient lifespan, however, the constructions mentioned at high risk if the test vehicle is reversed or the vehicle flings. In these situations, the measuring wheel breaks to the left at full pressure or right out. Strong lateral forces act on the impeller. With further Swiveling the measuring wheel is pressed on or under the vehicle, which is usually next to the damage to the measuring vehicle leads to total damage to the wheel and fork. The above-mentioned version according to JP-A2 5-52710 (A) is also for reverse Maneuvering unsuitable.
Es wurde deshalb schon mehrfach vorgeschlagen, eine Abhebevorrichtung einzubauen, die beim rückwärts Fahren das Rad durch einen Servomotor oder eine Hydraulik gegen die Andruckkraft vom Boden abhebt. Diese Lösung ist einerseits aufwändig und teuer, andererseits bei plötzlichem Schleudern des Testfahrzeuges nicht schnell genug, um eine Beschädigung sicher zu verhindern. Kritisch ist weiterhin die Einstellung des Auslösepunktes für die Abhebevorrichtung. It has therefore been proposed several times to install a lifting device, which when driving backwards counter the wheel by a servo motor or a hydraulic system the pressure force lifts off the floor. On the one hand, this solution is complex and expensive, on the other hand, if the test vehicle is suddenly spun, not fast enough to To prevent damage safely. The attitude of the Trigger point for the lifting device.
Eine besondere Ausführungsform eines Messrades der Firma Peiseler GmbH umgeht dieses Problem, indem das Laufrad in einem Gestänge so montiert wird, dass es sich beim rückwärts Fahren frei drehen kann. Dieses Prinzip ist auch von drehbaren Möbelrollen bekannt. Eine ähnliche Ausführung wird weiterhin in DE 196 46 011 A1 für die Giermomentmessung eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Wegen Straßenuneben heiten braucht ein Präzisionsmessrad eine gewisse Mindestgröße. Übertragen auf das oben genannte Schwenkprinzip ist eine relativ schwere und teure Konstruktion des Gestänges erforderlich und ein Drehübertrager, der die elektrischen Signale des Geschwindigkeitssensors in das Fahrzeug weiterleitet.Bypasses a special embodiment of a measuring wheel from Peiseler GmbH this problem by mounting the impeller in a frame so that it can turn freely when reversing. This principle is also rotatable Furniture castors known. A similar design is also described in DE 196 46 011 A1 proposed for the yaw moment measurement of a vehicle. Because of uneven streets a precision measuring wheel needs a certain minimum size. Transferred to that The above swing principle is a relatively heavy and expensive construction of the Linkage required and a rotary transducer, which the electrical signals of the Forwarding speed sensor into the vehicle.
Von den genannten Ausführungsformen unterscheidet sich die beschriebene Erfindung durch die Möglichkeit, mit dem Testfahrzeug rückwärts zu Rangieren kombiniert mit weiteren Eigenschaften, wie einfacher Aufbau, leichte Zerlegbarkeit, Robustheit, niedrige Fertigungskosten und geringes Gewicht. Die Sicherungsfunktion beim rückwärts Fahren und Schleudern wird dadurch erreicht, dass der Andruck des Messrades zur Fahrbahn selbsttätig vom Schwenkwinkel abhängig ist, wodurch beim seitlichen Ausbrechen des Rades keine schädlichen Querkräfte mehr auftreten.The described invention differs from the mentioned embodiments through the possibility of reversing with the test vehicle combined with further properties, such as simple construction, easy dismantling, robustness, low manufacturing costs and light weight. The security function at backward driving and skidding is achieved by pressing the Measuring wheel to the roadway is automatically dependent on the swivel angle, which means that when Lateral breaking out of the wheel no longer causes harmful transverse forces.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in Seitenansicht, bestehend aus Laufrad (1), Drehratensensor (2), Gabel (3), Horizontalgelenk (4), Mittelstück (5), Vertikalgelenk (6), Befestigungsstück (7), Stützstange (8), Spannschraube (9), Klemmstück (10) und Dämpfungselement (11). Die Gesamtheit der Elemente (1) bis (11) wird nachfolgend Messrad genannt. Fig. 1 shows an embodiment of the device in side view, consisting of impeller ( 1 ), rotation rate sensor ( 2 ), fork ( 3 ), horizontal joint ( 4 ), center piece ( 5 ), vertical joint ( 6 ), fastening piece ( 7 ), support rod ( 8 ), clamping screw ( 9 ), clamping piece ( 10 ) and damping element ( 11 ). The entirety of elements ( 1 ) to ( 11 ) is referred to below as the measuring wheel.
Das Messrad wird über das Befestigungsstück (7) an einem starren Punkt hinter dem Fahrzeug montiert. Das Befestigungsstück (7) ist so ausgebildet, dass die Achse Z des Vertikalgelenks (6) nicht mehr senkrecht zur Fahrbahn steht, sondern gemäß Anspruch 1 um den Winkel α entgegen der Fahrtrichtung geneigt ist. Das Vertikalgelenk (6) ermöglicht es, dass das Rad mindestens um den Winkel β nach beiden Seiten schwenken kann. (Fig. 2) The measuring wheel is mounted via the mounting piece ( 7 ) at a rigid point behind the vehicle. The fastening piece ( 7 ) is designed in such a way that the axis Z of the vertical joint ( 6 ) is no longer perpendicular to the carriageway, but is inclined according to claim 1 by the angle α against the direction of travel. The vertical joint ( 6 ) enables the wheel to swivel at least by the angle β to both sides. ( Fig. 2)
Das Dämpfungselement (11) kann im einfachsten Fall eine Druckfeder sein, die mit einem Kolben verbunden und in einer Hülse eingebaut ist. Beim Einfahren des Kolbens in die Hülse entsteht eine Rückstellkraft die benutzt wird, das Laufrad auf die Fahrbahn zu drücken. Gut eignet sich auch ein hydraulisches Dämpfungselement, das so konfiguriert ist, dass eine konstante und vom Ausfederweg unabhängige Rückstellkraft wirksam wird.In the simplest case, the damping element ( 11 ) can be a compression spring which is connected to a piston and installed in a sleeve. When the piston is inserted into the sleeve, a restoring force is created which is used to press the impeller onto the road. A hydraulic damping element that is configured in such a way that a constant restoring force that is independent of the rebound travel is also suitable.
Fig. 2 zeigt das Messrad mit Blick in Fahrtrichtung, wobei das Rad zusätzlich in den Positionen β = -70° und +70° gestrichelt dargestellt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde das Messrad in den beiden geschwenkten Darstellungen ohne Stützstange, Klemmstück und Dämpfungselement wiedergegeben. Fig. 2 shows the impeller facing in the direction of travel, wherein the wheel additionally β in the positions shown in phantom = -70 ° and + 70 °. For reasons of clarity, the measuring wheel was shown in the two swiveled representations without a support rod, clamping piece and damping element.
Zur Erläuterung wird zunächst angenommen, dass das Dämpfungselement (11) beim Schwenkwinkel β = 0° voll ausgefahren ist und keine Rückstellkraft wirkt. Wenn das Messrad manuell geschwenkt wird, erfolgt eine Drehbewegung um die Achse Z. Dabei beschreibt der Fußpunkt des Laufrades einen Bogen, dessen niedrigster Punkt beim Schwenkwinkel β = 0° die Fahrbahn berührt. Je mehr das Laufrad mit der Gabel zur Seite schwenkt, desto größer wird der Abstand zwischen Laufrad und Fahrbahn. (Gestrichelte Darstellung in Fig. 1 und Fig. 2)For the sake of explanation, it is initially assumed that the damping element ( 11 ) is fully extended at the swivel angle β = 0 ° and that no restoring force acts. When the measuring wheel is swiveled manually, there is a rotary movement around the Z axis. The base point of the impeller describes an arc, the lowest point of which touches the road at the swivel angle β = 0 °. The more the wheel swings to the side with the fork, the greater the distance between the wheel and the road. (Dashed representation in Fig. 1 and Fig. 2)
Im praktischen Einsatz soll das Dämpfungselement beim Schwenkwinkel β = 0° etwa zur Hälfte vorgespannt sein, um Vertiefungen und Erhebungen in der Fahrbahn ausgleichen zu können. Außerdem wird durch die Vorspannung das Messrad bei kleinen Betragswerten von β, wie z. B. bei Kurvenfahrten, ständig auf der Fahrbahn gehalten. Bei größeren Auslenkungen, z. B. beim Rangieren oder Schleudern, federt das Dämpfungselement maximal bis zum Anschlag aus, wodurch der Andruck zu Null wird. Die Gewichtskraft des Messrades verhindert, dass es ständig vom Boden abhebt. Der Schwenkwinkel begrenzt sich dadurch von selbst. Querkräfte auf das Laufrad (1) oder die Gabel (3) sind dann nur noch minimal und richten keine Schäden an. Beim rückwärts Rangieren wird das Rad also in Schräglage über den Boden geschoben. So lassen sich sogar Bordsteine ohne Schaden überwinden.In practical use, the damping element should be pretensioned by about half at the swivel angle β = 0 ° in order to be able to compensate for depressions and elevations in the roadway. In addition, the measuring wheel is at small amounts of β, such as. B. when cornering, kept constantly on the road. With larger deflections, e.g. B. when maneuvering or skidding, the damping element springs out to the limit, causing the pressure to be zero. The weight of the measuring wheel prevents it from constantly lifting off the ground. The swivel angle is limited by itself. Shear forces on the impeller ( 1 ) or the fork ( 3 ) are then only minimal and do no damage. When maneuvering backwards, the wheel is pushed in an inclined position over the ground. In this way, curbs can be overcome without damage.
Um die Vorspannung des Dämpfungselementes (11) bequem einzustellen, kann das Klemmstück (10) mit einer Spannschraube (9) gelöst werden und ist entlang der Stützstange (8) verschiebbar. Zur Montage des Messrades am Fahrzeug wird das Laufrad (1) mit gelöster Spannschraube um etwa 70° nach links oder rechts geschwenkt, so dass es in dieser Stellung bei voll ausgefahrenem Dämpfungselement den Boden berührt. Danach wird das Klemmstück (10) fixiert. Um den optimalen Endpunkt für den Schwenkwinkel nicht schätzen zu müssen, wird vorgeschlagen, eine Markierung anzubringen z. B. in Form je eines Farbpunktes an Mittelstück (5) und Vertikalgelenk (6). Sobald sich das Fahrzeug geradeaus nach vorne in Bewegung setzt, schwenkt das Messrad auf den Winkel β = 0° ein, wodurch das Dämpfungselement (11) einfedert und damit vorgespannt wird.In order to adjust the pre-tension of the damping element ( 11 ) comfortably, the clamping piece ( 10 ) can be loosened with a tensioning screw ( 9 ) and can be moved along the support rod ( 8 ). To mount the measuring wheel on the vehicle, the wheel ( 1 ) with the loosened clamping screw is swiveled to the left or right by about 70 ° so that it touches the ground in this position when the damping element is fully extended. Then the clamping piece ( 10 ) is fixed. In order not to have to estimate the optimal end point for the swivel angle, it is proposed to make a mark z. B. in the form of a color point on the center piece ( 5 ) and vertical joint ( 6 ). As soon as the vehicle starts to move straight ahead, the measuring wheel swivels to the angle β = 0 °, which causes the damping element ( 11 ) to compress and thus to be preloaded.
Bei seitlicher Montage des Messrades am Fahrzeug kann die Erfindung bedingt eingesetzt werden. Beim rückwärts Rangieren ist durch gezielte Lenkbewegungen am Beginn der Rückwärtsfahrt dafür zu sorgen, dass das Rad auf die vom Fahrzeug abgewandte Seite schwenkt. Für Schleudertests muss das Messrad am Heck montiert werden.When the measuring wheel is mounted on the side of the vehicle, the invention can be conditional be used. When maneuvering backwards is due to targeted steering movements Start reversing to ensure that the wheel is on the vehicle opposite side pivots. For spin tests, the measuring wheel must be mounted on the rear become.
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