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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Messfahrzeug zur Ermittlung
objektiver Reifeneigenschaften auf einer realen Fahrbahnoberfläche mittels μ-Schlupf-
bzw. Seitenkraft-Schräglauf-Kennlinien.
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Bei
der Reifenentwicklung ist es notwendig, die Reifeneigenschaften,
insbesondere den Naß- und
Trockengriff eines neu zu entwickelnden Reifens zu ermitteln. Dieses
wird bevorzugt in sogenannten Outdoorversuchen an Messfahrzeugen,
die zumindest eine Messradpositon aufweisen, auf einer Teststrecke
vorgenommen. Hierzu wird ein auf einer Messradposition angeordneter
Reifen auf der Teststrecke angetrieben, abgebremst oder schräg gestellt.
So wird beim Abbremsen, Antreiben oder Schrägstellen des Reifens auf der
Fahrbahnoberfläche
der Reibungskoeffizient „μ" in Abhängigkeit
von Schlupf oder Schräglaufwinkel
während
der zeitlichen Dauer des Messvorganges gemessen, z.B. bei Bremsversuchen
als Quotient aus Bremskraft und Radlast. Es ist insbesondere der
höchste μ-Wert (μ-max.) der μ-t-Kennlinie
(μ = f(t))
(μ – Zeit – Kennlinie)
von Interesse. Der Verlauf einer μ-t-Kennlinie und
einer μ-Schlupf-
bzw. Seitenkraft/Schräglauf-Kennlinie
ist in Bezug auf den höchsten
Wert des Reibungskoeffizienten „μ-max" gleich.
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Der
Reibungskoeffizient „μ" ist von der Reifen-,
aber auch von der Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit
der Teststrecke abhängig.
Problematisch ist nun, dass die Fahrbahnoberfläche von Umwelteinflüssen wie
z.B. Temperatur, Niederschlag und Wind, aber auch durch Verkehrsbeanspruchung (Polierwirkung
von Reifen) ständig
verändert
wird, so dass oftmals die in einer Testreihe innerhalb eines Tages
an Reifen ermittelten Messwerte nicht unmittelbar miteinander vergleichbar
sind.
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Noch
gravierender beeinflusst die Umwelt den Fahrbahnbelag innerhalb
eines Jahresganges, bei dem die Fahrbahnoberfläche durch Frostverwitterung
und Insolation wesentlich verändert
wird. Jahreszeitlich bedingte μ-Wert-Schwankungen
von Fahrbahnen sind bekannt.
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Um
die gemessenen Ergebnisse trotz der Umwelteinflüsse und der abweichenden Fahrbahnoberflächenbeschaffenheiten
miteinander vergleichen zu können,
ist es bekannt, innerhalb einer Testreihe wiederholt Referenzreifen
mit bekannter Spezifikation unter gleichen Messbedingungen auf der
Strecke zu testen. Der Referenzreifen wird zumindest am Anfang und
am Ende einer Testreihe, oder aber auch innerhalb einer Testreihe
eingesetzt. In den USA und Japan ist es insbesondere bei Bremsversuchen
bekannt geworden, für
diese Messungen ein Messfahrzeug zu verwenden, das eine Messradposition
aufweist. Auf diese freie Messradposition kann ein Reifen zu Testzwecken
montiert werden. Der auf dieser Messradposition angeordnete Reifen
steht mit seiner Lauffläche
in Fahrtrichtung auf der Fahrbahnoberfläche auf und ist mit einer Standartbremse
ohne ABS (Anti-Blockier-System) abbremsbar angeordnet, wobei Messmittel
vorgesehen sind, die die Fahrzeug- und Radgeschwindigkeit, die Radlast
und zumindest die Bremskraft des auf der Radposition montierten Reifens
während
des Bremsversuches messen und wobei Speichermedien vorgesehen sind,
die die ermittelten Messdaten zur weiteren Verarbeitung speichern.
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Bei
der Messung wird derart vorgegangen, dass auf der Messradposition
in einem ersten Schritt ein Referenzreifen und, nachdem der Referenzreifen demontiert
ist, in einem zweiten Schritt ein Testreifen angeordnet wird, wobei
der Testreifen und der Referenzreifen nacheinander in getrennten
Messläufen über die
Fahrbahn geführt
und jeweils die μ-Schlupf-Kennlinien
aus den erhaltenen Messdaten ermittelt werden und mit den weiteren
in der Testreihe ermittelten Werten korreliert werden. Üblicherweise wird
der Messlauf mit einem weiteren Durchlauf des Referenzreifens abgeschlossen,
um somit über
die Differenz der Messergebnisse der unterschiedlichen Referenzreifen
Umwelt- und Fahrbahneinschlüsse ermitteln
zu können.
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Zwar
sind durch den Einsatz von Referenzreifen die Umwelteinflüsse einschätzbar und
die Messwerte in Relation miteinander zu setzen. Problematisch bleibt
jedoch die sehr stark auf engstem Raum variierende Oberflächenbeschaffenheit
der Teststrecke. Bereits durchgeführte Bremsversuche haben verschiedenste
Oberflächenabschnitte
poliert, andere Abschnitte sind nicht oder weniger beansprucht und
somit nicht oder weniger poliert. Diese Umstände führen auf ein und der selben
Teststrecke zu vielen verschiedenen Fahrbahnoberflächenbeschaffenheiten,
die das Messergebnis unerwünscht beeinflussen.
Die in einer Messreihe erhaltenen Messdaten sind deshalb vergleichsweise
ungenau.
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Denn
es ist nicht möglich,
innerhalb einer Messreihe, bei der ein Messfahrzeug nacheinander mit
einem Referenzreifen und anschließend umgerüstet mit einem Testreifen insgesamt
zweimal über eine
Fahrbahnoberfläche
gefahren wird, die selbe Kontaktfläche, innerhalb derer die vorangegangene Messung
durchgeführt
wurde, wieder exakt zu treffen. Diese ist beispielsweise bei einer
Abbremsung aus einer Geschwindigkeit von 60 km/h nur ca. 50 cm (für μ-max.) lang
und hat die Breite der Reifenaufstandsfläche. Daher beträgt die Messungenauigkeit bei
bekannten Verfahren zwischen 5–10%,
während die
technischen Verbesserungen am Reifen oftmals nur 1–5% ausmachen
und somit mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen nur ungenügend und nur
durch viele Wiederholungsmessungen zu erfassen sind. Dieses ist
zeitaufwendig und teuer.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Messfahrzeug
bereitzustellen, mit dem kostengünstig
und effizient Messungen von Reifeneigenschaften in Outdoorversuchen
unter besonders hohen Qualitätsmaßstäben, d.h.
unter Verringerung von Ungenauigkeiten durchgeführt werden können.
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Das
erfindungsgemäße Messfahrzeug
löst die
Aufgabe, indem zur ersten Messradposition mindestens eine zweite
zusätzliche
Messradposition am Messfahrzeug angeordnet ist, auf der ein zweiter
zusätzlicher
Reifen montierbar ist, der mit seiner Lauffläche in Fahrtrichtung hinter
dem ersten Reifen oder neben dem ersten Reifen auf der Fahrbahnoberfläche aufsteht,
dass beide Reifen abbremsbar, antreibbar oder schrägstellbar
angeordnet sind und dass ebenfalls an der zweiten Radposition Messmittel
vorgesehen sind, die zumindest die Radgeschwindigkeit, die Radlast
und die Brems-Antriebs-, oder Seitenkraft dieses zweiten Reifens
während
des Messversuches messen und diese Daten zur weiteren Verarbeitung
auf dem Speichermedium speicherbar sind.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass es aufgrund der inhomogenen Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit
von Teststrecken notwendig ist, zur Messung von Reifeneigenschaften
zwei zu vergleichende Reifentypen in kürzestem Abstand hinter- und/oder
nebeneinander in der selben oder der unmittelbar benachbarten Laufstreifenspur
zur Messung zu bringen. Dieses erfolgt erfindungsgemäß mit einem
Messfahrzeug, in dem zwei Messradpositionen angeordnet sind, auf
denen zwei Reifen hinter- oder nebeneinander in Fahrtrichtung in
der selben oder unmittelbar benachbarten Spur montierbar sind. Beide
Messradpositionen sind definiert abbrems-, antreib- und schrägstellbar
und mit Messmitteln zur Erfassung des Reibungskoeffizienten ausgestattet.
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Somit
ist erreicht, dass die Messung der beiden dem Test zu unterziehenden
Reifen auf einem räumlich
sehr engen Fahrbahnbereich der Teststrecke erfolgt, innerhalb dessen
die Oberflächenunterschiede
den zu messenden Reibungskoeffizienten nur gering verändern. Mit
dem Begriff „Messradposition" ist z.B. eine Anordnungsmöglichkeit
eines Reifens auf einer Achse, die senkrecht zur Fahrtrichtung angeordnet
ist, verstanden.
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Die
Vorrichtung ist besonders dann effizient für präzise Messungen einsetzbar,
wenn auf der ersten zusätzlichen
Messradposition der Testreifen und auf der zweiten zusätzlichen
Messradposition der Referenzreifen oder wenn auf der ersten zusätzlichen
Messradposition der Referenzreifen und auf der zweiten zusätzlichen
Messradposition der Testreifen angeordnet ist. Somit sind Test-
und Referenzreifen quasi zeitgleich bei identischen Umweltbedingungen auf
engstem Fahrbahnoberflächenbereich
zur Messung zu bringen. Die Messergebnisse beider Reifen sind somit
direkt miteinander vergleichbar, so dass die erhaltenen Messungen
höchsten
Qualitätsanforderungen
entsprechen. Im Vergleich zum Stand der Technik kann auf gesondert
zu fahrende Messdurchgänge
von Referenzreifen verzichtet werden, weil dieser zeitgleich innerhalb
einer Messfahrt eines Testreifens ebenfalls vermessen wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann die Messgenauigkeit weiterhin verbessert werden, wenn der auf
der zweiten zusätzlichen
Radposition montierte Reifen in Fahrtrichtung hinter dem auf der ersten
Radposition montierten Reifen angeordnet ist, so dass der zweite
Reifen in Fahrtrichtung in der selben Fahrbahnspur läuft. In
dieser Anordnung kann der zweite Reifen zusätzlich mit zeitlicher Verzögerung -abgestimmt
auf die Fahrgeschwindigkeit des Messfahrzeugs- abbremsbar, antreibbar
oder schrägstellbar
sein, so dass der zweite Reifen exakt auf der selben Fahrbahnkontaktfläche der
Messung des ersten Reifens zur Messung kommt. Dieses kann durch
eine zusätzliche
Steuereinheit erreicht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Messfahrzeug auf der ersten und/oder auf der zweiten zusätzlichen
Radposition jeweils ein oder weitere anzuordnende Reifen und eine
entsprechende Anordnung von Mess- und Brems-, Antriebs- und Schrägstellmittel
auf. Mit einer derart ausgestalteten Vorrichtung sind entsprechend
der Anzahl der angeordneten Reifen mehr als zwei Reifenmessungen
innerhalb eines Testdurchlaufes durchzuführen. Die Umweltbedingungen
sind innerhalb eines Testlaufes gleich, es sind zeit- und kostenaufwendige
Wiederholungen erspart.
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Messungen
auf nasser Fahrbahn zur Ermittlung des Nassgriffs sind dann reproduzierbar,
wenn in Fahrtrichtung vor den Messradpositionen fahrzeugfeste Fahrbahnbewässerungsvorrichtungen
angeordnet sind, deren Bewässerungsstärke derart
gesondert regelbar ist, dass die Wasserverdrängung des in Fahrtrichtung
vorne angeordneten Reifens durch eine zu bestimmende Wasserauslassmenge der
Bewässerungsvorrichtung
des in Fahrtrichtung hinteren Reifens ausgleichbar ist. Ziel dieses
Ausgleichs ist es, dass die Reifen bei gleicher Wassertiefe auf
der Fahrbahnoberfläche
testbar sind.
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Im
Fall einer ortsfesten Streckenbewässerung kann auf eine fahrzeugfeste
Fahrbahnbewässerungsvorrichtung
der ersten, in Fahrtrichtung vorne angeordneten Radposition verzichtet
werden.
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Bei
der Ausführungsform
des Messfahrzeuges, bei der zwei Radpositionen in Fahrtrichtung
hintereinander angeordnet sind, so dass z.B. ein Testreifen und
ein Referenzreifen in ein und der selben Spur hintereinander zur
Messung auf ein und derselben Kontaktfläche gebracht werden können, kann
die Messung beider Reifen bei gleicher Wassertiefe stattfinden,
wenn die Wasserverdrängung
des ersten Reifens bekannt ist und das Bewässerungssystem des zweiten,
in Fahrtrichtung hinten angeordneten Reifens, welches vor diesem
Reifen angeordnet ist, eine Bewässerungsrate
aufweist, die eine Differenz aus ursprünglicher Wassertiefe und nach
Verdrängung
des ersten Reifens verbleibender Wassertiefe darstellt.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Erreichung von gleichen Wasserstandshöhen auf der Fahrbahnoberfläche für den Messdurchgang
des vorderen und hinteren Reifens besteht darin, dass das trotz
Verdrängung
des ersten Reifens auf dem Fahrbahnbelag verbleibende Wasser durch
beispielsweise am Fahrzeug angeordnete Düsen, aus denen Druckluft in Richtung
der Fahrbahnoberfläche
pressbar ist, verdrängt
wird, so dass vor beiden Reifen mit gleicher Rate bewässerbar
ist.
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In
Kraftfahrzeugen ist ein Anti-Blockier-System heutzutage Stand der
Technik. Daher ist es vorteilhaft, ebenfalls das erfindungsgemäße Messfahrzeug
mit einem Anti-Blockier-System
auszustatten, so dass das Messfahrzeug zusätzlich zu den bisher beschriebenen
Ausgestaltungen ein Bremssystem mit Anti-Blockier-Regelung aufweist.
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Durch
den Einsatz eines Antiblockiersystems an jeder Messradposition wird
während
des Reifentests nicht mehr (wie ohne ABS) die vollständige μ-Schlupf
Kennlinie durchlaufen, sondern das ABS regelt während des Tests im μ-max.-Bereich. Hierdurch
ist der Reifenverschleiß weitgehend
reduziert, „Bremsplatten" sind vermieden und
als weiterer wesentlicher Vorteil ist erreicht, dass über eine
wesentlich längere
Fahrbahnkontaktfläche
von z.B. 50 m viele Messwerte erhaltbar sind. Die Effizienz eines einzigen
Messlaufes ist wesentlich gesteigert.
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Die
vorangestellten Ausführungen
betreffen ein Fahrzeug. Der Begriff Fahrzeug meint sowohl einen
Anhänger,
als auch ein Kraftfahrzeug, das für den Messeinsatz mit entsprechend
vorhergehend offenbarten eigenen oder zusätzlichen Messradpositionen, Brems-,
Antriebs- und Schräglaufverstellvorrichtungen
und Messmitteln etc. ausgestattet ist.
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Das
in dieser Anmeldung beschriebene Messfahrzeug als auch das Verfahren
zur Messung mit diesem Messfahrzeug ist nicht nur in Outdoorversuchen,
sondern auch in Indoorversuchen einsetzbar.
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Der
Begriff „Tangentialkraft" ist ein Oberbegiff
für Bremskraft
oder Antriebskraft und/oder Seitenkraft. Einen „Reifen zur Messung zu bringen" meint, den Reifen
anzutreiben oder abzubremsen und/oder schräg zu stellen und Messdaten
aufzunehmen.
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An
dem erfindungsgemäßen Messfahrzeug können nicht
nur innerhalb eines Testlaufes Testreifen und Referenzreifen an
den Messradpositionen, sondern auch nur Testreifen oder nur Referenzreifen angeordnet
sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
unter Verwendung eines der voran beschriebenen Gestaltungen des
Messfahrzeuges zur Messung objektiver Reifen-, insbesondere Bremseigenschaften
auf einer realen Fahrbahnoberfläche,
bei der ein Testreifen und ein Referenzreifen zeitlich nacheinander
auf einer Fahrbahnoberfläche
abgebremst werden und jeweils der μ-max.-Wert in Funktion zur Zeit
ermittelt wird und mit den weiteren in der Testreihe ermittelten Werten
korreliert wird, zeichnet sich dadurch aus, dass das Messfahrzeug
mit definierter Geschwindigkeit auf der Teststrecke fährt und
dass der in Fahrtrichtung vorne angeordnete Reifen zuerst zur Wertermittlung
abgebremst wird und dass zeitlich derart verzögert der am gleichen Fahrzeug
angeordnete zweite Reifen abgebremst wird, so dass beide Reifen
in ein und der selben Fahrbahnspur auf dem selben Fahrbahnoberflächenabschnitt
zur Messung gelangen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der Zeichnung, die ein schematisches Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.
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Die
Figur zeigt einen vereinfachten Messanhänger 1. Die Kupplung
zur Ankupplung des Testanhängers 1 an
ein Zugfahrzeug, die Anhängerachse(n)
mit zugehörigen
Reifen, Messmittel, Bremssysteme, Datenspeicher- und Verarbeitungseinrichtungen
etc. sind nicht dargestellt.
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Der
Messanhänger 1 weist
zwei Messradpositionen 2, 3 auf, die in Fahrtrichtung
des Messanhängers 1 (die
Fahrtrichtung entspricht der Pfeilrichtung) hintereinander in der
selben Spur angeordnet sind, so dass bei Fahrt des Messanhängers 1 beide auf
der Radposition 2, 3 montierten Reifen 4, 5 in
ein und der selben Spur hintereinander auf der Fahrbahnoberfläche 6 aufstehen.
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Der
Messanhänger 1 wird
zur Messung objektiver Reifeneigenschaften auf einer realen Fahrbahnoberfläche 6 verwendet.
Bei der Reifenentwicklung ist es u.a. notwendig, die Bremseigenschaften anhand
des Reibungskoeffizienten bei trockener, aber auch bei nasser Fahrbahn
zu ermitteln. Die Bestimmung der Bremseigenschaften des Reifens
erfolgt nach Beschleunigung des Messanhängers 1 auf eine bestimmte
Geschwindigkeit durch die während einer
Bremsung zu messenden Größen der
Bremskraft und der Radlast, aus denen der Reibungskoeffizient μ errechnet
wird. Dieses wird vorzugsweise in sogenannten Outdoorversuchen auf
Teststrecken unter freiem Himmel vorgenommen, wobei die Fahrbahnbeschaffenheit
den Wert des Reibungskoeffizienten beeinflusst.
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Um
qualitativ hochwertige Messergebnisse zu erreichen, müssen die
Umwelteinflüsse
und die Oberflächenbeschaffenheit
der Teststrecke während eines
Messdurchganges von Testreifen und Referenzreifen im wesentlichen
gleich bleibend sein.
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Dieses
ist dadurch erreicht, dass ein Referenzreifen 4 mit bekannter
Spezifikation in Fahrtrichtung vorne auf der vorderen Messradposition 2 und ein
zu testender Reifen 5 auf der in Fahrtrichtung hinten im
Anhänger 1 angeordneten
Messradposition 3 hintereinander angeordnet sind. Beide
Reifen werden während
einer Messfahrt kurz hintereinander zur Messung während der
Abbremsung gebracht. Und zwar wird der Reifen 4 zuerst
gebremst und gleichzeitig die Messung mit den Messmitteln an der
Radposition 2 vorgenommen. Anschließend wird der hintere Reifen 5 gebremst
und gleichzeitig die Messung mit den Messmitteln an der Radposition 3 vorgenommen.
Somit ist gewährleistet,
dass beide Reifen 4, 5 in der selben Spur zur
Messung gebracht werden. Der Anhänger 1 weist
ein Regelungssystem (nicht dargestellt) auf, das in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des Messanhängers 1, dem Abstand der
beiden Radpositionen und dem Zeitpunkt der ersten Bremsung des Reifens 4 errechnet,
wann der hintere Reifen 5 zur Bremsung gebracht werden
muss, damit beide Reifen 4, 5 zeitlich kurz hintereinander auf
ein und der selben Fahrbahnkontaktfläche zur Messung kommen.
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In
Fahrtrichtung vor den Reifen 4, 5 sind Flüssigkeitstanks 7, 8 angeordnet,
durch deren Auslässe 9, 10 Flüssigkeit
auf die Fahrbahnoberfläche 6 in
definierter Menge aufgebracht werden kann, so dass beide Reifen 4, 5 in
gleicher Wassertiefe zur Messung gebracht werden können.
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- 1
- Messanhänger
- 2
- Messradposition
- 3
- Messradposition
- 4
- Referenzreifen
- 5
- Testreifen
- 6
- Fahrbahnoberfläche
- 7
- Flüssigkeitstank
- 8
- Flüssigkeitstank
- 9
- Auslass
- 10
- Auslass