DE102009036145A1

DE102009036145A1 - Biaxiale Rad-Testanordnung

Info

Publication number: DE102009036145A1
Application number: DE102009036145A
Authority: DE
Inventors: Timothy Livonia Olex; David Webberville Zander; Christian C. Milan Ritchey; Martin R. Howell Scherzer; David Royal Oak Friske; Lee Livonia Davis; Carlos Superior Township Agudelo
Original assignee: LINK ENGINEERING Co; Link Engineering Company Plymouth
Current assignee: LINK ENGINEERING Co; Link Engineering Company Plymouth
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2010-04-29
Also published as: US20100031740A1; US7934421B2

Abstract

Eine Radprüfanordnung zum Prüfen eines Komplettrads umfasst eine zur Drehung in Wirkverbindung an einer Grundplatte angebrachte Trommel. Die Trommel umfasst eine innere Umfangsfläche. Eine Reitstockanordnung ist verschiebbar mit der Grundplatte zum Bewegen in einer seitlichen Richtung bezüglich der Trommel gekoppelt. Eine Stützanordnung ist verschiebbar mit der Reitstockanordnung zum Bewegen in einer vertikalen Richtung gekoppelt, um das Komplettrad in Rollkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Trommel zu setzen. Eine Spindelanordnung ist schwenkbar mit der Stützanordnung zum Einstellen eines Sturzwinkels des Komplettrads gekoppelt. Das Komplettrad ist an der Spindelanordnung zum Drehen des Komplettrads befestigt.

Description

Querverweis auf eine verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung nimmt die Priorität und alle Vorteile der am 5. August 2008 eingereichten US-amerikanischen vorläufigen Anmeldung US 61/137,993 mit dem Titel „Biaxial Wheel Test Assembly" (zu deutsch: „Biaxiale Radprüfanordnung”) in Anspruch.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine biaxiale Radprüfanordnung für Ermüdungs- und Haltbarkeitstests eines Komplettrads. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte biaxiale Radprüfanordnung, die auf ein Komplettrad einwirkende tatsächliche Belastungen bzw. Lasten misst und automatisch einen Sturzwinkel des Komplettrads in Reaktion auf eine Überwachung eines Sturzmoments während der Tests regelt bzw. steuert.
Beschreibung des Standes der Technik
Biaxiale Radprüfapparate sind auf dem Gebiet der Ermüdungs- und Haltbarkeitstests für Kraftfahrzeugradkomponenten einschließlich Radfelgen, Radnaben, Radlager, Radbolzen und/oder anderen Brems-, Steuer- und Aufhängungs komponenten bekannt. Diese Prüfapparate setzen Räder von Personenkraftwagen und leichten LKW simulierten Realstraßenzuständen aus, indem ein Komplettrad auf einer Spindel befestigt, das Komplettrad in einer drehenden Trommel angeordnet und das Komplettrad verschiedenen vorherbestimmten Lasten ausgesetzt wird. Das Komplettrad umfasst einen auf einer Radfelge montierten Reifen. Ein Abschnitt des Reifens oder eine Reifenaufstandsfläche beaufschlägt eine innere Umfangsfläche der drehenden Trommel.
Die US-Patentschrift 4 475 383 von Fischer u. a. beschreibt ein Beispiel eines biaxialen Radprüfapparats, der eine Beladevorrichtung oder einen Rahmen zum Aufbringen von radial in Richtung einer Drehachse eines Komplettrads gerichteter, ausgewählter vertikaler oder radialer Lasteingaben bzw. Lasteinleitungen und parallel zu der Drehachse des Komplettrads gerichteter, seitlicher oder axialer Lasteingaben bzw. Lasteinleitungen umfasst. Die radialen Lasteingaben werden mittels eines ersten servo-gesteuerten Hydraulikzylinders auf das Komplettrad aufgebracht, der über den Rahmen wirkt, um einen Reifen des Komplettrads gegen eine Innenfläche einer zylindrischen Trommel zu drücken. Gleichzeitig werden die axialen Lasteingaben mittels eines zweiten servo-gesteuerten Hydraulikzylinders auf das Komplettrad aufgebracht, der über den Rahmen wirkt, um den Reifen gegen einen starr an der Innenfläche der Trommel befestigten, kreisrunden Kontaktring zu drücken.
Die US-Patentschrift 7 254 995 von Leska, Sr. u. a. beschreibt ein anderes Beispiel eines biaxialen Radprüfapparats mit einer Stützstruktur, die ein von einer drehenden Trommel beaufschlagtes Komplettrad stützt. Eine mit einem ersten Hydraulikaktuator verbundene Verschiebeanordnung wird zum im wesentlichen parallelen Bewegen der drehenden Trommel bezüglich einer Drehachse der drehenden Trommel bereitgestellt, um seitliche oder axiale Lasteingaben auf das Komplettrad aufzubringen. Das Komplettrad ist an einer Spindel befestigt, die wiederum bewegbar von einer Mehrzahl von ein in Wirkverbindung mit einer Grundplatte verbundenen Streben gestützt wird. Eine erste Strebe ist in Wirkverbindung mit einem zweiten Hydraulikaktuator zum Aufbringen einer radialen Lasteingabe über die erste Strebe verbunden, so dass im wesentlichen vertikale Lasten auf das Komplettrad simuliert werden. Die radialen Lasteingaben werden mittels einer ersten Kraftmessdose gemessen, die entlang der ersten Strebe angeordnet ist. Die axialen Lasteingaben wirken über eine zweite Strebe ein, die zwischen der Spindel und der Grundplatte verbunden ist. Die axialen Lasteingaben werden mittels einer zweiten Kraftmessdose gemessen, die entlang der zweiten Strebe angeordnet ist. Ein Paar dritter Streben stützt die Spindel in einer vertikalen Richtung und jede der dritten Streben umfasst eine dritte Kraftmessdose, die entlang dieser zum Messen eines Antriebsmoments und Bremsmoments angeordnet ist. Ein Sturzwinkel des Komplettrads kann auch durch Drehen der Grundplatte unter Verwendung eines dritten Hydraulikzylinders eingestellt werden.
Ein besonderer Nachteil des von Leska, Sr. u. a. offenbarten biaxialen Radprüfapparats liegt darin begründet, dass die Kraftmessdosen entfernt von dem Komplettrad angeordnet sind und die Lasteingaben anstelle der auf das Komplettrad einwirkenden tatsächlichen Lasten selbst messen. Daher sind komplexe mathematische Algorithmen zum Abschätzen der auf das Komplettrad einwirkenden tatsächlichen Lasten notwendig. Ein anderer Nachteil ergibt sich aus innerhalb der Stützstruktur zwischen den Kraftmessdosen und dem Komplettrad auftretenden Reibungs- und Hysterese-Verlusten, die schwierig oder unmöglich zu berücksichtigen sind. Diese Algorithmen und Verluste können Fehler in die Prüfdaten einbringen und stellen Schadensbilder bzw. Versagensarten bereit, die bezüglich jenen bei Kraftfahrzeugtests unter realen Bedingungen beobachteten Schadensbildern unrealistisch sind, oder stellen fehlerhafte und nicht-wiederholbare Radschäden dar.
Des weiteren sind die voranstehend beschriebenen biaxialen Radprüfapparate relativ groß und sperrig bzw. massig, um die erforderliche Bewegung des Komplettrads bereitzustellen. Außerdem weisen Hydrauliksysteme, die zum Belasten bzw. Beaufschlagen des Komplettrads gegen die drehende Trommel eingesetzt werden, den erheblichen Nachteil auf, dass für jeden Hydraulikzylinder Zulaufleitungen und Rücklaufleitungen zugeführt werden müssen. Mit Mehrfach-Hydraulik-Leitungsanschlüssen sind Lecks unvermeidbar.
Während des Betriebs testen bzw. prüfen die voranstehend beschriebenen biaxialen Prüfapparate Kompletträder unter Verwendung von Sätzen seitlicher und radialer Lasteingaben, die während Kraftfahrzeugtests bestimmt wurden. Jeder Satz seitlicher und radialer Lasteingaben wird als Lastpaar bezeichnet. Für jedes Lastpaar wird eine optimale Neigung oder ein optimaler Sturzwinkel mittels Korrelation mit Kraftfahrzeugtests oder einmaligen Messungen an anderen Testmaschinen bestimmt. Sobald der optimale Sturzwinkel für ein vorgegebenes Lastpaar festgelegt ist, wird dieser Winkel arretiert und für alle nachfolgenden Tests eingesetzt, die den biaxialen Radprüfapparat verwenden. Wenn daher ein spezielles Komplettrad einem speziellen Lastpaar während des Testvorgangs ausgesetzt wird, wird der vorherbestimmte optimale Sturzwinkel ausgewählt und arre tiert, bis die gewünschte Anzahl von Umdrehungen des Komplettrads erreicht ist. Die Verwendung des vorherbestimmten und arretierten optimalen Sturzwinkels kompensiert jedoch nicht die Echtzeitfaktoren, die eine effektive Belastung des Komplettrads und infolgedessen die von dem Komplettrad erlittenen Schaden beeinflussen, wie bspw. die folgenden Faktoren: eine Reibung zwischen Reifen und Trommel, Reibungsveränderungen an der Reifenaufstandsfläche mit der Temperatur, Rad- und Reifengeometrie, -Größe, -Steifheit, Reifengummizusammensetzung, Laufflächendesign und – verschleiß und Reifenablagerungen innerhalb der drehenden Trommel. Diese sowie andere Faktoren beeinflussen letztendlich die Position des Reifens auf der Trommel und seine diesbezügliche Wechselwirkung hiermit. Der Haupteffekt dieses arretierten, optimalen Neigungs- oder Sturzwinkelverfahrens ist ein zufälliger und nicht-quantifizierbarer Ursprung von Abweichungen bzw. Schwankungen der Testergebnisse und eine Unmöglichkeit mit einer aussagekräftigen bzw. signifikanten statistischen Korrelation die Tests unter Verwendung verschiedener biaxialer Radprüfapparate durchzuführen.
Es ist daher wünschenswert, eine verbesserte, kompakte biaxiale Radprüfanordnung bereitzustellen, die auf ein Komplettrad ein in Wirkverbindung Lasten genau misst und ein direktes Feedback bzw. eine direkte Rückmeldung an ein Steuer- und Datenerfassungssystem bereitstellt. Es ist außerdem wünschenswert, eine biaxiale Radprüfanordnung bereitzustellen, die automatisch und in Echtzeit Faktoren kompensiert, die die effektive Belastung eines Komplettrads und damit den von dem Komplettrad erlittenen Schaden beeinflusst.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Radprüfanordnung zum Prüfen eines Komplettrads bereitgestellt. Die Prüfanordnung umfasst eine Grundplatte und eine zylindrische Trommel, die in Wirkverbindung an der Grundplatte befestigt ist und um eine erste Drehachse dreht. Die Trommel umfasst eine innere Umfangsfläche. Eine Reitstockanordnung ist verschiebbar mit der Grundplatte zum Bewegen in einer seitlichen Richtung relativ zu der Trommel gekoppelt. Eine Stützanordnung ist verschiebbar mit der Reitstockanordnung zum Bewegen in einer vertikalen Richtung gekoppelt, um das Komplettrad in Rollkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Trommel zu setzen. Eine Spindelanordnung ist schwenkbar mit der Stützanordnung zur Schwenkbewegung um eine Schwenkachse gekoppelt, um einen Sturzwinkel des Komplettrads einzustellen. Die Schwenkachse erstreckt sich in einer senkrecht zu der seitlichen Richtung und der vertikalen Richtung stehenden Richtung. Das Komplettrad ist auf der Spindelanordnung zum Drehen des Komplettrads um eine zweite Drehachse in Reaktion auf den Rollkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Trommel befestigt.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verwenden einer biaxialen Radprüfanordnung zum Prüfen eines Komplettrads die folgenden Schritte: Drehen einer Trommel mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit, Beaufschlagen der drehenden Trommel mit dem Komplettrad, Anwenden von Axialkraft- und Radialkraft-Vorgabewerten auf das Komplettrad, Überwachen eines Sturzmoments des Komplettrads mit einem Rad-Kraftaufnehmer und Steuern eines Sturzwinkels des Komplettrads in Reaktion auf das Überwachen des Sturzmoments.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter erkennbar, wenn dieselbe mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich wird.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer biaxialen Radprüfanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Seitenansicht der biaxialen Radprüfanordnung.
3 zeigt eine aufgebrochene perspektivische Ansicht einer Reitstockanordnung.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Spindelanordnung.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zwischen einem Radnabenadapter und einem Spindelwellenadapter angeordneten Rad-Kraftaufnehmers.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Radnabenanordnung und
7 zeigt einen Querschnitt durch eine Trommel und ein Komplettrad.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die 1 und 2 offenbaren eine biaxiale Radprüfanordnung 10, die für Ermüdungs- und Haltbarkeitstests von Radkomponenten eines Motorkraftfahrzeugs, wie bspw. Radfelgen, Radnaben, Radlager, Radbolzen und/oder an deren Brems-, Steuer- und Aufhängungskomponenten bereitgestellt wird. Die Prüfanordnung 10 wird außerdem für Kraft-Dehnungsmessungen der voranstehend aufgeführten Radkomponenten bereitgestellt. Die Prüfanordnung 10 umfasst eine Primärgrundplatte 12 oder eine Plattform, die sich zwischen einem ersten Ende 14 und einem zweiten Ende 16 erstreckt und ein in Eingriff mit einer drehenden Trommel 20 stehendes Komplettrad 18 stützt. Das Komplettrad 18 umfasst eine Radfelge 22 mit einem hierauf montierten Reifen 24.
Eine Hebevorrichtung 26 ist an dem ersten Ende 14 der Primärgrundplatte 12 zum drehbaren Stützen der Trommel 20 in einer vorherbestimmten Höhe über der Primärgrundplatte 12 angebracht. Die Hebevorrichtung 26 umfasst eine obere Stützfläche 28, die in einer vertikalen Richtung beabstandet von der Primärgrundplatte 12 angeordnet ist. Ein Elektromotor 30 ist an der oberen Stützfläche 28 der Hebevorrichtung 26 zum Bereitstellen einer Drehbewegung einer Antriebswelle 34 befestigt. Die Antriebswelle 34 ist mit einer Spindel 36 verbunden und treibt diese an, die wiederum die Trommel 20 antreibt oder diese um eine mit der Zylinderachse übereinstimmende erste Drehachse 38 dreht. Die erste Drehachse 38 verläuft im wesentlichen horizontal. Eine Notfall-Scheibenbremse 40 ist an der Antriebswelle 34 befestigt und ist zwischen dem Motor 30 und der Spindel 36 zum Anhalten der Drehung der Trommel 20 angeordnet, falls dies erforderlich sein sollte.
Die Trommel 20 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und erstreckt sich zwischen einem mit der Spindel 36 verbundenen ersten geschlossenen Ende 42 und einem zweiten offenen Ende 44. Die Trommel 20 definiert eine große innere Ausnehmung bzw. Kavität 46, um das Komplettrad 18 hierin aufzunehmen. Während des Tests beaufschlägt ein Ab schnitt des Reifens 24 oder eine Reifenaufstandsfläche eine innere Umfangsfläche 50 der Trommel 20, wenn das Komplettrad 18 durch das offene Ende 44 der Trommel 20 in der inneren Kavität 46 angeordnet ist. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, umfasst eine nahe dem offenen Ende 44 angeordnete Kante der inneren Umfangsfläche 50 einen inneren Rand oder Ring 52 und eine nahe dem geschlossenen Ende 42 angeordnete Kante der inneren Umfangsfläche 50 einen äußeren Rand oder Ring 54, deren Zweck nachfolgend näher erläutert wird. Die Reifenaufstandsfläche kann ebenso in Abhängigkeit von der Position des Komplettrads 18 innerhalb der Trommel 20 entweder den inneren Rand 52 oder den äußeren Rand 57 beaufschlagen.
An dem zweiten Ende 16 der Primärgrundplatte 12 ist eine Reitstockanordnung 56 zum drehbaren Stützen des Komplettrads 18 und zum Handhaben des Komplettrads 18 während des Tests bereitgestellt. Sobald der Reifen 24 in Eingriff mit der inneren Umfangsfläche 50 der Trommel 20 gebracht wird, umfassen die Kräfte oder Lasten, die auf das Komplettrad 18 aufgebracht werden oder auf diese einwirken, eine Axialkraft F_y, eine Radialkraft F_z und ein Sturz- oder Kippmoment M_x. Die Axialkraft F_y, die Radialkraft F_z und das Sturzmoment M_x werden in einem Koordinatensystem des Komplettrads 18, wie nachfolgend beschrieben und in 7 dargestellt, gemessen. Die Reitstockanordnung 56 bewegt das Komplettrad 18 entlang einer seitlichen Achse, die sich parallel zu der ersten Drehachse 38 und senkrecht zu einer den vertikalen Verschiebungs- bzw. Bewegungsweg definierenden Längsachse erstreckt. Die Reitstockanordnung 56 bewegt das Komplettrad 18 entlang einer sowohl zu der seitlichen Achse als auch zu der Längsachse senkrecht stehenden vertikalen Achse.
Die Reitstockanordnung 56 umfasst einen Rahmen, der ein Paar voneinander beabstandeter aufrechter Elemente 58 umfasst, die an einer Sekundärgrundplatte 60 befestigt sind und sich von dieser aufwärts erstrecken. Die Sekundärgrundplatte 60 ist verschiebbar an einem ersten Paar linearer Führungsschienen 62 befestigt, die sich entlang der Primärgrundplatte 12 in einer seitlichen Richtung parallel zu der ersten Drehachse 38 erstrecken. Die ersten Führungsschienen 62 sind fest mit der Primärgrundplatte 12 verbunden. Die Reitstockanordnung 56 wird entlang den ersten Führungsschienen 62 von einem ersten Aktuator 64 in Richtung der Trommel 20 und von dieser weg bewegt. Der erste Aktuator 64 umfasst einen ersten Servoantrieb 66, der mittels eines ersten Getriebes 70 in Wirkverbindung mit einem ersten Kugelgewindetrieb 68 zum Drehen des ersten Kugelgewindetriebs 68 gekoppelt ist. Der erste Kugelgewindetrieb 68 ist wiederum in Wirkverbindung mit der Sekundärgrundplatte 60 zur Übertragung bzw. Umwandlung einer Drehbewegung des ersten Kugelgewindetriebs 68 in eine lineare Bewegung der Reitstockanordnung 56 gekoppelt. Der erste Kugelgewindetrieb 68 erstreckt sich in der seitlichen Richtung und ist zwischen den ersten Führungsschienen 62 und unterhalb der Sekundärgrundplatte 60 angeordnet. Das erste Getriebe 70 ist an dem zweiten Ende 16 der Primärgrundplatte 12 befestigt. Ein Drehen des ersten Kugelgewindetriebs 68 durch den ersten Servoantrieb 66 bewirkt, dass die Reitstockanordnung 56 entlang den ersten Führungsschienen 62 in Richtung der Trommel 20 und von dieser weg bewegt wird. Ein zum Bestimmen der seitlichen Position der Reitstockanordnung 56 bereitgestelltes seitliches Linear-Wegmesssystem oder ein anderer Sensor 71 ist, wie in 1 dargestellt, längs einer der ersten Führungsschienen 62 angeordnet und ist in Wirkverbindung zwischen der Reitstockanordnung 56 und der Primärgrundplatte 12 gekoppelt.
Die Reitstockanordnung 56 umfasst des weiteren eine Stützanordnung 72, die verschiebbar an einem zweiten Paar linearer Führungsschienen 74 befestigt ist, die sich entlang der aufrechten Elemente 58 in der vertikalen Richtung erstrecken. Gemäß 3 umfasst die Stützanordnung 72 insbesondere ein Paar Rahmenelemente 76 mit einer Querstrebe 78, die schwenkbar zwischen diesen gekoppelt ist, und jedes Rahmenelement 76 ist verschiebbar an einer der zweiten Führungsschienen 74 befestigt. Ein Paar Sturzmessdosen 80 ist in Wirkverbindung zwischen der Querstrebe 78 und einer Aktuator-Befestigungsplatte 82 angebracht. Der Zweck der Sturzmessdosen 80 wird nachfolgend im Detail beschrieben. Jede der zweiten Führungsschienen 74 ist fest entlang einer Vorderseite eines der aufrechten Elemente 58 der Trommel 20 zugewandt angebracht. Die Stützanordnung 72 wird entlang der zweiten Führungsschienen 74 mittels eines zweiten Aktuators 84, wie in den 1 und 2 dargestellt ist, auf- und abwärts bewegt. Der zweite Aktuator 84 umfasst einen zweiten Servoantrieb 86, der in Wirkverbindung mit einem Paar zweiter Kugelgewindetriebe 88 mittels eines zweiten Getriebes 90 zum Drehen der zweiten Kugelgewindetriebe 88 gekoppelt ist. Jeder der zweiten Kugelgewindetriebe 88 ist wiederum in Wirkverbindung mit einem der Rahmenelemente 76 zur Übertragung bzw. Umwandlung einer Drehbewegung der zweiten Kugelgewindetriebe 88 in eine Linearbewegung der Stützanordnung 72 gekoppelt. Jeder der zweiten Kugelgewindetriebe 88 ist nahe einer der zweiten Führungsschienen 74 angeordnet und erstreckt sich in der vertikalen Richtung zwischen der Sekundärgrundplatte 60 und dem entsprechenden Rahmenelement 76. Das zweite Getriebe 90 ist an der Sekundärgrundplatte 60 befestigt. Eine sich zwischen den zweiten Kugelgewindetrieben 88 erstreckende Verbindungswelle (nicht dargestellt) ermöglicht dem zweiten Servoantrieb 86 beide Kugelgewindetriebe 88 gleichzeitig anzutreiben. Die Drehung der zweiten Kugelgewindetriebe 88 mittels des zweiten Servoantriebs 86 bewirkt, dass die Stützanordnung 72 entlang der zweiten Führungsschienen 74 in der vertikalen Richtung bewegt werden. Ein zum Bestimmen der vertikalen Position der Stützanordnung 72 bereitgestelltes vertikales Linear-Wegmesssystem oder ein anderer Sensor 93 ist, wie in 3 dargestellt, längs einer der zweiten Führungsschienen 74 angeordnet und ist in Wirkverbindung zwischen der Stützanordnung 72 und einem der aufrechten Elemente 58 gekoppelt.
Gemäß den 3 und 4 umfasst die Reitstockanordnung 56 des weiteren eine Spindelanordnung 94, die wiederum ein Spindelgehäuse 96 und eine drehbar in dem Spindelgehäuse 96 gelagerte Spindelwelle 98 umfasst. Die Spindelanordnung 94 ermöglicht es dem Komplettrad 18, frei um eine zweite Drehachse 100 zu drehen. Die Ebene, in der sich die zweite Drehachse 100 erstreckt, ist dieselbe Ebene, wie jene Ebene, in der sich die erste Drehachse 38 erstreckt, wobei jedoch die erste 38 und die zweite Drehachse 100 selbst nicht immer parallel zueinander stehen, wenn die Spindelanordnung 94, wie nachfolgend beschrieben, geschwenkt wird. Das Komplettrad 18 wird gedreht, sobald der Reifen 24 die innere Umfangsfläche 50 der drehenden Trommel 20 beaufschlägt. In anderen Worten ausgedrückt treibt der Motor 30 die Trommel 20 und die Trommel 20 das Komplettrad 18 an.
Die Spindelanordnung 94 erlaubt des weiteren eine Schwenkbewegung des Komplettrads 18 um eine Schwenk achse 102, die sowohl senkrecht zu der zweiten Drehachse 100 als auch senkrecht zu der vertikalen Achse steht. Die Schwenkachse 102 verläuft parallel zu der Längsachse. Die Spindelanordnung 94 ist zwischen den Rahmenelementen 76 der Stützanordnung 72 angeordnet und umfasst ein Paar Schwenkwellen 103, die sich von dem Spindelgehäuse 96 nach außen erstrecken. Jede Schwenkwelle 103 ist schwenkbar mit einem der Rahmenelemente 76 gekoppelt, wodurch eine Schwenkbewegung der Spindelanordnung 94 um die Schwenkachse 102 ermöglicht wird. Die Spindelanordnung 94 umfasst auch ein Paar starr an dem Spindelgehäuse 96 befestigte Arme 104, die sich aufwärts hiervon erstrecken. Das Spindelgehäuse 96 wird mittels eines dritten Aktuators 106 um die Schwenkachse 102 geschwenkt. Der dritte Aktuator 106 umfasst einen dritten Servoantrieb 108, der in Wirkverbindung mit einem dritten Kugelgewindetrieb 110 mittels eines dritten Getriebes 112 zum Drehen des dritten Kugelgewindetriebes 110 gekoppelt ist. Der dritte Kugelgewindetreib 110 ist wiederum in Wirkverbindung mit der Aktuatorbefestigungsplatte 82 zur Übertragung bzw. Umwandlung einer Drehbewegung des dritten Kugelgewindetriebes 110 in eine Linearbewegung des dritten Kugelgewindetriebs 110 bezüglich der Stützanordnung 72 gekoppelt. Der dritte Kugelgewindetrieb 110 erstreckt sich in der seitlichen Richtung durch eine erste Öffnung 114 in der Aktuatorbefestigungsplatte 82, zwischen den Sturzmessdosen 80 und durch eine zweite Öffnung 114 in der Querstrebe 78 hindurch und ist an einem Ende schwenkbar mit den Armen 104 der Spindelanordnung 94 gekoppelt. Das dritte Getriebe 112 ist an der Aktuatorbefestigungsplatte 82 befestigt. Ein Drehen des dritten Kugelgewindetriebs 110 mittels des dritten Servoantriebs 108 bewirkt eine Linearbewegung des dritten Kugelgewindetriebs 110 und schwenkt die Spindelanordnung 94 um die Schwenkachse 102, die eine Neigung oder ei nen Sturzwinkel α des Komplettrads 18 verändert. Der Sturzwinkel α ist als Winkel zwischen einer Z-Achse des Koordinatensystems des Komplettrads 18 und der vertikalen Achse definiert. Ein Drehwegmesssystem oder ein anderer Sensor 118 wird zum Bestimmen der Schwenkposition der Spindelanordnung 94 bereitgestellt. Das Drehwegmesssystem 118 ist längs eines der Rahmenelemente 76 angeordnet und ist in Wirkverbindung zwischen dem Rahmenelement 76 und der jeweiligen Schwenkwelle 103 gekoppelt. Die Schwenkposition der Spindelanordnung 94 entspricht dem Sturzwinkel α des Komplettrads 18.
Die Prüfanordnung 10 umfasst eine computergestützte Steuereinheit 119, auf der ein Steueralgorithmus abläuft oder die diesen ausführt, um die Drehung der Trommel 20 zu steuern, und die die Belastungs-, Positions- und Sturzwinkel-Zustände des Komplettrads 18 während des Tests bestimmt. Die computergestützte Steuereinheit 119 speichert auch Prüfdaten und ermöglicht Benutzereingriffe. Beispielsweise kann ein Benutzer Identifikationsdaten für das zu prüfende Komplettrad 18 eingeben. Der erste Aktuator 64 wird zum seitlichen Bewegen des Komplettrads 18 in die innere Kavität 46 der Trommel 20 hinein betrieben. Der zweite Aktuator 84 wird anschließend zum vertikalen Bewegen des Komplettrads 18 betrieben, um den Reifen 24 in Eingriff mit der inneren Umfangsfläche 50 der Trommel 20 zu bringen, wodurch das Komplettrad 18 in Reaktion auf die Drehung der Trommel 20 in Drehung versetzt wird. Anschließend werden der erste, der zweite und der dritte Aktuator 64, 84, 106 zum Aufbringen einer Axialkraft F_y und einer Radialkraft F_z mit einem entsprechenden Sturzmoment M_x auf das Komplettrad 18 betrieben. Der erste Aktuator 64 wird zum Aufbringen bzw. Ausüben und Steuern der Axialkraft F_y und der zweite Aktuator 84 zum Ausüben und Steuern der Radialkraft F_z betrieben. Abhängig davon, ob der erste Aktuator 64 den Reifen 24 gegen den äußeren Rand 54 der Trommel 20 drückt oder den Reifen 24 gegen den inneren Rand 52 der Trommel 20 zieht, kann die Axialkraft F_y positiv oder negativ sein. Zusätzlich wird der dritte Aktuator 106 zum Steuern des Sturzwinkels α des Komplettrads 18 betrieben, wodurch die jeweiligen Axial- bzw. Radialkräfte F_y, F_z verändert werden, wodurch außerdem das resultierende Sturzmoment M_x verändert wird. Vorzugsweise können der erste, zweite und dritte Aktuator 64, 84, 106 gleichzeitig betrieben werden, um jede beliebige gewünschte Kombination der Axial- und Radialkräfte F_y, F_z und jedes gewünschte Sturzmoment M_x zu erhalten. Die auf das Komplettrad 18 aufgebrachten Axial- und Radialkräfte F_y, F_z entsprechen einem Lastpaar oder einer Reihe von Lastpaaren, die durch Kraftfahrzeugtests vorherbestimmt sind, wie dies gemäß dem Stand der Technik üblich ist. Jedes Lastpaar umfasst einen Vorgabewert für eine Axialkraft F_{y_sp} und einen Vorgabewert für eine Radialkraft F_{z_s} mit einem entsprechenden Vorgabewert für ein Sturzmoment M_{x_sp}. Die Reihe von Lastpaaren stellt eine erste Eingabegröße des Steueralgorithmus dar.
Um die während des Tests mit der Prüfanordnung 10 auf das Komplettrad 18 wirkenden Axial- und Radialkräfte F_y, F_z und das Sturzmoment M_x zu messen, wird ein Rad-Kraftaufnehmer 120 bereitgestellt. Der Rad-Kraftaufnehmer 120 ist zwischen dem Komplettrad 18 und der Spindelanordnung 94 angeordnet. Insbesondere ist der Rad-Kraftaufnehmer 120 gemäß 5 zwischen einem Radnabenadapter 122 und einem Spindelwellenadapter 124 angeordnet. Die Radfelge 22 ist an einer in 6 dargestellten Radnabenanordnung 126 befestigt, die an dem Radnabenadapter 122 angebracht ist.
Der Spindelwellenadapter 124 ist wiederum an einer Montagefläche 128 der Spindelwelle 98 montiert. Der Rad-Kraftaufnehmer 120 ist ein Mehrachs-Rad-Kraftaufnehmer, wie er in der US-Patentschrift 6 324 919 beschrieben ist, wobei die Erfindung jedoch vorzugsweise nicht auf einen speziellen Rad-Kraftaufnehmer beschränkt ist. Da das Komplettrad 18 unmittelbar nahe des Rad-Kraftaufnehmers 120 befestigt ist, sind die von dem Rad-Kraftaufnehmer 120 gemessenen Axial- und Radialkräfte F_y, F_z die tatsächlichen auf das Komplettrad 18 einwirkenden Kräfte und ist das von dem Rad-Kraftaufnehmer 120 gemessene Sturzmoment M_x das tatsächliche auf das Komplettrad 18 einwirkende Kippmoment. Der Rad-Kraftaufnehmer 120 misst die Axial- und Radialkräfte F_y, F_z, die von der Prüfanordnung 10 auf das Komplettrad 18 an der Reifenaufstandsfläche ausgeübt werden. Die Axialkraft F_y wirkt in der Richtung einer Y-Achse des Koordinatensystems des Komplettrads 18. Die Radialkraft F_z wirkt längs der Z-Achse des Koordinatensystems des Komplettrads 18. Die resultierende Kombination der Axial- und Radialkräfte F_y, F_z erzeugt das Sturzmoment M_x um eine X-Achse des Koordinatensystems des Komplettrads 18. Die Sturzmessdosen 80 werden als Redundanz- oder Back-Up-Systeme bereitgestellt, um zu überprüfen, ob der Rad-Kraftaufnehmer 120 richtig funktioniert. Die von den Sturzmessdosen 80 gemessenen Kräfte werden mathematisch mit den von dem Rad-Kraftaufnehmer 120 während des Tests gemessenen Axial- und Radialkräften F_y, F_z korreliert und jede signifikante Differenz kann als Warnhinweis verwendet werden.
Gemäß den 1 und 2 ist eine Lichtstrahl-Sensoranordnung bzw. eine Lichtschrankenanordnung 130 nahe des offenen Endes 44 der Trommel 20 zum Überprüfen der seitlichen Position des Komplettrads 18 und zum Zusammenar beiten mit dem seitlichen Linear-Wegmesssystem 71 angeordnet, um die Breite des Reifens 24 zu bestimmen. Die Sensoranordnung 130 umfasst eine Sende- und Empfangseinheit 132 zum Senden und Empfangen eines Signalstrahls und einen Reflektor 134 zum Reflektieren des Signalstrahls zurück zu der Sende- und Empfangseinheit 132, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vorzugsweise kann jede passende Sensoranordnung eingesetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Da die Reitstockanordnung 56 während des Betriebs längs der ersten Führungsschienen 62 seitlich in Richtung der Trommel 20 bewegt wird, erkennt die Sensoranordnung 130 das Komplettrad 18, da der Reifen 24 den Weg des Signalstrahls unterbricht. Gleichzeitig misst das seitliche Linear-Wegmesssystem 71 die seitliche Bewegung oder die Verschiebung der Reitstockanordnung 56. Sobald der Reifen 24 den Weg des Lichtstrahls nicht mehr unterbricht, entspricht der Betrag der seitlichen Verschiebung der Breite des Reifens 24. Die seitliche Position des Komplettrads 18 und die Breite des Reifens 24 werden zur Verhinderung einer Kollision zwischen dem Komplettrad 18 und der Trommel 20 während des Tests eingesetzt. Auf gleiche Weise wird das vertikale Linear-Wegmesssystem 93 zum Bestimmen des Durchmessers des Komplettrads 18 durch Messung der vertikalen Bewegung oder Verschiebung der Stützanordnung 72 entlang der zweiten Führungsschienen 74 eigesetzt, während das Komplettrad 18 abgesenkt wird, bis der Reifen 24 die innere Umfangsfläche 50 der Trommel 20 beaufschlägt und damit beginnt, sich in Reaktion auf die Drehung der Trommel 20 zu drehen. Diese Abfolge von Messungen wird mit den zuvor in die Steuereinheit 119 eingegebenen Identifikationsdaten verglichen und gewährleistet, dass das tatsächlich auf der Spindelanordnung 94 befestigte Komplettrad 18 dem vorgese henen, in dem Steueralgorithmus identifizierten Komplettrad 18 entspricht.
Vor dem Test des Komplettrads 18 mit der Prüfanordnung 10 werden das seitliche Linear-Wegmesssystem 71, die Sturzmessdosen 80, das vertikale Linear-Wegmesssystem 93, der Rad-Kraftaufnehmer 120 und das Drehwegmesssystem 118 zurückgesetzt bzw. genullt, um die Genauigkeit der während des Tests ausgelesenen Messwerte zu gewährleisten. Insbesondere wird die Steuereinheit 119 nach Befestigen des Komplettrads 18 an der Radnabenanordnung 126 das seitliche Linear-Wegmesssystem 71, die Sturzmessdosen 80, das vertikale Linear-Wegmesssystem 93, den Rad-Kraftaufnehmer 120 und das Drehwegmesssystem 118 nullen und kalibrieren.
Abweichungen der Prüfergebnisse während des Tests des Komplettrads 18 mit der Prüfanordnung 10 treten üblicherweise aufgrund folgender Faktoren auf: Reibung zwischen Reifen und Trommel, Reibungsveränderungen an der Reifenaufstandsfläche mit der Temperatur, Rad- und Reifengeometrie, -größe und -steifigkeit, Reifengummizusammensetzung, Laufflächendesign und – verschleift und Reifenablagerungen innerhalb der Trommel 20. Um die Abweichungen der Prüfergebnisse zu minimieren, steuert bzw. überwacht der Steueralgorithmus automatisch und in Echtzeit den Sturzwinkel α des Komplettrads 18 in Reaktion auf die Überwachung des Sturzmoments M_x. Zur Optimierung des Sturzwinkels α in Echtzeit wird zuerst ein Momentenradius R_mom des Reifens 24 bestimmt. Während Kraftfahrzeugtests oder Flachbahntests bildet der Reifen 24 eine flache bzw. ebene Aufstandsfläche mit der Straße oder einer Flachbahnoberfläche, die einem dynamischen Rollradius entspricht. Der dynamische Rollradius ist der mittlere bzw. durchschnittliche Drehpunkt der Reibung zwischen dem Reifen 24 und der Straße oder der Flachbahnoberfläche. Jedoch umgreift die Trommel 20 während des Tests des Komplettrads 18 mit der Prüfanordnung 10 den Reifen 24. Da die Reifenaufstandsfläche nicht ein einzelner bzw. singulärer Punkt ist, ist das mittels des Rad-Kraftaufnehmers 120 gemessene Sturzmoment M_x das Ergebnis aus der Summe einer unendlichen Anzahl von Kraftvektoren auf der Laufflächenflanke, die den Reifen 24 ringsum und seitlich über den Kontaktbereich hinaus umgreift, da die Lauffläche steif in der Belastungsrichtung der Laufflächenflanke ist. Dies reduziert effektiv den Momentenradius R_mom des Reifens 24 auf einen erheblich geringeren Wert als den dynamischen Rollradius. Um den Momentenradius R_mom zu bestimmen, wird das Komplettrad 18 innerhalb der Trommel 20 unter einem Sturzwinkel α von Null (0) Grad ausgerichtet, eine bekannte Radialkraft auf das Komplettrad 18 ausgeübt und anschließend der Reifen 24 seitlich über die innere Umfangsfläche 50 der Trommel vor- und zurückgezogen, während die Trommel 20 stationär angeordnet ist. Der Rad-Kraftaufnehmer 120 misst das Zieh-Sturzmoment M_{x_drag} und eine axiale Ziehkraft F_{y_drag}. Der Momentenradius R_mom wird unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: Rmom = Mx_drag/Fy_drag
Der Vorgang des Vor- und Zurückziehens des Reifens 24 über die innere Umfangsfläche 50 der Trommel 20 wird für einen Bereich von radialen Lasten aus der Reihe von Lastpaaren durchgeführt, die während Fahrzeugtests vorherbestimmt wurden. Folglich ist der Momentenradius R_mom ein Durchschnittswert mehrerer berechneter Werte. Beispielsweise kann der Momentenradius R_mom der Durchschnittswert von vier Radien sein, die durch Vor- und Zurückziehen des Reifens 24 über die innere Umfangsfläche 50 der Trommel 20 bei den folgenden radialen Kräften berechnet wurden: 0,8F_{z_max}, 0,6F_{z_max}, 0,4F_{z_max} und 0,2F_{z_max}, wobei F_{z_max} eine maximale Radialkraft aus der Reihe von Lastpaaren ist. Der Momentenradius R_mom wird anschließend als eine zweite Eingabegröße des Steueralgorithmus gespeichert und wird zum Steuern des Sturzwinkels α in Echtzeit während des Tests des Komplettrads 18 verwendet.
Für jedes Lastpaar der Reihe von Lastpaaren wird ein Start-Sturzwinkel vor dem Test des Komplettrads 18 bestimmt. Zur Bestimmung des Start-Sturzwinkels für jedes Lastpaar wird das Komplettrad 18 innerhalb der Trommel 20 unter einem Sturzwinkel α von Null (0) Grad angeordnet, wobei der Reifen 24 von der inneren Umfangsfläche 50 der Trommel 20 beaufschlagt wird. Die Trommel 20 wird mit einer niedrigen Geschwindigkeit, bspw. mit einhundertundzwanzig (120) Umdrehungen pro Minute, gedreht, und der erste und der zweite Aktuator 64, 84 werden zum Ausüben der axialen und der radialen Last F_y, F_z auf das Komplettrad 18 betätigt, die den Axialkraft- und Radialkraft-Vorgabewerten F_{y_sp}, F_{z_sp} der gewählten Lastpaare entsprechen. Der dritte Aktuator 106 wird zum Einstellen des Sturzwinkels α betätigt, während das Sturzmoment M_x in Echtzeit unter Verwendung des Rad-Kraftaufnehmers 120 überwacht wird. Das Sturzmoment M_x wird zum Berechnen einer aus dem Moment resultierenden Axialkraft F_{y_mom} unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: Fy_mom = Mx/Rmom
Der Sturzwinkel α wird solange justiert bzw. eingestellt, bis die aus dem Moment resultierende Axialkraft F_{y_mom} dem Axialkraft-Vorgabewert F_{y_sp} des gewählten Lastpaares entspricht. Die Steuereinheit 119 speichert dann den Sturzwinkel α als Start-Sturzwinkel für das gewählte Lastpaar. Die ser Vorgang wird für jedes Lastpaar aus der Reihe von Lastpaaren zum Erstellen eines Testskripts wiederholt. Das Testskript stellt eine dritte Eingabegröße des Steueralgorithmus dar.
Jedes Testskript beinhaltet einzigartige Rad-Prüfdaten von einer speziellen Kraftfahrzeugplattform, und es ist möglich, dass das Testskript für jedes Komplettrad 18 verwendet werden kann, das für eine Verwendung in dieser speziellen Kraftfahrzeugplattform zu prüfen ist. Das Testskript besteht aus einer Folge von Datenzeilen und -blöcken. Jeder Block beinhaltet die folgenden Daten: (1) Axialkraft-Vorgabewert F_{y_sp}, (2) Radialkraft-Vorgabewert F_{z_sp}, (3) Start-Sturzwinkel, (4) Trommel-Drehgeschwindigkeit S_d und (5) Anzahl der Radumläufe in diesem Block N_w. Während des Tests ruft der Steueralgorithmus das Testskript auf und führt jeden Block der Reihe nach aus, bis der letzte Block abgeschlossen ist. Zu Beginn jedes Blocks wird das Komplettrad 18 in der Trommel 20 unter dem Start-Sturzwinkel angeordnet, die Trommel 20 wird auf die vorgegebene Trommel-Drehgeschwindigkeit S_d gebracht und ein für diesen Block vorgesehener Radumlaufzähler wird auf Null gesetzt. Da das Komplettrad 18 durch die Drehung der Trommel 20 gedreht wird, steuert die Prüfanordnung 10 automatisch und in Echtzeit den ersten, zweiten und dritten Aktuator 64, 84, 106, um gleichzeitig folgende Werte einzuhalten: (1) die Axialkraft F_y, die an dem Rad-Kraftaufnehmer 120 im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert F_{y_sp} entsprechend gemessen wird, (2) die aus dem Moment resultierende Axialkraft F_{y_mom} (berechnet aus dem Momentenradius R_mom und dem an dem Rad-Kraftaufnehmer 120 gemessenen Sturzmoment M_x), die im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert F_{y_sp} entspricht, und (3) der Radial kraft F_z, die an dem Rad-Kraftaufnehmer 120 im wesentlichen dem Radialkraft-Vorgabewert F_{y_sp} entsprechend gemessen wird. In anderen Worten ausgedrückt, steuert die Prüfanordnung 10 automatisch und in Echtzeit den Sturzwinkel α in Reaktion auf die Messung des Sturzmoments M_x derart, dass die aus dem Moment resultierende Axialkraft F_{y_mom} im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert F_{y_sp} entspricht, und steuert gleichzeitig die Axial- und die Radialkraft F_y, F_z derart, dass diese im wesentlichen den Axialkraft- und Radialkraft-Vorgabewerten F_{y_sp}, F_{z_sp} entsprechen. Folglich werden der erste, der zweite und der dritte Aktuator 64, 84, 106 während des Tests des Komplettrads 18 vorzugsweise kontinuierlich betreiben. Zwischen Blöcken mit deutlich unterschiedlichen Sturzwinkeln α wird der zweite Aktuator 84 zum Reduzieren der auf das Komplettrad 18 aufgebrachten Radialkraft F_z betreiben, um unkontrollierten Schaden an dem Rad 22 während des Wechsels auf das nächste Lastpaar in dem Testskript zu minimieren.
Ein Verfahren zur Verwendung der biaxialen Radprüfanordnung 10 zum Prüfen des Komplettrads 18 umfasst die folgenden Schritte: Befestigen des Komplettrads 18 an der Prüfanordnung 10, Auswählen des in den Steueralgorithmus einzugebenden Testskripts, Eingeben von Identifikationsdaten für das Komplettrad 18, Nullen und Kalibrieren der seitlichen Linear-Wegmesssteme 71, der Sturzmessdosen 80, des vertikalen Linear-Wegmesssystems 93, des Rad-Kraftaufnehmers 120 und des Drehwegmesssystems 118, Positionieren bzw. Anordnen des Komplettrads 18 in der Trommel 20 unter einem Start-Sturzwinkel zum Beaufschlagen des Reifens 24 mit der inneren Umfangsfläche 50 der Trommel 20, Drehen der Trommel 20 mit der vorgegebenen Trommel-Drehgeschwindigkeit S_d und Ausführen des Steueralgorithmus, um das Testskript zum Prüfen des Komplettrads 18 aufzurufen.
Die Erfindung wurde in einer veranschaulichenden Weise beschrieben und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie in der Eigenschaft der Worte vielmehr zur Beschreibung als zur Beschränkung vorgesehen ist. Viele Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind unter Berücksichtigung der voranstehenden Lehre möglich. Es versteht sich daher, dass im Rahmen der angefügten Ansprüche die Erfindung anders ausgeführt werden kann, als speziell in der Beschreibung beschrieben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4475383 [0004]
- US 7254995 [0005]
- US 6324919 [0030]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Biaxial Wheel Test Assembly” [0001]

Claims

Radprüfanordnung zum Prüfen eines Komplettrads mit: einer Grundplatte, einer in Wirkverbindung an der Grundplatte angebrachten zylindrischen Trommel, wobei die Trommel eine innere Umfangsfläche umfasst, die eine erste Drehachse definiert, und die Trommel um die erste Drehachse drehbar ist, einer verschiebbar mit der Grundplatte gekoppelten Reitstockanordnung, wobei die Reitstockanordnung in einer seitlichen Richtung relativ zu der Trommel verschiebbar ist, einer verschiebbar mit der Reitstockanordnung gekoppelten Stützanordnung, wobei die Stützanordnung in einer vertikalen Richtung verschiebbar ist, um das Komplettrad in Rollkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Trommel zu versetzen, und einer schwenkbar mit der Stützanordnung gekoppelten Spindelanordnung, wobei die Spindelanordnung schwenkbar um eine Schwenkachse zum Einstellen eines Sturzwinkels des Komplettrads ist, wobei sich die Schwenkachse in einer senkrecht zu der seitlichen Richtung und senkrecht zu der vertikalen Richtung stehenden Richtung erstreckt, wobei das Komplettrad drehbar auf der Spindel befestigt ist und um eine zweite Drehachse in Reaktion auf den Rollkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Trommel drehbar ist.
Radprüfanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Bewegen der Reitstockanordnung in der seitlichen Richtung mit dem in Rollkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Trommel befindlichen Komplettrad eine axiale Kraft auf das Komplettrad ausübt, und wobei ein Bewegen der Stützanordnung in der vertikalen Richtung mit dem in Rollkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Trommel befindlichen Komplettrad eine radiale Kraft auf das Komplettrad ausübt.
Radprüfanordnung nach Anspruch 2, wobei die axiale und die radiale Kraft ein Sturzmoment um eine Längsachse auf das Komplettrad ausüben, wobei die Längsachse parallel zu der Schwenkachse der Spindelanordnung ausgerichtet ist.
Radprüfanordnung nach Anspruch 3, die des weiteren einen Mehrachs-Kraftaufnehmer umfasst, der zwischen dem Komplettrad und der Spindelanordnung zum Messen der axialen und der radialen Kräfte und des Sturzmoments angeordnet ist.
Radprüfanordnung nach Anspruch 4, die des weiteren einen ersten Aktuator umfasst, der in Wirkverbindung zwischen der Grundplatte und der Reitstockanordnung zum Bewegen der Reitstockanordnung in der seitlichen Richtung gekoppelt ist, wobei ein zweiter Aktuator in Wirkverbindung zwischen der Reitstockanordnung und der Stützanordnung zum Bewegen der Stützanordnung in der vertikalen Richtung gekoppelt ist, und wobei ein dritter Aktuator in Wirkverbindung zwischen der Stützanord nung und der Spindelanordnung zum Schwenken der Spindelanordnung um die Schwenkachse gekoppelt ist.
Radprüfanordnung nach Anspruch 5, wobei der erste Aktuator einen an der Grundplatte angebrachten ersten Servoantrieb und einen in Wirkverbindung mit der Grundplatte und der Reitstockanordnung gekoppelten ersten Kugelgewindetrieb umfasst, wobei der erste Servoantrieb den ersten Kugelgewindetrieb dreht, um die Reitstockanordnung in der seitlichen Richtung zu bewegen, wobei der zweite Aktuator einen an der Reitstockanordnung befestigten zweiten Servoantrieb und einen in Wirkverbindung mit der Reitstockanordnung und der Stützanordnung gekoppelten zweiten Kugelgewindetrieb umfasst, wobei der zweite Servoantrieb den zweiten Kugelgewindetrieb dreht, um die Stützanordnung in der vertikalen Richtung zu bewegen, und der dritte Aktuator einen an der Stützanordnung befestigten dritten Servoantrieb und einen in Wirkverbindung mit der Stützanordnung und der Spindelanordnung gekoppelten dritten Kugelgewindetrieb umfasst, wobei der dritte Servoantrieb den dritten Kugelgewindetrieb dreht, um die Spindelanordnung um die Schwenkachse zu schwenken.
Radprüfanordnung nach Anspruch 6, wobei die Reitstockanordnung ein Paar voneinander beabstandeter aufrechter Elemente und die Stützanordnung ein Paar voneinander beabstandeter Rahmenelemente umfasst, die verschiebbar mit dem Paar voneinander beabstandeter aufrechter Elemente gekoppelt ist, und die Spindelanordnung zwischen dem Paar voneinander beabstandeter Rahmenelemente angeordnet und mit diesem schwenkbar gekoppelt ist, um die Spindelanordnung um die Schwenkachse zu schwenken.
Radprüfanordnung nach Anspruch 7, wobei ein Ende des dritten Kugelgewindetriebs schwenkbar mit der Spindelanordnung und der dritte Kugelgewindetrieb in Wirkverbindung mit der Stützanordnung gekoppelt ist, und wobei ein Drehen des dritten Kugelgewindetriebs eine lineare Bewegung des dritten Kugelgewindetriebs relativ zu der Stützanordnung bewirkt, wodurch die Spindelanordnung um die Schwenkachse geschwenkt wird.
Radprüfanordnung nach Anspruch 8, wobei die Stützanordnung eine Querstrebe und mindestens eine Kraftmessdose umfasst, wobei die Querstrebe schwenkbar zwischen dem Paar voneinander beabstandeter Rahmenelemente gekoppelt und die mindestens eine Kraftmessdose zwischen der Querstrebe und dem dritten Aktuator zum Messen einer Sturzkraft angeordnet ist und sich der dritte Kugelgewindetrieb durch die Querstrebe hindurch erstreckt.
Radprüfanordnung nach Anspruch 9, wobei die mit der mindestens einen Kraftmessdose gemessene Sturzkraft mathematisch mit den mit dem Rad-Kraftaufnehmer gemessenen axialen und radialen Kräften korreliert wird, um sicherzustellen, dass der Rad-Kraftaufnehmer richtig funktioniert.
Verfahren zum Prüfen eines Komplettrads unter Verwendung einer biaxialen Radprüfanordnung, wobei die Prüfanordnung eine Trommel und einen Rad-Kraftaufnehmer umfasst, mit den folgenden Schritten: Drehen der Trommel mit einer ersten vorherbestimmten Geschwindigkeit, Beaufschlagen der drehenden Trommel mit dem Komplettrad, Ausüben einer mit dem Rad-Kraftaufnehmer gemessenen Radialkraft auf das Komplettrad, die im wesentlichen einem Radialkraft-Vorgabewert entspricht, Ausüben einer mit dem Rad-Kraftaufnehmer gemessenen Axialkraft auf das Komplettrad, die im wesentlichen einem Axialkraft-Vorgabewert entspricht, Messen eines Sturzmoments des Komplettrads mit dem Rad-Kraftaufnehmer, und Steuern eines Sturzwinkels der Rad- und Reifenanordnung in Reaktion auf das gemessene Sturzmoment.
Verfahren nach Anspruch 11, das das Bestimmen eines Momentenradius vor dem Schritt des Drehens der Trommel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Steuerns des Sturzwinkels ein Einstellen des Sturzwinkels umfasst, um die Differenz zwischen einer aus dem Moment resultierenden Axialkraft, die aus dem Sturzmoment berechnet wird, und dem Axialkraft-Vorgabewert zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die aus dem Moment resultierende Axialkraft mittels der Gleichung F_{y_mom} = M_x/R_mom berechnet wird und M_x das Sturzmoment und R_mom den Momentenradius darstellen.
Verfahren nach Anspruch 14, das das gleichzeitige Einhalten der im wesentlichen dem Radialkraft-Vorgabewert entsprechenden Radialkraft, der im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert entsprechenden Axialkraft, und der im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert entsprechenden aus dem Moment resultierenden Axialkraft.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bestimmens des Momentenradius die folgenden Schritte umfasst: Beaufschlagen der Trommel mit dem Komplettrad unter einem Sturzwinkel von näherungsweise Null Grad, Ausüben einer vorbestimmten Radialkraft auf das Komplettrad, seitliches Vor- und Zurückziehen des Komplettrads, wobei das Komplettrad die Trommel beaufschlägt, Messen einer axialen Ziehkraft und eines Zieh-Sturzmoments des Komplettrads mittels des Rad-Kraftaufnehmers, und Berechnen des Momentenradius mittels der Gleichung R_mom = M_{x_drag}/F_{y_drag}, wobei M_{x_drag} das Zieh-Sturzmoment und F_{y_drag} die axiale Ziehkraft darstellt.
Verfahren nach Anspruch 16, das das Einstellen des Sturzwinkels des Komplettrads auf einen Start-Sturzwinkel vor dem Schritt des Ausübens der Radialkraft auf das Komplettrad umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das das Bestimmen des Start-Sturzwinkels nach dem Schritt des Bestimmens des Momentenradius und vor dem Schritt des Drehens der Trommel mit einer ersten vorherbestimmten Geschwindigkeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Bestimmens des Start-Sturzwinkels die folgenden Schritte umfasst: Drehen der Trommel mit einer zweiten vorherbestimmten Geschwindigkeit, Beaufschlagen der drehenden Trommel mit dem Komplettrad unter einem Sturzwinkel von näherungsweise Null Grad, Ausüben der mit dem Rad-Kraftaufnehmer gemessenen Radialkraft auf das Komplettrad, die im wesentlichen einem Radialkraft-Vorgabewert entspricht, Ausüben einer mit dem Rad-Kraftaufnehmer gemessenen Axialkraft auf das Komplettrad, die im wesentlichen einem Axialkraft-Vorgabewert entspricht, Messen des Sturzmoments des Komplettrads mit dem Rad-Kraftaufnehmer, und Einstellen des Sturzwinkels bis die aus dem Moment resultierende Axialkraft, die aus dem gemessenen Sturzmoment berechnet wird, im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert entspricht.
Verfahren zum Steuern einer biaxialen Radprüfanordnung zum Simulieren von Fahr- bzw. Antriebslasten, wobei die Prüfanordnung einen ersten, einen zweiten und einen dritten Aktuator zum Steuern einer Axialkraft, einer Radialkraft und eines Sturzwinkels eines zu prüfenden Komplettrads umfasst, und die Prüfanordnung außerdem eine drehende Trommel mit inneren und äußeren Ringen und einen Rad-Kraftaufnehmer umfasst, wobei das Komplettrad gegen die rotierende Trommel geschoben wird und die inneren und äußeren Ringe mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Aktuator bewegt werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einstellen der Radialkraft auf Basis eines zuvor während Kraftfahrzeugtests bestimmten Radialkraft-Vorgabewerts, Einstellen der Axialkraft auf Basis eines zuvor während Kraftfahrzeugtests bestimmten Axialkraft-Vorgabewerts, Messen eines Sturzmoments auf Basis der Axialkraft und der Radialkraft, und Einstellen des Sturzwinkels auf Basis des gemessenen Sturzmoments.
Verfahren nach Anspruch 20, das das kontinuierliche Einstellen der Axialkraft und der Radialkraft auf Basis der Axialkraft- und Radialkraft-Vorgabewerte in Reaktion auf ein Einstellen des Sturzwinkels umfasst.
Verfahren zum Prüfen eines Komplettrads unter Verwendung einer biaxialen Radprüfanordnung, wobei die Prüfanordnung eine Trommel und einen Rad-Kraftaufnehmer umfasst, mit den folgenden Schritten: Drehen der Trommel mit einer ersten vorherbestimmten Geschwindigkeit, Beaufschlagen der drehenden Trommel mit der Rad- und Reifenanordnung, Anwenden bzw. Einstellen eines vorherbestimmten Sturzwinkels an dem Komplettrad, Ausüben einer mit dem Rad-Kraftaufnehmer gemessenen Radialkraft auf das Komplettrad, die im wesentlichen einem Radialkraft-Vorgabewert entspricht, Ausüben einer mit dem Rad-Kraftaufnehmer gemessenen Axialkraft auf das Komplettrad, die im wesentlichen einem Axialkraft-Vorgabewert entspricht, und gleichzeitiges Einhalten der im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert entsprechenden Axialkraft, der im wesentlichen dem Radialkraft-Vorgabewert entsprechenden Radialkraft und einer im wesentlichen dem Axialkraft-Vorgabewert entsprechenden aus dem Moment resultierenden Axialkraft.
Verfahren nach Anspruch 22, das das Messen eines Sturzmoments mit dem Rad-Kraftaufnehmer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die aus dem Moment resultierende Axialkraft mittels der Gleichung F_{y_mom} = M_x/R_mom berechnet wird und M_x das Sturzmoment und R_mom einen Momentenradius darstellt.