DE1226333B

DE1226333B - Vorrichtung zum Messen von Radkraeften und dynamischen Rad- oder Fahrbahn-beanspruchungen, insbesondere an Kraftfahrzeugraedern

Info

Publication number: DE1226333B
Application number: DED43196A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Steinbrenner; Dipl-Phys Gerhard Holland; German Kienle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1963-12-18
Filing date: 1963-12-18
Publication date: 1966-10-06

Description

Vorrichtung zum Messen von Radkräften und dynamischen Rad- oder Fahrbahnbeanspruchungen, insbesondere an Kraftfahrzeugrädern Die Erfindung betrifft eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Messen von Radkräften und dynamischen Rad- oder Fahrbahubeanspruchungen, insbesondere an Kraftfahrzeugrädern, mit Hilfe von an mehreren Stellen über den Radumfang vorzugsweise gleichmäßig verteilten, sowohl in axialer Richtung als auch gegenüber der Radmitte in gleichem Abstand auf der Außen- und Innenseite des Rades einander gegenüberliegenden Dehnmeßstreifen.
Die Erfindung besteht darin, daß die Dehnmeßstreifen, sowohl in radialer als auch in axialer Richtung gesehen, paarweise zusammengefaßt, als Halbbrücken den Brückensdhaltungen von Trägerfrequenzgeräten zugeordnet sind, an jedes Trägerfrequenzgerät ein Ringmodulator angeschlossen ist, deren Ausgang zu einer gemeinschaftlichen Anzeige führt und die Demodulatoren von Sinus- oder Rechteckgeneratoren mit Steuerspannungen versorgt werden, wobei die Phasenlage der Generatoren derart gewählt ist, daß deren Spannung »0« wird, wenn ihre zugeordneten Dehnmeßstrelfen eine waagerechte Lage einnehmen.
Eine solche Anordnung begnügt sich nicht wie die bekannten Vorrichtungen nur mit der Aufzeichnung des Verlaufes der an den einzelnen Meßstellen auftretenden Spannungen, sondern verwandelt diese in eine pulsierende Gleichspannung, wobei die Umwandlung jeweils in der waagerechten Stellung der Dehnmeßstreifen erfolgt. Diese Spannungen werden addiert und geben Auskunft über die auftretenden Fahrbahnkräfte, und zwar um so genauer, je mehr Meßstellen am Rad vorhanden sind.
Man kann zum Erfassen der Radkräfte zwei um 900 oder drei um 1200 usf. versetzte Meßstellen vorsehen. In der Regel wird man eine symmetrische Verteilung vorziehen und eine unsymmetrische nur an unsymmetrisch gebauten Rädern, z. B. solchen mit fünf Speichen, vorsehen.
Es ist zwar schon bekannt, mittels Dehnmeßstreifen Messungen an Fahrzeugrädern in der Weise vorzunehmen, daß man an mehreren Stellen, gleichmäßig über den Radumfang verteilt, auf der Außen- und Innenseite des Rades solche Meßstreifen sowohl in axialer Richtung als auch gegenüber der Radmitte in gleichen Abständen einander gegenüber angeordnet und die sich ergebenden Spannungskurven aufzeichnet. Damit wird jedoch nur die Beanspruchung des Rades an den einzelnen Meßstellen erfaßt. Demgegenüber werden durch die Erfindung diese Spannungen weiterverarbeitet in der Weise, daß diese an jeder Meßstelle mit Hilfe von Ringmodulatoren in eine pulsierende Gleiehspannung verwandelt werden, wobei die Umwandlung durch besondere Generatoren in der waagerechten Stellung der ihnen zugeordneten Dehnmeßstreifen vorgenommen wird. Diese Spannungen werden addiert und ergeben die auftretenden Fahrbahnkräfte, und zwar um so genauer, je mehr Meßstellen vorgesehen sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 die schaubildliche Darstellung eines luftbereiften Kraftfahrzeugscheibenrades mit je vier auf seiner Vorder- und Rückseite vorgesehenen Dehnmeßstreifen für zwei Brückensohaltungen nach dem Schaltschema von F i g. 1 a, F i g. 2 das Rad nach Fig. 1 in einem vertikalen Axialschnitt.
Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel sind an der Vorder- und Rückseite des Rades R jeweils vier elektrische Streifengeber la bis 2d in gleichem Abstand von der Radachse R befestigt. Die durch die gleichen Bezugsziffern als zusammengehörig gekennzeichneten Streifen sind gruppenweise an elektrischen Brückenschaltungen Bt, B2 vereinigt, von denen jeweils eine je einem Trägerfrequenzgerät T1, T2 angehört. Am Ausgang eines jeden Gerätes befindet sich je ein Ringmodulator D1, D2, deren Ausgänge zu einer gemeinschaftlichen AnzeigeA, z.B. einem Schreiber oder einem Oszillographen führen.
Mit dem Rad R laufen mit der gleichen Drehzahl zwei Sinusgeneratoren Gt, G2 um, an die gleichfalls je ein Trägerfrequenzgerät T', T" angeschlossen ist.
Da entsprechend der um 900 versetzten Streifen- gruppen la bis Id und 2a bis 2d deren zu messender Kraftverlauf um 900 phasenverschoben ist, müssen auch die Steuerspannungen der beiden Generatoren Gl, G2 um 900 phasenverschoben sein.
Betrachtet man einen einzelnen Dehnmeßstreifen, so stellt man fest, daß dieser eine Druckkraft anzeigt, wenn er sich bei sich drehendem Rad unterhalb der Radachse, zwischen dieser und der Fahrbahn bewegt.
Umgekehrt zeigt er in seiner Stellung oberhalb der Radachse eine Zugkraft an. Bei einer volkommen konstanten Fahrbahnkraft erhölt man also an jeder Meßstelle des Rades eine sinusformähnliche Meßspannung. Um eine konstante Anzeige zu erhalten, muß diese Spannung gleichgerichtet werden. Dabei muß sichergestellt werden, daß das Umklappen der Sinusfunktion an der richtigen Stelle stattfindet, damit etwaige Gleichspannungsanteile entsprechend einer konstanten gleichförmigen Beanspruchung richtig übertragen werden. Außerdem muß an mehreren Stellen gleichzeitig gemessen werden, und die an allen Stellen vorhandenen gleichgerichteten Kräfte müssen derart überlagert werden, daß bei konstanter eingeleiteter Kraft im Ausgang des Gerätes eine konstante Spannung entsteht, die dieser Kraft proportional ist. Um die gleichen Generatoren für die verschiedensten Versetzungswinkel der Meßstellen verwenden zu können, sind an den Generatoren Mittel zu deren Winkelverstellung vorgesehen, z. B. eine feine Riffelung, wie sie unter dem Begriff der Hirth-Verzahnung bekanntgeworden ist.
Eine solche Anordnung mit vielen Meßstellen und einem Kollektor wäre technisch denkbar, ist aber in der Praxis wegen der damit zusammenhängenden Schleifringschwierigkeiten unbefriedigend. Eine rein elektrische Methode ohne Verwendung von mechanischen Kommutatoren bietet der Ringmodulator. Es handelt sich hierbei um gesteuerte Gleichrichter, die im richtigen Moment umpolen. Dies wird mit Ringmodulatoren erreicht, die von den beiden Generatoren G1, G2 je eine Steuerspannung erhalten Die Ge neratoren müssen so zu den Dehnungsmeßstreifen stehen, daß die Umpolung oder Gleichrichtung dann erfolgt, wenn diese sich gerade in der waagerechten Richtung befinden, also spannungslos sind. Im Beispiel sind trägerfrequente Generatoren vorgesehen, bei welchen sich je ein exzentrisch gelagerter Laufe 3', 3" vor je einem Polschuh 4', 4" so dreht, daß sich die Induktivität ihrer Wicklungen 5', 5" siusförmig ändert Durch Versorgung dieser Spulen mit Trägerfrequenz wird erreicht, daß die Spannung von der Drehzahl unabhängig ist und eine gleichartige Durchsteuerung der Ringmodulatoren D1, D2 erfolgt. Es sind für den eigentlichen Zweck auch Generatoren brauchbar, bei denen in der üblichen Weise eine sinuförmige Wechselspannung erzeugt wird, die meist mit der Drehzahl proportional ansteigt. Um auch heir eine konstante Durchsteuerung der Ringmodulatoren zu erhalten, ist im nachfolgenden Verstärker (zwischen Generator und Ringmodulatör) eine Regelung auf konstante Spannung vorzusehen.
Die Wirkungsweise der beschriebenen und dargestellten Anordnung ist folgende: Die mittels Dehnmeßstrifen 1 a bis 2 d erfaßten mechanischen Beanspruchungen werden mit Hilfe der Meßbrücken B1, B2 und Trägerfrequenzgeräte T1, T2 in eine elektrische Wechselspannung al a2 verwandelt. Mit Hilfe der Demodulatoren D1, D2 werden diese, wie beschrieben, in pulsierende Gleichspannung alt, also umgeformt und in der Anzeige A (z. B.
Spulen- oder Schleifensth-winger) addiert, so daß sich die Kurve a ergibt. Wie man sieht, erhält man bei konstanter Radlast im Ausgang eine leicht gewellte, insgesamt im wesentlichen aber doch auch konstante Spannung, die der Radlast proportional ist. Die Welligkeit ist um so kleiner, je mehr Meßstellen am Umfang verwendet werden. Die nachstehende Tabelle ergibt dabei die Restwelligkeit in Abhängigkeit von der Zahl der verwendeten Meßkanäle. Man kann also die Welligkeit beliebig verkleinern und damit jede gewünschte Genauigkeit erhalten.

Zahl der Meßkanäle Welligkeit

1 50%

2 15%

3 7%

4 4%

5 2,5o

6 1,70/o

@ | 1,4%

8 1,2Wo

Die Kurve a entspricht genau der Radkraft und bei Berücksichtigung der Reifenmasse auch der Fahr bahnkraft. Bei geringer Forderung an die Genauigkeit kann die Reifenmasse auch vernachlässigt werden. Es ist dann die gemessene Kraft entsprechend der Kurve a gleich der Fahrbahnkraft.
Will man jedoch die Reifenmasse berücksichtigen, so kann dies, wie schon angegeben, -entweder durch Rechnung oder auch durch eine Eichung geschehen.
Man kann dem Rad z. B. auf einem Rütteltisch eine bestimmte Schwingbeschleunigung erteilen und dabei die Kraft a messen. Diese muß dann zur eingeleiteten Kraft ins Verhältnis gesetzt werden. Hierzu ist die Kraft auf dem Rütteltisch zu messen. Zur Erfassung von Fliehkrateinflüssen kann man außerdem das Rad auf eine Rolle aufsetzen und durch diese antreiben lassen, oder es treibt dieses umgekehrt die Rolle an. Es ist dabei zweckmäßig, die genannte Untersuchung über den ganzen vorkommenden Frequenzbereich durchzuführen.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Messen von Radkräften und dynamischen Rad- oder Fährbahnbeanspru chungen, insbesondere an Kraftfahrzeugrädern, mit Hilfe von an mehreren Stellen über den Radumfang Vorzugsweise gleichmäßig verteilten, sowohl in axialer Richtung als auch gegenüber der Radmitte in gleichem Abstand auf der Außen-und Innenseite des Rades einander gegenüberliegenden Dehnmeßstreifen, dadurch gekennz e i c h n e t, daß diese sowohl in radialer als auch in axialer Richtung gesehen, paarweise zusammengefaßt als Halbbrücken den Brückenschaltungen (B1, B2) von Trägerfrequenzgeräten (Ti, T2) zugeordnet sind, an jedes Ttägerfrequenzgerät ein Rinumodulator (D1, D2) angeschlossen ist, deren Ausgang zu einer gemeinschaftlichen Anzeige (A) führt und die Demodulatoren Von Sinus- oder Rechteckgeneratoren (G1, G) mit Steuerspannungen versorgt werden, wobei die Phasenlage der Generatoren derart gewählt ist, daß deren Spannung »0e wird, wenn ihre zugeordneten Dehnmeßstreifen eine waagerechte Lage einnehmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (Gt, G2) mit dem zu prüfenden Rad umlaufen, in dem sie entweder auf einer mitumlaufenden Achse sitzen oder von dieser her angetrieben werden.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch nach dem motorischen Prinzip arbeitende Generatoren (Gl, G2).
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Generatoren (Gl, G2) mit sinusförmig veränderlicher Induktivität, mit hinter diesen angeordneten Verstärkern und mit einer Regelung auf konstante Spannung.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (Gl, G2) gegenüber ihrer zugehörigen Achse, z. B. mittels Riflelverzahnung od. dgl., winkelverstellbar gelagert sind.
6. Verfahren zum Messen mit der Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu prüfenden Rad eine zusätzliche Drehbewegung erteilt.
7. Verfahren zum Messen mit der Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu prüfenden Rad zusätzlich eine radial gerichtete Schwingbeschleunigung erteilt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1079 348; »Automobiltechnische Zeitschrift« (ATZ), Heft 2/ 1961, S. 33 ff.