DE1798017B2 - Reifenpruefverfahren zur feststellung von unsymmetrien des reifens - Google Patents

Description

nen A_n- und ß_n-Ausgangssignale desselben als An- stehen und ^ Founer-Kompoucu.^^^ !auswerte den Integrationsstufen eines in gleicher anordnung ^J- «gj^^0U£ _der J^ Anordnung Weise aufgebauten, auf der gleichen Frequenz ^me^^eton°^r^_teäcnlJhen Fourier-Komponemen schwingenden Fourier-Komponentenzusammensetzers werden <heJ¹JgJJgJJJ, ^_{ΐ35ίείεη} Reifens bezugeführt werden, dessen Ausgangssignal die ge- 5 beider ersten ^gdietong ^ ^ ^ wünschte Harmonische des Meßzellensignals nach stimmt P¹?* ™""g"Fourier-Komponentenzusam-Ainpütude und Phase charakterisiert, und daß die fangswerte »^Jf^nSS Se amplituden- und Amplitude dieses Ausgangssignals in einer von dem "f"«"™*""« gßnSdetoninente _liefert. Nulldurchgang des Eingangssignals der ausgangs- gjf^^^fjJ^gSi ihr Signalmaximum, seitigen Integrationsstufe des Fourier-Kumponenten- 10 Die ^K°^mP?ⁿf * ™_⁰ _s^_{al zu} dem Fourier-Komzusammensetzers gesteuerten UND-Stufe zwecks Er- wenn das eine EW^J ^z _{d dadurch be}. zeusung eines für die Unsymmetriegröße maßgeb- ponentenzusammensetze^NuU.ux^ un £hen teifenmarkierungssign-als isoliert wird und daß ^^^^^^ an Hand der zwecks Erzeugung eines für die Orientierung der Un- D;S Erfindung vnre* _{y d Ze}j_chnunsymmetrie auf dem Reifen maßgeblichen Signals ein 15 Zeicnnungen naher beschrieben, von für die Phase maßgebliches Phasensignal durch Zu- gen zeigt _Blockschaltbild eines erfindungsa^ÄSBSSnST^^{1111 ZU emer} gem^Me^es zur Bestimmung der Ungleiches erfindungsgemäße Reifenprüfverfahren ge- Mäßigkeiten^emesReens ^^^ stattet, in gerätemaßig emfacher Form die Ampli- »° F1 g. 2 em ™ηζφ verwendung in einem ertudcn der harmonischen Komponenten und die zu- SinusweHengenerators zm

gehörigen Phasenwinkel der bei der Rotation eines ^»"W^SSÄud eines weiteren rückReifens auftretenden Druckkräfte zu ermitteln. F · «^^"^Kencfaton.

Bei der Messung der Ungleichförmigkeit eines t^SSSSS^aSLbA kurz erörtert wer-Reifens kann der Gehalt an harmonischen Kompo- a₅ Im na^olgenden »ounin^ _{chende Rdfen} nenten eines schwankenden Kraftsignals dargestellt den, m «*>«¥" ^? einer Belastungskraft unterwerden durch die nachfolgenden Fourier-Reihen- ^^^^„^ ^er Rotation des Reifens entwicklung: £ „hoeleitet werden. Es wird ein Reifen zu-

S einer bestimmten gewünschten Die verschiedenen harmonischen Koeffizienten sind i

ti dh di Glih

we^äßig^timmtdurchdieGleichungen: der Achse ^^angeoru^^ ^

^T der durch dieses Rad mit einer besamten Be-

A_n - ² ff(f) cos nmtdti (2) lastung zusammengedrückt wird. Es sind Belastung^

" ^T nießzellen bekannt, ^J^Jf^J^Z

Eine jede harmonische Komponente der Kraft kann dargestellt werden in der Form: <S

ge« d«^{rch die} ungleichmäßigkeit des^Reifens beding

STrequenz^ie die Reifenrotation infolge deren C_n cos (η ω t - Φ_η). W periodischen Charakters haben.

Die Amplitude C_n der «-ten harmonischen Komponente und Φ_π, der entsprechende Phasenwinkel, gemäßen Gerätes zum Feststellen una nercviui«· u... sind dabei: 50 harmonischen Komponenten und der Phasenwinkel C — \\ α ϊ 4_ β * C\\ einer jeden harmonischen Komponente der Un- «-n — M» + ^B* (⁵) gleichförmigkeit eines zu untersuchenden Reifens. ^und Wenn der Reifen unter der Last eines Straßenrades ,_-,/_ 5_ft \ ₍ rotiert wird, so erzeugt eine Radialbelastungszelle ^φ" ~ ^tan \~ j""")· '⁶^ 55 Signale, die proportional den R-uitalschwankungen ⁿ ' des Straßenrads sind, und diese Signale werden in

Betrachtet man die vorstehenden Gleichungen, so einem Vorverstärker 11 verstärkt, und die verstärk ist es offensichtlich, daß man Analog-Computervor- len Signale werden über eine Filteranordnung richtungen in einer Schaltungsanordnung vorsehen einem Spitzendetektor 13 zugeführt und ferner einer kann, die die Lösung dieser Gleichungen ermöglichen. 60 Hauptstufe 15 zur Berechnung der Hauptkomponen-Es ist jedoch offensichtlich, daß in derartigen Schal- ten. Der Spitzendetcktor 13 liefert Ausgangssignale tungsanordnungen man im allgemeinen eine Mehr- zum Vergleich mit hohen und niedrigen Spannungszahl Multiplikationsstufen verwenden muß, um die werten in einer RadialkanalvergleichssUife 14. wäh-Produkte zu bilden, welche die Intcgrandcn der ver- rend die Rechenstufe 15 zur Ermittlung der harmoschiedenen Integrale sind. »5 nischen Komponenten Ausgangssignale liefert. die Die Erfindung verwendet die Seiienschaltung von charakteristisch sind für die in den Gleichungen (2) ■•-i.-.i 1.— c;„„c,„MiRtinQ-7illiitnren. die ie und (3) angegebenen harmonischen Komponenten.

eidet die Serien, chaltung von ^^^^^ZX^^^ ^^ - äÄS -rechnen dann die -dia,-

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belastungsvergleichsstufe 17 und der Phasenwinkel- Wenn der zweite Rotationszyklus des Reifens berechner 16 die Amplitude der harmonischen Kompo- ginnt, werden die Signale der Klemmen 30 und 31 mit nenten und den Phasenwinkel gemäß Gleichung (4), korrekter Polarität den entsprechenden Klemmen wobei der Index π eine ganze Zahl ist. Für ;i=l 30a und 31a als Anfangswerte der Integrationswürde die Grundkomponente, d. h. die erste harmo- 5 stufen 35 und 36 zugeführt, die mit der Umkehrstufe nische Komponente und der zugehörige Phasen- 37 zu einem rückgekoppelten Sinuswellenoszillator winkel, geliefert. Die Art, in der diese Rechnungen zusammengeschaltet sind, wobei die Frequenz des durchgeführt werden, wird nachstehend noch näher Oszillators durch die Widerstände 38 einstellbar ist, erörtert. wie es bei Fig. 2 der Fall war. Das Ausgangssignal Zusätzlich zu den Radialkomponenten wird aus io des Integrators 36 ist maßgeblich für Gleichung (4) dem Signal, das der Signalwandler der Seitenlastzelle und damit maßgeblich für die Amplitude C_n der har-18 liefert, die Seitenkraftkomponente in ähnlicher monischen Komponente, wenn der Kosinusterm der Weise berechnet, wie es zuvor hinsichtlich des Radial- Gleichung (4) gleich 1 ist. Da das Ausgangssignal des signals dargelegt wurde. Die für die Seitenschwankun- Integrators 35 als einen Faktor der Sinusfunktion, die gen maßgeblichen Signale werden in dem Vorver- 15 der Kosinusfunktion des Ausgangssignals des Integrastärker 19 verstärkt, und die verstärkten Signale tors 36 entspricht, enthält, hat die Kosinusfunktion werden durch ein Filternetzwerk 20 zu einem Spitze- ihren Maximalwert oder 1, wenn die Sinusfunktion Spitze-Detektor 21 und einem Rechner 23 zum Be- und damit das Ausgangssignal des Integrators 35 rechnen der harmonischen Komponente geleitet. Die null ist. Wenn das Ausgangssignal des Integrators 36 Wirkungsweisen der Rechenstufen 22 und 24 des für 20 positiv ist und diese Bedingung durch die Vergleichsdie Seitenkomponenten maßgeblichen Kanals sind stufe 40 in F i g. 3 festgestellt wird und das Ausgangsähnlich den Rechenstufen 14 und 17 des für die signal des Integrators 35 null ist, was durch die Ver-Radialkomponenten maßgeblichen Kanals. gleichsstufe 41 festgestellt wird, so werden die Ausin F i g. 2 ist der für die Zwecke der Berechnung gangssignale der beiden Komparatoren 40 und 41 von Fourier-Transformationen grundsätzliche be- 25 der UND-Stufe 42 zugeführt, um ein Steuersignal zu kannte Rechenkreis dargestellt, der in den Rechnern erzeugen, welches die Integratoren 35 und 36 in eine 15 und 23 zum Berechnen der harmonischen Korn- »Halte«-Verfassung setzt und fernerhin an dieser ponenten Anwendung findet. Grundsätzlich besteht Stelle maximaler Ungleichförmigkeit eine Marke an die in Fig. 2 dargestellte Schaltung aus drei Ver- dem rotierenden Reifen anbringt. Das Ausgangsstärkeranordnungen, die als Sinuswellenoszillator in 30 signal des Integrators 36, der nun in der »Halte«- Form einer Rückkopplungsschaltung geschaltet sind, Verfassung ist, ist maßgeblich für den Maximalwert wobei diese Schaltungen Integrationsstufen 25 und der harmonischen Komponente C_n und den Phasen-26 aufweisen, von denen der Ausgangsintegrator 26 winkel Φ, und kann bestimmt werden, indem das über die Umkehrstufe 27 an den Eingangskreis des Signal einer Integrierstufe zur Erzeugung eines Integrators 25 angekoppelt ist. Unter Anwendung 35 Stufen-Sägezahnsignals mit einer Zeitkorstanten zueinstellbarer Widerstände 28 ist die Anordnung so geführt wird, die gleich der für einen Umlauf beausgebildet, daß sie bei einer bestimmten Frequenz nötigten Zeitspanne ist. Diese Integrierslufe wird schwingt. Zur Bestimmung der Grundkomponente gleichzeitig mit dem Integrator 36 in eine »Halte«- wird der Schwingungskreis so eingestellt, daß er auf Verfassung gebracht, so daß der Ausgangswert später derselben Frequenz schwingt, wie der zu unter- 40 ausgelesen werden kann.

suchende Reifen rotiert. Zur Bestimmung der zweiten Der Stromkreis gemäß F i g. 2, der zur Erörterung harmonischen Komponente wird die Frequenz des gelangt ist, ist maßgeblich für die Rechner 15 und 23 Schwiiigungskreises auf einen Wert eingestellt, der der Fig. 1, und der Stromkreis der Fig. 3 ist maßdoppelt so groß ist wie die Rotationsfrequenz des geblich für den Rechner 16 zum Berechnen des Reifens. Für die dritte harmonische Komponente 45 Phasenwinkels in F i g. 1.

findet eine Einstellung auf den dreifachen Wert der Mit dem so beschriebenen Gerät kann ein Reifer

Reifen-Rotationsgeschwindigkeit statt. Entsprechen- schnell in bezug auf die Stelle maximaler Ungleich-

des gilt für die weiteren harmonischen Komponenten. förmigkeit untersucht werden, indem der Reifen aul

Das Ausgangssignal der auf die Belastungen anspre- eine Felge aufgebracht wird, aufgeblasen wird unc

chenden Zelle wird an der Eingangsklemme 29 zu- 50 in einem bestimmten Maß vorbelastet wird. Eint

geführt, in der das Signal zusammen mit der der Um- Messung wird während eines vollständigen Reifen

kehrstufe 27 zugeführten Rückkopplungsspannung Umlaufs durchgeführt. Am Ende dieses Umlaufs er

integriert wird. Wenn der Stromkreis bei derselben hält man die Amplituden A „ und B_n der harmoni

Frequenz schwingt, mit der der Reifen rotiert, so sind sehen Komponente des die Schwankungen der Radial

die entsprechenden Ausgangssignale des Stromkreises 55 last wiedergebenden Signals. In ähnlicher Weise sim

charakteristisch für die Wiedergabe der Grundfre- die Integratoren in F i g. 3 an entsprechende Anfangs

quenz oder der ersten harmonischen Komponente, wertsignale angeschlossen, und der Stromkreis de

d. h. der Index η in Gleichung (1) bis (6) ist 1. Die F i g. 3 wird zu Beginn der zweiten Reifenumdrehun!

in Fig. 2 wiedergegebene Schaltungsanordnung ist in Tätigkeit gesetzt. Die Widerstände 28 und 38 de

in dem Buch von Huskey und Korn, »Computer 60 Fig. 2 und 3 werden so eingestellt, daß die betref

Handbook«, 1962, S. 6-54 bis 6-56, beschrieben. Wie fenden Rückkopplungsschaltungen mit der ge

dort ausgeführt ist, ist das an der Klemme 30 in wünschten Frequenz schwingen. Wenn der Maximal

F i g. 2 auftretende Signal gleich dem Koeffizienten wert der harmonischen Komponente C_n erhalten isi

A_n entsprechend Gleichung (2), und das Signal an so wird dieser Zustand durch geeignete Vergleichs

der Klemme 31 ist gleich dem Koeffizienten B_n ent- 65 vorrichtungen, die die betreffenden Integratoren i

sprechend Gleichung (3), wenn ein vollständiger den »Halte«-Zustand versetzen, festgestellt, und e

Zyklus, d. h. eine vollständige Umdrehung des zu wird auch eine Markiervorrichtung betätigt, die de

prüfenden Reifens, stattgefunden hat. Reifen an der Stelle mit einer Marke versieht, an de

der am stärksten positive Wert der harmonischen Komponente aufgetreten ist. Die Messung wird abgebrochen, wenn der Winkel gefunden ist, das »Laufrad« wird zurückgezogen und die Luft aus dem Reifen ausgelassen und dieser zur Durchführung de; nächsten Messung abgenommen.

Es wurde also der Reifen an der Stelle mit einer Marke versehen, wo das erste harmonische Signal seinen stärksten positiven Wert hatte, so daß der Reifen mit einer Felge zusammengesetzt werden kann, die in gleicher Weise untersucht wurde. Der am stärksten positive Wert der Grundkomponente der Felge wird 180° von der Stelle des stärksten Wertes der Grundkomponente des Reifens gelegt.

Ähnliche Messungen für die seitlichen Verschiebungen verwenden die Stromkreise gemäß F i g. 2 und 3 mit der Ausnahme, daß es hier nicht erforderlich ist, eine Phasenwinkelverschiebungsmessung durchzuführen.

Es ist offensichtlich, daß höhere harmonische Komponenten der entsprechenden Signale durch entsprechende Einstellung der Dämpfungswiderstände 28 und 38 in den Fig. 2 und 3 erhalten werden können, so daß die rückgekoppelten Oszillatoren bei den betreffenden harmonischen Schwingungen der Grundfrequenz schwingen. Bei den höheren harmonischen Schwingungen tritt der Spitzenwert einer jeden harmonischen Komponente mehr als einmal während einer Umdrehung des Reifens auf. Bei der zweiten harmonischen Komponente tritt der Spitzenwert zweimal auf, wobei der zweite Spitzenwert 180° in bezug auf den ersten versetzt liegt. Bei der dritten harmonischen Komponente hat man drei Spitzenwerte, winkelmäßig um 120° versetzt. Die Anzahl der Spitzenwerte und ihre Lage kann für die übrigen harmonischen Komponenten ähnlicherweise bestimmt werden.

Es ist zu beachten, daß die Wiederholung einer Messung der Grundkomponente des Signals bei demselben Reifen nicht davon abhängt, daß der Reifen mit demselben Anfangspunkt auf der Meßapparatur eingestellt wird. Ein Unterschied des Anfangspunktes resultiert in einem anderen Phasenwinkel, der Reifen wird aber wiederum an derselben Stelle markiert werden wie bei der ersten Messung.

Es ist zu beachten, daß das Meßgerät auch so eingestellt werden kann, daß es auf den stärksten negativen Wert der harmonischen Komponente anspricht. Dies hat eine entsprechende Einstellung der Vergleichsstufe 40 in der Weise zur Folge, daß ein negatives Ausgangssignal des Integrators 36 und nicht ein positive«; A.usgangssignal in F i g. 3 festgestellt wird. Bei dieser Anordnung wird die Anzeige des Phasenwinkels um 180° versetzt sein. Die Feststellung und die Bestimmung des am stärksten negativen Wertes der harmonischen Komponente des Reifens kann benutzt werden, wenn die Markierung des stärksten positiven Wertes auf der Felge mit der Markierung zusammenfällt, die den stärksten negativen Wert auf dem Reifen anzeigt. Es ist dies auch vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Markieren des Phasenwinkels auf den Reifen nicht an die Stelle gebracht werden kann, wo das Straßenrad sich in Berührung mit dem Reifen befindet. Indem man die Markierungsvorrichtung 180° von dem Straßenrad entfernt wählt, kann der am stärksten negative Wen der harmonischen Komponente ausgerechnet werden, die Stelle jedoch, an der der am stärksten posi tive Wert der harmonischen Komponente auftritt wird tatsächlich auf dem Reifen markiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 20953;

Claims (3)

und die bei der Rotation auftretenden, durch Unsym- Patentansprüche: metrien des Reifens bedingten Druckkräfte in einer auf Drücke ansprechenden Meßzelle gemessen

1. Reifenprüfverfahren mit einer auf Druck- werden.

kräfte ansprechenden Meßzelle, die an den zu 5 Durch die USA.-Patentschrift 3 375714 ist eine prüfenden, in Rotation versetzten Reifen an- Anordnung zur Feststellung derartiges Unsymmetrien drückbar ist und ein mit der Rotationsfrequenz eines Autoreifens bekanntgeworden, bei der der zu des Reifens periodisches, durch Unsymmetrien prüfende Reifen durch eine angetriebene Welle in des Reifens bedingtes elektrisches Signal erzeugt, Rotation versetzt wird und die auf die Lageranorddessen Amplitude der von dem Reifen auf die io nung dieser Welle bei der Rotation des Reifens aus-Meßzelle ausgeübten Druckkraft proportional ist, geübten Druckkräfte mittels elektrischer Druckmeßdadurch gekennzeichnet, daß das Signal zellen gemessen und angezeigt werden,
/(r) der Meßzelle (10) der Eingangsklemme (29) In der USA.-Patentschrift 3 060 734 ist eine Prüfeines an sich bekannten, aus der Serienschaltung anordnung für Autoreifen beschrieben, bei der der einer Umkehrstufe (27) und zwei Integrator- 15 Reifen durch Berührung eines angetriebenen stufen (25, 26) bestehenden rückgekoppelten und Schwungrades in Rotation versetzt wird und die auf einer einstellbaren (28) Harmonischen (πω) Druckkräfte gemessen werden, die auf die Lagerung der Rotationsfrequenz (ω) schwingenden Fou- des Schwungrades ausgeübt werden.
rier-Komponentenanalysators zugeführt wird und Bei beiden bekannten Anordnungen werden sodie den Integratorstufen (25, 26) zu Zeitpunkten 30 wohl die in der Rotationsebene liegenden als auch einer vollen Reifenumdrehung entnommenen A_n- die senkrecht dazu auftretenden periodischen Druck- und B_n-Ausgangssignale (31, 30) desselben als Schwankungen während der Rotation des Reifens Anfangswerte (30a, 31a) den Integrationsstufen gemessen. Dabei weist die Meßanordnung auch eine (35, 36) eines in gleicher Weise aufgebauten, auf Druckvorrichtung auf, die auf ein Meßblatt die Meßder gleichen Frequenz («ω) schwingenden Fou- »5 ergebnisse automatisch aufdruckt.
rier-Komponentenzusammensetzers (35, 36, 37) Es ist auch üblich, die gemessenen Schwankungen zugeführt werden, dessen Ausgangssignal die ge- der während der Rotation von dem Reifen ausgewünschte Harmonische (neu) des Meßzellen- übten Drücke im Wege der Fourier-Analyse zu anasignals nach Amplitude und Phase lysieren und hierbei sowohl die Amplitude der haupt-

C ·cos(ncot— Φ) ³° sächlichen harmonischen Komponenten des erzeug- " ten Drucksignals als auch den zugehörigen Phasencharakterisiert, und daß die Amplitude (C_n) die- winkel zu bestimmen, bei dem die Komponente ihren ses Ausgangssignals in einer von dem Nulldurch- maximalen Wert erreicht. Phasenwinkel und Ampligang des Eingangssignals der ausgangsseitigen tude der periodischen Druckkraft sind dabei Krite-Integrationsstufe (36) des Fourier-Komponenten- 35 rien für die Ungleichförmigkeit des Reifens. Ein solzusammensetzers gesteuerten UND-Stufe (42) ches Verfahren kann unter Anwendung von Analogzwecks Erzeugung eines für die Unsyownetrie- Computervorrichtungen durchgeführt werden, welche größe maßgeblichen Reifenmarkierungssignals imstande sind, die Multiplikationen und Integratioisoliert wird und daß zwecks Erzeugung eines für nen auszuführen, wie sie die Komponentenberechdie Orientierung der Unsymmetrie auf dem Reifen 40 nung der Fourier-Analyse erfordern,
maßgeblichen Signals ein für die Phase (Φ) maß- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ergebliches Phasensignal durch Zuführung des vor- forderliche Fourier-Analyse in einer Weise durchzugenannten Ausgangssignals führen, die apparaturmäßig einfach ist und daher zu

C · cos (η ω t - Φ) ^weni8 kostspieligen Prüfgeräten führt.

" 45 In dem Buch von Huskey—Korn, »Computer

zu einer Sägezahnstufe (16) abgeleitet wird. Handbook«, 1962, S. 6-54 bis 6-56, sind bereits ohne

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Anwendung von Analog-Multipliziervorrichtungen kennzeichnet, daß das Ausgangssignal arbeitende Schaltungen zur Auswertung von Fourier-

C -cosbicot — Φ) Integralen bekanntgeworden, die nur elektronische

" ' 50 Integriervorrichtungen und Verstärkervorrichtunger

der UND-Stufe (42) über eine nur positive Signal- zu einer Rückkopplungsschaltung zusammengefaßt

werte aussondernde Stufe (40) zugeführt wird. aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Ein Reifenprüfverfahren mit einer auf Druck gekennzeichnet, daß als Harmonischen-Auswähl- kräfte ansprechenden Meßzelle, die an den zu prüfen· mittel in den Fourier-Analysator- und -Zusam- 55 den, in Rotation versetzten Reifen andrückbar ist unc mensetzstufen Widerstände (28, 38) vorgesehen ein mit der Rotationsfrequenz des Reifens periodi sind. sches, durch Unsymmetrien des Reifens bedingte:

elektrisches Signal erzeugt, dessen Amplitude der voi

dem Reifen auf die Meßzclle ausgeübten Druckkraf

60 proportional ist, kennzeichnet sich gemäß der Erfin

dung dadurch, daß das Signal der Meßzellc der Ein

gangsklemme eines an sich bekannien. aus der Serien schaltung einer Umkehrstufe und zwei Integrator stufen bestehenden rückgekoppelten und auf eine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reifenpiüfver- 65 einstellbaren Harmonischen der Rolationsfrequen:

fahren zur Messung von Unsymmetrien wines Auto- schwingenden Fourier-Komponcntenanalysators zu

reifens und insbesondere auf ein derartiges Verfah- geführt wird und die den Integratorstufen zu Zeit

ren. bei dem der RcSk-Ii in Potation versetzt wird punkten einer vollen Reifenumdrehung entnomme