DE1798017C - Reifenprufverfahren zur Feststellung von Unsymmetrien des Reifens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reifenprüfverfahren zur Messung von Unsymmetrien eines Autoreifens und insbesondere auf ein derartiges Verfahren, bei dem der Reifen in Rotation versetzt wird und die bei der Rotation auftretenden, durch Unsym metrien des Reifens bedingten Druckkräfte in eine auf Drücke ansprechenden Meßzelle gemessei werden.

Durch die USA.-Patentschrift 3 375 714 ist eim Anordnung zur Feststellung derartiges Unsymmetrie! eines Autoreifens bekanntgeworden, bei der der zi prüfende Reifen durch eine angetriebene Welle ii Rotation versetzt wird und die auf die Lageranord

ίο nung dieser Welle bei der Rotation des Reifens aus geübten Druckkräfte mittels elektrischer Druckmeß zellen gemessen und angezeigt werden.

In der USA.-Patcntschrift 3 060 734 ist eine Prüf anordnung für Autoreifen beschrieben, bei der de

Reifen durch Berührung eines angetriebenei Schwungrades in Rotation versetzt win¹ und dit Druckkräfte gemessen werden, die auf die Lageruni des Schwungrades ausgeübt werden.

Bei beiden bekannten Anordnungen werden so wohl die in der Rotationsebene liegenden als aucr die senkrecht dazu auftretenden periodischen Druck Schwankungen während der Rotation des Reifen; gemessen. Dabei weist die Meßanordnung auch ei in Druckvorrichtung auf. die auf ein Mißblatt die Meß ergebnisse automatisch aufdruckt.

Es ist auch üblich, die gemessenen Schwankunger der während der Rotation von dem Reifen ausgeübten Drücke im Wege der Fourier-Analyse zu analysieren und hierbei sowohl die Amplitude der hauptsächlichen harmonischen Komponenten des erzeugten Drucksignals als auch den zugehörigen Phasenwinkel zu bestimmen, bei dem die Komponente ihrer maximalen Wert erreicht. Phasenwinkel und Amplitude der periodischen Druckkraft sind dabei K riterien für die Ungleichförmigkeit des Reifens. Ein solches Verfahren kann unter Anwendung von Analog-Computervorrichtungen durchgeführt werden, welche imstande sind, die Multiplikationen und Integrationen auszuführen, wie sie die Komponentenberechnung der Fourier-Analyse erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erforderliche Fourier-Analyse in einer Weise durchzuführen, die apparaturmäßig einfach ist und daher zu wenig kostspieligen Prüfgeräten führt.

4S In dem Buch von Huskey — Korn, »Computer Handbook«, 1962, S. 6-54 bis 6-56, sind bereits ohne Anwendung von Analog-Multipliziervorrichtungen arbeitende Schaltungen zur Auswertung von Fourier-Iniegralen bekanntgeworden, die nur elektronische Integriervorrichtungen und Verstärkervorrichtungen zu einer Rückkopplungsschaltung zusammengefaßt aufweisen.

Ein Reifenprüfverfahren mit einer auf Druckkräfte ansprechenden Meßzelle, die an den zu prüfenden, in Rotation versetzten R.eifen andrückbar ist und ein mit der Rotationsfrequenz des Reifens periodisches, durch Unsymmetrien des Reifens bedingtes elektrisches Signal erzeugt, dessen Amplitude der von dem Reifen auf die Meßzelle ausgeübten Druckkraft proportional ist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß das Signal der Meßzelle der Eingangsklemme eines an sich bekannten, aus der Serienschaltung einer Umkehrstufe und zwei Integratorstufen bestehenden rückgekoppelten und auf einer einstellbaren Harmonischen der Rotationsfrequenz schwingenden Fourier-Komponcntenanalysators· zugeführt wird und die den Integratorstufen zu Zeitpunkten einer vollen Reifenumdrehung entnomme-

nen A_n- und ß„-Ausgangssignale desselben ;ils Anfangswerte den Integrationsstufen eines in gleicher Weise aufgebauten, auf der gleichen Frequenz ichwingenden Fourier-Komponentenzusammensetzers zugeführt werden, dessen Ausgangssignal die gewünschte Harmonische des Meßzellensignais nach Amplitude und Phase charakterisiert, und dal.! die Amplitude dieses Ausgangssignals in einer von dem Niilldurehgang des Eingangssignals der ausgangsseiligen Integrationsstufe des Fourier-Komponentenzusammensetzen* gesteuerten UND-Stufe zwecks Erzeugung eines für die Unsymmetriegröße maßgeblichen Reifenmarkierungssignals isoliert wird und daß zwecks Erzeugung eines für die Orientierung der Unsymmetrie auf dem Reifen maßgeblichen Signals ein für die Phase maßgebliches Phasensignal durch Zuführung des vorgenannten Ausgangssignals zu einer Sagezahnstufe abgeleitet wird.

Das erfindungsgemätk Reifenprüh erfahren gestattet, in gerätcmaßig einfacher Form die Ampliluden der harmonischen Komponenten und die zugehörigen Phasenwinkel der bei der Rotation eines Reifens auftretenden Druckkraft" zu ermitteln.

Bei der Messung der Ungleichförniigkeit eines Reifens kann der Gehalt an harmonischen Komponcnten eines schwankenden Kraftsignals dargestellt werden durch die nachfolgenden Fourier-Reihenentwicklung:

/(') = ^A° \ ^ (A_ncos na>t l· B₁, sin iu„t). 2 „ = , ₍₁₎

Die verschiedenen harmonischen Koeffizienten sind wertmäßig bestimmt durch die Gleichungen:

τ

Λ» = ² ffit) cos ηωίdt; (2)

2 /'

B_n - / fit) sin nwt dt. (?)

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

C_n cos {nutt - Ψ,,).

(4)

Die Amplitude C_n der /i-ten harmonischen Komponente und </>„, der entsprechende Phasenwinkel, sind dabei:

C_n = ^Ar? -I B_n*

= tan'|-

(5)

(6)

55

Betrachtet man die vorstehenden Gleichungen, so ist es offensichtlich, daß man Analog-Computervorrichtungen in einer Schaltungsanordnung vorsehen kann, die die Lösung dieser Gleichungen ermöglichen. Es ist jedoch offensichtlich, daß in derartigen Schaltungsanordnungen man im allgemeinen eine Mehrzahl Multiplikationsstufen verwenden muß, um die Produkte zu bilden, welche die Integranden der verschiedenen Integrals sind.

Die Erfindung verwendet die Sericnschaltung von zwei rückgekoppelten Sinusweücr.o.szillatorcn, die je aus zwei Integratorstufen und einer Umkehrstufe bestehen und eine Fourier-Komponentenanalysatoranordnung bzw. eine Fourier-Komponentenzusammensetzanordnung bilden. In der ersten Anordnung werden die hauptsächlichen Fourier-Komponenten bei der ersten Umdrehung des belasteten Rei^fens bestimmt. Diese Komponenten werden dann als Anfangswerte in die zweite Fourier-Komponentenzusammensetzanordnung eingeführt, die amplituden- und phasenmäßig die zu bestimmende Komponente liefert. Die Komponente hat nämlich ihr Signalmaximum, wenn das eine Eingangssignal zu dem Fourier-Komponentenzusammensetzer Null ist. und dadurch bestimmt sieh zugleich der Phasenwinkel.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfmdungsgemäßen Meßgerätes zur ' !.'Stimmung der Ungleichmäßigkeiten eines Reifens.

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines rückgekoppelten Sinuswellengenerators zur Verwendung in einem erfindungsgemäßeii Gerät und

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild eines weiteren rückgekoppelten Sinus wellengenerators.

Im nachfolgenden soll zunächst kurz erörtert werden, in welcher Weise der zu untersuchende Reifen aufgestellt wird und einer Belastungskraft unterworfen wird, von der bei der Rotation des Reifens Signale abgeleitet werden. Es wird ein Reifen zunächst auf einen Reifenfelgen aufgezogen und in geeigneter Weise unter Druck gesetzt. Die Felge wird mit einer bestimmten gewünschten Geschwindigkeit gedreht, und zwar vorzugsweise durch Mittel, die auf der Achse der Felge angeordnet sind. Es wird ein »Laufrad« in Berührung mit dem Rrifen gebracht, der durch dieses Rad mit einer bestimmten Belastung zusammengedrückt wird. Es sind Belastungsmeßzellen bekannt, und solche Zeilen werden an dem »Laufrad« angebracht, um ein Spannungssignal zu erzeugen, das proportional den Kraftschwankungen des Reifens in radialer und seitlicher Richtung ist. Es ist zu beachten, daß solche Kraftschwankungen durch die Ungleichmäßigkeit des Reifens bedingt sind und daß die Schwankungen des Kraftsignals harmonische Grundkomponenten aufweisen, die dieselbe Frequenz wie die Reifenrotation infolge deren periodischen Charakters haben.

Fig. I ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Gerätes zum Feststellen und Berechnen der harmonischen Komponenten und der Phasenwinkel einer jeden harmonischen Komponente der Ungleichförmigkeit eines zu untersuchenden Reifens. Wenn der Reifen unter der Last eines Straßenrades rotiert wird, so erzeugt eine Radialbelastungszelle 10 Signale, die proportional den Radialschwankungen des Straßenrads sind, und diese Signale werden in einem Vorverstärker 11 verstärkt, und die verstärkten Signale werden über eine Filteranordnung 12 einem Spitzendetektor 13 zugeführt und ferner einer Hauptstufe 15 zur Berechnung der Hauptkomponenten. Der Spitzeridetektor 13 liefert Ausgangssignale zum Vergleich mit hohen und niedrigen Spannungsweiten in einer Radialkanalvergleichsstufe 14, während die Rechenstufe 15 zur Ermittlung der harmonischen Komponenten Ausgangssignale liefert, die charakteristisch sind für die in den Gleichungen (2) und (3) angegebenen harmonischen Komponenten. Mit diesen Sicnalen berechnen dann Hip Rarlinl-

belasHingsvergleichsstufe 17 und der Phasenwinkel- Wenn der zweite Rotationszyklus des Reifens berechncr 16 die Amplitude der harmonischen Kompo- ginnt, werden die Signale der Klemmen 30 und 31 mil ncnten und den Phasenwinkel gemäß Gleichung (4), korrekter Polarität den entsprechenden Klemmen wobei der Index η eine ganze Zahl ist. Für n\ 30« und 31« als Anfangswerte der Integrationswürde die Grundkompoiiente, 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 Sinuswellenoszillatot winkel, geliefert. Die Art, in der diese Rechnungen zusammengeschaltet sind, wobei die Frequenz des durchgeführt werden, wird nachstehend noch näher Oszillators durch die Widerslände 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 Seitenlastzclle und damit maßgeblich für die Amplitude C₁₁ der liar-18 liefert, die Scitcnkraftkomponcnte in ähnlicher monischen Komponente, wenn der Kosinusterm det Weise berechnet, wie es zuvor hinsichtlich des Radial- Gleichung (4) gleich 1 ist. Da das Ausgiingssignal des signals dargelegt wurde. Die für die Scilcnschwankun- 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 Bc- und damit das Ausgangssignal des Integrators 35 rechnen der harmonischen Komponente geleitet. Die null ist. Wenn das Ausgangssignal des Integrators 3(i Wirkungsweisen der Rechenstufen 22 und 24 des für 20 positiv ist und diese Bedingung durch die Vcrglcichsdic Seitenkomponenlcn maßgeblichen Kanals sind stufe 40 in Fig. 3 festgestellt wird und das Ausgangsähnlich den Rcchenslufen 14 und 17 des für die signal des Integrators 35 null ist, was durch die Vcr-Radialkompoiienten maßgeblichen Kanals. glcichsstufe 41 festgestellt wird, so werden die Aus-

In Fig. 2 ist der für die Zwecke der Berechnung gangssignale der beiden Komparatorcn 40 und 41 von Fouricr-Transformationcn grundsätzliche bc- 25 der UNO-Stufc 42 zugeführt, um ein Steuersignal zu kannte Rcchcnkrcis 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 poncnten Anwendung findet. Grundsätzlich besteht Stelle maximaler Unglcichförrnigkcit'cine Marke an die in Fig. 2 dargestellte Schaltung aus drei Ver- dem rotierenden Reifen anbringt. Das Ausgangsstärkeranordnungen, die als Sinuswellenoszillatnr in 30 signal des Integrators 36, der nun in der »Haltc«- 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 Phascn-26 aufvcisen, von denen der Ausgangsintegrator 26 winkel </'„ 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-Sägczahnsignals mit einer Zeitkonstanten zueinstellbarer Widerstände 28 ist die Anordnung so geführt wird, die gleich der für einen Umlauf bcausgebildet, daß sie bei einer bestimmten Frequenz nötigten Zeitspanne ist. Diese Integrierstufe wird schwingt. Zur Bestimmung der Grundkomponentc gleichzeitig mit dem Integrator 36 in eine »Haltc«- 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 Fi g. 2, der zur Erörterung harmonischen Komponente wird die Frequenz des gelangt ist, ist maßgeblich für die Rechner 15 und 23 Schwingungskreises 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 Fig. 1.

findet eine Einstellung auf den dreifachen Wert der Mit dem so beschriebenen Gerät kann ein Reifen Reifen-Rotationsgeschwindigkeit statt. Entsprechen- schnei! in bezug auf die Stelle maximaler Uiigleichdes gilt für die weiteren harmonischen Komponenten. förmigkeit untersucht werden, indem der Reifen auf Das Ausgangssignal der auf die Belastungen anspre- eine Felge aufgebracht wird, aufgeblasen wird und chenden Zelle wird an der Eingangsklemme 29 zu- 50 in einem bestimmten Maß vorbelastet wird. Eine geführt, in der das Signal zusammen mit der der Um- Messung wird während eines vollständigen Reifenkehrstufe 27 zugeführten Rückkopplungsspannung Umlaufs durchgeführt. Am Ende dieses Umlaufs erintegriert wird. Wenn der Stromkreis bei derselben hält man die Amplituden A_n und B_n der harmoni-Frequenz schwingt, mit der der Reifen rotiert, so sind sehen Komponente des die Schwankungen der Radialdie entsprechenden Ausgangssignale des Stromkreises 55 last wiedergebenden Signals. In ähnlicher Weise sind charakteristisch für die Wiedergabe der Grundfre- die Integratoren in Fig. 3 an entsprechende Anfangsquenz oder der ersten harmonischen Komponente, wertsignale angeschlossen, und der Stromkreis der d. h. der Index η in Gleichung (1) bis [G) Kt 1. Die Fi g. 3 wird zu Beginn der zweiten Reifenumdrehung in F i g. 2 wiedergegebene Schaltungsanordnung ist in Tätigkeit gesetzt. Die Widerstände 28 und 38 der 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 gedort 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 ist, A_n entsprechend Gfcichung (2), und das Signal an so wird dieser Zustand durch geeignete Vergleichsder Klemme 31 ist gleich dem Koeffizienten B_n ent- 65 vorrichtungen, die die betreffenden Integratoren in sprechend Gleichung (3), wenn ein vollständiger den »Halte«-Zustand versetzen, festgestellt, und es Zyklus, d. h. eine vollständige Umdrehung des zu wird auch eine Markiervorrichtung betätigt, die den prüfenden Reifens, stattgefunden hat. Reifen an der Stelle mit einer Marke versieht, an der

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. naehsi'-n 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 Phasenwinkelveischiebungsmessung durchzuführen.

F.S ist offensichtlich, daß höhere harmonische Komponenten der entsprechenden Signale durch entsprechende Einstellung der Dämpfungswiderständc 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 jeder 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 dcmselben Reifen nicht davon abhängt, daß der Reifen mit demselben Anfangspunkt auf der Meßapparatui 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 Vcrgleichsstufe 40 in der Weise zur Folge, daß ein negatives Ausgangssignal des Integrators 36 und nichl ein positives Ausgangssignal in F i g. 3 festgestelll wird. Bei dieser Anordnung wird die Anzeige des Phasenwinkel um 180' versetzt sein. Die Feststeiao lung und die Bestimmung des am stärksten negativer Wertes der harmonischen Komponente des Reifen« kann benutzt werden, wenn die Markierung de> stärksten positiven Wertes auf der Felge mit dei Markierung zusammenfällt, die den stärksten nega- *5 tiven Wert auf dem Reifen anzeigt. Es ist dies auch vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Markieren de; 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 Straßenrac entfernt wählt, kann der am stärksten negative Wer der harmonischen Komponente ausgerechnet wer den, 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

309 614/2«

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reifenprüfverfahren mit einer auf Druckkräfte ansprechenden Meßzelle, die an den zu prüfenden, in Rotation versetzten Reifen andrückbar ist und ein mit der Rotationsfrequenz des Reifens periodisches, durch Unsymnietrien des Reifens bedingtes elektrisches Signal erzeugt, dessen Amplitude der von dem Reifen auf die Meßzelle ausgeübten Druckkraft proportional ist. dadurch gekennzeichnet, daß das Signal /(/) der Meßzelle (10) der Eingangsklemmc (29) eines an sich bekannten, aus der Sericnschultung einer Umkehrstufe (27) und zwei Integratorsiufen (25. 26) bestehenden rückgekoppelten und auf einer einstellbaren (28) Harmonischen {n«>) der Rotatic'-sfrequenz (m) schwingenden Fourier-Komponentenanalysators zugeführt wird und die den Integratorstufen (25, 26) zu Zeitpunkten einer vollen Reifenunidrehung entnommenen A_n- und ß„-Ausgangssigni Ie (3?, 30) desselben als Anfangswerte (30a, 31«) den integrationsstufen (35, 36) eines in gleicher Wei^fe aufgebauten, auf der gleichen Frequenz (/im) schwingenden Fourier-Koniponentenzusammensetzers (35, 36, 37) zugeführt werden, dessen Ausgangssignal die gewünschte Harmonische (mn) des Meßzellensignals nach Amplitude und Phase

C_n ■ cos (η ο t i>)

charakterisier, und daß die Ai plitude (C,,) dieses Ausganjssignals in einer von dem Nulldurchgang des Eingangssignals der ausgangsseitigen Integrationsstufe (36) des Fourier-Komponentenzusammensetzers gesteuerten UND-Stufe (42) zwecks Erzeugung eines für die Unsymmetriegröße maßgeblichen Reifenmarkierungssignals isoliert wird und daß zwecks Erzeugung eines für die Orientierung der Unsymmetrie auf dem Reifen maßgeblichen Signals ein für die Phase (</') maßgebliches Phasensignal durch Zuführung des vorgenannten Ausgangssignals

C_n · cos (η αϊ t — Φ)

zu einer Sägezahnstufe (16) abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal

C_n ■ cos (/i in ι — Φ)

der UND-Stufe (42) über eine nur positive Signalwerte aussondernde Stufe (40) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Harmonischen-Auswähl-Itiittel in den Fourier-Analysator- und -Zusammensetzstufen Widerstände (28, 38) vorgesehen sind.