DE2734182A1 - Vorrichtung zum messen von lenkmomenten und lenkwinkeln bei fahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zum messen von lenkmomenten und lenkwinkeln bei fahrzeugen

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DE2734182A1 DE19772734182 DE2734182A DE2734182A1 DE 2734182 A1 DE2734182 A1 DE 2734182A1 DE 19772734182 DE19772734182 DE 19772734182 DE 2734182 A DE2734182 A DE 2734182A DE 2734182 A1 DE2734182 A1 DE 2734182A1
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Description

273A182
6. Juli iy77 AKte: ZF tj11/to
Anmelder:
Zahnradfabrik Friedrichshafen Aktiengesellschaft
7990 Friedrichshafen
Vorrichtung zum Messen von Lenkmomenten und Lenkwinkeln bei Fahrzeugen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lenkmomenten und Lenkwinkeln bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit einer mit der Lenkspindel verbindbaren Meisnabe, die zur Messung der Lenkmomente ein verdrehbares Meßteil mit Dehnungsmeßstreifen und zur Meßung der Lenkwinkel ein Meßglied aufweist.
Durch die DT-AS 1 573 957 ist ein Gerät zum Messen und Aufzeichnen der Lenkkraft, sowie der Steifigkeit von Lenkeinrichtungen bekannt; die rein mit mechanischen Teilen arbeitet. Nachteilig ist dabei, daß diese Einrichtung relativ groß und schwer und somit unhandlich ist. Außerdem ist die
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Einrichtung sehr hoch. In der DT-OS 2^01 i>21 ist bereits eine Meßeinrichtung beschrieben, bei der die LenKmomente durch die Meiiung der Verdrehung einer dünnwandigen Buchse Über Dehnungsmeßstreifen und die Lenkwinkel über ein Potentiometer bestimmt werden.
Diese Meßeinrichtung hat Jedoch den Nachteil, daß sie relativ störanfällig ist und darüberhinaus auch nicht immer genau arbeitet.
Außerdem ist die Herstellung der Meßnabe sehr aufwendig. Die Buchse darf für die Meßzwecke nur sehr dünnwandig sein (ca. 0,5 mm), wodurch die Gefahr von Beschädigungen gegeben 1st. Außerdem Können Querkräfte durch ungenauen Kraftangriff Meßungenauigkeiten bzw. Meßfehler liefern. PUr die Potentiometermessung muß erst die elektrische Mitte eingestellt werden. Darüberhinaus ist nur eine begrenzte Winkelmessung möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der in Rede stehenden Art zu schaffen, die leicht zu bedienen und wenig störanfällig ist, und die darüberhinaus genaue Meßwerte liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Meßteil aus einem unteren und einem oberen Ring besteht wobei die beiden Ringe durch reusenartig angeordnete Speichen, die mit den Dehnungsmeßstreifen versehen sind, miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Meßteiles ergibt eine genaue, von StöreinflUssen weitgehend freie Messung, die
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relativ robust ist. Das Lcnitmorr.ent «ird nun durch die Verdrehung der beiden Ringe über die Speicnen bestimmt. Die Speichen wirken dabei wie zweiseitig eingespannte Träger, über die Denungsmelsstreifen an den Speichen wird die Dehnung der Speichen oei der Verdrehung gemessen und so das Lemcmoment in bekannter Weise bestimmt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Speichen aus bieg- . samen MetallsOe*§Cefi&nf deren Schmalseiten in radialer Richtung angeordnet sind.
Durch diese Ausbildung wird die Meßeinrichtung noch robuster und insbesondere gegen Querkräfte unempfindlicher.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Metallstreifen ein derartiges Querschnittsprofil aufweisen, daß sicn jeweils ein Körper gleicher Festigkeit ergibt.
In einfacherweise wird dies dadurch erreicht, daß die Metallstreifen in ihrem mittleren Bereich eingeschnürt sind. Dadurch wird eine möglichst große Dehnung und damit genaue Messung erreicht.
Von Vorteil ist, wenn die Metallstreifen aus Titan bestehen.
Auf diese Weise erhält man eine relativ hohe Dehnung bei gleichzeitiger niedriger Materialspannung und geringem Gesamtgewicht.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen an zwei sich gegenüberliegenden Speichen
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in einer tfollbriicicensehaltung angeorunet sind.
Dadurch wira eine sehr präzise Messung erreicnt. üs wird nämlicn nur der Unterscnied in aen Widerstünden der beiden De hnungs me list reif tu bestimmt. Störfaktoren, wie z.B. Tempera turändt:runden, werden somit ausgeschaltet.
Eine weitere Gewichtsersparnis wird erreicht, wenn die Ringe mit radialen Bohrungen versehen sind.
Eine sehr vorteilhafte una erfinderische Weiterbildung der Erfindung ist gegeben, wenn zur Messung des Lenkungswinkels ein elektro-optlscher Impulsgeber (Inkrementalgeber) im Gehäuse der Me i3 nabe angeordnet ist, der über übersetzungsglieder mit d^r Lenkspindel verbunden ist.
Hierzu können Inkrementalgeber bekannter Bauart verwendet werden.
Bei dieser ilinrtchtang ist eine einfache Nullstellung möglich. Außerdem ist der Meubereicn nicht beschränkt. Es findet nur eine Impulszählung statt. Bei hydrostatischen Lenkungen hat es den Vorteil, daii man feststellen kann, ob ein Schlupf in der Lenkung, z.B. durch ein Leck, vorliegt. Es kann nämlich ohne Schwierigkeiten eine längere Versuchsstrecke gefahren werden, um festzustellen ob ein Schlupfausgleich vorliegt.
Durch die Übersetzungsglieder laut sich eine hohe Meßgenauigkeit erreichen. In einfacherweise erfolgt dies dadurch, daß die Übersetzungsglieder aus einem mit dem Impulsgeber ver-
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bundenen Ritzel und ein rait der Lenkspindel verbundenes Zahnrad bestehen.
In erfindungsgemäßer Weiterolldung ist vorgesenen, aau zur Auswertung und Aufzeichnung der Meüergebnisse ein über Leitungen mit der Meiinabe verbundenes als X-Y Schreiber mit Batteriebetrieb ausgebildetes Registriergerät vorgesehen ist.
Diese Trennung der Registrierung von der Messung erleichtert der Bedienungsperson die Arbeit und die Me Ii na be ist kleiner und leichter. Das Registriergerät kann dabei einfach auf den Beifahrersitz gelegt werden.
Erfindungsgemäü ist dabei vorgesehen, daß das Registriergerät mit einem Vorsatz für die elektronischen Aggregate, wie Drucktastensatz, Gegentaktwandler, digitale Auswertanlage und Umschalter versehen ist.
Dieser Vorsatz dient zur Anpassung an ein handelsübliches Registriergerät.
Von Vorteil 1st es« wenn zur Meßung des Druckes in einer Servolenkung Druckmeßdosen vorgesehen sindjderen Meßwerte in das Registriergerät eingegeben werden.
Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung sind keine Einstellarbeiten erforderlich. Sie läßt sich einfach handhaben aufgrund des geringen Gewichtes und leicht bedienen.
Die Meßeinrichtung kann in allen Kfz verwendet werden, auch bei den heute bei Lenkrädern im allgemeinen übliche Topf-
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form. Bei Verwendung eines Adapters kann jedes beliebige Lenkrad, insbesondere natürlich das Original-Lenkrad verwendet werden. Bei Verwendung des sehr flach gehaltenen Spezial-Lenkrades wird trotz Meßnabe eine fast originalgetreue Lenkradposition erreicht.
Die Nessung des Drehmoments kann vollkommen reibungsfrei erfolgen, well alle reibungsbehafteten Bauelemente wie Schleifringe, Lager, Winkelmeßeinrichtung, zwischen Lenkrad und Meßglied eingebaut werden können.
Durch die Verwendung einer elektro-optischen Winkelmeßeinrichtung hat die Meßnabe den großen Vorteil, daß kein mechanischer Winkelanschlag vorhanden ist und somit beliebig lange in einer Richtung gedreht werden kann. Die elektriscne Nulleinstellung ist in jeder beliebigen Stellung möglich.
Nachfolgend ist ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt, aus dem weitere erfinderische Merkmale hervorgehen.
£s zeigen:
Fig. 1 Prinzipdarstellung der Meßeinrichtung Pig. 2 Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Meßnabe PIg. 3 Schnitt III - III nach der PIg. 2 PIg. 4 Prinzipdarstellung der Verdrehung.
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- AO
Wie in Pig. 1 dargestellt wird die Meßnabe 1 auf die Lenkspindel 2 aufgesetzt, wobei entweder ein Speziallenkrad 3 oder das normale Lenkrad verwendet wird. Die Lage des Originallenkrades ist strichpunktiert angedeutet. Über einen Arretiernebel 4 wird die Meßnabe 1 am Armaturenbrett 5 gegen Verdrehen gesichert. Die Meßnabe mißt Lerne spindelmoment und Lenkwinkel.
Eine oder mehrere Druckmeßdosen 6 werden an den entsprechenden Stellen in dem Lenkungshydraulik-System mit Servopumpe und Motor 8 angeschlossen, über elektrische Kabel 9* 10, und 12 werden die Geräte mit einem Registriergerät 13 verbunden.
Als Registriergerät wird ein X-Y Schreiber mit Meßstellenschalter und Auswertanlage bekannter Bauart mit Batteriebetrieb verwendet.
Dem Schreiber ist ein Vorsatz 14 angebaut, der die zu den Messungen erforderlichen elektronischen Aggregate und Umschalter beinhaltet. Der zusätzliche Stromverbrauch liegt bei etwa 1,3 Watt und wird der Batterie des Schreibers entnommen.
In dem Vorsatz befindet sich:
1. 6-telllger Drucktastensatz zur Umschaltung der 5 Meßmöglichkeiten und einer Nullstelltaste für die digitale Winkelmessung.
2. Elektronischer Gegentaktwandler zur Erzeugung der erfor-
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derlichen stabilisierten Betriebsspannungen bei geringerem Leistungsbedarf.
2. Digitale Auswertanlage für den Lenkradwinkel mit 5 elektronischen Unterst; tzun&sstuf en und Analogausgängen.
4. Seberanschlußsteckdosen.
Der Aufbau der Meßnabe 1 ist in der Pig. 2-4 näner beschrieben. Die Meßnabe 1 ist über einen Adapter 15 auf der Leitspindel 12 befestigt. Durch den großen freien Innendurchmesser kann mit einem handelsüblichen Steckschlüssel die Original-Befestigungsmutter angezogen werden.
Anschließend wird entweder das Spezial-Lenkrad 3 oder mit Hilfe eines weiteren Adapters 16 das Original-Lenkrad 3a am oberen Ende der Meßnabe angeschraubt. Weiterhin ist das Gehäuse 17 der Meßnabe gegen Mitdrehen gesichert. Dies erfolgt wahlweise durch Befestigen des Arretierhebels 4 direkt am Mantelrohr oder einem anderen feststehenden Fahrzeugteil. Nach Anbringen eines elektrischen Verbindungssteckers (nicht dargestellt) ist die Meßnabe funktionsbereit.
Das Meßteil zur Messung der Lenkmomente besteht aus einem unteren Ring 18 und einem oberen Ring 19jdie über sechs am Umfang verteilte Speichen, die als Metallstrelfen 20 ausgebildet sind, miteinander verbunden sind.
Durch Betätigen des Lenkrades ) oder Ja wird entsprechend dem Widerstand der Lenkung ein Drehmoment über die Meßnabe
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und die Adapter I5 und ggf. 16 in die Lenkspindel 2 eingeleitet. Beim Aufbringen des Drehmoments werden die beiden Ringe 18 und I9 gegeneinander verdreht. Dadurch verbiegen sich die Metallstreifen 20.
Die an den Metallstreifen auftretende Biegespannung (Dehnung) ist proportional dem übertragenen Drehmoment und wird mit Dehnmeßstreifen 21 gemessen. Es ist ausreichend, wenn nur zwei gegenüberliegende Metallstreifen mit Dehnmeßstreifen 21 beklebt werden, die in einer Vollbrückenschaltung geschaltet; sind. Die Metallstreifen 20 sind als Träger gleicher Festigkeit im mittleren Bereich eingeschnürt ausgeführt. Als Werkstoff wird Titan verwendet.
Am Umfang der Ringe 18 und 19 sind mehrere Bohrungen 22 angebracht.
Der elektrische Meßwert wird über Schleifringe 25 und Schleifkontakte 24 zur Anschlußsteckdose im stillstehenden Gehäuseteil 17 übertragen. In diesem Gehäuse ist weiterhin noch ein elektro-optischer Impulsgeber 25; ein handelsüblicher Inkrementalgeber, zur Messung des Einschlagwinkels eingebaut. Der Antrieb erfolgt über ein Ritzel 26 und Zahnrad 27. Das Gehäuse 17 1st über ein Kugellager 28 auf der Meßnabe gelagert und muß nur gegen Verdrehung gesichert werden.
Am oberen Ende der Meßnabe 1st zusätzlich eine nicht näher dargestellte mechanische Winkelmeßeinrichtung in Porm einer einstellbaren Skalenscheibe 29 von 0 - 360 ° angebracht. Diese dient zur groben Voreinstellung z.B. der mechanischen Mitte der Lenkung - Geradeausfahrtstellung.
Die Schleifringe 23 sinc/aifftesiingring mit rhodinierter
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Oberfläche und der Schleifer 24 als Stahldraht ausgebildet. Durch diese ganzmetallische Schleifringübertragung wird die Reibung verringert. Außerdem benötigen sie weniger Platz und auch die spätere Wartung im Betrieb ist geringer.
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Leerseite

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    )J Vorrichtung zum Messen von Lenkmomenten und Lenkwinkeln bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit einer mit der Lenkspindel verbindbaren Mebnabe, die zur Messung der Lenkmomente ein verdrehbares Meuteil mit Dehnungsmeüstreifen und zur Meßung der Lenkwinkel ein Mebglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil aus einem unteren und einem oberen Ring (18, 19) besteht,wobei die beiden Ringe durch reusenartig angeordnete Speichen (20), die mit den Dehnungsmeßstreifen (21) versehen sind, miteinander verbunden sind.
    2) Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
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    OWQWAL INSPECTED
    die Speichen aus biegsamen Metallstreifen (20) deren 3chmalsuiten in radialer Hicntunt angeordnet aind
    3) Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dati die Metallstreifen (20) ein derartiges Querschnittsprofil aufweisen, datf sich jeweils ein Körper gleicher Festigkeit ergibt.
    4) Vorrichtung nach Anspruch 2 oder >, dadurch gekennzeichnet, da ii die Metallstreifen (20) aus Titan bestehen.
    5) Vorrichtung nacn Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, da a jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen (21) an zwei sich gegenüberliegenden Speichen in einer Vollbrückenschal tung angeordnet sind.
    6) Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (18, 19) mit radialen Bohrungen (22) versehen sind.
    7) Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei ohne t, daß zur Nessung des Lenkungswinkels ein elektro-optischer Impulsgeber (Inkrementalgeber (23) ) im Gehäuse (17) der Meßnabe (1) angeordnet ist, der über Übersetzungsglieder mit der Lenkspindel (2) verbunden ist.
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    Ö) Vorrichtung nach Anspruch 7,
    u a α u r c h gckeni. zeicnnet, dad die 'Joersetzun^s^lieUer aus einem mit dem Impulsgeber (2?) verbundenen Ritzel (?9) und ein mit utr Lenitipin (2ö) verbundenes Zahnrad (27) besteh
    9) Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daU zur Auswertung und Aufzeichnung der Medergebniss« ein über Leitungen (ö, 9, 10, 11) mit der Meunabe (1) verbundenes,als λ - Y Schreiber mit Batteriebetrieb ausgebildetes Registriergerät (1^) vorgesehen ist.
    10) Vorrichtung nach Anspruch 9»
    dadurch gekennzeicnnet, daü das Registriergerät (12) mit einem Vorsatz (11O für die eleKtronischen Aggregate, wie Drucktastensatz, Gegentaktwandler, digitale Auswertanlage und Umschalter versehen ist.
    11) Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meuung des Druckes in einer Servolenkung (7* 8) Druckmeiädosen (6) vorgesehen sindjderen Meßwerte in das Registriergerät (13) eingegeben werden.
    12) Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur übertragung der Meßwerte von dem sich drehenden Teil der Meßnabe (1) zu dem feststehenden Gehäuseteil (17) der Meunabe (1),Schleifringe (2j5) aus Messingringen mit rhodinierter Oberfläche und Schleifer (24) aus Stahldraht vorgesehen sind.
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