DE2734182C3 - Vorrichtung zum Messen von Lenkmomenten und Lenkwinkeln bei Fahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zum Messen von Lenkmomenten und Lenkwinkeln bei Fahrzeugen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lenkmomenten und Lenkwinkeln bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit einer mit der Lenkspindel verbindbaren Meßnabe, die zur Messung der Lenkmomente ein verdrehbares Meßteil mit Dehnungsmeßstreifen und zur Messung der Lenkwinkel ein Meßglied aufweist.
Durch die DE-AS 15 73 957 ist ein Gerät zum Messen und Aufzeichnen der Lenkkraft, sowie der Steifigkeit von Lenkeinrichiungen bekannt; die rein mit mechanischen Teilen arbeitet. Nachteilig ist dabei, daß diese Einrichtung relativ groß und schwer und somit unhandlich ist Außerdem ist die Einrichtung sehr hoch. in der DE-OS 25 01 521 ist bereits eine Meßeinrichtung beschrieben, bei der die Lenkmomente durch die Messung der Verdrehung einer dünnwandiger Buchse über Dehnungsmeßstreifen und die Lenkwinkel über ein Potentiometer bestimmt werden.
ίο Diese Meßeinrichtung arbeitet nicht genau genug, da Querkräfte durch ungenauen Kraftangriff Meßungenauigkeiten bzw. Meßfehler liefern können. Da die Dehnung vom Widerstandsmoment abhängig ist, muß die Buchse sehr dünnwandig sein, wodurch die Gefahr von Beschädigungen gegeben ist. Für die Potentiometermessung muß erst die elektrische Mitte eingestellt werden. Weiterhin is«, nur eine begrenzte Winkelmessung möglich. Der Potentiometer unterliegt außerdem einem gewissen mechanischen Verschleiß, der unter Umständen zu Störungen führen kann.
Aus Sov. Iηv. 111., Week U34 (1973), S, p. 12,359,569 ist es bekannt, bei einem Steuerrad die Verdrehung zwischen der Nabe und dem Kranz zu messen. Es wird praktisch die Verdrillung gemessen. In der US-PS 29 55 454 ist eine Vorrichtung zur Eichung von Drehmomentsschlüsseln beschrieben. Dabei wird die Dehnung von Speichen mittels Dehnungsmeßstreifen gemessen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß die Dehnung über die Speichenlänge nicht konstant ist.
in der US- PS 34 93 506 sind Speichen beschrieben, die die Funktion von Federn haben.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die unempfindlich gegen von außen einwirkende Störkräfte, wie z. B. Querkräfte, ist, die genaue Meßwerte liefert und die wenig störanfällig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Meßteiles ergibt eine genaue, von Störeinflüssen weitgehend freie Messung, die relativ robust ist. Das Lenkmoment wird nun durch die Verdrehung der beiden Ringe über die Speichen bestimmt. Die Speichen wirken dabei wie zweiseitig eingespannte Träger. Über die Dehnungsmeßstreifen an den Speichen wird die Dehnung der Speichen bei der Verdrehung gemessen und so das Lenkmoment in bekannter Weise bestimmt.
Da nach dem Hookeschen Gesetz die Dehnung proportional der Materialspannung ist, liegt durch die an den Speichen herrschende in etwa überall gleiche Biegebeanspruchung auch in etwa überall gleiche Dehnung der Speichen vor.
In einfacher Weise kann diese gleiche Biegebeanspruchung bzw. Dehnung dadurch erreicht werden, daß die Metallstreifen in ihrem mittleren Bereich eingeschnürt sind. Dadurch wird eine möglichst große gleichmäßige Dehnung und damit genaue Messung erreicht.
Von Vorteil ist es, wenn die Speichen aus biegsamen Metallstreifen bestehen, deren Schmalseiten in radialer Richtung angeordnet sind. Durch diese Ausbildung wird die Meßeinrichtung noch robuster und insbesondere gegen Querkräfte unempfindlicher. Die Metallstreifen können dabei aus Titan bestehen.
Auf diese Weise erhält man eine relativ hohe Dehnung bei gleichzeitiger niedriger Materialspannung und geringem Gesamtgewicht.
Wenn jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen an zwei sich gegenüberliegenden Speichen in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind, wird eine sehr präzise Messung erreicht. Es wird nämlich nur dr;r Unterschied in den Widerständen der beiden Dehnungsmeßstreifen bestimmt. Störfaktoren, wie z. B. Temperaturänderungen, werden somit ausgeschaltet
Eine weitere Gewichtsersparnis wird erreicht, wenn die Ringe mit radialen Bohrungen versehen sind.
Zur Auswertung und Aufzeichnung der Meßergebnis- ι ο se kann ein über Leitungen mit der Meßnabe verbundenes, als X— V-Schreiber mit Batteriebetrieb ausgebildetes Registriergerät vorgesehen werden.
Diese Trennung der Registrierung von der Messung erleichtert der Bedienungsperson die Arbeit und die Meßnabe ist kleiner und leichter. Das Registriergerät kann dabei einfach auf den Beifahrersitz gelegt werden.
Dabei kann vorgesehen sein, daß das Registriergrät mit einem Vorsatz für die elektronischen Aggregate, wie Drucktastenersatz, Gegentaktwandler, digitale Auswertanlage und Umschalter versehen ist.
Dieser Vorsatz dient zur Anpassung an ein handelsübliches Registriergerät.
Von Vorteil ist es, wenn zur Messung des Druckes in einer Servolenkung Druckmeßdosen vorgesehen sind, deren Meßwerte in das Registriergerät eingegeben werden.
Bei dieser Meßeinrichtung sind keine Einstellarbeiten erforderlich. Sie läßt sich aufgrund des geringen Gewichtes einfach handhaben und bedienen.
Die Meßeinrichtung kann in allen KJz verwendet werden, auch bei den heute bei Lenkrädern im allgemeinen übliche Topfformen. 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 Messung des Drehmoments kann vollkommen reibungsfrei erfolgen, weil 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 elektrische Nulleinstellung ist in jeder beliebigen Stellung möglich.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 Prinzipdarstellung der Meßeinrichtung,
F i g. 2 Längsschnitt durch die Meßnabe,
F i g. 3 Schnitt 1II-III nach der F i g. 2, F i g. 4 Prinzipdarsteüungder Verdrehung.
Wie in Fig. 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 Arretierhebel 4 wird die Meßnabe 1 am Armaturenbrett 5 gegen Verdrehen gesichert. Die Meßnabe mißt Lenkspindelmoment und Lenkwinkel.
Eine oder mehrere Druckmeßdosen 6 werden an den f<5 entsprechenden Stellen in dem Lenkungshydraulik-System mit Servopumpe 7 und Motor 8 angeschlossen. Über elektrische Kabel 9, 10, 11 und 12 werden die Geräte mit einem Registriergerät 13 verbunden.
Als Registriergerät wird ein X— K-Schreiber mit Meßstellenschalter und Auswertanlage bekannter Bauart mit Batteriebetrieb verwendet.
Dem Schreiber ist ein Vorsatz 14 angebaut, der die zu dei. Messungen erforderlichen elektronischen Aggregate und Umschalter beinhaltet. Der zusätzliche Stromverbrauch liegt bei etwa 1,5 Watt und wird der Batterie des Schreibers entnommen.
In dem Vorsatz befindet sich:
1. 6teiliger Drucktastensatz zur Umschaltung der 5 Meßmöglichkeiten und einer Nullstelltaste für die digitale Winkelmessung.
2. Elektronischer Gegentaktwandler zur Erzeugung der erforderlichen stabilisierten Betriebsspannungen bei geringerem Leistungsbedarf.
3. Digitale Auswertanlage für den Lenkradwinkel mit 5 elektronischen Untersetzungsstufen und Analogausgängen.
4. Geberanschlußsteckdosen.
Der Aufbau der Meßnabe 1 ist in der F i g. 2—4 näher beschrieben. Die Meßnabe 1 ist über einen Adapter 15 auf der Lenkspindel 2 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 Arretieriiebels 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 19, die über sechs am Umfang verteilte Speichen, die als Metallstreifen 20 ausgebildet sind, miteinander verbunden sind.
Durch Betätigen des Lenkrades 3 oder 3a wird entsprechend dem Widerstand der Lenkung ein Drehmoment über die Meßnabe und die Adapter 15 und ggf. 16 in die Lenkspindel 2 eingeleitet. Beim Aufbringen des Drehmoments werden die beiden Ringe 18 und 19 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 einander gegenüberliegende Metallstreifen mit Dehnmeßstreifen 21 beklebt werden, die in einer Vollbrückenschaltung geschaltet sind. Die Metallstreifen 20 sind als Träger etwa gleicher Biegebeanspruchung 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 23 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 ist über ein Kugellager 28 auf der Meßnabe gelagert und muß nur gegen Verdrehung gesichert
werden.
Am oberen Ende der Meßnabe ist zusätzlich eine nicht näher dargestellte mechanische Winkelmeßeinrichtung in Form einer einstellbaren Skalenscheibe 29 von 0—360° angebracht. Diese dient zur groben Voreinstellung z. B. der mechanischen Mitte der Lenkung (Geradeausfahrtstellung).
Die Schleifringe 23 sind jeweils als Messingring mit rhodinierter 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.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Messen von Lenkrnomenten und Lenkwinkeln bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit einer mit der Lenkspinde! verbindbaren Meßnabe, die zur Messung der Lenkmomente ein verdrehbares Meßteil mit Dehnungsmeßstreifen und zur Messung der Lenkwinkel ein Meßglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil aus zwei koaxial übereinander und parallel zueinander angeordneten Ringen (18, 19) besteht, wobei die beiden Ringe durch achsparallel angeordnete Speichen (20), die mit den Dehnungsmeßstreifen (21) versehen sind und die ein derartiges Querschnittsprofil aufweisen, daß sich jeweils ein Körper etwa gleicher Biegebeanspruchung ergibt, miteinander verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen aus biegsamen Metallstreifen (20) bestehen, deren Schmalseiten in radialer Richtung angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen (20) aus Titan bestehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen (21) an zwei sich gegenüberliegenden Speichen in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (18, 19) mit radialen Bohrungen (22) versehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung und Aufzeichnung der Meßergebnisse ein über Leitungen (8, 9, 10, 11) mit der Meßnabe (1) verbundenes, als X— V-Schreiber mit Batteriebetrieb ausgebildetes Registriergerät (13) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Registriergerät (13) mit einem Vorsatz (14) für die elektronischen Aggregate versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Druckes in einer Servolenkung (7, 8) Druckmeßdosen (6) vorgesehen sind, deren Meßwerte in das Registriergerät (13) eingegeben werden.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Meßwerte von dem sich drehendem Teil der Meßnabe (1) zu dem feststehenden Gehäuseteil (17) der Meßnabe (1) Schleifringe (23) aus Messingringen mit rhodinierter Oberfläche und Schleifer (24) aus Stahldraht vorgesehen sind.
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