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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinu-
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ierlichen Messung des Kraftschlußbeiwertes zwischen Fahrzeugreifen
und Fahrbahnoberfläche und zeigt gleichzeitig das mit der Vorrichtung durchzuführende
Meßverfahren. Der-Kraftschlußbeiwert hängt von den Eigenschaften des Fahrzeugrades,
wie z.B. Reifenmaterial und Reifenprofil, und der Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche,
z.B. von deren Griffigkeit, ab. Eine ausreichende Griffigkeit der Bahnoberfläche
ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, daß die beim Beschleunigen, Verzögern
und bei der Bogenfahrt des Kraftfahrzeuges zwischen Reifen und Fahrbahn auftretenden
Kräfte übertragen werden, ohne daß das Fahrzeug ins Rutschen gerät. Durch die Griffigkeit
wird ein genügender Kraftschluß zwischen Rad und Straße hergestellt, der den Wagen
bei allen Bewegungsvorgängen in der Spur hält. Selbstverstndlich hängt die Griffigkeit
nicht nur von der Eigenschaft der Fahrbahndecke ab, sondern sie ist vielmehr die
Summe aller Eigenschaften, die für die Aufnahme der Schubkräfte aus den Reifenumfangskraften
bei der Fahrt eines angetriebenen Fahrzeuges in Erscheinung treten. Ziel aller Reifen-
und Fahrbahnkonstrukteure ist es deshalb, Reifen und Fahrbahn so auszubilden, daß
ein möglichst hoher Kraftschlußbeiwert erreicht wird, um auf diese Weise die erforderliche
Sicherheit des Fahrzeugverkehrs sicherzustellen.
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Bisher hat man die Griffigkeit zwischen Reifen und Fahrbahn bzw. den
Kraftschlußbeiwert mit Hilfe eines Schleppgerätes zu messen v acht, welches beispielsweise
im Lexikon der Technik, Lueger, Band 10, 4. Auflage, 1966 auf den Seiten 557 sa
3 560 beschrieben ist. Ein solches Gerät besteht aus einem am Ende eines Schwenkarmes
gelagerten Schlepprad, welches mit seinem Reifen auf der Fahrbahnoberfläche abrollen
kann und mit einer bestimmten
Achslast zu versehen ist. Wenn die
Bremse des Schlepprades betätigt wird, können sowohl die Zugkraft wie der Bremsdruck
gemessen und aus den sich ergebenden Werten der Kraftschlußbeiwert errechnet werden.
Es werden dabei jeweils eine bestimmte Anzahl von Messungen über eine bestimmte
Strecke hinweg vorgenommen, wobei die Geschwindigkeit des gesamten Fahrzeuges und
des Schlepprades konstant sind, aber das Schlepprad bis zum Stillstand abgebremst
wird. Die dabei aufgenommenen Diagramme werden schließlich ausgewertet und das daraus
erhaltene Mittel als Gleitbeiwert angenommen. Da beim Bremsen die Fahrgeschwindigkeit
nicht verringert, sondern nur die Umlaufzahl des Schlepprades vermindert wird, treten
während der Bremsdauer größere Schlupfwerte als bei der üblichen Bremsung auf, wodurch
eine größere Reibungswärre an der Berührungsstelle von Rad und Fahrbahn erzeugt
wird, die sich wiederum auf Reifen und Fahrbahndecke auswirkt und damit die gesamte
Messung erheblich beeinträchtigt.
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Diese und verschiedene andere Einwirkungen, wie z.B. die gegen Ende
des Rollvorganges störende Trägheitskraft, machen die Ergebnisse der Messung des
Haftreibungsbeiwertes unsicher.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mängel zu beheben und eine Meßvorrichtung
zu schaffen, die es ermöglicht, den Kraftschlußbeiwert laufend, d.h. kontinuierlich
und genau, zu ermitteln. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Schleppgerät
zwei unabhAngig voneinander belastbare, auf der Fahrbahn abrollende SchlepprAder
aufweist, die zwangsläufig getrieblich unter Einhaltung eines vorbestimmten, vom
Wert 1 abweichenden Ubersetzungsverhltnisses miteinander verbunden sind, in Verbindung
mit einer Einstellvorrichtung für die einzelnen Radlasten, einer Meßvorrichtung
für die Zugkraft bzw. die An- und Abtriebsdrehmomente
der beiden
Räder und einer Anzeigevorrichtung für den Kraftschlußbeiwert.
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Mit dieser Vorrichtung wird verfahrensmäßig in der Weise gearbeitet,
daß für die jeweilige Messung ein bestimmter Schlupf zugrundegelegt und ein davon
abhängiges Übersetzungsverhältnis zwischen beiden Schlepprädern eingestellt und
die Radlasten der beiden Schleppräder, deren Ubersetzungsverhältnis entsprechend,
verteilt werden.
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Durch das vorgegebene Übersetzungsverhältnis bzw. durch das Verhältnis
der Winkelgeschwindigkeiten oder Drehzahlen der beiden Räder liegt die Summe des
Schlupfes der beiden Schleppräder fest. Die Verteilung dieses Schlupfes auf die
beiden gekoppelten Räder hängt dann nur vom Verhältnis der Radlasten ab. Wirkt z.B.
das Gesamtgewicht nur auf ein Laufrad und ist das andere praktisch entlastet, so
wird das belastete Rad mit voller Bodenhaftung und das unbelastete mit dem ganzen
Schlupf laufen. Durch geeignete Radlastverteilung kann dann erreicht werden, daß
der Schlupf bei beiden Laufrädern entgegengesetzt gleich groß ist.
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Zweckmäßig sind dabei die beiden Schleppräder so angeordnet, daß sie
in einer Spur laufen. Der wesentlichste Teil der Messvorrichtung ist schematisch
in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
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Gemäß beigefügter Zeichnung sind an dem nicht weiter dargestellten
Schleppgerät zwei in einer Spur laufende Schleppräder a und b vorgesehen, die beide
beispielsweise über einen aus Kettenrädern und Kette gebildeten Kettentrieb verbunden
sind. Beide Räder bzw. Reifen haben gleichen Durchmesser D = 2 x R. Das in der Fahrtrichtung
vordere
Rad a ist mit dem kleineren Kettenrad r a versehen. Das andere hat ein größeres
Kettenrad rb, woraus sich ein Übersetzungsverhältnis
ergibt.
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Es bedeuten: ¢ = Kraftschlußbeiwert r = Fahrgeschwindigkeit N = Gesamtlast
(N = Na + Nb) L = Längskraft K = Kettenspannung Z = Zugkraft S = Schlupf w = Winkelgeschwindigkeit
Die Index a und b beziehen sich auf die beiden Laufräder.
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Meßanordnung: Zwei gleichartige und gemeinsam freilaufende Räder a
und b werden in einer Spur geführt, die Winkelgeschwindigkeiten w der Räder sind
mechanisch starr miteinander gekoppelt. Durch ein von eins verschiedenes Übersetzungsverhältnis
wird den Rädern ein von der Geschwindigkeit r unabhängiger Schlupf S aufgeprägt,
wobei das Rad mit der größeren Winkelgeschwindigkeit w einem angetriebenen Laufrad
und das Rad mit der kleineren Winkelgeschwindigkeit einem gebremsten Laufrad entspricht.
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Durch das vorgegebene Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten w liegt
die Summe des Schlupfes der beiden Laufräder fest. Die Verteilung dieses Schlupfes
auf die beiden gekoppelten Laufräder hängt dann nur vom Verhältnis der Radlasten
Na und Nb ab. Wirkt z.B. das Gesamtgewicht N nur auf ein Laufrad und ist das andere
praktisch entlastet, so
wird das belastete Rad mit voller Bodenhaftung
und das unbelastete mit dem ganzen Schlupf 5 laufen.
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Durch geeignete Radlast-Verteilung kann erreicht werden, daß der Schlupf
5a und Sb bei beiden Laufrädern entgegengesetzt gleich ist.
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Das Verhältnis von Zugkraft zu Radlast oder von Kopplungskraft zu
Radlast ist proportional zum Kraftschlußbeiwert.
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Kraftschlußbeiwert r = L/N = Längskraft/Radlast Schlupf S = (wR -
wO)/wO = relative Differenz des der Reifenumdrehung entsprechenden Weges und des
tatsächlich zurückgelegten Weges Der Kraftschlußbeiwert steht in Abhängigkeit vom
Schlupf und erreicht erfahrungsgemäß seinen Höchstwert je nach Straßenzustand bei
etwa 15 - 30%.
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Der bei 20% Schlupf gemessene Kraftschlußbeiwert entspricht mit guter
Näherung dem Höchstwert. Nur bei optimalen Straßenverhältnissen sind höhere Beiwerte
bei größerem Schlupf erreichbar.
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Wenn K die Zugkraft in der Kette ist, so gilt a r = La R La/Lb = raZ/rb
K rb = Ib d.h. um bei beiden Rädern den gleichen Kraftschlußbeiwert zu erreichen,
muß die Gesamtlast N im Verhältnis Na/Nb = ra/rb aufgeteilt werden.
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Der Schlupf eines Laufrades ist S = (wRV)/v=w/wo-1, wobei 0 wO = V/R
die Winkelgeschwindigkeit eines Rades ohne Schlupf ist. Der gesamte Schlupf ist
gleich der relativen Differenz der Winkelgeschwindigkeiten S = Sa - Sb = (wa - wb)/wo
(Sa und Sb entgegengerichtetl) Wenn, wie oben gesagt, durch geeignete Lastverteilung
die Kraftschlußbeiwerte gleich sind, dann gilt wO = (wa + wb)/2 und S = 2 (wa -
wb)/(wa + wb) Wegen der Kopplung der Winkelgeschwindigkeiten ist: wa . ra = wb .
rb und S = 2 (rb - ra )/(rb + ra) und ra/rb = (2-S)/(2+S) Wenn gemäß obigen Angaben
für jedes Rad ein Schlupf von 20E, also S=0,4 angenommen wird, so gilt bei Sa=+20%
und Sb= -20% ra/rb=La/Lb=Na/Nb=2/3 Die Zugkraft Z ergibt sich daraus zu Z = Lb -
La = La/2 = Lb/3 Das Gesamtgewicht beträgt: N=Na+Nb=5Na/2=5Nb/3 Die Kettenspannung
ist: K=La.R/ra=Lb.R/rb a a=b R/r Schließlich errechnet sich der Kraftschlußbeiwert
zu #=La/Na=Lb/Nb=5Z/N=5.K.ra/2RN=5Krb/3RN
Wie hieraus ersichtlich
ist, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Kraftschlußbeiwert # durch
die relativ einfache Messung der Zugkraft Z bzw. der Kettenspannung K ermitteln.
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