-
Diese
Anmeldung bezieht sich auf Anmeldungen mit dem Titel METHOD OF IMPROVING
STEERING PERFORMANCE ROBUSTNESS UTILIZING DIMENSIONAL NON-UNIFORMITY
IN TIRE/WHEEL (Verfahren zur Verbesserung der Lenkleistungsrobustheit
mit Hilfe von Abmessungsungleichförmigkeit im Rad/Reifen-System),
US-Seriennr. 09/901
447; und METHOD OF IMPROVING STEERING PERFORMANCE ROBUSTNESS UTILIZING
STIFFNESS NONUNIFORMITY IN TIRE/WHEEL (Verfahren zur Verbesserung
der Lenkleistungsrobustheit mit Hilfe von Steifigkeitsungleichförmigkeit
im Rad/Reifen-System), US-Seriennr. 09/901 383, welche beide ein
Einreichungsdatum einhergehend mit dem der vorliegenden Erfindung
haben.
-
TECHNISCHES GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung betrifft Verfahren zur Verbesserung der Lenkleistung von
Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen mit Luftreifen.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Der
Begriff "Lenkleistung" (oder einfach "Lenken") bezieht sich auf
das Gefühl
eines Autofahrers, dass die Lenkung eines Fahrzeugs (und/oder die "Handhabung") auf die Bewegung
des Lenkrads anspricht. Je besser die Lenkleistung, desto besser
das "Gefühl" des Fahrers, Kontrolle über die
Lenkung des Fahrzeugs zu haben. Da Lenkleistung sich auf ein "Gefühl" auf Seiten des Fahrers
bezieht, ist sie im Wesentlichen eine subjektive Bewertung der Lenkung
eines Fahrzeugs. Lenkleistung kann sich mit der Zeit verändern, hauptsächlich verschlechtern,
wenn Bauteile im Fahrzeuglenksystem verschleißen, altern oder beschädigt werden.
Lenksystembauteile umfassen das Lenkrad, die Reifen und Räder, und
alles dazwischen, wie etwa das Lenkgetriebe, eventuelle Hilfskraftbauteile,
und Gestänge
und Gelenke. Die Lenkleistung kann auch mit den Betriebsbedingungen
schwanken, einschließlich
beispielsweise Fahrbahnbeschaffenheit, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Lenkradeinstellungen, kleinere Reifenfülldruckänderungen und Reifen/Rad-Gleichförmigkeitsänderungen
(z.B. Wucht).
-
Die
Verschlechterung der Lenkleistung wird generisch als "Lenkleistungsverlust" (Steering Performance
Loss, SP-Loss) oder "Nachgeben" bezeichnet. Ein
Lenksystem oder Bauteil, das gegen Lenkleistungsverlust beständig ist,
ist "robust", oder es kann davon
gesagt werden, dass es eine "Lenkleistungsrobustheit" besitzt. Gleichermaßen kann
von jeder Bauteiländerung,
die Lenkleistungsverlust in einem Fahrzeuglenksystem zu verzögern oder
verhindern scheint, gesagt werden, dass sie die Lenkleistungsrobustheit
verbessert. Es muss auch erwähnt
werden, dass Lenkleistungsverlust sich bei Fahrzeugen, die im allgemeinen
eine sehr gute und genaue Lenkung haben, mehr bemerkbar macht. Schließlich ist
festgestellt worden, dass Lenkungsbauteiländerungen, die die Lenkleistungsrobustheit
verbessern, normalerweise auch die Wahrnehmung des Fahrers in Hinsicht
auf die Lenkleistung erhöhen.
Das Umgekehrte muss nicht stimmen, d.h. eine Bauteiländerung, die
anfänglich
die Lenkleistung verbessert, könnte
nicht robust sein und verschlechtert sich daher rasch, um einen
Netto-Lenkleistungsverlust
zu ergeben.
-
Lenkleistungsverlust
ist hauptsächlich
ein Punkt bei Personenkraftwagen mit Luftreifen und Hilfskraftlenkung
(Servolenkung), obwohl das Phänomen
auch bei Personenkraftwagen ohne Servolenkung beobachtet worden
ist. Obwohl ein geübter
Fahrer die Lenkleistung bei praktisch jeder Fahrzeuggeschwindigkeit
bestimmen kann, ist die Lenkleistung (und daher eine Änderung
der Lenkleistung, z.B. Lenkleistungsverlust) am deutlichsten über einer
bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle feststellbar. Obwohl
Lenkleistungsverlust im allgemeinen eine mit der Zeit auftretende
Veränderung
ist, kann er praktisch augenblicklich sein.
-
Bestimmte
Fahrzeuge scheinen anfälliger
für Lenkleistungsverlust
zu sein, und es wurde festgestellt (insbesondere an diesen Fahrzeugen),
dass die Lenkleistung durch Unterschiede in der Reifenkonstruktion, oder
sogar durch Veränderungen
von einem Reifen zu einem anderen mit derselben Reifenkonstruktion
beeinträchtigt
wird. (Der übliche
Industriebegriff "Reifenkonstruktion" beinhaltet alle
Elemente der Gestaltung eines Reifens – einschließlich beispielsweise Reifen-/Karkassenform,
Profilmuster, Lagenanzahl und -typ, verwendete Materialien und Herstellungsverfahren,
usw.). Es ist wohlbekannt, dass Reifengleichförmigkeit (z.B. Wucht) sich
von Reifen zu Reifen unterscheidet und dass ein unausgewuchteter
Reifen Vibrationen verursacht, die in der Lenkung fühlbar sind;
daher wird Reifengleichförmigkeit
nahezu universell in Reifen- und Radgestaltung, während Reifen- und Radfertigung
und nach der Bildung einer Reifen-/Rad-Baugruppe kontrolliert. Es wird allgemein
angenommen, dass verbesserte Reifen-/Rad-Gleichförmigkeit die Lenkleistung verbessern und
hoffentlich auch bei der Lenkleistungsrobustheit helfen wird. Wie
oben angemerkt, ist dies nicht immer der Fall, und somit ist ein
großer
Anteil der Forschung auf zusätzliche
Lösungen
für Lenkleistungsverlust
gerichtet worden, wie etwa verschiedene Änderungen der Reifengestaltung.
-
Ungeachtet
von Reifenkonstruktion/-gestaltung strebt die Reifen- und Fahrzeugindustrie
generell nach der bestmöglichen
Reifengleichförmigkeit
und, erweiternd, Gleichförmigkeit
der Reifen-Rad-Baugruppe, jedesmal, wenn ein Reifen zur Anwendung
an einem Fahrzeug auf ein Rad montiert wird. Dies ist ein mehrteiliger Optimierungsprozess,
wodurch der Reifenhersteller nach optimaler Reifengleichförmigkeit
strebt, der Radhersteller nach optimaler Radgleichförmigkeit
strebt und die Fahrzeugbedienperson dann die Reifen-Rad-Baugruppe testen
und auf "Wucht" korrigieren lässt.
-
Reifengleichförmigkeit
und Reifen-Rad-Wucht sind geläufige
Themen in der Reifenindustrie. Eine kurze Beschreibung gewisser
relevanter Teile dieser Themen wird nun vorgelegt.
-
Gleichförmigkeit
und Wucht
-
Reifenhersteller
führen
generell an verschiedenen Punkten während des Fertigungsprozesses
Qualitätsprüfungen an
Reifen durch. Reifengleichförmigkeit
ist eine wichtige, mit der Leistung zusammenhängende Prüfung, die typischerweise auf
einer Reifengleichförmigkeitsmaschine
(TUM) durchgeführt
wird, welche letztere in der Technik geläufig ist und hierin nicht im
einzelnen beschrieben wird. Reifengleichförmigkeitsmaschinen rotieren
am üblichsten
einen auf einem bekanntermaßen
gleichförmigen
oder "Rundlauf-"Rad montierten Reifen
und messen Kraftschwankungen an der Radachse (oder an einem Lastrad)
und/oder messen Schwankungen in Reifen-Rußenflächenpositionen.
Typische Kraftschwankungsmessungen umfassen Radialkraftschwankung
(RFV), welche beispielsweise statische Unwucht oder Rundlaufabweichung
anzeigt; und Seitenkraftschwankung (LFV), welche beispielsweise
Koppelunwucht, Planlaufabweichung oder Reifen-Rundlaufabweichungsschrägstellung
andeutet. Reifenoberflächenmessungen
zeigen direkt Rundlaufbedingungen und Konizität an. Eine andere Messung,
die generell auf einer Probenbasis an speziellen Laborklassen-Hochgeschwindigkeitsrundlaufmaschinen
vollzogen wird, ist Tangentialkraftschwankung (TFV), oder Längskraftschwankung,
die an der Kontaktfläche
zwischen einem Reifen und einer Straßenfläche in einer Richtung sowohl
tangential zur Reifenlauffläche
als auch senkrecht zur Reifen-Rotationsachse
erfahren wird.
-
In
Begriffen der Auswirkung auf ein Fahrzeug und seine Reifen können alle
Typen von Kraftschwankungen Vibrationen verursachen, abhängig von
der Größe der Kraftschwankung
(modifiziert durch Fahrzeugmerkmale, wie etwa Radaufhängungsmasse/Steifigkeit/Dämpfungsbedingungen).
Die Seitenkraftschwankung (und/oder Koppelunwucht) verursachen vor
allem Vibrationen aufgrund einer Flatterbewegung des Reifens, wobei
die Rotationsachse für
die Oszillation vertikal oder horizontal ist, parallel zur Umfangsebene
des Reifens, und innerhalb des Reifen-/Rad-Volumens annähernd zentriert.
Im Gegensatz dazu verursachen Radial- und Tangentialkraftschwankung
und/oder statische Unwucht hauptsächlich Vibrationen in vertikalen
und Längsrichtungen
(obwohl einige seitliche Bewegungen vorkommen, sie sind symmetrisch über die Äquatorebene
verteilt und beziehen nur einen geringen Prozentsatz der gesamten
Reifen-Rad-Baugruppenmasse ein).
-
Statische
und Koppelunwucht
-
Allgemein
gesprochen ist, wenn eine Reifen-Rad-Baugruppe "ausgewuchtet" wird, die moderne Praxis, sowohl die
statische als auch die Koppelunwucht der Baugruppe zu testen und
nötigenfalls
zu korrigieren. Dieses Auswuchten wird generell unter Verwendung
spezieller Ausrüstung
durchgeführt.
Zur Koppelauswuchtung rotiert die Ausrüstung die Reifen-Rad-Baugruppe
generell auf einer relativ hohen Geschwindigkeit und ist der Reifen
nicht mit irgendeiner Oberfläche
in Kontakt (vergleiche mit dem beim Rundlauftesten verwendeten Straßenrad).
-
Statische
Unwucht tritt in einem Drehsystem, wie etwa einer Reifen- und Radbaugruppe,
auf, wenn die Masse der rotierenden Reifen-Rad-Baugruppe ungleichförmig über die Rotationsachse
verteilt ist, derart, dass die Summe der von jedem bewegenden Teil
des Drehsystems entstehenden Zentrifugalkraftvektoren nicht Null ist.
Der Begriff "statisch", wenn er in Bezug
auf Rotationswucht verwendet wird, verweist auf die Tatsache, dass keine
Rotationsbewegung benötigt
wird, um die Rotationsunwucht zu identifizieren, lokalisieren und
zu korrigieren. Das heißt,
ein Rad, das eine statische Unwucht hat, wird aufgrund von Schwerkraftkräften in
bestimmten stationären
Winkelorientierungen um die horizontale Rotationsachse, einen Drehmomentvektor
um die Rotationsachse ausüben.
Ein optimal ausgewuchtetes Reifen-Rad-System wird keinen solchen
Drehmomentvektor um die Rotationsachse ausüben. Natürlich ist anzuerkennen, dass
kein Rotationssystem "perfekte" statische Auswuchtung
haben kann, dass jedoch adäquate
oder optimale statische Wucht in tatsächlichen Rotationssystemen,
wie etwa Reifen-Rad-Baugruppen und Flugzeugpropellern und den Hochrotationsgeschwindigkeitsbauteilen
von Gasturbinen- und Dampfturbinenmotoren, erzielt werden kann.
Ein präziser
Weg zum Beschreiben und Definieren idealer statischer Wucht ist,
zu sagen, dass ein rotierendes System in statischer Wucht ist, wenn
alle Zentrifugalkraftvektoren (die senkrecht zu der Rotationsachse
wirken) eine Summe haben, die Null ist.
-
Im
Gegensatz zu statischer Unwucht kann Koppelunwucht, für alle praktischen
Zwecke, nur während Rotationsbewegung
aufgespürt
werden und erfordert daher dynamische Auswuchtmaschinen. Das heißt, es kann
scheinen, dass ein Rotationssystem, wie etwa eine Reifen-Rad-Baugruppe,
perfekte statische Wucht hat, und trotzdem werden, aufgrund von
Koppelunwucht, während
der Rotation mit Unwuchtkräften
zusammenhängende
Vibrationen auftreten.
-
Eine
dynamische Auswuchtmaschine kann verwendet werden, um sowohl Koppelunwucht
als auch statische Unwucht aufzuspüren und zu korrigieren, und
daher versteht sich eine Reifen-Rad-Baugruppe, die als "dynamisch ausgewuchtet" gekennzeichnet ist,
generell als sowohl statisch als auch koppelausgewuchtet. Die oben
angegebene Definition für
statische Wucht – nämlich, dass
alle Zentrifugalkraftvektoren eine Summe haben, die Null ist – kann ergänzt werden,
sodass sie eine entsprechende Definition dynamischer Wucht verschafft
d.h. dynamische Wucht eines Rotationssystems liegt vor, wenn die
Summe aller Zentrifugalkraftvektoren Null ist (statische Wucht)
und die Summe der Momente dieser Zentrifugalkraftvektoren um jede
Achse, die senkrecht zur Rotationsachse ist, Null ist (Koppelwucht).
-
Ein
Beispiel für
eine statisch ausgewuchtete, jedoch dynamisch unausgewuchtete Reifen-Rad-Baugruppe
wäre eine,
worin eine Seitenwand eines Reifens auf solche Weise ungleichförmig ist,
dass ein Winkelteil der Seitenwand entweder leichter oder schwerer
ist als die anderen Teile der Seitenwand, während gleichzeitig die andere
Seitenwand exakt dieselben Massenverteilungseigenschaften hat, jedoch
so um die Rotationsachse orientiert ist, dass die jeweiligen Ungleichförmigkeiten
jeder Seitenwand in Bezug zur Rotationsachse des Reifens/Rads angewinkelt
voneinander weg orientiert sind. In einer solchen Reifen-Rad-Baugruppe hätten die
Zentrifugalkraftvektoren somit ein resultierendes Moment von nicht
Null und würden
dazu neigen, den Reifen um eine Achse zu rotieren, die senkrecht
zu sowohl der Rotationsachse als auch der Richtung dieser Zentrifugalkraftventoren
ist. In Bezug auf statische Wucht könnten die Zentrifugalkraftventoren
für einen
solchen Reifen als Ganzes jedoch eine Summe haben, die Null ist,
wenn die Standorte überschüssiger Masse,
die mit den jeweiligen Seitenwänden
in dem obigen Beispiel zusammenhängen,
angewinkelt voneinander weg gelegen sind. Wenn beispielsweise zwei
gleiche überschüssige Massen "M" jeweils an einem Punkt in jeder Seitenwand
gelegen sind, dann wird dynamische Unwucht bei statischer Wucht
(d.h. reine Koppelunwucht) auftreten, wenn die Masse M in der ersten
Seitenwand 180 Grad gegenüber
der Masse M in der zweiten Seitenwand gelegen ist und beide Massen
M sich auf demselben Radius gelegen sind. (In dem vorangehend für dynamische
Unwucht angegebenen Beispiel der unregelmäßigen Seitenwand wird die Reifen-Rad-Baugruppe,
wenn nur eine der Seitenwände
unausgewuchtet ist, sowohl eine statische als auch eine Koppelunwucht
haben.)
-
Andere Ungleichförmigkeiten
-
Zusätzlich zu
statischer und Koppelunwucht können
Rotationsvibrationen von anderen Ungleichförmigkeiten in Reifen-Rad-Baugruppen
auftreten, Beispielsweise kann ein Reifen eine Lauffläche oder
Seitenwand bzw. -wände
haben, die eine größere oder
geringere Flexibilität
(Steifigkeit) innerhalb eines Winkelteils verglichen mit anderen
Teilen der Lauffläche
oder Seitenwände
aufweisen. Eine solche Reifen-Rad-Baugruppe kann eine "perfekte", d.h. so nah an
perfekt wie es praktisch ist, Koppel- und statische Wucht haben,
jedoch wird, wenn diese Baugruppe an einem Fahrzeug betrieben wird,
derjenige Teil der Lauffläche
oder Seitenwand, der entweder weicher oder steifer ist, mit der
Fahrbahnfläche
auf Manieren in Wechselwirkung treten, die Vibrationen auftreten
lassen, welche denen einer Reifen-Rad-Baugruppe, die unausgewuchtet
ist, vergleichbar sind (in mancherlei Hinsicht ähnlich, jedoch etwas komplexer
als diese).
-
Wenn
beispielsweise ein Teil der Lauffläche flexibler oder weniger
flexibel als die anderen Teile der Lauffläche ist und der Reifen ansonsten
in seinen Eigenschaften über
seine seitliche Dimension gleichförmig ist, so kann eine resultierende
Vibration derjenigen vergleichbar sein, die von einer statischen
Unwucht herrührt.
Oder wenn die Steifigkeitseigenschaften des Reifens nicht gleichförmig von
Seite zu Seite und entlang dem Reifenumfang sind, dann könnten die
sich ergebenden Rotationsvibrationen die Auswirkungen einer Koppelunwucht
nachahmen.
-
Gleichermaßen werden
Reifen mit Rundlauf- oder Planlaufabweichungen mit der Fahrbahnfläche auf Weisen
in Wechselwirkung treten, die Vibrationen auftreten lassen werden,
die denen einer Reifen-Rad-Baugruppe vergleichbar sind, die statisch
oder dynamisch unausgewuchtet ist.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Verbesserung
der Fahrzeuglenkleistung und Lenkleistungsrobustheit (unter Verringerung
des Risikos auf Lenkleistungsverlust) zu verschaffen, wie in einem
oder mehreren der beigefügten
Ansprüche
definiert.
-
Erfindungsgemäß umfasst
ein Verfahren zur Verbesserung der Lenkleistungsrobustheit in einem
Fahrzeug, das mehrere Reifen-Rad-Baugruppen aufweist, einschließlich einer
Anzahl vorderer Reifen-Rad-Baugruppen und einer Anzahl hinterer
Reifen-Rad-Baugruppen, wobei jede Reifen-Rad-Baugruppe einen auf
einem Rad montierten Reifen umfasst, den Schritt des wenigstens
einer der Reifen-Rad-Baugruppen, vorzugsweise aus einer oder mehreren
der vorderen Reifen-Rad-Baugruppen ausgewählt, Verleihens eines kontrollierten
Betrags von Massenungleichförmigkeit
umfasst.
-
Gemäß einer
ersten Ausführung
der Erfindung wird die Massenungleichförmigkeit durch Integrieren überschüssiger Masse
in wenigstens einen Teil des Reifens der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe,
vorzugsweise nahe am Außenumfang
des Reifens, verliehen. Dann können
alle der mehreren Reifen-Rad-Baugruppen statisch und dynamisch ausgewuchtet
werden. Vorzugsweise bildet die überschüssige Masse
dadurch eine statische Restunwucht (RSI) in dem Reifen, dass sie
meridional symmetrisch um die Äquatorebene des
Reifens verteilt ist; und wird der Reifen mit der überschüssigen Masse
korrigiert, wie erforderlich, um eine minimale Seitenkraftschwankung
zu gewährleisten.
Die Massenungleichförmigkeit
kann beispielsweise mit wenigstens einer schweren Spleißstelle,
mit wenigstens einem zusätzlichen
Gewebestück,
oder durch Nutzung wenigstens eines Sektors eines Reifenbauteils
mit überschüssiger Masse
verliehen werden.
-
Gemäß einer
zweiten Ausführung
der Erfindung ist die Massenungleichförmigkeit eine statische Restunwucht
(RSI), die der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe verliehen wird,
indem wenigstens ein statisches Unwucht-Gewicht an der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe
installiert wird; und werden Seitenkraftschwankungen (LFV), einschließlich Koppelunwucht,
in der wenigstens einen der Reifen-Rad-Baugruppen minimiert, einschließlich jeder
Reifen-Rad-Baugruppe, der RSI verliehen worden ist.
-
Eine
Technik, die statische Unwucht-Gewichte gemäß der zweiten Ausführung der
Erfindung nutzt, umfasst: erstens, statisches und dynamisches Auswuchten
der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe; und zweitens, Installieren
des wenigstens einen statischen Unwucht-Gewichts an der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe,
um der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe die statische Restunwucht
zu verleihen. Das an jedem der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe
installierte wenigstens eine statische Unwucht-Gewicht hat eine
Aggregatmasse von zwischen 2,5 Gramm und 40 Gramm pro Reifen-Rad-Baugruppe.
-
Erfindungsgemäß umfasst
ein Verfahren zur Verbesserung der Lenkleistungsrobustheit in einem
Fahrzeug, das mehrere Reifen-Rad-Baugruppen aufweist, einschließlich einer
Anzahl vorderer Reifen-Rad-Baugruppen und einer Anzahl hinterer
Reifen-Rad-Baugruppen, wobei jede Reifen-Rad-Baugruppe einen auf
einem Rad montierten Reifen umfasst: der wenigstens einen der Reifen-Rad-Baugruppen Verleihen
eines kontrollierten Betrags von Radialkraftschwankung und/oder
Tangentialkraftschwankung; und Minimieren der Seitenkraftschwankung
in der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe. Vorzugsweise wird
die wenigstens eine Reifen-Rad-Baugruppe aus einer oder mehreren
der vorderen Reifen-Rad-Baugruppen ausgewählt.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
des erfinderischen Verfahrens wird der kontrollierte Betrag von
Radialkraftschwankung und/oder Tangentialkraftschwankung mittels
Veränderungen
verliehen, die an dem Reifen der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe
vorgenommen werden. Weiterhin sind alle der mehreren Reifen-Rad-Baugruppen vorzugsweise
statisch und dynamisch ausgewuchtet. Weiterhin können die an dem Reifen vorgenommenen Änderungen
jede Kombination von Veränderungen
an der Massenungleichförmigkeit, Abmessungsungleichförmigkeit
und Steifigkeitsungleichförmigkeit
des Reifens beinhalten.
-
Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zur Ermittlung von Lenkleistungsrobustheit bei einem Fahrzeug
mit mehreren Reifen-Rad-Baugruppen, einschließlich einer Anzahl vorderer
Reifen-Rad-Baugruppen und einer Anzahl hinterer Reifen-Rad-Baugruppen,
wobei jede Reifen-Rad-Baugruppe einen auf einem Rad montierten Reifen
umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte des: Durchführens einer
Reihe von Lenkleistungstests an dem Fahrzeug, wobei wenigstens eine
der Reifen-Rad-Baugruppen ausgewählt
wird und ihr Auswuchtzustand für
jeden Lenkleistungstest geändert
wird; Ausführens
derselben Auswuchtzustandsänderungen
simultan an allen der ausgewählten
Reifen-Rad-Baugruppen Änderns
des Auswuchtzustands der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe durch eine
Folge vorbestimmter Werte, die aus Werten ausgewählt sind, die günstig für die Lenkleistung
sind, Werten, die neutral gegenüber
der Lenkleistung sind, und Werten, die ungünstig für die Lenkleistung sind und
Bestimmens dessen, dass ein Fahrzeug (einschließlich der mehreren Reifen-Rad-Baugruppen)
mit einer robusteren Lenkleistung ein Fahrzeug mit einer besseren
Lenkleistung ist, wenn es mit wenigstens einer Reifen-Rad-Baugruppe
getestet wird, die vorbestimmte Auswuchtzustandswerte hat, die ungünstiger
für die
Lenkleistung sind. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren
weiter gekennzeichnet durch die Schritte des: Anwendens kontrollierter
statischer Restunwucht ohne Koppelunwucht, um Auswuchtzustandswerte
zu verschaffen, die günstig
für die
Lenkleistung sind; Anwendens statischer Wucht mit Koppelwucht, um
Auswuchtzustandswerte zu verschaffen, die neutral gegenüber der
Lenkleistung sind; und Anwendens statischer Unwucht mit kontrollierter
Koppelunwucht, um Auswuchtzustandswerte zu verschaffen, die ungünstig für die Lenkleistung
sind. Ebenfalls bevorzugt wird die wenigstens eine Reifen-Rad-Baugruppe
aus einer oder mehreren der vorderen Reifen-Rad-Baugruppen ausgewählt. Gegebenenfalls
wird das Fahrzeugvibrationsniveau ausgewertet, während die Lenkleistung getestet
wird.
-
Andere
Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Licht deren
nachfolgender Beschreibung deutlich.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Es
wird im einzelnen auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Bezug genommen, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungsfiguren
illustriert sind. Die Figuren sollen illustrativ und nicht einschränkend sein.
Obwohl die Erfindung generell im Kontext dieser bevorzugten Ausführungen
beschrieben ist, versteht es sich, dass es nicht beabsichtigt ist,
den Geist und die Reichweite der Erfindung auf diese bestimmten Ausführungen
zu beschränken.
-
Gewisse
Elemente in ausgewählten
der Zeichnungen können
eventuell zwecks illustrativer Deutlichkeit nicht maßstabsgetreu
abgebildet sein. Die hierin vorgelegten Querschnittsansichten, falls
vorhanden, können
zwecks illustrativer Deutlichkeit in Form von "Scheiben" oder "kurzsichtigen" Querschnittsansichten vorliegen, unter
Weglassung gewisser Hintergrundlinien, die ansonsten in einer getreuen
Querschnittsansicht sichtbar wären.
-
Elemente
der Figuren können
so numeriert sein, dass auf gleichartige (einschließlich identischer)
Elemente in einer einzigen Zeichnung mit gleichartigen Ziffern verwiesen
wird. Beispielsweise kann auf jedes einer Vielzahl von Elementen 199 individuell
als 199a, 199b, 199c usw. verwiesen werden.
Oder, verwandte, jedoch modifizierte Elemente können dieselbe Nummer haben,
werden jedoch durch Strichindices unterschieden. Beispielsweise
sind 109, 109' und 109'' drei unterschiedliche Elemente,
die gleichartig oder auf eine bestimmte Weise verwandt sind, jedoch
signifikante Modifikationen aufweisen, z.B. ein Reifen 109 mit
einer statischen Unwucht gegenüber
einem unterschiedlichen Reifen 109' mit derselben Reifenkonstruktion,
jedoch einer Koppelunwucht. Solche Beziehungen, falls vorhanden,
zwischen gleichartigen Elementen in derselben oder unterschiedlichen
Figuren werden im Verlauf der Patentbeschreibung deutlich, einschließlich, falls
anwendbar, in den Ansprüchen
und der Zusammenfassung.
-
Struktur,
Betrieb und Vorteile der vorliegenden bevorzugten Ausführung der
Erfindung werden weiter deutlich bei Betrachtung der nachfolgenden
Beschreibung, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen,
worin:
-
1A ein
schematisches Diagramm eines rotierenden Systems mit statischer
Unwucht gemäß dem Stand
der Technik ist;
-
1B ein
schematisches Diagramm eines dynamisch ausgewuchteten rotierenden
Systems (statische und Koppelwucht) gemäß dem Stand der Technik ist;
-
1C ein
schematisches Diagramm eines rotierenden Systems mit Koppelunwucht
gemäß dem Stand
der Technik ist;
-
1D eine
schematische Querschnittsansicht eines Rads mit reiner statischer
Unwucht ohne jede Koppelunwucht gemäß dem Stand der Technik ist;
-
1E eine
schematische Querschnittsansicht eines Rads mit reiner Koppelunwucht
ohne jede statische Unwucht gemäß dem Stand
der Technik ist;
-
2A ein
schematisches Diagramm, das eine kreisförmige Bewegung illustriert,
die von einer statischen Unwucht um die Rotationsachse eines rotierenden
Systems hervorgerufen wird, gemäß dem Stand
der Technik ist;
-
2B ein
schematisches Diagramm, das eine Bewegung illustriert, die durch
eine Koppelunwucht um die Rotationsachse eines rotierenden Systems
hervorgerufen wird, gemäß dem Stand
der Technik ist;
-
3A ein
Graph ist, der eine subjektive Beurteilung der Lenkleistung eines
Fahrzeugs in Funktion der Verwendung einer einzigen, hinten montierten
Reifen-Rad-Baugruppe
mit einer statischen Restunwucht gemäß der Erfindung illustriert;
-
3B ein
schematisches Diagramm ist, das den Standort einer einzigen, statisch
unausgewuchteten hinteren Reifen-Rad-Baugruppe gemäß der Erfindung
zeigt;
-
4A ein
Graph ist, der eine subjektive Beurteilung der Lenkleistung eines
Fahrzeugs in Funktion der Verwendung einer einzigen, vorn montierten
Reifen-Rad-Baugruppe
mit einer statischen Restunwucht gemäß der Erfindung illustriert;
-
4B ein
schematisches Diagramm ist, das den Standort einer einzigen, statisch
unausgewuchteten vorderen Reifen-Rad-Baugruppe gemäß der Erfindung
zeigt;
-
5A ein
Graph ist, der eine subjektive Beurteilung der Lenkleistung eines
Fahrzeugs in Funktion der Verwendung von vier Reifen-Rad-Baugruppen,
wovon jede eine statischen Restunwucht hat, gemäß der Erfindung illustriert;
-
5B ein
schematisches Diagramm ist, das die Standorte vier statisch unausgewuchteter
Reifen-Rad-Baugruppen
gemäß der Erfindung
zeigt;
-
5C ein
Graph ist, der eine subjektive Beurteilung der Lenkleistung eines
Fahrzeugs in Funktion der Verwendung einer einzigen, vorn montierten
Reifen-Rad-Baugruppe
mit einer Koppelunwucht gemäß der Erfindung
illustriert;
-
5D ein
schematisches Diagramm ist, das den Standort einer einzigen Reifen-Rad-Baugruppe
mit Koppelunwucht gemäß der Erfindung
zeigt;
-
6A ein
Graph ist, der eine subjektive Beurteilung der Lenkleistung eines
Fahrzeugs in Funktion der Verwendung einer einzigen, vorn montierten
Reifen-Rad-Baugruppe
mit einer gemischten statischen und Koppelunwucht gemäß der Erfindung
illustriert;
-
6B ein
schematisches Diagramm ist, das den Standort einer vorn montierten
Reifen-Rad-Baugruppe mit einer gemischten statischen und Koppelunwucht
gemäß der Erfindung
zeigt;
-
6C ein
Graph ist, der eine subjektive Beurteilung der Lenkleistung für zwei verschiedene
Reifenkonstruktionen, die an einem Fahrzeug getestet worden sind,
als Funktion des Lenkrobustheitsgrades (Steering Robustness Level,
SRL) gemäß der Erfindung
illustriert;
-
6D eine
schematische Illustration eines Reifens mit einer symmetrischen
Massenungleichförmigkeitskonfiguration
zweiten Grades gemäß der Erfindung
ist;
-
6E eine
schematische Illustration eines Reifens mit einer asymmetrischen
Massenungleichförmigkeitskonfiguration
zweiten Grades gemäß der Erfindung
ist;
-
7A ein
schematisches Diagramm einer Reifen-Rad-Baugruppe mit einer Massenungleichförmigkeit
und einem Auswuchtgewicht gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist;
-
7B die
Reifen-Rad-Baugruppe von 7A, rollend
auf einer Fahrbahnfläche
gezeigt, gemäß der Erfindung
ist;
-
7C ein
Graph, der vorhergesagte vertikale und Längskräfte illustriert, die an der
Rotationsachse durch die Massenungleichförmigkeiten der Reifen-Rad-Baugruppe
von 7B hervorgerufen werden, gemäß der Erfindung ist;
-
7D ein
Graph, der mit den in 7C illustrierten Längskräften zusammenhängende Längskräfte illustriert,
gemäß der Erfindung
ist;
-
7E ein
schematisches Diagramm der Reifen-Rad-Baugruppe von 7B, das
vertikale Kraftvektoren illustriert, die in 7C illustrierten
vertikalen Kraftspitzenwerten entsprechen, gemäß der Erfindung ist;
-
7F ein
schematisches Diagramm der Reifen-Rad-Baugruppe von 7B, das
Längskraftvektoren
illustriert, die in 7C illustrierten Längskraftspitzenwerten
entsprechen, und Momentvektoren, die in 7D illustrierten
Momenthöchstwerten
entsprechen, gemäß der Erfindung
ist;
-
8A ein
umfangsgerichteter Querschnitt eines Sektors eines Reifens ist,
der Spleißverfahren
zur Einarbeitung von Ungleichförmigkeiten
gemäß der Erfindung
illustriert; und
-
8B ein
umfangsgerichteter Querschnitt eines Sektors eines Reifens ist,
der Gewebeverfahren zur Einarbeitung von Ungleichförmigkeiten
gemäß der Erfindung
illustriert.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Definitionen
-
Die
folgenden Definitionen können
in den gesamten hierin vorgelegten Beschreibungen verwendet sein
und sollten generell die nachfolgende Bedeutung erhalten, wenn ihnen
nicht durch andere hierin ausgeführte
Beschreibungen wiedersprochen oder darauf eingegangen wird.
-
"Axial" bezieht sich auf
Richtungen parallel zur Rotationsachse des Reifens.
-
"Wucht" bezieht sich auf
eine Verteilung von Masse um einen Reifen oder eine Reifen-Rad-Baugruppe.
-
"Umfangsgerichtet" oder "in Umfangsrichtung" bezieht sich auf
kreisförmige
Linien oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche der
ringförmigen
Lauffläche
senkrecht zur axialen Richtung erstrecken, und kann sich auch auf
die Richtung von Sätzen
benachbarter kreisförmiger
Kurven beziehen, deren Radien die axiale Krümmung der Lauffläche, im
Querschnitt gesehen, definieren.
-
"Konizität" ist eine durchschnittliche
Seitenkraft, die beispielsweise von einem konisch geformten Reifen
herrührt.
Im allgemeinen ist Konizität
eine Ungleichförmigkeit,
die von einer Abmessungs-, Steifigkeits- oder Masseneigenschaft
herrührt,
die asymmetrisch entlang der meridionalen Kontur eines Reifens verteilt
ist, wodurch sie eine seitliche (d.h. Lenk-)Kraft in einer konstanten
seitlichen Richtung erzeugt, unabhängig von der Richtung der Reifenrotation.
Sie kann beispielsweise durch außermittige Reifenbauteile hervorgerufen sein.
-
"Koppelunwucht" bezieht sich auf
eine Unwucht, die dazu neigt, den Reifen um eine Achse zu rotieren, die
senkrecht zur Rotationsachse ist, was im allgemeinen zu einem Flattern
der Reifen-Rad-Baugruppe führt.
-
"Abmessungsungleichförmigkeiten" bezieht sich auf
Ungleichförmigkeiten
in Reifenabmessungen, wobei die Ungleichförmigkeiten messbar sind, wenn
der Reifen in Ruhe ist.
-
"Dynamisches Auswuchten" bezieht sich auf
ein Verfahren zum Auswuchten einer Reifen-Rad-Baugruppe, während die
Baugruppe rotiert wird.
-
"Dynamische Ungleichförmigkeiten" bezieht sich auf
Ungleichförmigkeiten,
die hervortreten, wenn der Reifen rotiert.
-
"Äquatorebene" bezieht sich auf eine Ebene senkrecht
zur Rotationsachse des Reifens und durch das Zentrum seiner Lauffläche verlaufend,
oder auf eine Ebene, die die Umfangsmittellinie der Lauffläche enthält.
-
"Aufstandsfläche" bezieht sich auf
eine Kontaktstelle oder Kontaktbereich einer Reifenlauffläche mit einer
flachen Fläche
(dem Boden, einer Fahrbahn) unter normaler Last und Druck. Aufstandsflächen können sich
mit der Geschwindigkeit verändern.
-
"Springen" bezieht sich auf
eine vertikale Oszillationsbewegung eines Rades zwischen der Fahrbahnfläche und
der Sprungmasse.
-
"Luftdruck" oder "Fülldruck" bezieht sich auf den für spezifische
Lasten und Geschwindigkeitsbedingungen erforderlichen Reifen-Kaltluftdruck.
-
"Unwucht" bezieht sich auf
einen Zustand, der nicht ausgewuchtet ist.
-
"Seitlich" bezieht sich auf
eine Richtung parallel zur axialen Richtung und bezieht sich üblicherweise auf
Kräfte,
die in einer seitlichen (axialen) Richtung auf die Reifenlauffläche wirken.
-
"Seitenkraftschwankung" ist eine dynamische
Ungleichförmigkeit,
die sich darauf bezieht, dass die seitliche (axiale) Kraft des Reifens
um seinen Umfang ungleichförmig
ist, wodurch während
des Fahrens seitliche Vibration (z.B. Flattern) hervorgerufen wird.
Sie wird typischerweise durch eine ungleichförmige Abmessungs-, Steifigkeits-
oder Massenverteilung sowohl entlang der meridionalen Kontur als
auch entlang dem Reifenumfang erzeugt.
-
"Meridian" und "meridional" beziehen sich auf
einen Reifenquerschnitt, genommen entlang einer die Reifenachse
umfassenden Ebene.
-
"Versatz" bezieht sich auf
den seitlichen Abstand vom Zentrum einer Felge (auf halbem Weg zwischen den
Flanschen) zur Radmontagefläche
der Felge.
-
"Geradeauslauf" bezieht sich auf
das subjektive Gefühl
des Nichtvorhandenseins oder Vorhandenseins von freiem Spiel in
einem Fahrzeuglenkrad, bevor eine merkbare Lenkreaktion auftritt.
-
"Übersteuerung" bezieht sich auf
einen Zustand, wobei die Hinterräder
einen größeren Schräglaufwinkel
haben als die Vorderreifen, was ein Drehen des Fahrzeugs in einem
kleineren Radius als vom Fahrer gewünscht verursacht.
-
"Paralleles Springen" bezieht sich auf
eine Form von Radspringen, wobei ein Paar Räder in Phase miteinander springen.
-
"Luftreifen" ist eine lagenweise
aufgebaute mechanische Vorrichtung von allgemein torischer Form (üblicherweise
ein offener Kreisring) mit zwei Wülsten, zwei Seitenwänden und
einer Lauffläche,
und hergestellt aus Kautschuk, Chemikalien, Gewebe und Stahl oder
anderen Materialien, und typischerweise mit Luft unter Druck aufgepumpt.
-
"Radialkraftschwankung" ist eine dynamische
Ungleichförmigkeit,
die sich darauf bezieht, dass die Radialkraft des Reifens um den
Reifenumfang herum ungleichförmig
ist, wodurch während
des Fahrens vertikale und Längsvibration
hervorgerufen wird. Sie wird typischerweise durch eine ungleichförmige Abmessungs-, Steifigkeits-
oder Massenverteilung entlang dem Reifenumfang hervorgerufen.
-
"Radial-Rundlaufabweichung" oder "Höhenschlag" ist eine dynamische Abmessungsungleichförmigkeit,
die eine Veränderung
des Reifenradius um den Umfang eines rotierenden Reifens darstellt.
-
"Statische Restunwucht" oder RSI bezieht
sich auf die absichtliche Einbringung einer statischen Unwucht in
einen Reifen oder eine Reifen-Rad-Baugruppe, wobei die RSI von adäquater Größe ist,
um günstige Einflüsse auf
die Lenkleistung zu haben, indem sie Längs- und/oder vertikale Kraftschwankungen
an der Radachse erzeugt, ohne gleichzeitig von ausreichender Größe zu sein,
um als Vibrationen für
die Fahrzeuginsassen merkbar zu sein.
-
"Rundlaufabweichung" bezieht sich auf
eine Schwankung in der Ablesung eines Abmessungsindikators eines
rotierenden Objekts. Es bezieht sich generell auf die Differenz
zwischen maximalen und minimalen Ablesungen (von Spitzenwert zu
Spitzenwert), angewendet auf:
- a. Radiale Rad-Rundlaufabweichung – Die Differenz
zwischen den Maximum- und Minimummessungen der Radwulstsitzradien,
gemessen senkrecht zur Drehachse. Die Werte können für jede Seite (Flansch) verschieden
sein.
- b. Seitliche Rad-Rundlaufabweichung – Die Differenz zwischen den
Maximum- und Minimummessungen parallel zur Rotationsachse am inneren
vertikalen Teil eines Felgenflanschs. Die Werte können für jede Seite
(Flansch) verschieden sein.
- c. Radiale Reifen-Rundlaufabweichung – Die Differenz zwischen den
Maximum- und Minimummessungen an der Profiloberfläche und
in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse, während der Reifen auf einem Rundlaufrad
montiert ist. Der Rundlaufabweichungswert kann von dem axialen Standort
des Messpunktes an der Profiloberfläche abhängig sein.
- d. Seitliche Reifen-Rundlaufabweichung – Die Differenz zwischen den
Maximum- und Minimummessungen parallel zur Rotationsachse an einem
gegebenen Punkt der Reifenoberfläche
(z.B. am breitesten Punkt jeder Seitenwand, ausschließlich Dekoration),
während
der Reifen auf einem Rundlaufrad montiert ist.
- e. Radiale Rundlaufabweichungsschrägstellung – Kann an Rädern oder Reifen angewendet
werden und bezieht sich auf radiale Rundlaufabweichungen der zwei
Seiten (Radflansche oder Reifenschultern), die außer Phase
oder asymmetrisch über
die Äquatorebene
sind.
-
"Shimmy" oder "Pendeln" bezieht sich auf
eine schnelle seitwärts
gerichtete (seitliche) Vibration der Vorderräder und kann durch abgenutzte
Achsschenkelbolzen oder andere Teile des Lenkmechanismus eines Fahrzeugs
verursacht werden, sowie durch Reifen mit Koppelunwucht. "Seitenwand" bezieht sich auf
denjenigen Teil eines Reifens zwischen der Lauffläche und
dem Wulst.
-
"Schräglaufwinkel" bezieht sich auf
einen Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Richtung,
in die die Vorderräder
weisen.
-
"Statische Unwucht" bezieht sich auf
einen Zustand, dass, wenn eine Reifen-Rad-Baugruppe auf einer horizontalen,
freien Achse mit sehr geringer Reibung gedreht wird, sie stets an
einer gegebenen Rotationsposition zur Ruhe kommen (statisch werden)
wird.
-
"Lenkrobustheit" bezieht sich auf
die Fähigkeit
eines Reifen-Rad-Fahrzeugsystems, eine hohe Lenkleistung aufrechtzuerhalten,
trotz ungünstiger
und/oder variabler Testbedingungen. Ein "Lenkrobustheitsgrad" (SRL) ist das zum Beschreiben und Messen
der Lenkrobustheit angewandte Konzept.
-
"Lenkrobustheitsgrad" oder SRL bezieht
sich auf eine Kombination (additive Funktion) aller positiven und
negativen Beiträge
zur Lenkleistung (statische Unwucht, Koppelunwucht und alle anderen
relevanten Faktoren). Eine Spaltung kann zwischen "intrinsischen" und "extrinsischen" Beiträgen zu SRL
vorgenommen werden, um beispielsweise intrinsische Beiträge abzudecken,
die sich auf Reifenmerkmale beziehen, einschließlich eingebauter Ungleichförmigkeiten,
und extrinsische Beiträge,
die sich auf Fahrzeug-/Fahrbahn-/Testbedingungen,
Testbedingungsschwankungen, Reifenfertigungsschwankungen usw. beziehen.
-
"Tangentialkraftschwankung" bezieht sich auf
die ungleichförmige
Rotation der Außenfläche des
Reifens relativ zur Rotation des Wulstbereichs des Reifens. Sie
produziert eine Längs-
oder "Druck-Zug"-Kraftschwankung,
die an der Kontaktfläche
zwischen Reifen und Fahrbahnfläche
in einer Richtung sowohl tangential zur Reifenlauffläche als
auch senkrecht zur Rotationsachse des Reifens erzeugt wird.
-
"Reifenauswuchtung" bezieht sich auf
das Hinzufügen äußerer Gewichte
um eine Reifen-Rad-Baugruppe, um statische und/oder Koppelunwucht
des Reifens und Rads als einer zusammengefügten Einheit auszugleichen.
-
"Traktion" bzw. "Zugkraft" bezieht sich auf
die Reibungskraft zwischen einem Reifen und einer Oberfläche, auf
der er sich bewegt.
-
"Tramp" bezieht sich auf
eine Form von Radspringen, wobei ein Paar Räder in entgegengesetzter Phase
springt. "Rundlaufrad" (oder "Rundrad") bezieht sich auf
ein Rad, das rotiert ("läuft"), ohne irgendwelche Formen
von Rundlaufabweichung oder Unwucht aufzuweisen.
-
"Untersteuerung" bezieht sich auf
einen Zustand, wobei die Vorderreifen einen größeren Schräglaufwinkel haben als die Hinterreifen,
wodurch bewirkt wird, dass das Fahrzeug dazu neigt, weniger scharf
zu drehen, als die Räder
weisen. Das Fahrzeug muss in die Kurve gehalten werden.
-
"Gleichförmigkeit" bezieht sich auf
ein Maß der
Fähigkeit
eines Reifens oder eines Rades, glatt und vibrationsfrei zu laufen.
Typischerweise mit einer Reifenungleichförmigkeitsmaschine gemessen.
Die Messungen umfassen beispielsweise Radial-/Seiten-/Tangentialkraft-schwankung,
radiale und seitliche Rundlaufabweichung, und statische/Koppelunwucht.
-
"Rad" bezieht sich auf
einen generell zylindrischen, typischerweise aus Metall bestehenden,
scheibenartigen mechanischen Träger
zum Tragen eines typischerweise luftgefüllten Reifens und Montieren
an einer vertikalen Achse. Ein Rad hat zwei axial voneinander beabstandete
Flansche (oder ringförmige
Lippen), wobei jeder Flansch dazu eingerichtet ist, einen jeweiligen
der zwei Wülste
des montierten Reifens sicher aufzunehmen.
-
"Radausrichtung" bezieht sich auf
eine Anpassung der Radposition, um die richtige Orientierung von Rädern (und
Reifen) zum Fahrzeugfahrgestell und zueinander sicherzustellen.
-
"Radauswuchtgewicht" bezieht sich auf
ein kleines Gewicht, das an ein Rad (oft an einen Außenteil eines Flanschs
des Rades) montiert (geklemmt oder angeklebt) ist, um einen unausgewogenen
Reifen- und/oder Radzustand zu korrigieren.
-
"Radgeometrie" bezieht sich auf
eine Achse, um die eine Radbaugruppe rotiert. Bedingungen wie etwa verbogene
Räder,
verschlissene Buchsen und falsche Ausrichtung beeinträchtigen
die Radgeometrie.
-
"Flattermomentschwankung" bezieht sich auf
eine Schwankung in den Momenten um eine horizontale Längsachse
(Sturz- oder Kippmoment) oder um eine vertikale Achse (Lenk- oder
Selbstausrichtmoment) und wird, als Seitenkraftschwankung, von einer
ungleichförmigen
Abmessungs-, Steifigkeits- oder Massenverteilung sowohl entlang
der meridionalen Kontur als auch dem Reifenumfang erzeugt.
-
Einleitung
-
Während sie
die Auswirkungen von Reifen- und Radmerkmalen auf die Lenkleistung
untersuchten, haben die Erfinder festgestellt, dass, im Gegensatz
zu Annahmen des Standes der Technik, gewisse Typen und Größenordnungen
von Reifen-Rad-Vibrationen eine verbessernde Wirkung auf Lenkleistung
und Lenkleistungsrobustheit haben können und daher das in dem Hintergrund
hierin vorangehend beschriebene Problem des Lenkleistungsverlusts
(SP-loss) vermeiden können.
Die Erfindung betrifft daher die Anwendung dieser Entdeckung als
Verfahren zur Verbesserung der Lenkleistungsrobustheit, d.h. Langzeitverhinderung
von Lenkleistungsverlust.
-
Viele
Fahrzeuge haben eine Tendenz, einen Lenkleistungsverlust durchzumachen.
Diese Tendenz hängt
beispielsweise von der Gestaltung und dem Zustand des Fahrzeugs,
den Fahrbahn- und Fahrbedingungen, sowie den Reifen-Rad-Merkmalen
ab. Lenkleistungsverlust kann sich auf folgende mögliche Arten
und Weisen manifestieren Leistungsschwankungen in der Lenkpräzision und
Geradeauslauf beim Fahren (der weniger schwerwiegende Fall), ein
plötzlicher
Leistungsabfall in Lenkpräzision
und Geradeauslauf beim Fahren (der am meisten offensichtliche Fall,
der festgestellt werden kann), oder eine schlechte Leistung in Lenkpräzision und
Geradeauslauf direkt ab Testbeginn (der schwerwiegendste Fall).
Wenn Lenkleistungsverlust einsetzt, scheint die Fahrzeugreaktion
nicht richtig in Phase mit dem Drehmomentfeedback vom Lenkrad zu
sein. Unsere Untersuchungen deuten an, dass Lenkleistungsverlust
nicht mit Veränderungen
in Reifen-Kraft- und Momentmerkmalen zusammenzuhängen scheint, sondern vielmehr
innerhalb des Lenksystems und der Gestänge des Fahrzeugs aufzutauchen
scheint, die das Lenkrad des Fahrers mit den Reifen und Rädern verbinden,
die eigentlich das Fahrzeug lenken.
-
Wie
detaillierter hierin nachstehend beschrieben wird, ist ermittelt
worden, dass Reifen-Rad-Vibrationen aufgrund von Seitenkraftschwankungen
(LFV, z.B. Koppelunwucht) generell eine schädliche Auswirkung auf Lenkleistung
und Lenkleistungsrobustheit haben, leicht zu Lenkleistungsverlust
führen
und daher minimiert, wenn nicht sogar eliminiert werden sollten.
Andererseits können
Vibrationen aufgrund von Radialkraftschwankungen (RFV) und/oder
Tangentialkraftschwankungen (TVF)-beispielsweise durch statische Unwucht oder
durch im Laufflächenbereich
konzentrierte und symmetrisch um die Äquatorebene positionierte Massenungleichförmigkeiten
(einschließlich
Profilgummi, Gürtel
und darunterliegende Karkassenlagen) hervorgerufen – eine günstige Wirkung auf
Lenkleistung und Lenkleistungsrobustheit haben, und diese günstigen
Auswirkungen können
sogar dann erhalten werden, wenn die Radial-/Tangentialkraftschwankungen
auf einer ausreichend niedrigen Größe sind, um von Fahrer oder
Insassen des Fahrzeugs nicht bemerkt zu werden, und auch einen vernachlässigbaren
Einfluss auf die Reifenabnutzung haben.
-
Es
sind verschiedene Theorien vorgeschlagen worden, um zu erläutern, wie
gewisse Vibrationen Lenkleistungsverlust auslösen oder verhindern könnten. Auch
sind die Ursachen von Lenkleistungsverlust theoretisch und vielfältig. Von
direktestem Interesse sind die theoretischen Auswirkungen von statischer
gegenüber Koppelunwucht
von Reifen-Rad-Baugruppen, oder allgemeiner die Auswirkungen von
Radialkraftschwankung/Tangentialkraftschwankung gegenüber Seitenkraftschwankung.
Die allgemeinen Merkmale jedes Typs von Unwucht/Ungleichförmigkeit
können
in einer bestimmten Hinsicht voneinander unterschieden werden, die wenigstens
eine oberflächliche
plausible Beziehung zu dem Problem von Lenkleistungsverlust aufweist:
Radialkraftschwankung/Tangentialkraftschwankung (z.B. reine statische
Unwucht) lässt
Vibrationen auftreten, die auf die Rotationsachse des Reifens auf
eine Weise einwirken, die Kräfte
anlegt, die mehr oder weniger senkrecht zu der Achse der Reifen-Rad-Baugruppe
sind, während
Seitenkraftschwankung (z.B. Koppelunwucht) Vibrationen produziert,
die dazu neigen, die Rotationsachse zu zwingen, um einen Punkt auf
der Achse nächst der
Stelle, wo sie die Äquatorebene
des Reifens kreuzt, zu rotieren. Aufgrund der Gestaltung der Fahrzeuge und
deren Bauteilen (Lenksystem, Aufhängungssystem, Bremssystem usw.)
ist es plausibel, dass seitliche Nabenvibrationen sich unterschiedlich ausbreiten
werden und andere Auswirkungen als radiale oder Längsvibrationen
haben. Andererseits ist bekannt, dass Vibrationen das Reibungs-
und Haft-/Schlupfverhalten
an der Schnittstelle zwischen betroffenen Bauteilen beeinträchtigen:
eine dynamische Reibung ist beispielsweise niedriger als eine statische
Reibung. Reibungsveränderungen
in einem komplexen System, wie etwa einem Lenksystem, als Ganzes
genommen, werden logischerweise die Reaktionsfähigkeit dieses Systems und
die subjektive Wahrnehmung seiner Reaktionen beeinflussen.
-
Es
ist bekannt, dass Tangential-, Radial- und Seitenkraftschwankungen
in rotierenden Reifen-Rad-Baugruppen
eine breite Vielfalt von Ursachen haben. Die offensichtlichste Ursache,
und auch die am einfachsten auf kontrollierte Weise für Untersuchungstests
zu variierende, ist Unwucht der Reifen-Rad-Baugruppe. Das Hinzufügen von
Auswuchtgewichten zu Radfelgen ist ein wohlbekanntes Verfahren zum "Auswuchten" einer Reifen-Rad-Baugruppe, wodurch
ein Teil der Radial- und Seitenkraftschwankungen ausgeschaltet wird,
in dem Ausmaß,
dass sie durch bestehende Reifenauswuchtausrüstung unter nichtbelasteten Drehbedingungen
gemessen werden können.
(Wie hierin nachstehend detaillierter erörtert wird, kann dieses Verfahren
im allgemeinen die Auswirkung aller Reifenmerkmale nicht vollständig ausgleichen,
wie etwa durch örtliche
Reifenungleichförmigkeiten
hervorgerufene abrupte Kraft- und Momentspitzenwerte.) Somit werden die
den Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung von Lenkleistungsrobustheit
zugrundeliegenden Konzepte zuerst unter Verwendung der vereinfachten
Konzepte, die Reifen-Rad-Auswuchtung einbeziehen, ausgeführt werden.
-
Statische
und Koppelunwucht
-
In
dem theoretischen, "perfekt" ausgewuchteten rotierenden
System haben die Zentrifugalkraftvektoren, die senkrecht zur Rotationsachse
wirken, eine Summe, die Null ist. An eine solche Perfektion kann
(in nahezu jeder Anstrengung) eine Annäherung stattfinden, sie wird
aber typischerweise nie erzielt.
-
1A zeigt
ein rotierendes System 10, das eine rotierende Welle (12)
umfasst, an der eine Masse m am Ende eines Arms 14 befestigt
ist, der eine Länge
r hat, die ebenfalls, in 1A, als
der radiale Abstand des Zentrums der Masse m von der Rotationsachse 16 zur
Welle 12 genommen ist. Die Ebene EP ist die Äquatorebene,
innerhalb derer die Masse m in einer kreisförmigen Bahn mit einem Radius
r umläuft.
(Die Äquatorebene
EP ist als eine kreisförmige äußere Grenze
aufweisend dargestellt, rein zu Zwecken der Illustration dessen,
dass die Ebene besteht.) Der Punkt P stellt einen Punkt dar, an
dem die Rotationsachse 16 die Äquatorebene EP schneidet. Die
Masse m übt
einen radial auswärts
gerichteten Zentrifugalkraftvektor F aus, dessen Größe, aus
Newtons Zweitem Bewegungsgesetz, das Multiplikationsprodukt von
m und r und das Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit der Welle ist
(in Einheiten von Radian pro Sekunde). Ein solches Rotationssystem hat
eine offensichtliche Unwucht.
-
Angenommen,
in Bezug auf 1A, dass die Äquatorebene
EP die Äquatorebene
einer Reifen-Rad-Baugruppe darstellt, dann würde der Standort der Masse
m innerhalb der Äquatorebene
zu einer statischen Unwucht des gezeigten Systems führen, würde jedoch
nicht zu einer Koppelunwucht führen.
Im Gegensatz dazu wäre,
wenn die Masse m außerhalb
der Äquatorebene
EP angeordnet wäre,
d.h. an jeder Seite der Äquatorebene,
die Unwucht sowohl vom statischen als auch Koppeltyp. Dies wird
deutlicher bei Untersuchung der 1B und 1C.
-
1B zeigt
ein rotierendes System 10' mit
zwei Massen, m1 und m2,
an den Enden von Armen 15 und 17 mit jeweiligen
Längen
r1 und r2. Die zwei
Massen m1 und m2 und
ihre jeweiligen Arme 15 und 17 sind als einander
radial gegenüberliegend
um die Rotations(dreh)achse 16 angeordnet und innerhalb
der Äquatorebene
EP liegend dargestellt. Während
der Rotation der Welle 12 werden die jeweiligen Zentrifugalkraftvektoren F1 und F2 entgegengesetzt
zueinander gerichtet sein. Wenn F1 und F2 von gleicher Größe sind, dann wird das in 1B gezeigte
rotierende System in perfekter dynamischer Ausgewogenheit sein (d.h.
sowohl statische Wucht als auch Koppelwucht). Es ist anzumerken,
dass, wenn F1 und F2 gleich
sind, die jeweiligen Massen, m1 und m2, und ihre jeweiligen Abstände, r1 und r2, von der
Rotationsachse 16 nicht jeweils gleich zueinander sein
müssen.
Es ist weiter anzumerken, dass, wenn die zwei Massen m1 und
m2 und ihre jeweiligen Arme 15 und 17 außerhalb
der Äquatorebene
EP bewegt werden, die statische Wucht aufrechterhalten wird, selbst wenn
die zwei Massen nicht in derselben Ebene gehalten werden, solange
sie 180 Grad um die Rotationsachse 16 auseinander liegen.
Mit anderen Worten, statische Wucht wird erzielt und aufrechterhalten,
solange alle Zentrifugalkraftvektoren, die senkrecht zur Rotationsachse
wirken, eine Summe haben, die im Wesentlichen Null ist.
-
In
dem in 1C gezeigten rotierenden System 10'' sind dieselben zwei Massen m1 und m2 gezeigt, einander
gegenüberliegend
angeordnet, wie in 1B, jedoch in getrennten jeweiligen
Ebenen, z.B. an entgegengesetzten Seiten der Äquatorebene EP. Für den Zweck
des Rests dieser Beschreibung von Koppelunwucht ist es wichtig,
zu wissen, dass die Ebene, in der m1 um
die Achse 16 umläuft,
nicht genauso weit von der Äquatorebene
EP entfernt sein muss wie die Ebene, in der m2 rotiert.
Jedoch könnte
einfachheitshalber in dieser Diskussion die Annahme gleicher Abstände der Äquatorebene
EP von den jeweiligen Rotationsebenen der jeweiligen Massen nützlich sein.
Das in 1C gezeigte rotierende System
wird Koppelunwucht aufweisen, selbst wenn die jeweiligen Zentrifugalkräfte F1 und F2 von gleicher
Größe sind
(in welchem Fall das System statische Wucht haben wird). Wenn die
Kräfte
F1 und F2 unterschiedliche
Größen haben,
dann wird das in 1C gezeigte rotierende System 10'' sowohl statische als auch Koppelunwucht
aufweisen.
-
Unter
fortgesetztem Verweis auf 1C wird
jemand mit gewöhnlicher
Kenntnis in der Technik, zu der die vorliegende Erfindung am meisten
gehört,
erkennen, dass die jeweiligen Kräfte
F1 und F2 jede ein
Torsionsmoment in Bezug zu dem Punkt P produzieren werden und das
Torsionsmoment bzw. die Torsionsmomente die Achse veranlassen werden,
dazu zu neigen, in einem nachstehend umfassender beschriebenen komplexen
Muster zu rotieren.
-
Die 1D und 1E illustrieren
Reifen-Rad-Baugruppen-Auswuchtfälle, wobei
beispielsweise, aufgrund der Radgestaltung, zwei Auswuchtgewichte
nicht in demselben axialen Abstand von der Äquatorebene und/oder in demselben
radialen Abstand von der Rotationsachse angeordnet sind oder sein
können,
wodurch sie eine geometrische Asymmetrie erzwingen. In diesen Fällen können noch
stets reine statische Unwucht oder reine Koppelunwucht erzielt werden,
vorausgesetzt, die zwei Auswuchtgewichte haben eine unterschiedliche
Masse, auf solche Weise, dass die geometrische Asymmetrie ausgeglichen
ist. 1D illustriert eine schematische Querschnittsansicht
eines Rades 11, das um eine Rotationsachse 16 rotiert
und eine Äquatorebene
EP hat. Eine reine statische Unwucht ohne Koppelunwucht kann für das Rad 11 (und
einen darauf montierten, nicht dargestellten Reifen) erzielt werden
durch Anbringen, in im Wesentlichen demselben Rotationswinkel um
die Rotationsachse 16, zweier Auswuchtgewichte m1 und m2 mit unterschiedlichen
Massen, sodass ihr Massenverhältnis
m1/m2 im Wesentlichen
umgekehrt proportional zu dem Verhältnis l1/l2 ihrer jeweiligen axialen Abstände l1 und l2 von der Äquatorebene
EP ist, und auch umgekehrt proportional zu dem Verhältnis r1/r2 ihrer jeweiligen
radialen Abstände
r1 und r2 von der
Rotationsachse 16. Als Gleichung ausgedrückt: m1/m2 = (l2/l1)·(r2/r1). Unter diesen
Bedingungen werden die jeweiligen resultierenden Zentrifugalkraftvektoren F1 und F2 im Wesentlichen
umgekehrt proportional zu dem Verhältnis ihrer jeweiligen Abstände von
der Rotationsachse (F1/F2 =
l2/l1) sein, und
daher wird das resultierende Moment (z.B. F1·l1 – F2·l2) um jede Achse, die senkrecht zu der Rotationsachse
ist, im Wesentlichen Null sein (Koppelwucht).
-
1E illustriert
eine schematische Querschnittsansicht eines Rades 11', das um eine
Rotationsachse 16 rotiert und eine Äquatorebene EP hat. Im Gegensatz
zu dem Rad 11 von 1D kann
eine reine Koppelunwucht ohne statische Unwucht für das Rad 11' (und einen
nicht dargestellten, darauf montierten Reifen) erzielt werden, indem,
180 Grad auseinander um die Rotationsachse 16, zwei Auswuchtgewichte
m3 und m4 mit unterschiedlichen
Massen installiert werden, sodass ihr Massenverhältnis m3/m4 im Wesentlichen umgekehrt proportional
zu dem Verhältnis
r3/r4 ihrer jeweiligen
radialen Abstände
r3 und r4 von der
Rotationsachse 16 sein wird. Als Gleichung ausgedrückt: m3/m4 = r4/r3. Unter diesen Bedingungen werden die jeweiligen
resultierenden Zentrifugalkraftvektoren F3 und
F4 im Wesentlichen gleich und in entgegengesetzte
Richtungen sein, was eine perfekte statische Wucht gewährleistet,
werden jedoch aufgrund ihres radialen Versatzes, l3 beziehungsweise
l4, ein nicht-Null-resultierendes Moment
(z.B. F3·l3 +
F4·l4) über
eine Achse erzeugen, die senkrecht zur Rotationsachse 16 ist
(Flattermoment).
-
Bezugnehmend
auf 2A ist dort eine Rotationsachse 16 gezeigt,
die durch einen Punkt P verläuft, der,
wie in den vorangehenden 1A, 1B und 1C,
in der Äquatorebene
EP (welche in den 2A und 2B nicht
gezeigt ist) einer Reifen-Rad-Baugruppe liegt. Die Achse 16 ist
die ideale Rotationsachse eines perfekt ausgewuchteten rotierenden
Systems. 2A demonstriert die Wirkung
einer reinen statischen Unwucht (Masse nicht dargestellt) auf die
Rotationsachse 16. Spezifisch wird eine reine statische
Unwucht Kräfte
hervorbringen, die dazu neigen werden, eine Umlaufbewegung der Achse 16 zu
verursachen, wie mit der Strichlinie 16a gezeigt, die zu
einer kreisförmigen
Bewegung um die ideale Rotationsachse 16 tendiert. Die kreisförmige Bewegung
der Umlaufachse 16a ist durch die Pfeile 18 gezeigt. 1A illustriert
eine idealisierte Darstellung der Auswirkung einer reinen statischen
Unwucht auf die Rotationsachse 16 rotierender Systeme 10, 10' der in den 1A beziehungsweise 1B gezeigten
Typen.
-
Bezugnehmend
auf 2B ist dort eine ideale Rotationsachse 16 gezeigt,
die durch einen Punkt P verläuft,
der, wie in den vorangehenden 1A, 1B und 1C,
in der Äquatorebene
EP (welche in den 2A und 2B nicht
gezeigt ist) einer Reifen-Rad-Baugruppe liegt. 2B demonstriert
die Wirkung einer reinen Koppelunwucht (Massen nicht dargestellt)
auf die Rotationsachse 16. Spezifisch wird eine reine Koppelunwucht
Drehmomente hervorbringen, die dazu neigen werden, eine Taumelbewegung
(Flatterbewegung) der Achse 16 zu verursachen, wie mit
der Strichlinie 16b gezeigt, die eine Tendenz zu einer
Flatterbewegung um den Punkt P haben wird. Die Bewegung der flatternden
Achse 16b ist durch die zwei entgegengesetzt orientierten
Pfeile 19 und 21 dargestellt. 2B ist
eine idealisierte Darstellung der Auswirkung einer reinen Koppelunwucht
auf die Rotationsachse 16 eines rotierenden Systems 10'' des in 2B gezeigten
Typs.
-
In
Bezug auf Luftreifen für
Kraftfahrzeuge treten Koppel- und statische Unwucht auf Arten und
Weisen in Wechselwirkung, die dazu neigen, die Rotationsachse 16 des
Reifens auf komplexe Weise zu bewegen. Die Tendenz der Rotationsachse 16,
auf die in den 2A und 2B gezeigten
Weisen beeinflusst zu werden, kann auch von mechanischen und Trägheitsbeschränkungen
beeinflusst werden, die eine Funktion der Fahrzeuggestaltung sind.
Diese Beschränkungen
schwanken mit der Häufigkeit
der Unwuchterregung (fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig), und die Beschränkungen
können
gemäßigt schwach
auf den Resonanzfrequenzen des Systems sein. Abhängig von der Frequenz können die
Beschränkungen
in den vertikalen und den Längsrichtungen
unterschiedlich sein. Es ist anzumerken, dass die Bewegung der Rotationsachse 16a,
wie in 2A für den Fall reiner statischer
Unwucht abgebildet, vollständig
in Richtungen senkrecht zu der idealen Achse 16 vorliegt
und daher keine axiale (seitliche) Komponente hat.
-
Lenkleistung
als eine Funktion von Reifen-Rad-Unwucht
-
Die 3A, 4A, 5A, 5C und 6A illustrieren
Testergebnisse, die die Auswirkungen von Reifen-Rad-Unwucht auf das Phänomen nachlassender
Lenkleistung (SP-Loss)
zeigen. Diese Tests wurden unter Verwendung von an den Radflanschen
von Reifen-Rad-Baugruppen angebrachten Auswuchtgewichten durchgeführt, und
die Reifen-Rad-Baugruppen
waren an einem Testfahrzeug montiert, wovon bekannt ist, dass es
besonders anfällig
für nachlassende
Lenkleistung ist. Für
die hierin nachstehend im Einzelnen aufgeführten Tests ist ersichtlich,
dass in den meisten Fällen
(d.h. allen außer
für den
durch 5C illustrierten Test) das Testfahrzeug
schlechte ("nicht
ok") Lenkleistung
bei ausgewuchteten Reifen-Rad-Baugruppen
aufwies (null Unwuchtmasse). Wie hierin vorangehend erläutert, können die
Ergebnisse dieser Unwuchttests verallgemeinert werden, um die Auswirkungen
von Reifen- und Radungleichförmigkeiten
anzuzeigen. Der Lenkleistungsverlustbetrag, der mit jedem der in
den oben angeführten 3A, 4A, 5A, 5C und 6A gezeigten
Unwuchtszenarios zusammenhängt,
ist von den subjektiven Berichten von Lenkleistung durch Fahrzeug-Testfahrer
abgeleitet und durch diese beurteilt. Die Ziffern 3, 5 und 7 auf
der vertikalen Achse in jedem der Graphen der angeführten 3A, 4A, 5A, 5C und 6A sind
Lenkleistungsbeurteilungsnummern, die eine ansteigende Lenkleistung
darstellen. Im allgemeinen ist eine Beurteilung von 6 oder höher "OK" und 5 oder niedriger
ist "NOK" (nicht ok). Die
horizontalen Achsen der 3A, 4A, 5A, 5C und 6A stellen
die Masse (in Gramm) von Auswuchtgewichten dar, die an jedem Flansch hinzugefügt wurden,
um eine gewünschte
Größe und Typ
von Unwucht (z.b. reine statische, oder reine Koppelunwucht) herbeizuführen. Vor
dem Hinzufügen
der Testgewichte wurden alle Reifen-Rad-Baugruppen an dem Testfahrzeug
statisch und dynamisch ausgewuchtet, um jegliche vorbestehende statische
und Koppelunwucht soweit als möglich
zu eliminieren; Rundlaufräder
und Reifen mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit wurden eingesetzt;
und, um das Hinzufügen
jeglicher Koppelunwucht zu Tests von zugefügter statischer Unwucht zu
vermeiden, wurden die Testgewichte an beide Flansche des Rads hinzugefügt. Beispielsweise
bedeutet eine auf den Testergebnistabellen gezeigte Unwuchtmasse
von 5 Gramm zwei Auswuchtgewichte von 5 Gramm, wovon jeweils eines
an jedem Radflansch hinzugefügt
wurde (d.h. an entgegengesetzten Seiten der Reifen-Rad-Äquatorebene).
Für die 3A, 4A und 5A,
die Tests reiner statischer Unwucht illustrieren, wurden die zwei
Auswuchtgewichte in demselben Rotationswinkel an jedem Flansch hinzugefügt. Wenn einer
ansonsten ausgewuchteten Reifen-Rad-Baugruppe eine statische Unwucht
auferlegt wird, so wird auf sie als eine statische Rest-Unwucht
(RSI) verwiesen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird RSI
generell vorzugsweise eine statische Restunwucht bedeuten, die ausreichend
ist, um eine positive Auswirkung auf die Lenkleistung zu haben.
-
Bezugnehmend
auf 3B wurde ein Testfahrzeug 20 mit einer
einzigen, hinten montierten Reifen-Rad-Baugruppe 22 ausgestattet,
wobei dem Rad durch einen Satz flanschmontierter Auswuchtgewichte 24 (somit "statische Unwuchtgewichte"), die so angeordnet
waren, dass eine statische Unwucht in der Reifen-Rad-Baugruppe erzeugt
wurde, eine statische Unwucht verliehen worden war. (Die zwei in
den Standorten jedes Rads gezeigten Kreise entsprechen den Flanschen
der Räder,
woran die Unwuchtgewichte, dargestellt durch Punkte, befestigt wurden.) 3A zeigt
die subjektive Bewertung des Testfahrers der Lenkleistung als eine
Funktion der zur Verschaffung einer statischen Unwucht in der einzigen
hinten montierten Reifen-Rad-Baugruppe 22 verwendeten Menge
an Masse (in Gramm). Zusammengefasst demonstriert 3A, dass
eine einzige, hinten montierte Reifen-Rad-Baugruppe, in der eine kontrollierte
Menge (z.B. mehr als 5 Gramm an jedem Flansch) von statischer Restunwucht
(RSI) integriert war, einen günstigen
Effekt auf die Lenkleistung eines gegebenen Fahrzeugs hat. Im allgemeinen
ist, je mehr RSI in die Reifen-Rad-Baugruppe eingebaut ist, die
Wirkung auf Lenkleistung sowie auf Lenkleistungsrobustheit desto
besser. Jedoch wurde eine Obergrenze für RSI von 20 Gramm an jedem
Flansch (d.h. insgesamt 40 Gramm) empirisch als die maximale statische
Restunwucht ermittelt, die integriert werden konnte, wenigstens
in Bezug zu diesem spezifischen Testfahrzeug 20, ohne Fahrzeugvibrationen
zu produzieren, die für
den Fahrer oder die Insassen des Fahrzeugs feststellbar waren.
-
Die 4A und 4B zeigen
die Auswirkung auf die Lenkleistung, die vom Montieren einer einzigen,
vorn montierten Reifen-Rad-Baugruppe 26 herrührt, die
einen Satz flanschmontierter Auswuchtgewichte 24a (vergleiche 24, 3B)
so angeordnet hat, dass der einzigen Reifen-Rad-Baugruppe 26 an
einem Testfahrzeug 20a (vergleiche 20, 3B)
statische Restunwucht (RSI) auferlegt wird. Das subjektive Gefühl des Testfahrers für Lenkleistung,
wie in der vertikalen Achse von 4A angedeutet,
zeigt an, dass statische Restunwucht in einer einzigen, vorn montierten
Reifen-Rad-Baugruppe 26 von nur 5 Gramm an jedem Flansch die
Lenkleistung erheblich verbessern kann. Beim Vergleich von 4A und 3A ist
es deutlich, dass, wenn eine einzige von vier Reifen-Rad-Baugruppen,
die RSI integrieren, eine vordere Reifen-Rad-Baugruppe 26 statt
einer hinteren Reifen-Rad-Baugruppe 24 ist,
die günstigen
Auswirkuttgen auf die Lenkleistung generell effektiver waren.
-
Die 5A und 5B zeigen
die Auswirkung auf die Lenkleistung, die vom Hinzufügen von
RSI zu allen vier Rädern 28 eines
Testfahrzeugs 20b herrührt.
Das subjektive Gefühl
des Testfahrers für
Lenkleistung, wie in der vertikalen Achse von 5A angedeutet,
zeigt an, dass das Einbringen von RSI in alle vier Reifen-Rad-Baugruppen 28 eine
noch günstigere
Auswirkung hat als in den vorangehenden zwei Tests (vergleiche 4A und 3A).
-
Die 5C und 5D zeigen
die Auswirkung auf die Lenkleistung, die vom Einbringen einer reinen Koppelunwucht
(keine statische Unwucht) auf eine einzige, vorn montierte Reifen-Rad-Baugruppe 29 an
einem Testfahrzeug 20c herrührt. Es ist anzumerken, dass,
anders als bei den durch die 3A, 4A, 5A und 6A illustrierten
Tests, dieses Testfahrzeug 20c eine hohe Lenkleistungsbeurteilung
mit null Unwucht aufwies. Wie in 5D gezeigt,
wurden Auswuchtgewichte, die hinzugefügt wurden, um Koppelunwucht
einzubringen, an entgegengesetzten Flanschen montiert, 180 Grad
auseinander, um die Hinzufügung einer
reinen Koppelunwucht zu gewährleisten. 5C deutet
an, dass das Testfahrzeug 20c eine ausgezeichnete Lenkleistung mit
geringer oder keiner Unwucht hatte, jedoch kann eine durch 10 Gramm
oder mehr an jedem Flansch einer einzigen, vorn montierten Reifen-Rad-Baugruppe 29 eine
schlechte Lenkleistung hervorrufen. Die Lenkleistung erholte sich
nicht von dem NOK-Beurteilungsgrad (4,0), selbst nicht bei soviel
wie 40 Gramm pro Flansch zugefügter
Koppelunwucht (Ergebnisse über
20 Gramm pro Flansch sind in 5C nicht gezeigt).
-
Die 6A und 6B zeigen
die Auswirkung auf die Lenkleistung, die vom Einbringen einer mangelhaften
statischen Unwucht (dynamische Unwucht mit einer statischen Komponente
plus einer gemäßigten Koppelkomponente)
auf eine einzige, vorn montierte Reifen-Rad-Baugruppe 30 an
einem Testfahrzeug 20d herrührt. 6A zeigt,
dass die einzige Baugruppe 30, mit einer gemischten statischen
und Koppelunwucht, eine hauptsächlich
schädliche
Wirkung auf die Lenkleistung hat. Obwohl eine gemischte Unwucht
von 5 Gramm pro Flansch der Lenkleistung zu helfen scheint, hilft
eine höhere
Menge an Unwuchtmasse nicht und kann die Lenkleistung sogar verschlechtern.
Andere Tests, wie etwa der durch die 5C und 5D illustrierte
Test, haben gezeigt, dass eine Kombination von Fahrzeug, Reifen
und Rad mit ausgezeichneter Lenkleistung mit ausgewuchteten Reifen-Rad-Baugruppen
Lenkleistungsverlust aufweisen kann, wenn eine ausreichende Koppelunwucht
zugefügt
wurde.
-
Zusammengefasst
wird eine verbesserte Lenkleistung und Lenkleistungsrobustheit am
besten bewirkt, indem die Koppelunwucht minimiert wird und indem
gleichzeitig ein geeigneter Betrag statischer Restunwucht in den
Reifen-Rad-Baugruppen
des Fahrzeugs verwirklicht wird, vorzugsweise in allen. Es ist auch
wichtig, anzumerken, dass dieses Konzept bei sehr unterschiedlichen
Fahrzeugen funktioniert: Fahrzeuge mit hydraulischer oder elektrischer
Servolenkung oder mit einem grundsätzlich mechanischen Lenksystem,
Fahrzeugen mit Vorderrad-, Hinterrad- oder Allradantrieb, usw. Weiterhin
kann, da die Theorie andeutet, dass die Lenkleistungsauswirkungen
auf günstige
Radial-JTangentialkraftschwankung
und schädliche
Seitenkraftschwankung zurückzuführen sind,
diese Schlussfolgerung darauf ausgedehnt werden, daraus zu entnehmen,
dass verbesserte Lenkleistung und Lenkleistungsrobustheit am besten
bewirkt wird, indem Seitenkraftschwankungen minimiert werden und
gleichzeitig ein geeigneter Betrag von Radial- und/oder Tangentialkraftschwankung in
einer oder mehrerer der Reifen-Rad-Baugruppen des Fahrzeugs verwirklicht
wird, vorzugsweise in allen.
-
Prinzip der Additivität und Konzept
des Lenkrobustheitsgrads (SRL)
-
Wie
in den 3A-5A illustriert,
hat statische Unwucht einen positiven, jedoch nichtlinearen Effekt
auf die Lenkleistung: abhängig
von dem Niveau statischer Unwucht, das bereits erzielt ist, verursacht
die Hinzufügung
einer zusätzlichen
statischen Unwucht von 5 Gramm pro Flansch eine große Verbesserung,
eine geringe Verbesserung oder überhaupt
keine Verbesserung der Lenkleistung. Wie in 5C illustriert,
hat Koppelunwucht einen negativen und nichtlinearen Effekt auf die
Lenkleistung abhängig
von dem Grad von Koppelunwucht, der bereits erzielt ist, veranlasst
die Hinzufügung
einer zusätzlichen
Koppelunwucht von 5 Gramm pro Flansch einen großen Abfall, einen geringen
Abfall oder überhaupt
keinen Abfall der Lenkleistung. Außerdem ist anzumerken, dass
wir, wenn die Kurve, die die Auswirkung von Koppelunwucht beschreibt,
vertikal gespiegelt wird, grundsätzlich
eine Kurve erhalten, die den Kurven ähnelt, die die Auswirkung statischer
Unwucht beschreiben. Weiterhin sind viele andere Faktoren, die einen
positiven oder einen negativen Effekt auf die Lenkleistung haben,
identifiziert worden, und sie scheinen die Lenkleistung auch auf
eine nichtlineare Weise zu beeinflussen. Die Auswirkungen all dieser
Faktoren tendieren dazu, sich miteinander zu addieren oder voneinander
zu subtrahieren (additives Verhalten). Der Lenkrobustheitsgrad (SRL)
stellt die additive Kombination all der günstigen und schädlichen
Faktoren jeden Ursprungs dar (Fahrzeug-/Fahrbahn-/Fahrbedingungen, Reifen-Rad-Baugruppenmerkmale,
usw.) dar. 6C zeigt repräsentative
SRL-Kurven 61 und 62, die die Lenkleistungsbeurteilungen
auf der vertikalen Achse zum Lenkrobustheitsgrad auf der horizontalen
Achse abtragen. Die SRL-Kurven 61 und 62 illustrieren
die (positive und nichtlineare) Auswirkung von SRL auf die Lenkleistung.
Wenn günstige
Beiträge
viel stärker
sind als schädliche
Beiträge,
so kann der SRL ein Niveau erreichen, das hoch genug ist, um es
dem Fahrzeug zu gestatten, in dem rechten, Plateau-, Teil der SRL-Kurve 61, 62 zu
arbeiten, mit einer hohen Lenkleistungsbeurteilung (OK oder bessere
Lenkleistung). Wenn negative Beiträge viel stärker sind als positive Beiträge, so wird
der SRL auf einem niedrigen Niveau sein, wodurch veranlasst wird,
dass das Fahrzeug dazu neigt, in dem linken Teil der SRL-Kurve 61, 62 zu
arbeiten, mit einer niedrigen Lenkleistung (NOK oder schlechter,
was einen schwerwiegenden Lenkleistungsverlust andeutet). In der dazwischenliegenden
Situation, wo positive und negative Beiträge gleichartig sind, wird das
Fahrzeug dazu neigen, im Mittelteil der SRL-Kurve 61, 62 zu
arbeiten und aufgrund kleiner unkontrollierter SRL-Schwankungen
während
des bzw. der Test(s) möglicherweise
große
Lenkleistungsschwankungen und geringe Testwiederholbarkeit aufweisen.
Aus der Sicht eines Reifenherstellers kann der Lenkrobustheitsgrad
in einen reifenbasierten SRL (intrinsisch) und testbasierten SRL
(extrinsisch) aufgeteilt werden. Als Beispiel illustrieren die SLR-Kurven 61 und 62 das
Ergebnis der Verwendung verschiedener Grade von statischer oder
Koppelunwucht, oder jedweder anderer extrinsischer SRL-Schwankungen, um
zwei Reifen zu vergleichen, die mit zwei verschiedenen Reifenkonstruktionen
hergestellt worden sind (willkürlich
als "A" und "B" bezeichnet). Die SRL-Kurve 61 für den Reifen
mit Reifenkonstruktion A zeigt, dass die Reifenkonstruktion A eine
höhere
intrinsische Lenkleistungsrobustheit hat als der Reifen mit Reifenkonstruktion
B (abgetragen als SRL-Kurve 62), da die SRL-Kurve 61 der
Reifenkonstruktion A ein breiteres Plateau bei einer hohen Lenkleistungsbeurteilung
aufweist, was bedeutet, dass sie in der Lage ist, eine höhere Lenkleistung
unter härteren
Testbedingungen aufrechtzuerhalten, in Begriffen extrinsischen Lenkrobustheitsgrades.
Die gleiche Herangehensweise kann angewandt werden, um die Lenkleistungsrobustheit
verschiedener Fahrzeuge, verschiedener Fahrbahnen, verschiedener
Testbedingungen usw. zu vergleichen.
-
Lenkleistung
als eine Funktion von Reifenunwucht Zusätzlich zu den hierin vorangehend
beschriebenen Tests, wo Unwucht durch Hinzufügen von Gewichten an Radflansche
hervorgerufen wurde, wurden weitere Tests durchgeführt, um
die Auswirkung von Reifen- Massenungleichförmigkeiten
auf Lenkleistung und Lenkleistungsrobustheit zu ermitteln. Reifenungleichförmigkeiten
wurden mittels an verschiedenen Standorten an einen oder mehrere
der Reifen an einem Testfahrzeug angeklebte Bleigewichte verschiedener
Größen simuliert
und gesteuert. Diese Tests wurden an einem Testfahrzeug, von dem
bekannt war, dass es besonders anfällig für Lenkleistungsverlust ist,
in Kombination mit Reifen mit einer Reifenkonstruktion, die dafür bekannt ist,
dass sie gute und robuste Lenkmerkmale aufweist, durchgeführt. Die
Tests enthüllten,
dass für
Reifenseitenwand, Schulterbereich oder Wulstbereich 1,5 bis 3 Gramm
Koppelunwucht ausreichend sind, um eine erhebliche Verschlechterung
der Lenkleistung hervorzurufen. Befestigen eines Bleigewichts in
einem Reifen dicht an seiner Umfangsmittellinie hat keine negative
Auswirkung auf die Lenkleistung. Auch das Befestigen von Unwuchtgewichten
symmetrisch an beiden Seiten des Reifens, entweder in der Seitenwand,
dem Schulterbereich oder dem Wulstbereich, hat keine negative, sondern
eine positive Auswirkung auf die Lenkleistung. Dies liegt auf einer
Linie mit den hierin vorangehend detailliert aufgeführten Testergebnissen
betreffend die Hinzufügung
statischer Unwucht durch Montieren von Auswuchtgewichten symmetrisch
an gegenüberliegenden
Radflanschen, obwohl die durch Reifen-Massenungleichförmigkeiten
erzeugten Vibrationen etwas komplexer sind als die durch Rad-Massenungleichförmigkeiten
erzeugten Vibrationen. Jede Gewichtshinzufügung an dem Reifen, die in
Bezug zur Äquatorebene
asymmetrisch war (z.B. ein Bleigewicht an jede Schulter oder Seitenwand
angeklebt, jedoch an unterschiedlichen Rotationswinkelstandorten
orientiert, oder sogar ein an nur eine Schulter oder Seitenwand
geklebtes Bleigewicht), war schädlich
für die Fahrzeuglenkleistung
und löste
Lenkleistungsverlust aus. Dies liegt auf einer Linie mit den hierin
vorangehend detailliert aufgeführten
Testergebnissen betreffend die Hinzufügung von Koppelunwucht, obwohl
die durch Reifen-Massenungleichförmigkeiten
erzeugten Vibrationen etwas komplexer sind als die durch Rad-Massenungieichförmigkeiten
erzeugten Vibrationen.
-
Die
Bedeutung von Symmetrie um die Äquatorebene
wurde weiter durch ein Experiment hervorgehoben, wobei zwei, drei
oder vier Auswuchtgewichte mit gleichen Massen an jeder Seitenwand
eines Reifens mit bekannt guter Lenkleistung befestigt wurden, alle
an demselben radialen Standort, und mit gleichmäßig um die Rotationsachse beabstandeten
Rotationswinkelstandorten an jeder Seitenwand. Ein Lenkleistungsvergleich wurde
zwischen Reifenkonfigurationen mit Gewichten an denselben Rotationswinkelstandorten
an beiden Seitenwänden
(in Phase) gegenüber
an unterschiedlichen (außer
Phase) Rotationswinkelstandorten an jeder Seitenwand (ein 90, 60
beziehungsweise 45 Grad Phasenunterschied für Konfigurationen mit zwei,
drei oder vier Auswuchtgewichten pro Seitenwand) durchgeführt. In
Phase befindliche, d.h. symmetrische Gewichtsverteilungen über die Äquatorebene
ergaben gute, unverminderte Lenkleistungsbeurteilungen, und asymmetrische (aus
der Phase) Konfigurationen ergaben niedrigere Lenkleistungsbeurteilungen,
Die 6D und 6E illustrieren
jeweils eine symmetrische und eine asymmetrische Konfiguration,
im Fall von zwei Auswuchtgewichten an jeder Schulter eines Reifens.
(Letzteres kann als eine Reifen-Massenungleichförmigkeit zweiten Grades bezeichnet
werden.)
-
Bezugnehmend
auf 6D ist dort in schematischem Format ein Reifen 65 mit
zwei Schultern 66 dargestellt: einer linken Schulter 66a und
einer rechten Schulter 66b. Zu Illustrationszwecken wird
angenommen, dass der Reifen 65 an sich perfekt gleichförmig ist.
An der linken Schulter 66a sind zwei Auswuchtgewichte 68a und 68c befestigt,
die 180 Grad auseinander positioniert sind. An der rechten Schulter 66b sind
zwei Auswuchtgewichte 68b und 68d befestigt, ebenfalls
180 Grad auseinander positioniert. Es ist ersichtlich, dass, wenn
beispielsweise alle Auswuchtgewichte 68 (68a, 68b, 68c, 68d)
von gleicher Masse sind, keine statische Unwucht von den wie gezeigt
positionierten Auswuchtgewichten 68 auferlegt wird. Da
die Auswuchtgewichte 68b, 68d an der rechten Schulter 66b in
Phase mit den Auswuchtgewichten 68a, 68c an der
linken Schulter 66a, d.h. in denselben Rotationswinkeln,
positioniert sind, wird keine Koppelunwucht auftreten, solange die Auswuchtgewichte 68a und 68b von
gleicher Masse sind und auch die Auswuchtgewichte 68c und 68d von gleicher
Masse sind (d.h. eine symmetrische Gewichtsverteilung über die Äquatorebene
des Reifens 65 liegt vor). Weiterhin würde, wenn die Auswuchtgewichte 68a und 68b von
gleicher Masse sind und auch die Auswuchtgewichte 58c und 68d von
gleicher Masse sind, jedoch die (gleichen) Massen der Auswuchtgewichte 68a und 68b geeignet
verschieden sind von den (gleichen) Massen der Auswuchtgewichte 68c und 68d,
eine statische Unwucht ohne Koppelunwucht in den Reifen 65 eingebracht.
Man kann sagen, dass der Reifen eine symmetrische Massenungleichförmigkeit
zweiten Grades (mit oder sogar ohne statische Unwucht) hat, und symmetrische
Gewichtsverteilungen höherer
Ordnung, wie diese, haben eine günstige
Auswirkung auf den Lenkrobustheitsgrad (SRL), indem sie Tangential-
und/oder Radialkraftschwankung verursachen, wenn der Reifen 65 rotiert
wird, insbesondere wenn er unter Last auf einer tragenden Fläche (z.B.
einer Fahrbahn) rotiert wird.
-
Bezugnehmend
auf 6E ist dort in schematischem Format ein Reifen 65' mit zwei Schultern 66' dargestellt
einer linken Schulter 66a' und
einer rechten Schulter 66b'.
Zu Illustrationszwecken wird angenommen, dass der Reifen 65' an sich perfekt
gleichförmig
ist. An der linken Schulter 66a' sind zwei Auswuchtgewichte 68a' und 68c' befestigt,
die 180 Grad auseinander positioniert sind. An der rechten Schulter 66b' sind zwei Auswuchtgewichte 68b' und 68d' befestigt,
ebenfalls 180 Grad auseinander positioniert. Es ist ersichtlich, dass,
wenn beispielsweise alle Auswuchtgewichte 68' (68a', 68b', 68c', 68d') von gleicher Masse sind, keine statische
Unwucht von den wie gezeigt positionierten Auswuchtgewichten 68' auferlegt wird.
Obwohl die Auswuchtgewichte 68b', 68d' an der rechten Schulter 66b' aus der Phase
(asymmetrisch) zu den Auswuchtgewichten 68a', 68c' an der linken Schulter 66a', d.h. nicht
in denselben Rotationswinkeln, positioniert sind, wird keine Koppelunwucht
auftreten, wenigstens wenn alle Massen gleich sind. Man kann sagen,
dass der Reifen 65' eine
asymmetrische Massenungleichförmigkeit
zweiten Grades (mit oder sogar ohne Koppelunwucht) hat, und asymmetrische
Gewichtsverteilungen höherer
Ordnung, wie diese, haben eine schädliche Auswirkung auf den SRL,
indem sie Seitenkraftschwankungen (z.B. Flattermomentschwankungen
an der Radachse) verursachen, wenn der Reifen 65' unter Last
auf einer tragenden Fläche
rotiert wird.
-
Ungleichförmigkeiten
in Reifen und Rädern
-
Eine
Vielzahl von Ungleichförmigkeiten
in Reifen- und Radkonstruktion kann genutzt werden, um die Verfahren
des vorliegenden Patents zur Verbesserung der Lenkleistungsrobustheit
zu verwirklichen. Günstige Ungleichförmigkeiten,
d.h. diejenigen, die Radial- und/oder
Tangentialkraftschwankungen, jedoch keine Seitenkraftschwankungen
verursachen, fallen unter drei Kategorien: Massenungleichförmigkeit,
Abmessungsungleichförmigkeit
und Steifigkeitsungleichförmigkeit.
Schädliche
Ungleichförmigkeiten,
d.h. diejenigen, die Seitenkraftschwankungen hervorrufen, fallen
ebenfalls unter dieselben drei allgemeinen Kategorien.
-
Massenungleichförmigkeit
beinhaltet beispielsweise statische Unwucht (günstig) und Koppelunwucht (schädlich) und
kann im Reifen und/oder im Rad auftreten. Günstige Massenungleichförmigkeit
kann in den Reifen oder das Rad hineinentworfen werden: zufälliges Auftreten
von schädlichen
und günstigen
Massenungleichförmigkeiten
im Reifen und/oder Rad können
gesteuert werden, sodass sie innerhalb empirisch ermittelter Grenzwerte
liegen, unter Nutzung von, beispielsweise, Reifengleichförmigkeitsmaschinen
und/oder Reifen-Rad-Auswuchtausrüstung;
und/oder geeignete überschüssige Masse
kann absichtlich zu Reifen oder Rädern hinzugefügt werden.
-
Abmessungsungleichförmigkeit
beinhaltet beispielsweise radiale Rundlaufabweichung (günstig) und schädliche Ungleichförmigkeiten,
wie etwa Seiten-Rundlaufabweichung,
Schlängeln
der Lauffläche
(seitliche Laufflächenverwindung),
Reifenschräglauf
(asymmetrische radiale Rundlaufabweichung mit Schultern in Gegenphase),
Radschräglauf,
und ungleichförmiger
(verjüngter)
Radversatz. Abmessungsungleichförmigkeiten können während der
Gestaltung und Fertigung von Reifen und/oder Rädern absichtlich ausgeführt und/oder gesteuert
werden.
-
Steifigkeitsungleichförmigkeit
beinhaltet beispielsweise Steifigkeit von Reifenlauffläche, Gürtel und/oder
Seitenwand, die mit dem Rotationswinkel um den Reifen herum schwankt.
Die Steifigkeitsungleichförmigkeit
kann günstig
sein, solange sie symmetrisch entlang jeden Meridionalabschnitts
des Reifens ist, z.B. gleiche Steifigkeit in beiden Seitenwänden eines
gegebenen Meridionalabschnitts. Steifigkeitsungleichförmigkeiten
können
während
Gestaltung und Fertigung von Reifen und/oder Rädern absichtlich ausgeführt und/oder gesteuert
werden.
-
Da
die Auswirkungen von Massen-, Abmessungs- und Steifigkeitsungleichförmigkeit
im Wesentlichen additiv sind, ist es erwünscht, mehr als ein Verfahren
zur selben Zeit anzuwenden, um eine erforderliche Lenkleistung und
Lenkrobustheitsgrad zu erzielen. Dies ermöglicht es einem, kleinere Größenordnungen
individueller Ungleichförmigkeiten
zu benutzen, um eine gewisse Lenkleistung zu erzielen, während gleichzeitig
akzeptable Fahrzeugvibrationsniveaus nicht überschritten werden.
-
Massenungleichförmigkeiten
-
In
den hierin vorangehend beschriebenen Tests wurden Massenungleichförmigkeiten
mittels zu dem Rad hinzugefügter
Auswuchtgewichte eingebracht. In der Praxis wäre dies eine unzuverlässige Art
und Weise, die gewünschte
statische Restunwucht (RSI) zu verwirklichen, da es die Fahrzeugleistung
aus der Kontrolle der Hersteller nimmt und sich stattdessen auf
die Fahrzeugbedienperson (und dadurch deren ausgewählte Mechaniker)
stützt,
um die für
die richtige Fahrzeugleistung erforderliche RSI zu verwirklichen.
Weiterhin liegt das absichtliche Herbeiführen einer Unwucht im Widerspruch
zum Allgemeinwissen und ist es wahrscheinlich, dass ihm Widerstand
entgegengesetzt wird. Es liegt somit ein Vorteil in der Verwirklichung
günstiger
Massenungleichförmigkeit
(z.B. RSI) in dem Reifen, wie etwa durch Gestaltung des Reifens
oder durch Kontrolle des Fertigungsprozesses. Ein weiterer Vorteil
einer Reifen-Lösung
wird in der nachfolgenden Erörterung
deutlich.
-
Ein
Artikel in Tire Science and Technology von Stutts et al. mit dem
Titel "Fore-Aft
Forces in Tire-Wheel Assemblies Generated by Unbalances and the
Influence of Balancing" (Durch
Unwuchten erzeugte Längskräfte in Reifen-Rad-Baugruppen
und der Einfluss des Auswuchtens) (TSTCA, Band 19, Nr. 3, Juli-September, 1991,
Seiten 142-162) beobachtet, dass "während
Trommeltests [Straßenradtests
von Reifen-Rad-Baugruppen, z.B. auf einer TUM] ... über gewisse
Geschwindigkeiten hinaus die Horizontalkraftschwankungen oder sogenannten
Längskräfte größer waren
als die Kraftschwankungen in der vertikalen Richtung." Der Artikel fährt fort,
eine Theorie, die dieses Phänomen
erklärt,
zu postulieren und dann zu beweisen. Insbesondere zeigt der Artikel,
dass unausgewuchtete Masse in oder in Nähe des Laufflächenbereichs
des Reifens dieses Ergebnis hervorrufen kann, und zeigt weiterhin,
dass die Wirkung in einem gewissen Umfang verbleibt, selbst wenn
die Reifen-Rad-Baugruppe an der Radfelge (Flansch) ausgewuchtet
wird. Für
eine Erklärung
dieses Effekts wird auf die 7A und 7B verwiesen.
Wie hierin vorangehend erläutert,
ist die Zentrifugalkraft aufgrund einer rotierenden Masse proportional
zu der Masse und zu dem Radius des Standorts der Masse. Reifen werden generell
ausgewuchtet, wenn sie frei rotieren, wie in 7A, wo
ein auf einem Rad 73 montierter Reifen 70 um eine
Rotationsachse 71 rotiert. Der Reifen 70 hat eine
Massenungleichförmigkeit,
die eine überschüssige Masse 74 umfasst,
die eine Masse Mt hat und nächst dem
Außenumfang
des Reifens 70 (z.B. in der Lauffläche) an einem Radius Rt von der Achse 71 gelegen ist.
Zum Auswuchten der überschüssigen Masse 74 wird ein
Auswuchtgewicht 72 mit einer Masse Mw an
der Felge oder dem Flansch des Rads 73 befestigt, die an einem
festen Radius R2 ist. Zwecks Einfachheit
der Illustration werden nur zwei Abmessungen gezeigt und erörtert. Es
versteht sich, dass, zur Vermeidung von Koppelunwucht (Seitenkraftschwankung),
die Massen Mt und Mw seitlich
relativ zu der Äquatorebene
der Reifen-Rad-Baugruppe auf geeignete Weise verteilt sein müssen. Für die Reifenmasse
Mt muss ein meridionaler Symmetriezustand
strikt respektiert werden, wobei die Massenungleichförmigkeit
Mt seitlich relativ zu der Äquatorebene
der Reifen-Rad-Baugruppe symmetrisch verteilt ist. Für die radmontierte
Masse Mw muss die Masse nicht symmetrisch über die Äquatorebene
verteilt sein, vorausgesetzt, dass keine Koppelunwucht erzeugt wird.
Beispielsweise kann im Fall von Rädern, die kein symmetrisches
Befestigen von Auswuchtgewichten in Bezug zur Äquatorebene gestatten, die
Masse Mw als ein Satz von zwei Auswuchtgewichten
verstanden werden, die ungleiche Massen m1,
m2 aufweisen (sodass m1 + m2 = Mw), auf solche
Weise montiert, dass der Mangel an geometrischer Symmetrie ausgeglichen
wird, während
null Koppelunwucht behalten wird, d.h. m1/m2 = (l2/l1)·(r2/r1), wie hierin
vorangehend unter Verweis auf 1D beschrieben.
Die Masse des Auswuchtgewichts Mw wird gemäß der Gleichung MtRt = MwRw gewählt, wodurch
Zentrifugalkräfte
ausgeglichen werden, um eine Netto-Zentrifugalkraft von Null hervorzurufen
(angenommen, dass das bzw. die Auswuchtgewicht(e) 72 um
180 Grad von der überschüssigen Masse 74 herum angeordnet
sind). Nun bezugnehmend auf 7B wird,
wenn der ausgewuchtete Reifen 70 in Kontakt mit einer Fahrbahnfläche 76 rollt,
der Radius der überschüssigen Masse 74 von
Rt auf Rt' reduziert, jedesmal,
wenn der Laufflächenbereich,
wo die überschüssige Masse 74 sich
befindet, mit der Fahrbahn 76 in Kontakt kommt. Jedesmal,
wenn dies eintritt, werden die Trägheitskräfte (z.B. Zentrifugalkraft)
aufgrund der überschüssigen Masse 74 zeitweilig
aufgehoben und wird das Auswuchtgewicht 72 an der Felge
zu einer Unwucht, da seine Zentrifugalkraft MwRw noch vorhanden ist. Somit wird in dem rollenden
Reifen 70 eine periodische Kraftschwankung erzeugt, ob
er nun ausgewuchtet ist oder nicht, vorausgesetzt, dass die überschüssige Reifenmasse 74 sich
in erster Linie im Laufflächenbereich
des Reifens befindet.
-
Weitere
Analyse zeigt, dass eine örtlich
begrenzte Massenungleichförmigkeit
(überschüssige Masse) an
einem Reifen einige andere spezifische Auswirkungen hat, die ebenfalls
nicht durch Hinzufügen
von Auswuchtgewichten an den Radflanschen ausgeglichen werden können. Massen
produzieren Trägheitskräfte, wenn
sie nichtlinearen Bahnen folgen und/oder wenn sie eine nicht-konstante
Geschwindigkeit haben (z.B. Beschleunigung/Verzögerung unterzogen werden).
Im Fall einer Masse in einem rotierenden Fahrzeugreifen ist die
korrekte Weise des Messens oder Berechnens dieser Trägheitskräfte relativ
zu einem Koordinatensystem (Bezugsrahmen), der an einer flachen
Oberfläche
befestigt ist, worauf der Reifen/das Fahrzeug sich bewegt (z.B.
eine glatte, ebene Fahrbahn).
-
Ein
solches Koordinatensystem kann als Trägheitsbezugssystem betrachtet
werden, wenn wir die Bewegungen der Erde vernachlässigen.
Es ist jedoch praktisch, die Trägheitskräfte in einem "drehenden Rad"-Bezugsrahmen relativ zu einem Beobachter,
der an der Rotationsachse im Zentrum der Reifen-Rad-Baugruppe befestigt
ist und sich damit dreht, in Betracht zu ziehen, anstatt relativ
zu einem an der Fahrbahn befestigten Beobachter. In dem drehenden
Rad-Bezugsrahmen
sind Zentrifugalkräfte
sehr praktisch, da sie in Bezug zu dem sich drehenden Rad sehr einfach
gemessen oder vorhergesagt werden können, jedoch reflektieren sie
die wahren Trägheitskräfte nur,
wenn die Massenungleichförmigkeit
planen kreisförmigen
Bahnen (konstanter Radius) über
die Rotationsachse folgt (was für
Radauswuchtgewichte im Wesentlichen der Fall ist); und auch die
Geschwindigkeit muss konstant bleiben. Im Fall nicht-kreisförmiger Bahnen
um die Rotationsachse, wie dies beispielsweise der Fall wäre für Gewichte,
die an einer Reifenlauffläche
oder einem Seitenwandbereich befestigt wären, wenn diese in belastetem/rollendem
Zustand wären,
reicht die Berechnung der Zentrifugalkraft nicht aus, um die wahren
Trägheitskräfte zu berechnen
und müssen
der Berechnung Korrektionsbegriffe hinzugefügt werden (z.B. Begriffe von
Winkelbeschleunigung, Coriolisbeschleunigung und relativen radialen
und seitlichen Beschleunigungen). Mit einfachen Worten, jegliche
Geschwindigkeits- oder Krümmungsveränderungen
entlang der Bahn der Massenungleichförmigkeit verursachen Trägheitskräfte (ähnlich den
Auswirkungen, die von einem Passagier gefühlt werden, der in einem Fahrzeug
sitzt, das einer kurvigen und/oder hügeligen Straße folgt).
-
Die 7C und 7D (unter
Verweis auf die 7A, 7B, 7E und 7F)
sind Graphen, die vorhergesagte Kräfte und Momente illustrieren,
die in der Umgebung eines Reifens 70 durch eine beispielhafte
Masse 74, Mt von 6 Gramm verursacht
werden, die dicht an der Profilfläche an der Äquatorebene eines perfekt gleichförmigen Reifens 70 befestigt
ist, der auf einem Rad 73 montiert ist, das an einem Fahrzeug
(nicht dargestellt) montiert ist, wobei die Reifen-Rad-Baugruppe 70/73 belastet
ist und mit 120 km/h auf einer ebenen Fahrbahnfläche 76 rollt, unter
Verwendung der vereinfachenden Annahme, dass die Bahn der Reifen-Massenungleichförmigkeit 74 über die
Zeit konstant ist. Der Begriff 'Umgebung' soll die Rotationsachse 71 des
Rads 73, den Reifen 70 und die Fahrbahn 76 umfassen.
Die Art und Weise, wie die von den Massenungleichförmigkeiten
der Reifen-Rad-Baugruppe 70/73 hervorgerufenen
Kräfte
zu einer Radachse 71 und einer Fahrbahn 76 übertragen
beziehungsweise verteilt werden, ist abhängig von den dynamischen Eigenschaften
des auf dem Rad 73 montierten Reifens 70 und von
der Aufhängung
des Fahrzeugs, woran die Reifen-Rad-Baugruppe 70173 montiert
ist. Wir werden jedoch die in den Graphen der 7C und 7D illustrierten
Vorhersagen verwenden, um qualitativ zu illustrieren, was an der
Radachse 71 vor sich geht. Es wird angenommen, dass der
idealisierte "perfekt
gleichförmige
Reifen 70'' perfekt ausgewuchtet
ist, mit keiner statischen oder Koppelunwucht, nachdem die überschüssige Masse 74 dem
Reifen 70 hinzugefügt
wurde (durch Hinzufügen
beispielsweise einer geeigneten Masse Mw als
Auswuchtgewichte 72 an den Flanschen des Rads 73).
In den 7C und 7D sind
die Kräfte
und Momente vertikal zu der (zeitbezogenen) Position der überschüssigen Masse 74 entlang
dem Umfang des Reifens 70 gezeigt, wobei die Umfangsposition
in Rotationsgraden angedeutet ist (wobei null Grad im Zentrum der
Aufstandsfläche
ist). 7C illustriert vertikale Kräfte (Kurve 77) und
Längskräfte (Kurve 78).
Es ist ersichtlich, dass für
den größten Teil
der Bahn der überschüssigen Masse 74,
weg von der Aufstandsfläche,
die vertikalen und Längskräfte im Wesentlichen
Null sind, da die Reifen-Rad-Baugruppe 70/73 gut
wieder ausgewuchtet ist. Bei der Annäherung an die, dem Durchlaufen
der und Verlassen der Aufstandsfläche zeigt die vertikale Kraftkurve 77 jeweils
hohe/niedrigelhohe Werte (Spitzenwerte), da die Bahn der überschüssigen Masse 74 eine
aufeinanderfolgend hohe/niedrige/hohe Krümmung aufweist (beispielsweise
liegt im Aufstandsflächenbereich
im Wesentlichen null Krümmung
vor). Der negative Vertikalkraftwert im mittleren Aufstandsflächenbereich
stellt die zeitweilige Unwucht dar, die hierin vorangehend unter
Verweis auf die 7A und 7B beschrieben
und erläutert
wurde. Die Richtungen der Vertikalkraftspitzenwerte sind durch die
Pfeile 75a in 7E angedeutet, wobei eine positive
Vertikalkraft nach unten gerichtet ist (weg von der Rotationsachse 71).
-
Die
Längskraftkurve 78 in 7C zeigt
einen negativen Kraftspitzenwert beim Eintreten der überschüssigen Masse 74 in
den Aufstandsflächenbereich
(in einem negativen Rotationswinkel), und zeigt einen positiven
Kraftspitzenwert, wenn die überschüssige Masse 74 den
Aufstandsflächenbereich
verlässt.
Die negativen und positiven Längskrafthöchstwerte
sind auf jeweilige Beschleunigung und Verzögerung der überschüssigen Masse 74 (und
des Reifenlaufflächenteils,
woran sie befestigt ist) zurückzuführen, die
normalerweise an der Reifenlauffläche beim Eintreten in die Aufstandsfläche beziehungsweise
beim Verlassen der Aufstandsfläche auftritt.
Die Beschleunigungs- und Verzögerungsrichtungen
sind durch die Pfeile 75b in 7F angedeutet,
und die Kräfte
aufgrund der überschüssigen Masse 74 und
auf die 'Umgebung' (Rotationsachse 71 des
Rads 73 und Fahrbahn 76) wirkend sind durch die
Pfeile 75f in 7F angedeutet, wobei eine positive Längskraft
eine Richtung hat, die der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs entspricht,
wie durch den Pfeil 75e angedeutet. 7D illustriert
(Kurve 79) das Moment um die Ratationsachse 73,
das mit der durch die Kurve 78 dargestellten Längskraft
einhergeht. Es ist ersichtlich, dass die Momentkurve 79 einen
negativen Spitzenwert hat, wenn die überschüssige Masse 74 in
den Aufstandsflächenbereich
eintritt, und einen positiven Spitzenwert bei dessen Verlassen hat.
Die Momentrichtungen sind durch die Pfeile 75c in 7F angedeutet,
wobei eine positive Momentrichtung in derselben Richtung ist wie
die Rotationsrichtung des Reifens, wie durch den Pfeil 75d angedeutet.
-
Verfahren
zur Integration günstiger
Massenungleichförmigkeit
in Reifen-Rad-Baugruppen Ein Konzept der vorliegenden Erfindung
nutzt die hierin vorangehend beschriebenen Auswirkungen von Massenungleichförmigkeiten,
da die Erfinder wünschen,
einen kontrollierten Betrag von Längs- und Radialkraftschwankung hervorzurufen
und auch wünschen,
diese günstigen
Kraftschwankungen aufrechtzuerhalten, während es jedem, der einen Reifen
montiert, gestattet wird, seine Reifen-Rad-Baugruppen normal auszuwuchten.
Somit ist ein erfinderisches Verfahren zur Verbesserung von Lenkleistung
und Lenkleistungsrobustheit die Erzeugung günstiger Kraftschwankungen durch
Integrieren geeigneter Mengen überschüssiger Masse 74 (d.h.
einer Massenungleichförmigkeit)
in einen Reifen 70, so dicht am Außenumfang (z.B. Laufflächenbereich)
wie möglich. Da
günstige
Kraftschwankungen von einer statischen Unwucht, jedoch nicht von
einer Koppelunwucht kommen können,
muss die zu dem Reifen 70 hinzugefügte zusätzliche Masse 74 meridional
symmetrisch über
die Äquatorebene
des Reifens (d.h. Reifenlauffläche,
Gürtelpaket
und Karkasse) verteilt werden.
-
Die 8A und 8B sind
Umfangsquerschnitte eines Abschnitts von Reifen, die verschiedene
Verfahren zum Hinzufügen
von Massenungleichförmigkeiten
(z.B. überschüssige Masse 74)
gemäß der Erfindung illustrieren
(Schraffierung von Querschnittsbereichen zwecks illustrativer Deutlichkeit
eliminiert). Eine schnelle und leichte Art und Weise des Hinzufügens der überschüssigen Masse 74 zu
einem Reifen ist einfach das Anbringen eines Flickens (nicht dargestellt)
an der Innenfläche
(Innenisolierung 86) des Reifens 80, vorzugsweise
unter dem Bereich der Lauffläche 82.
Eine Alternative wäre
das Hinzufügen
eines extra Gewebestücks 89 (d.h.
jedes geeignete Gewebe einschließlich Laufflächengürtel- oder
Karkassenlagenmaterial) zu der Karkasse 90 (bevorzugt im
Laufflächenbereich)
oder zu dem Laufflächengürtelpaket 84 oder
dem Laufflächengummi 82 eines
Reifens 80'.
Bezugnehmend auf 8B ist ein Sektor des Reifens 80' gezeigt mit
der Lauffläche 82, einem
oder mehreren Gürteln 84 (Gürtelpaket),
und einer Karkasse 90, die eine oder mehrere Karkassenlagen 85 umfasst,
ein Gewebestück 89 und
eine Innenisolierung 86, alle im Querschnitt gezeigt. Die
Innenfläche
(Innenisolierung 86) der Karkasse 90 ist gezeigt
als sich von dem Laufflächenbereich 82 hinunter
zu einem Wulst 88 und einem Kernprofil 87, um
das die Karkasse 90 herumgeschlagen ist, erstreckend. Das
Gewebe 89 hat eine Breite W' in einem Abschnitt 81' des Reifens 80' und ist aus
einem Material hergestellt, das zur Verschaffung der gewünschten überschüssigen Masse 74 geeignet
ist, während
es auch physikalische Merkmale hat, die zur Anwendung in Reifen
geeignet sind, wie etwa Biegsamkeit und Haltbarkeit. Das Gewebe 89 kann
vollständig
in dem Laufflächenbereich 82 vorliegen,
oder es kann sich zu dem Wulst bzw. den Wülsten 88 erstrecken
und sich um den Wulst bzw. die Wülste 88 zu
Ende(n) 89a herumschlagen, wie in dem Teil 89a von 8B gezeigt.
Um das Einbringen jeder Koppelunwucht zu verhindern, sind die zwei
Gewebeenden 89a symmetrisch über der Umfangsebene des Reifens 80' positioniert.
Somit ist eine gleiche Masse an Gewebe 89 an jeder Seite
der Umfangsebene des Reifens 80' positioniert. Der günstige Massenungleichförmigkeitseffekt
des Gewebes 89 wird nur geringfügig dadurch beeinflusst, welche
Reifenschicht 82, 84, 85, 86 zum
Positionieren des Gewebes 89 ausgewählt wird, somit können normale
Reifengestaltungserwägungen
in diesen Auswahlprozess als Faktor einbezogen werden. Wie illustriert,
ist das Gewebe 89 zwischen der innersten Karkassenlage 85 und
der Innenisolierung 86 positioniert, jedoch könnte eine
im Wesentlichen äquivalente
Ausführung
der Erfindung das Gewebe 89 beispielsweise zwischen andere
der Lagen 82, 84, 85, 86 oder
sogar in die Mitte einer Lage, wie etwa eingebettet in den Gummi
der Lauffläche 82,
oder zwischen Gürteln 85 plaziert,
oder an der Innenseite der Innenisolierung 86 befestigt,
oder an einer Außenseite
des Reifens, wie etwa der Seitenwand (nicht dargestellt) in Nähe der Schulter
(nicht dargestellt), plazieren.
-
Es
ist anzumerken, dass die gerade beschriebene Ausführung mit
zugefügtem
Gewebestück
in ihrer Reichweite die Idee des Hinzufügens eines "Flickens" zu dem Reifen beinhaltet, da das "Gewebe" alle Arten von Materialien
umfasst, die mit Reifenkonstruktion kompatibel sind (einschließlich Metallen),
und das Anbringen des Flickens an einer Außenfläche einer der Reifenlagen äquivalent
zu dem Hinzufügen
eines Gewebestücks
zu dieser Lage ist.
-
Ein
eleganterer Weg zum Hinzufügen
günstiger
Massenungleichförmigkeit
(z.B. überschüssiger Masse 74)
ist die Erzeugung einer "schweren
Spleißstelle" (für den Reifen 80 in 8A illustriert),
wodurch ein Vorteil aus einer bestehenden Massenungleichförmigkeit
in allen Reifen gezogen wird: den Spleißstellen verschiedener Reifenlagen,
wo beispielsweise die Enden 85a, 85b der Karkassenlagen 85 (eine
Lage 85 dargestellt) einander überlappen, um einen vollständigen Kreis
aus den Karkassenlagen 85 zu bilden. Andere Spleißstellen
umfassen beispielsweise Material der Lauffläche 82 (das entlang
der Meridionallinie 83 ineinander übergeht), einen oder mehrere
Laufflächengürtel 84 (ein
Gürtel 84 mit überlappenden
Enden 84a, 84b dargestellt), und Material der
Innenisolierung 86 (mit überlappenden Enden 86a, 86b).
Andere Spleißstellen
im Wulst 88 und im Seitenwand-/Kernprofilbereich dicht
bei den Wülsten 88 können ebenfalls
verwendet werden, um gewünschte überschüssige Masse 74 zu
produzieren, werden jedoch aus Gründen, die in der nachfolgenden
Erörterung
deutlich werden, nicht bevorzugt (in erster Linie deswegen, weil
Wulst-Massenungleichförmigkeiten
durch Auswuchtgewichte am Rad in etwa ausgeglichen werden können). Beispielsweise
hat der Wulst 88 eine Spleißstelle oder wenigstens zwei überlappende
Enden 88a, 88b. Beispielsweise hat ein Kernprofil 87 eine
Spleißstelle,
wo zwei Enden in dem schraffierten Bereich 87ab ineinander übergehen.
-
Typische
Reifenkonstruktionsverfahren versuchen, verschiedene Spleißstellen
um den Umfang des Reifens herum zu verteilen; in der erfinderischen
Ausführung
des Reifens 80 sind jedoch beispielsweise die Spleißstellen
verschiedener Reifenlagen ausgerichtet, sodass sie alle ungefähr innerhalb
desselben meridionalen Sektors auftreten. Der eingebrachte Massenungleichförmigkeitsbetrag
kann gesteuert werden, indem die Anzahl von Spleißstellen,
die sich in demselben meridionalen Sektor 81 befinden,
variiert wird, und auch, indem der Betrag der Überlappung jeder Spleißstelle
(z.B. die Breite W) variiert wird. Zusätzlich wird das Übergehen
auf ein dickeres Material für
die Innenisolierung 86 die Massenungleichförmigkeit
aufgrund der Innenisolierungsspleißstelle 86a/86b weiter
erhöhen.
Ein Vorteil der Verwendung von Spleißstellen zur Erzeugung günstiger
Massenungleichförmigkeit
in einem Reifen ist, dass richtig ausgeführte Spleißstellen inhärent meridional
symmetrisch sind.
-
Eine
alternative Herangehensweise besteht in der Erzeugung mehrerer "schwerer Spleißstellen" (2, 3, 4 usw.) um
den Reifenumfang herum, um häufigere
Längs-
und Radialkraftspitzen zu erzeugen. Dieses Verfahren erzeugt häufigere
günstige
Längs-
und Radialkraftspitzen (d.h. Tangentialkraftschwankung beziehungsweise
Radialkraftschwankung).
-
Eine
andere Ausführung
günstiger
Massenungleichförmigkeit,
gleichartig zu einer oder mehreren schweren Spleißstellen,
ist, dass einer oder mehrere Sektoren eines Reifenbauteils überschüssige Masse
haben. Beispielsweise ist ein Stück
W von Laufflächenmaterial 82 (z.B.
am Ende 82a der Lauffläche)
aus einem schwereren Material als der Rest der Lauffläche 82 gemacht,
oder das Profilmuster ist dazu eingerichtet, überschüssige Masse an einer oder mehr
Stellen um den Laufflächenumfang
herum zu integrieren (z.B. seitliche Stollen oder ein breiterer
Laufflächenteil,
der von der Laufflächenschulter
vorspringt). Alternativ könnten
Bauteile wie etwa die Gürtel 84,
die Lagen 85, die Innenisolierung 86, das Kernprofil 87 und
die Wülste 88 in
einem oder mehreren Sektoren mit schwererem Material versehen sein.
Auch könnte
ein Sektor mit überschüssiger Bauteilmasse
vorteilhaft auf den Sektor 81 überlagert werden, wo sich eine
oder mehrere Spleißstellen
befinden.
-
Es
ist anzumerken, dass der Begriff "überschüssige Masse", wie hierin verwendet,
nicht nur einen Überschuss
an Masse an einer oder mehreren umfangsgerichteten Stellen umfassen
soll, sondern auch eine oder mehrere umfangsgerichtete Stellen mit
einem Mangel an Masse relativ zum Rest der umfangsgerichteten Stellen
umfasst. Schließlich
kommt ein Mangel an Masse an einer ersten Stelle relativ zu einer
zweiten Stelle einem Überschuss
an Masse an der zweiten Stelle relativ zu der ersten Stelle gleich.
-
Wenn
dem in den relevanten Techniken bewanderten Leser das erfinderische
Konzept des Hinzufügens
kontrollierter Massenungleichförmigkeiten
(eine oder mehrere überschüssige Massen)
zu einer Reifen-Rad-Baugruppe gegeben wird und die hierin vorangehend
offenbarten Beispiele gegeben werden, so werden diesem Leser zweifellos
viele andere Wege zur Integration der erfinderischen überschüssigen Masse(n) in
Reifen-Rad-Baugruppen
einfallen. Es ist beabsichtigt, dass alle solchen Mittel zur Integration
der erfinderischen überschüssigen Masse(n)
innerhalb der Reichweite der vorliegenden Erfindung liegen, einschließlich Verfahren,
die günstige
Massenungleichförmigkeit
mit anderen Formen günstiger
Ungleichförmigkeiten
kombinieren (insbesondere günstige
Abmessungsungleichförmigkeit
und günstige
Steifigkeitsungleichförmigkeit).
-
Es
ist anzumerken, dass, um günstig
zu sein, die in einen Reifen eingebrachte(n) erfinderische(n) überschüssige(n)
Masse(n) keinerlei Art von Seitenkraftschwankungen hervorrufen darf/dürfen, wie
diese durch Asymmetrie über
die Äquatorebene
(z.B. Koppelunwucht) verursacht werden. Daher werden Reifen, wenn
sie mit eingebauter günstiger
Massenungleichförmigkeit
gefertigt werden, vorzugsweise auf Reifenrundlauf getestet und je
nach Bedarf korrigiert oder ausgemustert, um minimale Seitenkraftschwankungen
zu gewährleisten,
beispielsweise Kräfte
verursacht durch Überdrehungs
(d.h. Sturz)-Momentschwankung,
Koppelunwucht, Seitenrundlaufabweichung, Schlängeln der Lauffläche, Radialrundlaufabweichungsschrägstellung, usw.
Beispielsweise sollten Seitenkraftabweichungen in Reifen weniger
als 12 Pfund von Spitzenwert zu Spitzenwert betragen. Dieses Reifenrundlauftesten
findet vorzugsweise statt, nachdem die überschüssige Masse in den Reifen integriert
worden ist, könnte
jedoch auch durchgeführt
werden, bevor die überschüssige Masse beispielsweise
mittels eines Flickens in den Reifen integriert worden ist. Im letzteren
Fall müsste
der Flicken gut genug positioniert werden, sodass jede von dem Flicken
eingebrachte eventuelle Koppelunwucht entweder durch weiteres fabriksseitiges
Testen und Korrektur oder durch nach der Produktion stattfindendes dynamisches
Auswuchten des auf einem Rad montierten Reifens überwunden werden könnte.
-
Lenkleistungsrobustheitstestverfahren
-
Die
Erfinder haben das Konzept der Massenungleichförmigkeit im Reifen mit einem
erfinderischen Testverfahren getestet, das nicht nur zum Testen
der augenblicklichen Lenkleistung entworfen wurde, sondern auch
zum Anzeigen der Lenkleistungsrobustheit der getesteten Reifen-Rad-Baugruppe. Mit anderen
Worten, für
jede getestete Baugruppe ist der Test entworfen, um Fragen zu beantworten
wie etwa: (a) Was ist die unmittelbare Lenkleistung? (b) Wie schlimm/merkbar
ist die resultierende Vibration? (c) Wie widerstandsfähig ist die
Baugruppe gegen Lenkleistungsverlust auf lange Sicht (über die
Lebensdauer des Reifens)? (d) wenn die Baugruppe unmittelbaren Lenkleistungsverlust
aufweist, wieviel Korrektur ist erforderlich, um eine akzeptable Lenkleistung
zu verschaffen.
-
Frage
(c) betrifft die Robustheit der Lenkleistung und ist von ihrer Natur
her vorhersagend. Es ist bekannt, dass über die Lebensdauer eines Reifens,
insbesondere wenn er an einem Rad montiert ist und an einem Fahrzeug
benutzt wird, die Gleichförmigkeit
der Reifen-Rad-Baugruppe
sich ändern
kann, selbst wenn sie anfänglich
sehr gleichförmig
war (in punkto Abmessungen und in Begriffen von Kraftschwankungen).
Dies ist so aufgrund der viskoelastischen Natur eines Reifens und
aufgrund der Tatsache, dass die Reifenkarkassenlage nicht immer
einer ausgewogenen Form folgt. Ein anderer wichtiger Faktor, der
Reifengleichförmigkeit bestimmt,
ist, wie gut der Wulst auf der Radfelge sitzt, und wie sehr dieser
Kontakt sich bei Betriebsbedingungen wie etwa heftigem Bremsen,
heftigem Kurvenfahren usw. ändern
kann. Beispiele für
andere Faktoren, die die Reifengleichförmigkeit bestimmen, umfassen:
Laufflächenabnutzung
(sowohl eine Veränderung
der Abnutzungsverteilung als auch örtlicher Abnutzung aufgrund
von Bremsvorgängen
und vielen anderen Faktoren), und "asymmetrische Abplattung" (beim Parken mit
den Reifen in einer gelenkten Position, oder Parken auf einer seitwärts geneigten
Fläche,
oder teilweise auf der Bordsteinkante, kann ein warmer Reifen sich
asymmetrisch verformen). Auch können
Reifen sowohl als die Felgen aufgrund falscher Betriebsbedingungen,
wie etwa Aufprallen auf einen Bordstein oder in ein Schlagloch,
Veränderungen
erfahren, die letztendlich zu Veränderungen der Massengleichförmigkeit
(z.B. Wucht), der Steifigkeitsgleichförmigkeit oder der Abmessungssymmetrie
einer Reifen-Rad-Baugruppe über
ihre Äquatorebene
führen
können.
Außerdem
verändert
sich der Fahrzeugzustand während
seiner Lebensdauer, und Fahrbahn-/Fahrbedingungen sind im Wesentlichen
ebenfalls variabel und haben eine Auswirkung auf den Lenkrobustheitsgrad
(SRL). Frage (d) betrifft auch Lenkrobustheit. Im Wesentlichen strebt
das Testverfahren danach, die Natur der intrinsischen SRL-Faktoren
zu bestimmen, und wo das SRL-"Plateau" relativ zu der SRL-Gesamtsumme intrinsischer
und extrinsischer Faktoren liegt, die für die getestete Kombination
von Reifen, Rad und Fahrzeug bestehen.
-
Wie
hierin vorangehend beschrieben, haben die Erfinder festgestellt,
dass ansteigende statische Unwucht eine positive Auswirkung auf
die Lenkleistung hat, während
das Erhöhen
von Koppelunwucht eine negative Auswirkung auf die Lenkleistung
hat. Somit verschafft eine Testgestaltung, die eine Test-Reifen-Rad-Baugruppe
einer Folge von Auswuchtbedingungen von (nur) hoher statischer Unwucht,
Absenken auf keine Unwucht (d.h. eine statisch und dynamisch ausgewuchtete
Baugruppe), dann Erhöhen
auf (nur) hohe Koppelunwucht, eine geeichte Skala von Betriebsbedingungen
von günstig über neutral
zu ungünstig.
Je weiter in den ungünstigen
Bereich von Betriebsbedingungen hinein eine Testkombination von
Reifen, Rad und Fahrzeug arbeiten kann, während sie noch stets OK (akzeptable)
Lenkleistung hat, desto robuster ist diese Testkombination von Reifen,
Rad und Fahrzeug gegen Lenkleistungsverlust. Ausgedrückt in Begriffen
des hierin vorangehend in Bezug auf 6C erörteten SRL-Konzepts, veranlasst
die Folge von Auswuchtbedingungen, die durch das erfinderische Testverfahren
auferlegt wird, den extrinsischen Teil der SRL der Kombination von
Reifen, Rad und Fahrzeug dazu, von positiven durch neutrale zu negativen
Werten fortzuschreiten, um die Form, Größe und den relativen Standort
des SRL-"Plateaus" für die SRL-Kurve
zu ermitteln, die sich aus einer Summe der intrinsischen und extrinsischen
SRL-Anteile ergibt,
die die vorliegende Kombination von Reifen, Rad und Fahrzeug kennzeichnen.
Somit umfasst das erfinderische Testverfahren innerhalb seiner Reichweite
nicht nur eine Folge von Auswuchtbedingungen, sondern vielmehr jede
Folge auferlegter Bedingungen, die den extrinsischen SRL-Wert veranlassen,
von positiven über
neutrale zu negativen Werten voranzuschreiten. Natürlich kann
die Folge auch in der entgegengesetzten Richtung vor sich gehen
und kann abhängig
von den Testergebnissen auf einen Teil der Gesamtspanne beschränkt sein.
In der Tat kann das Testen an ausgewählten extrinsischen SRL-Werten in jeder gewünschten
Reihenfolge vorgenommen werden. Wenn beispielsweise das Testen an
einem hohen positiven extrinsischen SRL-Wert eine schlechte Lenkleistung
ergibt, dann kann der Test abgebrochen und kann die Kombination
aus Reifen, Rad und Fahrzeug für
ungeeignet oder unbrauchbar erklärt
werden. Oder beispielsweise kann die Folge extrinsischer SRL-Werte
angehalten werden, sobald ein "Nicht-OK" (NOK) Lenkleistungsergebnis
(oder Vibrationsgradergebnis) erhalten wird.
-
Es
ist anzumerken, dass das erfinderische Testverfahren zum Testen
der Lenkleistungsrobustheit jeder Reifenkonstruktion (oder sogar
jeder Kombination von Reifen, Rad und Fahrzeug) verwendet werden kann,
ungeachtet dessen, wie sie verändert
worden ist. Obwohl der Test vorzugsweise Veränderungen von Radauswuchtgewichten
anwendet, um verschiedene Testbedingungen hervorzurufen, sind diese Änderungen
in der Massengleichförmigkeit
der Reifen-Rad-Baugruppe nicht mit absichtlichen Gestaltungsänderungen
in der Gleichförmigkeit
beispielsweise in der Reifenkonstruktion zu verwechseln (z.B. Reifengestaltungsänderungen von
Massen-, Steifigkeits- und/oder
Abmessungsgleichförmigkeit).
-
Als
Beispiel wird eine Ausführung
des erfinderischen Testverfahrens vorgelegt, wobei die auferlegten Veränderungen
an extrinsischen SRL-Werten durch die Verwendung von Massenungleichförmigkeiten
durchgeführt
wurden, was zu einer Folge von Reifen-Rad-Auswuchtbedingungen führte. In
dem beispielhaften Test wurde das erfinderische Testverfahren genutzt,
um einen geschätzten
optimalen Grad von in eine ausgewählte Reifenkonstruktion einzubauender
statischer Restunwucht zu ermitteln (wodurch die statische Restunwucht
zu einem Teil der intrinsischen SRL für die ausgewählte Reifenkonstruktion
gemacht wurde). Der getestete Grad von RSI wurde hinzugefügt, indem
null, einer oder mehrere Gummiflicken mit unterschiedlichen Gewichten
an die Innenfläche
eines Testreifen, unter der Lauffläche, zentriert auf und achsensymmetrisch über dem
Reifenäquator
(d.h. meridional symmetrisch) angebracht wurden. Der Testreifen
wurde dann auf einem Rundlaufrad montiert und die Reifen-Rad-Testbaugruppe
wurde unter Verwendung von an den Radflanschen angebrachten Auswuchtgewichten
statisch und dynamisch ausgewuchtet. Dies verschaffte den "neutralen" (ausgewuchteten)
Testpunkt, und die Folge von Reifen-Rad-Auswuchtbedingungen (extrinsische SRL-Werte)
des erfinderischen Verfahrens wurde dann mittels an den Flanschen
der Reifen-Rad-Testbaugruppe angebrachter zusätzlicher Auswuchtgewichte auferlegt,
um den gewünschten
Betrag von statischer oder Koppelunwucht zu verschaffen. Dann wurde
die Reifen-Rad-Testbaugruppe zum Testen in der linken vorderen Position
an einem Fahrzeug montiert, von dem bekannt war, dass es relativ
anfällig
für Lenkleistungsverlust
war, und dann für eine
Auswertung von sowohl Lenkleistung als auch merkbarer Vibrationen
testgefahren. Die in dem beispielhaften Test verwendeten Gummiflicken
sind als "leicht", "mittel" und "schwer" gekennzeichnet.
Es wurden auch Aufstellungen mit 2 leichten Flicken (180 Grad auseinander
befestigt) sowie vier leichten Flicken (90 Grad auseinander befestigt)
verwendet.
-
Die
Testergebnisse sind in den nachfolgenden zwei Tabellen vorgelegt,
mit den Lenkleistungsauswertungen in der ersten Tabelle und den
Vibrationsauswertungen in der zweiten. Leere Felder in einer Tabelle
zeigen eine ungetestete Variante an. Der Typ von Unwuchtbedingung
und der Betrag der Unwucht (an jedem Radflansch hinzugefügte Masse)
sind in der ersten und zweiten Reihe jeder Tabelle gezeigt. Die
Kombination von Unwuchttyp und Betrag der Unwucht kann als Unwuchtbedingungs "wert" bezeichnet werden.
Die Ergebnisse für
eine ausgewuchtete Reifen-Rad-Baugruppe sind in der Spalte "Ausgewuchtet" dargestellt. Baugruppen
mit steigenden Beträgen
von an den Radflanschen angebrachter statischer Unwucht haben Spalten
rechts von der "Ausgewuchtet"-Spalte, hin zu höheren extrinsischen
SRL-Werten. Baugruppen mit steigenden Beträgen von an den Radflanschen
angebrachter Koppelunwucht haben Spalten links von der "Ausgewuchtet"-Spalte, hin zu niedrigeren
extrinsischen SRL-Werten. OK-Ergebnisse in Testfeldern weiter nach
links in den Tabellen, d.h. unter ansteigend ungünstigen Betriebsbedingungen,
deuten Reifen mit besserer intrinsischer Lenkleistungsrobustheit
an.
-
-
Für die Lenkleistung
wird jede Beurteilungsnummer von 6 oder höher als OK betrachtet, Beurteilungen von
5 bis 5,9 sind marginal, und unter 5 ist NOK (nicht OK). Im allgemeinen
gilt, je höher
die Beurteilungsnummer, desto besser die Lenkleistungsbeurteilung.
Für die
Vibration bedeutet OK, dass die Vibration für eine Fahrzeugbedienperson
oder Mitfahrer nicht anfechtbar ist. Plus- und Minuszeichen werden
verwendet, um Grade von Vibration innerhalb eines Bereichs von OK,
marginal (MAR) oder NOK anzudeuten, wobei Minus (-) schlimmere Vibration
und Plus (+) geringere Vibration andeuten.
-
Die
Testergebnisse zeigen an, dass Lenkleistung und Lenkleistungsrobustheit
mit dem Grad von durch den örtlichen
Flicken, der an der Innenseite des Reifens angebracht wurde, eingebrachter
statischer Unwucht ansteigt. Man kann sehen, dass sogar der leichteste
getestete Flicken ausreicht, um die schlechte Lenkleistung (NOK)
desselben Reifens ohne Flicken zu korrigieren. Der Reifen ohne einen
Flicken erforderte die Anbringung von 20 Gramm statischer Unwucht
an der Radfelge, um eine OK-Lenkleistung zu erzielen, was andeutet,
dass die ursprüngliche
Konfiguration (Kombination von Reifen, Rad und Fahrzeug) tief in
einer Betriebsart mit Lenkleistungsverlust war und somit eine relativ
niedrige SRL-Summe hatte. Die Ergebnisse für "schwere Flicken" deuten an, dass die Konfiguration mit "schweren Flicken" die meiste Lenkleistungsrobustheit hatte,
da sie in der Lage war, die OK-Lenkleistung sogar aufrechtzuerhalten,
wenn wenigstens 10 Gramm Koppelunwucht dem Rad hinzugefügt wurden:
sie weist die breiteste Spanne von Bedingungen auf, wo sie OK-Lenkleistung verschafft.
Mit anderen Worten, ihr SRL-Plateau
wirkt für
eine ausgewuchtete Reifen-Rad-Baugruppe
und erstreckt sich bis auf SRL-Grade, die niedriger sind als für die anderen
getesteten Konfigurationen. Es ist auch zu sehen, dass das Planieren
der Flicken (d.h. Reifen-Massenungleichförmigkeiten,
die symmetrisch über
die Äquatorebene
sind) an mehreren Standorten um den Umfang des Reifens einigen Nutzen
hat, jedoch weniger effektiv und weniger robust war als die gleiche
Masse an einem einzigen Standort konzentriert. Dies könnte bedeuten,
dass eine symmetrische Unwucht höherer
Ordnung weniger effektiv sein könnte
als eine symmetrische Unwucht erster Ordnung, jedoch könnte es
auch das Ergebnis dessen sein, dass man nicht in der Lage war, die
Flicken perfekt auf symmetrische Weise in dem Reifen zu plazieren. Es
ist auch zu sehen, dass die Vibrationsniveaus mit dem in einer Konfiguration
vorhandenen Betrag an Unwucht ansteigen, daher muss dies in Betracht
gezogen werden, wenn die Testergebnisse zur Ermittlung der optimalen
Gesamtreifenkonstruktion verwendet werden.
-
Wie
hierin vorangehend detailliert ausgeführt, ist das Verwirklichen
günstiger
Massenungleichförmigkeit
in einem Reifen am effektivsten und wird daher gegenüber einer
Verwirklichung durch Modifizieren eines Rads bevorzugt. Nach der
Reifenproduktion stattfindende Änderungen
der Radauswuchtung können
jedoch effektiv sein, wenn die Bedienperson und/oder die Wartungsperson
sich in den Verfahren der vorliegenden Erfindung auskennt. Erfindungsgemäß wird ein
kontrollierter Betrag statischer Restunwucht (RSI) in wenigstens eine
(vorzugsweise eine vordere, Lenkrad-) und bis zu allen vier Reifen-Rad-Baugruppen
eines Fahrzeugs eingebracht, um die Lenkleistungsrobustheit zu verbessern.
Vorzugsweise wird die RSI mittels an den Rädern von Reifen-Rad-Baugruppen
angebrachter Auswuchtgewichte eingebracht. Trotzdem merken die Erfinder
an, dass eine solche Herangehensweise die am wenigsten wünschenswerte
Ausführung
der Erfindung ist, da sie nicht die Nutzen von Massenungleichförmigkeit
in dem Reifen verschafft, sie sich nicht an normale Auswuchtbedürfnisse
der Reifen-Rad-Baugruppe anpasst und da ihre RSI vollkommen ausgeschaltet
wird, wenn die Baugruppe anschließend normal ausgewuchtet wird.
-
Obwohl
die Erfindung in den Zeichnungen und in der vorangehenden Beschreibung
im Einzelnen illustriert und beschrieben worden ist, ist sie als
illustrativ und nicht einschränkend
zu betrachten – wobei
es sich versteht, dass nur bevorzugte Ausführungsformen dargestellt und
beschrieben worden sind. Zweifellos werden einer Person mit normalem
Fachwissen in der Technik, der die vorliegende Erfindung am nächsten liegt,
viele andere "Varianten" der hierin vorangehend
ausgeführten "Themen" einfallen, und es
ist beabsichtigt, dass solche Varianten innerhalb der Reichweite
der Erfindung liegen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.