DE60215728T2 - Verfahren zur Verbesserung der Lenkbarkeit mit Hilfe der Rad/Reifen-Unwucht - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Lenkbarkeit mit Hilfe der Rad/Reifen-Unwucht Download PDF

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Description

  • 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.
  • Figure 00680001
  • 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.

Claims (8)

  1. Ein Verfahren zur Verbesserung der Lenkleistungsrobustheit in einem Fahrzeug, das mehrere Reifen-Rad-Baugruppen aufweist, einschließlich einer Anzahl vorderer Reifen-Rad-Baugruppen (26, 29, 30) und einer Anzahl hinterer Reifen-Rad-Baugruppen (22, 24), wobei jede Reifen-Rad-Baugruppe einen auf einem Rad (73) montierten Reifen (70) umfasst, wobei das Verfahren den Schritt des wenigstens einer der Reifen-Rad-Baugruppen Verleihens eines kontrollierten Betrags von Massenungleichförmigkeit umfasst.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend den Schritt des Auswählens der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe aus einer oder mehreren der vorderen Reifen-Rad-Baugruppen (26, 29, 30).
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend das Verleihen der Massenungleichförmigkeit durch Integrieren von überschüssiger Masse in wenigstens einen Teil des Reifens der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe, nahe am Außenumfang des Reifens.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, umfassend das Verleihen der Massenungleichförmigkeit mittels wenigstens eines extra Gewebestücks.
  5. Ein Verfahren zur Bestimmung von Lenkleistungsrobustheit bei einem Fahrzeug mit mehreren Reifen-Rad-Baugruppen, einschließlich einer Anzahl vorderer Reifen-Rad-Baugruppen (26, 29, 30) und einer Anzahl hinterer Reifen-Rad-Baugruppen (22, 24), wobei jede Reifen-Rad-Baugruppe einen auf einem Rad (73) montierten Reifen (70) umfasst, umfassend 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 verändert 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, 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.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, weiter umfassend 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; Anwendens statischer Wucht mit kontrollierter Koppelunwucht, um Auswuchtzustandswerte zu verschaffen, die ungünstig für die Lenkleistung sind.
  7. Verfahren gemäß Ansprüchen 5 oder 6, umfassend den Schritt des Auswählens der wenigstens einen Reifen-Rad-Baugruppe aus einer oder mehreren der vorderen Reifen-Rad-Baugruppen (26, 29, 30).
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend den Schritt der Bewertung des Fahrzeugvibrationsniveaus während des Testens der Lenkleistung.
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