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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von
auf ein Rad wirkenden Kräften
zur Bestimmung der Straßenoberflächen-Reibungskraft,
des vertikalen Widerstands, des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten
usw. Die Vorrichtung kann Bestandteil eines Bremssystems mit Antiblockierregelung
zur Verhinderung einer Blockierung (Festfressen) der Räder eines
Fahrzeuges bei einem plötzlichen
Halt oder eines Schlupfregelungssystems zur Verhinderung eines übermäßigen Schlupfs
der Räder
bei Beschleunigung sein; die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung
zum Messen der mechanischen Spannung bzw. Beanspruchung einer Konstruktion
für die
Messung von in beliebigen Konstruktionen erzeugten Spannungen.
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II. Stand der Technik
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Das
Antiblockiersystem (ABS) eines herkömmlichen Fahrzeugs wie z.B.
eines Automobils verwendet im allgemeinen das Prinzip einer automatischen
Steuerung der Bremswirkung in Abhängigkeit von der Fahrgestellgeschwindigkeit
und der Radgeschwindigkeit auf eine solche Weise, daß das Schlupfverhältnis in
einen bestimmen Bereich fällt (vgl.
JP-B-59-30585 und JP-A-60-61354). Die Beziehung zwischen dem Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten
und dem Schlupfverhältnis
ist in Abhängigkeit
von dem Zustand der Straßenoberfläche variabel.
Bei dem vorstehend genannten System kann deshalb die Bremskraft,
abhängig
vom Zustand der Straßenoberfläche, nicht
das Maximum sein, und ein minimaler Bremsweg kann in einem solchen
Fall nicht erreicht werden. Da die Fahrgestellgeschwindigkeit außerdem aus
der Radgeschwindigkeit bestimmt wird, mangelt es der Steuerung des
Schlupfverhältnisses
an Genauigkeit. Eine exakte Bestimmung der Fahrgestellgeschwindigkeit
erfordert eine komplizierte Vorrichtung wie z.B. einen Sensor zur Ermittlung
der Geschwindigkeit über
Grund (vgl. JP-A- 63-64861),
einen Fahrgestellverzögerungssensor
(vgl. JP-A-63-170157) oder dergleichen.
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Es
wurde daher ein ABS vorgeschlagen, das die Straßenoberflächen-Reibungskraft oder den Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten
als Meßwert
berücksichtigt.
In dem in JP-A-63-25169 beschriebenen System wird das Moment (Radreifenmoment)
der auf die Räder
wirkenden Straßenoberflächen-Reibungskraft
erhalten, indem die Radwinkelbeschleunigungsgeschwindigkeit und
der Bremsflüssigkeitsdruck
ermittelt werden. Der Beginn des Abfalls im Radreifenmoment bei
gleichzeitigem Anstieg des Bremsflüssigkeitsdrucks wird als eines der
Kriterien zur Beurteilung der Radzustände kurz vor Blockierung der
Räder angenommen.
In diesem System wird jedoch das Radreifenmoment indirekt durch
einen arithmetischen Vorgang aus der Radwinkelbeschleunigungsgeschwindigkeit
und dem Bremsflüssigkeitsdruck
bestimmt, und der Radträgheits-Wirkungsgrad
und der Bremswirkungsgrad einer Bremse usw. sind unbestimmte Konstanten.
Die Genauigkeit der berechneten Werte ist deshalb nicht ausreichend
hoch.
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In
bezug auf das Schlupfsteuerungssystem bestimmt die herkömmliche
Vorrichtung auch den Radschlupf zum Zeitpunkt der Beschleunigung
durch Messen der Radgeschwindigkeit ebenso wie beim ABS. In diesem
Fall existiert jedoch das gleiche Problem wie beim ABS, wo die Steuervorgänge auf
der Basis der Radgeschwindigkeit durchgeführt werden.
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Deshalb
besteht für
Bestandteile dieser neuen ABS- oder Schlupfsteuerungssysteme ein
Bedarf für
eine Vorrichtung zur Messung dynamischer Größen, die in Beziehung stehen
zur Wechselwirkung zwischen der Straßenoberfläche und den Rädern, wie
z.B. die Straßenoberflächen-Reibungskraft,
der vertikale Widerstand und der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient.
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EP-A-0
154 728 betrifft einen Lastdetektor, der imstande ist, ein ausreichendes
Maß an
Detektierempfindlichkeit, Festigkeit und Steifigkeit aufrechtzuerhalten
und der auch dann keine Detektierfehler entwickelt, wenn die Wirkpunkte
von Belastungen sich von einem Punkt zu einem anderen ändern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dem oben angegebenen
Bedarf gerecht zu werden und eine Vorrichtung zum Messen einer auf Räder wirkenden
Kraft anzugeben, um die Straßenoberflächen-Reibungskraft,
den vertikalen Widerstand und den Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten zu
messen, und eine Konstruktionsspannungs-Meßvorrichtung zum Messen der
in Konstruktionen erzeugten Spannungen anzugeben.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Messen der auf
Räder wirkenden
Kraft bereit, die einen Spannungsdetektiersensor, der in einem in
einer Fahrzeugachse vorgesehenen Loch sicher angebracht ist, und
eine Signalverarbeitungsschaltung aufweist, die dazu ausgebildet
ist, die Detektiersignale von dem Spannungsdetektiersensor zu verarbeiten.
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Bei
einer solchen Vorrichtung wird die Spannung der Achse, die auf die
auf das Rad wirkende Kraft zurückgeht,
von dem Spannungsdetektiersensor detektiert. Die Spannung ist proportional
zu der auf das Rad wirkenden Kraft, und somit detektiert der Spannungsdetektiersensor
die auf das Rad wirkende Kraft durch die Spannung bzw. Belastung.
Da der Spannungsdetektiersensor in die Achse eingebettet ist, können Störungen von
Sensorausgangssignalen aufgrund von auf das Rad wirkenden Kräften, die
von der Zielkraft verschieden sind, verringert werden, und außerdem kann
der Sensor gegenüber
der äußeren Umgebung
geschützt
werden. Da außerdem
das Detektiersignal von dem Spannungsdetektiersensor durch die Signalverarbeitungsschaltung
verarbeitet wird, können
Beeinflussungen durch auf das Rad wirkende Kräfte, die nicht die spezielle
auf das Rad wirkende Kraft sind, die der Messung unterliegt, weiter verringert
werden.
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Bei
der vorstehenden Vorrichtung zum Messen der auf ein Rad wirkenden
Kraft kann das Loch in der Achse in Ausfluchtung mit der spannungsneutralen
Linie der Achse angeordnet sein. Bei einer solchen Ausfluchtung
können
die Beeinflussungen der Sensorausgangssignale durch das Bremsmoment, die
Querkraft usw., die auf das Rad wirken, effektiv verringert werden.
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Bei
der obigen Vorrichtung zum Messen der auf ein Rad wirkenden Kraft
kann der Spannungsdetektiersensor in der Mittellinie der Achse angeordnet sein,
wodurch die Beeinflussungen des Sensorausgangssignals durch das
Bremsmoment, die Querkraft usw., die auf das Rad wirken, verringert
werden können.
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Außerdem sieht
die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen der auf ein
Rad wirkenden Kraft vor, die folgendes aufweist: eine Vielzahl von
Spannungsdetektiersensoren, die jeweils unabhängig in eine Vielzahl von Löchern in
einer Fahrzeugachse sicher eingebettet sind, und eine Signalverarbeitungsschaltung,
die dazu ausgebildet ist, Detektiersignale von jedem der Spannungsdetektiersensoren
zu verarbeiten, um eine bestimmte Spannung zu extrahieren. Bei der
vorgenannten Anordnung kann eine bestimmte Wirkkraft unter verschiedenen
auf ein Rad wirkenden Kräften
wie etwa eine Straßenoberflächen-Reibungskraft, einen
vertikalen Widerstand, ein Bremsmoment, eine Querkraft usw. gemessen
werden, wobei Einflüsse
der anderen Wirkkräfte
verringert sind.
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Bei
jeder von den vorgenannten Radwirkkraft-Meßvorrichtungen können der
Detektiersensor und die Signalverarbeitungsschaltung gemeinsam sicher
in dem Loch in der Achse angebracht sein. Daher kann in dem Ausgangssignal
der Signalverarbeitungsschaltung ein großes Signal-/Rausch-Verhältnis erreicht
werden.
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Ferner
sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen der
auf ein Rad wirkenden Kraft vor, die folgendes aufweist: Spannungsdetektiersensoren,
die in jedem der Löcher
sicher installiert sind, die in horizontaler und vertikaler Richtung
in der Achse ausgebildet sind, und eine Signalverarbeitungsschaltung,
die dazu ausgebildet ist, ein Detektiersignal von jedem der Spannungsdetektiersensoren
zu verarbeiten. Bei dieser Anordnung können die Straßenoberflächen-Reibungskraft
und der vertikale Widerstand, die auf das Rad wirken, durch die
Spannungsdetektiersensoren gemessen werden, und das Detektiersignal
von jedem der Spannungsdetektiersensoren kann in der Signalverarbeitungsschaltung verarbeitet
werden, um den Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten
zu messen, der als Verhältnis
der Straßenoberflächen-Reibungskraft
und des vertikalen Widerstands definiert ist.
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Bei
jeder der vorstehend genannten Vorrichtungen zum Messen der auf
ein Rad wirkenden Kraft kann der Spannungsdetektiersensor als integrale Einheit
konstruiert sein und weist Dehnungsmesser auf, die an einer kubischen
Kunststoffbasis angebracht sind. Bei dieser Anordnung können die
Spannungsdetektiersensoren die Straßenoberflächen-Reibungskraft und den
vertikalen Widerstand, die auf das Rad wirken, an im wesentlichen
der gleichen Position in der Achse messen. Die Spannungsdetektiersensoren
können
deshalb in einer Position in der Achse installiert sein, wodurch
eine Beeinflussung der zwei gemessenen Werte durch die auf das Rad
wirkenden Kräfte,
die von den zu bestimmenden auf das Rad wirkenden Kräften verschieden
sind, gleichzeitig verringert wird.
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Bei
jeder der oben angegebenen Vorrichtungen zum Messen von auf ein
Rad wirkenden Kräften kann
der Spannungsdetektiersensor als eine integrale Einheit ausgebildet
sein, die Dehnungsmesser aufweist, die an einem planaren Teil angebracht
sind, der an einem Ende einer stabförmigen Konstruktion vorgesehen
sind. Bei dieser Anordnung kann der Spannungsdetektiersensor ohne
weiteres in einer vorbestimmten Position und einer vorbestimmten Orientierung
in dem Loch eingebettet sein.
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Bei
jeder der oben angegebenen Vorrichtungen zum Messen der auf ein
Rad wirkenden Kraft kann der Spannungsdetektiersensor als eine integrale
Einheit aufgebaut sein, der an einem Keramiksubstrat angebrachte
Dehnungsmesser hat und mit einer Oxidschicht bedeckt ist. Bei dieser
Anordnung kann ein Spannungsdetektiersensor mit hoher Wärmebeständigkeit
gebildet werden.
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Bei
jeder der oben angegebenen Vorrichtungen zum Messen der auf ein
Rad wirkenden Kraft können
die Dehnungsmesser von jedem der Spannungsdetektiersensoren in dem
Loch in der Achse sicher in einer Orientierung von ungefähr 45° in bezug auf
die horizontale und die vertikale Spannungsmittelachse der Achse
angebracht sein. Daher können die
jeweiligen Sensoren die Straßenoberflächen-Reibungskraft
und den vertikalen Widerstand, die auf das Rad wirken, messen, wobei
Beeinflussungen durch andere auf das Rad wirkende Kräfte verringert sind.
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Außerdem sieht
die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen der auf ein
Rad wirkenden Kraft vor, die folgendes aufweist: einen zusätzlichen
Spannungsdetektiersensor zum Detektieren eines Bremsdrehmoments
usw., wobei der zusätzliche Spannungsdetektiersensor
in der Nähe
eines Haupt-Spannungsdetektiersensors
in dem in der Fahrzeugachse gebildeten Loch angeordnet ist, sowie
die Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten des Spannungsdetektiersignals
von diesen Sensoren, wodurch das Bremsdrehmomentsignal und andere
Spannungssignale eliminiert oder verringert werden.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zum Messen
der Spannung einer Konstruktion bereitgestellt, wobei die Vorrichtung
folgendes aufweist: einen Spannungsdetektiersensor, der sicher in
einem Loch angebracht ist, das in einer Konstruktion gebildet ist,
deren Spannung zu messen ist, und eine Signalverarbeitungsschaltung
zum Verarbeiten der Detektiersignale von dem Spannungsdetektiersensor.
Durch diese Anordnung können
Spannungen in jeder gewünschten
Position einschließlich
des Inneren der Konstruktion gemessen werden.
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Bei
jeder der angegebenen Vorrichtungen zum Messen von auf ein Rad wirkenden
Kräften
kann die Signalverarbeitungsschaltung aus einer Sensorbrückenschaltung
für die
Spannungsdetektierung und einer Verstärkerschaltung bestehen. Bei
dieser Anordnung können
Einflüsse
von Kräften,
die auf das Rad wirken und von der spezifischen auf das Rad wirkenden
Kraft verschieden sind, wirksam eliminiert werden, und außerdem kann
die Empfindlichkeit des Spannungsdetektiersensors erhöht werden,
so daß ein
ausreichend großes
Ausgangssignal der gemessenen aif das Rad wirkenden Kraft erhalten
werden kann.
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Bei
jeder der oben angegebenen Vorrichtungen zum Messen der auf ein
Rad wirkenden Kraft kann die Signalverarbeitungsschaltung aus einer Sensorbrückenschaltung
für die
Spannungsdetektierung, einer Verstärkerschaltung und einer Operationsschaltung
bestehen. Bei dieser Anordnung können
Einflüsse
von auf das Rad wirkenden Kräften,
die von der spezifischen auf das Rad wirkenden Kraft verschieden
sind, wirksam eliminiert werden, und die Empfindlichkeit des Spannungsdetektiersensors kann
erhöht
werden mit dem Ergebnis, daß es
nicht nur möglich
ist, einen Meßwert
der gewünschten
auf das Rad wirkenden Kraft als ein hinreichend großes Ausgangssignal
zu erhalten, sondern auch möglich ist,
den Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten zu
bestimmen, der als das Verhältnis
der Straßenoberflächen-Reibungskraft
und des vertikalen Widerstands definiert ist.
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Bei
jeder der vorstehend genannten Vorrichtungen, die die auf das Rad
wirkende Kraft messen, kann die Signalverarbeitungsschaltung aus
einer Sensorbrückenschaltung
für die
Spannungsdetektierung bestehen.
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Mit
der vorliegenden Erfindung lassen sich die folgenden Ergebnisse
erzielen.
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Mit
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
können
die Straßenoberflächen-Reibungskraft,
der vertikale Widerstand, der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient, die
Querkraft, das Bremsmoment, das Antriebsmoment usw. leicht gemessen werden.
Wenn die Vorrichtung in einem Antiblockiersystem verwendet wird,
kann der Bremsweg unabhängig
von der Beschaffenheit der Straßenoberfläche so weit
wie möglich
verringert und gleichzeitig der Zweck des Antiblockierens erreicht
werden. Darüber
hinaus besteht keine Notwendigkeit für eine komplizierte Vorrichtung
zur Messung der Fahrgestellgeschwindigkeit. In einer Schlupfsteuerungsvorrichtung
kann die Beschleunigungsdistanz unabhängig von der Beschaffenheit
der Straßenoberfläche so weit
wie möglich
verringert werden. Die vorliegende Erfindung ergibt somit bemerkenswerte
Verbesserungen in der Wirkungsweise eines Fahrzeug-Antiblockiersystems
und einer Schlupfsteuerungsvorrichtung.
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Außerdem kann
mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung die Spannung bzw. Belastung einer Konstruktion ohne weiteres
gemessen werden. Außerdem
kann jede Last, jedes Drehmoment oder dergleichen ebenfalls auf
einfache Weise gemessen werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet die Technologie zur Messung von Spannungen bzw.
Beanspruchungen, Belastungen oder dergleichen mit einem Spannungsdetektiersensor
mit Dehnungsmessern, die in eine beliebige Konstruktion eingebettet
sind, die Auswirkungen, daß durch
Positionieren des Spannungsdetektiersensors in einer geeigneten Orientierung
in einem Loch in Abhängigkeit
von einer Ziel-Spannung oder Ziel-Last jede gewünschte Spannung, Last oder
dergleichen gemessen werden kann. Ferner können durch Anordnen einer Vielzahl von
Spannungsdetektiersensoren in geeigneten Positionen und Orientierungen überlappende
Spannungen oder Belastungen eliminiert oder verringert werden, und
die gewünschte
Spannung oder Last kann extrahiert und gemessen werden. Ferner bietet
die Spannungsmeßvorrichtung
den zusätzlichen
Vorteil, daß die
im Inneren einer Objektkonstruktion erzeugten Spannungen ohne weiteres
gemessen werden können.
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Die
vorliegende Erfindung ist durch die Ansprüche 1 bis 14 definiert und
betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Kraft, die auf ein Fahrzeugrad
wirkt, das an einer Fahrzeugachse angebracht ist, wobei die Vorrichtung
folgendes aufweist: einen Spannungsdetektiersensor, der eine Basis
hat, an der Dehnungsmesser angeordnet sind, wobei der Sensor in
einem Loch angeordnet ist, das in einer Fahrzeugachse vorgesehen
ist, und eine Signalverarbeitungsschaltung, die so ausgebildet ist,
daß sie
ein Detektiersignal von dem Spannungsdetektiersensor verarbeitet.
Der Spannungsdetektiersensor ist in dem Loch durch eine Abstandseinrichtung
installiert und befestigt, wobei die Abstandseinrichtung ein Material
ist, das den gesamten Raum zwischen dem Spannungsdetektiersensor
und Wänden
des Lochs ausfüllt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Teilansicht, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Messung der auf ein Rad wirkenden Kräfte zeigt;
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2 ist
eine perspektivische Teilansicht, die eine Ausführungsform eines Spannungsdetektiersensors
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Messung der auf ein Rad wirkenden Kraft zeigt;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Signalverarbeitungsschaltung
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Messung der auf ein Rad wirkenden Kraft;
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4 ist
eine perspektivische Teilansicht einer anderen Ausführungsform
eines Spannungsdetektiersensors einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Messung der auf ein Rad wirkenden Kraft;
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5 ist
eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Signalverarbeitungsschaltung
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Messung einer auf ein Rad wirkenden Kraft;
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6 ist
eine perspektivische Teilansicht noch einer anderen Ausführungsform
eines Spannungsdetektiersensors einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Messung einer auf ein Rad wirkenden Kraft;
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7 ist
eine perspektivische Teilansicht eines Spannungsdetektiersensors,
der eine andere Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad wirkenden Kraft
bildet;
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8 ist
eine perspektivische Teilansicht einer anderen Ausführungsform
eines Spannungsdetektiersensors, der noch eine andere Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad wirkenden Kraft
ist;
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9 ist
eine perspektivische Innenansicht einer Ausführungsform, bei der eine Vielzahl
von Spannungsdetektiersensoren in einer Vorrichtung verwendet wird,
um die Straßenoberflächen-Reibungskraft
und das Bremsmoment oder Antriebsmoment als auf ein Rad wirkende
Kräfte
zu messen;
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10 ist
eine perspektivische Innenansicht einer Ausführungsform, bei der in einer
Vorrichtung zur Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft als eine
auf ein Rad wirkende Kraft eine Signalverarbeitungsschaltung und
ein Spannungsdetektiersensor in demselben Loch sicher angebracht
sind;
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11 ist
eine perspektivische Innenansicht einer Ausführungsform, bei der bei einer
Vorrichtung zur Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft als eine
auf ein Rad wirkende Kraft eine Signalverarbeitungsschaltung und
ein Spannungsdetektiersensor in demselben horizontalen Loch sicher
angebracht sind;
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12 ist
eine perspektivische Innenansicht einer Ausführungsform, bei der bei einer
Vorrichtung zur Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft und des
Bremsmoments oder des Antriebsmoments als auf ein Rad wirkende Kräfte eine
Vielzahl von Spannungsdetektiersensoren und eine Signalverarbeitungsschaltung
in ein und demselben Loch sicher angebracht sind;
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13 ist
eine perspektivische Innenansicht einer Ausführungsform eines Spannungsdetektiersensors
einer Vorrichtung zur Messung des Bremsmoments oder des Antriebsmoments
als eine auf ein Rad wirkende Kraft;
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14 ist
eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform eines Lochs zur
Halterung eines Spannungsdetektiersensors zur Messung der auf ein
Rad wirkenden Kraft gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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15 ist
eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform eines Spannungsdetektiersensors,
der mit Dehnungsmessern ausgestattet ist.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Es
folgen bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, die in keiner Weise als den Umfang der Erfindung,
wie er in den Ansprüchen definiert
ist, einschränkend
anzusehen sind.
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Ausführungsformen
einer Vorrichtung zum Messen der auf ein Rad wirkenden Kraft zur
Bestimmung des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten
sind in den 1, 2 und 3 gezeigt. 1 zeigt
den Einbauzustand eines Spannungsdetektiersensors. 2 zeigt
den Spannungsdetektiersensor, und 3 zeigt
eine Signalverarbeitungsschaltung. Als Beispiel wird ein Fall gezeigt,
bei dem der Spannungsdetektiersensor in einer Achse eines Antriebsrads
eines Fahrzeugs montiert ist, das eine Federbeinaufhängung hat,
die häufig
bei Automobilen verwendet wird. Von der Oberseite zur Unterseite einer
Achse 1 (in diesem Beispiel einer Lenkspurstange) ist entlang
einer Richtung 11, die senkrecht zur Straßenoberfläche ist,
ein Loch 2 ausgebildet, das die Achsenmittellinie (eine
spannungsneutrale Linie) der Achse schneidet. Der Durchmesser des Lochs 2 kann
z.B. ca. 5 mm bis ca. 10 mm betragen. Die Achsenmittellinie (eine
spannungsneutrale Linie) bedeutet hier die Mittellinie der Biegedeformation,
die in der Achse 1 durch die Straßenoberflächen-Reibungskraft, den vertikalen
Widerstand und Querkräfte,
die auf das Rad wirken, das um eine Achse (die Linie, auf die weder
eine Zugspannung noch eine Druckspannung aufgrund von Biegedeformation wirkt)
rotiert, erzeugt wird, oder die Mittellinie der Torsionsdeformation,
die in der Achse 1 beim Betätigen der Bremse durch das
Bremsmoment ausgebildet wird (die Linie, an der durch Torsionsdeformation
keine Scherung erzeugt wird). Diese Mittellinien fallen ungefähr mit der
Mittellinie einer Achse (eine Mittelachse 5 der Achse)
zusammen. In das Loch 2 ist ein Spannungsdetektiersensor 3 eingefügt. Wie
in 2 dargestellt, weist der Spannungsdetektiersensor
eine kubische Basis 20 und darauf montierte Spannungsmeßeinrichtungen
auf. Die Spannungsmeßeinrichtungen
können
beispielsweise Dehnungsmesser sein. Die Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 sind
durch Linien auf entsprechenden Ebenen der Basis 20 dargestellt.
Die Basis 20 kann z.B. aus einem Kunststoffmaterial wie
z.B. Epoxidharz bestehen. Die Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 sind
an der Basis 20 angebracht, indem man sie an den entsprechenden
Oberflächen
der Basis 20 mit einem Klebstoff festmacht, oder sie sind
in die Oberflächenbereiche
der Basis 20 eingebettet. Jeder der Dehnungsstreifen 21 bis 24 und 31 bis 34 ist
vorzugsweise in einem Winkel von 45° in bezug auf die Y-Achse angebracht.
Der Spannungsdetektiersensor 3 wird in das Loch 2 eingeführt und
an der Achsen-Mittellinie (der Mittelachse 5 der Achse)
installiert. Die X-, Y- und Z-Achsen sind in Übereinstimmung mit der Bewegungsrichtung 9 des
Fahrzeugs, der Richtung 10 einer Achse bzw. einer vertikalen Richtung 11 festgelegt.
Eine obere Oberfläche
des Spannungsdetektiersensors (eine Seite, deren Normalrichtung
die Z-Richtung ist) befindet sich vorzugsweise oberhalb der Mittellinie
der Achse, eine untere Oberfläche
des Sensors (eine andere Seite, dessen Normalrichtung die Z-Richtung
ist) befindet sich vorzugsweise unterhalb der Mittellinie der Achse.
Die Größe der Zug-
oder Druckspannung aufgrund der durch die Straßenoberflächen-Reibungskraft, den vertikalen Widerstand
und die Querkraft, die auf das Rad wirken, erzeugten Biegedeformation
ist auf beiden Oberflächen
des Spannungsdetektiersensors vorzugsweise gleich, und die Größe der Scherung, die
mit der durch das beim Betätigen
der Bremse wirkende Bremsmoment ausgebildeten Torsionsdeformation
in Verbindung steht, ist an beiden Oberflächen vorzugsweise gleich. Dies
ist dann von besonderer Bedeutung, wenn der Abstand zwischen den oberen
und unteren Oberflächen
groß ist.
Bevorzugt wird auch, daß eine
Vorderseiten-Oberfläche
(eine Seite, dessen Normalrichtung die X-Richtung ist) und eine
Hinterseiten-Oberfläche
(eine andere Seite, deren Normalrichtung die X-Richtung ist) des Spannungsdetektiersensors
an jeder Seite der Achsenmittellinie angeordnet sind und die Spannung
aufgrund der Biegedeformation oder Torsionsdeformation an beiden
Oberflächen
die gleiche ist. Das Loch 2 wird mit einem Füllstoff 4 (als
Beispiel für
einen Abstandshalter) ausgefüllt.
Vorzugsweise ist der Füllstoff 4 aus dem
gleichen Material wie der Spannungsdetektiersensor 3. Der
Füllstoff 4 füllt die
Lücke um
den Spannungsdetektiersensor 3 herum aus, um den Sensor in
dem Loch 2 sicher festzuhalten. Durch das vorstehend genannte
Verfahren werden die Dehnungsstreifen 21 bis 24 und 31 bis 34 sicher
in der vorbestimmten Position und in der vorbestimmten Orientierung
in dem Loch 2 eingebettet.
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Ebenso
wie eine in 3 dargestellte Signalverarbeitungsschaltung
ist die Gruppe 21, 22, 23 und 24 und
die Gruppe 31, 32, 33 und 34 der
Dehnungsmesser des Spannungsdetektiersensors 3 jeweils
zu einer Brückenschaltung
verbunden, und diese Brücken
sind elektrisch mit einem Verstärkerkreis 41,
der aus einer Gleichstromquelle 42 und einem Verstärker 43 besteht,
und einem Verstärkerkreis 44, der
aus einer Gleichstromquelle 45 und einem Verstärker 46 besteht, über eine
elektrische Signalleitung 8 verbunden. Als Reaktion auf
die auf das Rad wirkende Straßenoberflächen-Reibungskraft
wird in den Ebenen der oberen und unteren Oberflächen des Spannungsdetektiersensors
eine Scherbeanspruchung erzeugt. Die Dehnungsstreifen 21 bis 24 detektieren
diese Scherbeanspruchung. Der Verstärkerkreis 41 gibt
ein Spannungssignal aus, das proportional zu dieser Scherbeanspruchung,
d.h., zur Straßenoberflächen-Reibungskraft
ist. Teilweise aufgrund der Tatsache, daß die Dehnungsmesser 21 bis 24 eine
Brücke
bilden, und teilweise aufgrund der Tatsache, daß die Scherung in der Nachbarschaft
der Achsenmittellinie detektiert wird, können die gegenseitigen Beeinflussungen
des Ausgangssignals aufgrund der Biegedeformation und der Torsionsdeformation
auf einem Minimum gehalten werden. Auf diese Weise kann eine Vorrichtung
zum Messen der Kraft, die auf ein Fahrzeugrad wirkt, für die Messung der
Straßenoberflächen-Reibungskraft
mit hoher Präzision
implementiert werden. Auf ähnliche
Weise wird in den Ebenen der Vorder- und Rückseiten des Spannungsdetektiersensors
als Reaktion auf den auf das Rad wirkenden vertikalen Widerstand
eine Scherbeanspruchung ausgebildet. Die Dehnungsmesser 31 bis 34 detektieren
diese Scherbeanspruchung. Der Verstärkerkreis 44 gibt
ein Spannungssignal aus, das proportional zu dieser Scherbeanspruchung,
d.h. zum vertikalen Widerstand ist. Teilweise aufgrund der Tatsache,
daß die
Dehnungsmesser 31 bis 34 eine Brücke bilden,
und teilweise aufgrund der Tatsache, daß die Scherbeanspruchung in
der Nachbarschaft der Achsenmittelinie detektiert wird, kann die
gegenseitige Beeinflussung des Ausgangssignals aufgrund der Biegedeformation
und Torsionsdeformation minimiert werden. Auf diese Weise wird eine
Vorrichtung zur Messung der auf ein Rad wirkenden Kraft ausgebildet,
mit der die Messung des vertikalen Widerstands mit hoher Genauigkeit
möglich
ist. Der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient kann
bestimmt werden, indem man die Ausgangssignale von den Verstärkerkreisen 41 und 44 in
eine Operationsschaltung 47 eingibt. In der Operationsschaltung 47 wird
der Wert der Straßenoberflächen-Reibungskraft durch
den vertikalen Widerstand dividiert, und der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient
wird erhalten.
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Da
bei dieser Ausführungsform
die Lücke
um den Spannungsdetektiersensor 3 im Loch 2 mit Kunstharz,
z.B. Epoxidharz oder anderen Abstandshaltern, ausgefüllt ist,
wird ein weiterer Vorteil erreicht, weil die Dehnungsstreifen 21 bis 24 und 31 bis 34 gegen
die äußere Umgebung
geschützt
sind.
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Um
entweder die Straßenoberflächen-Reibungskraft
oder den vertikalen Widerstand zu messen, kann der in 4 dargestellte
Spannungsdetektiersensor 3 anstelle des Spannungsdetektiersensors 3 der 2 verwendet
werden. Dabei ist jeder der Dehnungsmesser 21 bis 24 vorzugsweise
unter einem Winkel von 45° in
bezug auf die Y-Achse angeordnet.
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Zum
Zweck der Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft
liegen die X-, Y- und
Z-Achsen in 4 vorzugsweise in Übereinstimmung
mit einer vertikalen Richtung 11, einer Richtung 9 der
Vorwärtsbewegung
des Rads bzw. einer Achsenrichtung 10. Zum Zweck der Messung
des vertikalen Widerstandes sind die X-, Y- und Z-Achsen in 4 vorzugsweise
in Übereinstimmung
mit der Richtung 9 der Vorwärtsbewegung des Rads, der Achsenrichtung 10 und
der vertikalen Richtung 11. Das Verhältnis der Sensoreinbauposition
zur Achsenmittellinie ist das gleiche wie bei dem in 2 dargestellten Spannungsdetektiersensor.
Die Dehnungsmesser 21 bis 24 sind mit der in 5 dargestellten
Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Sie bilden also eine Brücke, die
ihrerseits mit einem Verstärkerkreis 41 verbunden
ist. Dieser Verstärkerkreis 41 gibt
ein Signal aus, das der Straßenoberflächen-Reibungskraft oder
dem vertikalen Widerstand entspricht.
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Zum
Zweck der Messung der auf ein Rad wirkenden Querkräfte wird
ein in 6 dargestellter Spannungsdetektiersensor verwendet,
und die entsprechenden Dehnungsstreifen 21 bis 24 sind
so vorgesehen, daß sie,
wie dargestellt, entlang der Y-Achse oder Z-Achse orientiert sind.
Dabei liegen die X-, Y- und Z-Achsen in Übereinstimmung mit einer Richtung 9 der
Vorwärtsbewegung
des Rads, einer Achsenrichtung 10 bzw. einer vertikalen
Richtung 11, und die Signalverarbeitungsschaltung ist auf
die gleiche Weise wie in 5 dargestellt angeschlossen.
Auf diese Weise kann eine Vorrichtung zum Messen einer auf ein Rad
wirkenden Kraft implementiert werden, welche die auf das Rad wirkende
Querkraft detektiert.
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Andere
Ausführungsformen
eines Spannungsdetektiersensors sind in den 7 und 8 gezeigt.
Bei diesen Ausführungsformen
weist der Spannungsdetektiersensor Dehnungsstreifen 21 bis 24 auf,
die an einem planaren Teil 52 angebracht sind, der an einem
Ende einer stabförmigen
Konstruktion 51 vorgesehen ist. Auch dabei werden Widerstands-Dehnungsmesser
als die Dehnungsmesser verwendet. Die stabförmige Konstruktion 51 kann aus
einem Kunststoff oder aus dem gleichen Material wie die Achse 1 bestehen,
in die der Sensor eingebettet ist. Die Dehnungsmesser 21, 22, 23 und 24 sind
so installiert, daß ihre
jeweiligen Achsen einen Winkel von 45° in bezug auf eine Mittelachse 50 bilden,
und sind in dem in der Achse 1 gebildeten Loch 2 fest
angebracht. Daher können
sie durch leichtes Einklopfen, mit Klebstoff, durch Hartlöten, Schweißen, Schrumpf-Einpressen
oder dergleichen angebracht werden. Durch die stabförmige Konstruktion ergibt
sich der Vorteil, daß die
Dehnungsmesser ohne weiteres in vorbestimmten Positionen und in vorbestimmten
Orientierungen angebracht werden können, wenn der Spannungsdetektiersensor 3 eingebaut
und in dem Loch 2 festgelegt wird.
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Speziell
in dem in 8 gezeigten Fall ist die Breite
des planaren Teils 52 geringer als der Durchmesser der
stabförmigen
Konstruktion 51. Daher kann beim Einbau und bei der Festlegung
des Spannungsdetektiersensors 3 in dem Loch 2 das
Auftreten von Verdrehen oder einer anderen Deformation und einer
daraus resultierenden übermäßigen Beanspruchung
oder Beschädigung
des planaren Teils 52 infolge einer Rotation oder dergleichen
wirkungsvoll verhindert werden.
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9 ist
eine vergrößerte schematische
Ansicht, die das in der Achse gebildete Loch 2 zeigt. Bei dieser
Ausführungsform
werden zwei in 4 gezeigte Spannungsdetektiersensoren 3 verwendet. Die
X-, Y- und Z-Achse werden in Ubereinstimmung mit einer Vertikalrichtung 11,
einer Richtung 9 der Radvorwärtsbewegung und einer Achsenrichtung 10 ausgebildet.
Die Gruppen von Dehnungsmessern 21 bis 24 und 21 bis 24 jedes
Spannungsdetektiersensors 3 sind auf die gleiche Weise
wie bei der in 3 gezeigten Signalverarbeitungsschaltung
verschaltet, so daß die
Straßenoberflächen-Reibungskraft
und entweder das auf das Rad wirkende Antriebsmoment oder das Bremsmoment
bei Betätigung
des Bremsensystems ausgegeben werden kann. Unter Nutzung der Ausgangssignale
von zwei Verstärkerschaltungen 41 und 44 kann
eine Operationsschaltung 47 die Straßenoberflächen-Reibungskraft durch Addition
und das Drehmoment durch Subtraktion ausgeben. Bei dieser Ausführungsform
ist einer der Spannungsdetektiersensoren 3 auf der Mittelachse 5 der Achse
angeordnet, aber das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn die beiden
Sensoren in Bezug auf die Mittelachse 5 versetzt sind.
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10 ist
eine Ausführungsform
zum Messen der Straßenoberflächen-Reibungskraft, wobei eine
Verstärkerschaltung 41 und
ein Spannungsdetektiersensor 3 gemeinsam in einem Loch 2 sicher angebracht
sind. Der Einbau der Verstärkerschaltung 41 in
das Loch 2 kann mittels der modernen Schaltungsintegrations-Technologie
erfolgen. Durch Anordnen der Verstärkerschaltung 41 in
unmittelbarer Nähe
des Spannungsdetektiersensors 3 kann ein rauscharmes Ausgangssignal
auf der Signalleitung 53 verfügbar gemacht werden.
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11 zeigt
eine Ausführungsform
zur Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft mit
einem System, bei dem die Achse mit einem horizontalen Loch ausgebildet
ist und die Verstärkerschaltung 41 und
der Spannungsdetektiersensor 3 ebenso wie bei der Ausführungsform
von 10 gemeinsam in dem Loch vorgesehen sind.
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12 zeigt
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft und entweder
des Antriebsmoments oder des Bremsmoments, die sämtlich auf das Rad wirken,
mit Hilfe von zwei Spannungsdetektiersensoren 3, wobei
eine Signalverarbeitungsschaltung 54, die Verstärkerkreise 41 und 44 und
eine Operationsschaltung 47 aufweist, gemeinsam mit dem
Spannungsdetektiersensor 3 in dem Loch angeordnet ist. 55 bezeichnet
eine Ausgangssignalleitung der Signalverarbeitungsschaltung 54.
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13 zeigt
eine Ausführungsform
zur Messung des Bremsmoments oder des Antriebsmoments mit einem
einzigen Spannungsdetektiersensor 3. Die Dehnungsmesser 21, 22, 23 und 24 sind
auf die gleiche Weise wie in 5 verschaltet
mit der Ausnahme, daß 22 und 23 vertauscht
sind, d. h. in der Reihenfolge 21, 23, 22 und 24 vorgesehen
sind, so daß eine
Vorrichtung zur Messung des oben genannten Moments implementiert
ist.
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1 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der das Loch 2 zur Aufnahme des Spannungsdetektiersensors 3 entlang
der Vertikalrichtung 11 ausgebildet ist. Die Orientierung
des Lochs 2 ist aber selbstverständlich beliebig. Beispielsweise
kann das Loch 2 in der Horizontalrichtung ausgebildet sein,
etwa entlang der Vorwärtsbewegungsrichtung 9 des
Rads. Die 1 und 9 bis 13 zeigen
Ausführungsformen,
bei denen der Spannungsdetektiersensor 3 in dem Loch 2 mit
Hilfe des Füllmaterials 4 fest
in das Loch 2 eingebettet ist.
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14 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der das Loch in der Achsenrichtung 10 vorgesehen ist. Ferner
ist die Position des Lochs nicht auf die Position des Lenkspurhebels
beschränkt,
sondern kann eine vordere Position der Achse, d. h. an dem Drehzapfen 56,
sein. Die in 14 gezeigte Ausführungsform
ist insofern vorteilhaft, als sie einfach durch den Einbau des gleichen
Typs von Spannungsdetektiersensor, wie er in den 7 oder 8 gezeigt
ist, in der geänderten
Orientierung nicht nur als Vorrichtung zur Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft, sondern
auch als Vorrichtung zur Messung des vertikalen Widerstands dienen
kann.
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Bei
der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Messung einer auf
ein Fahrzeugrad wirkenden Kraft kann der in 15 gezeigte
Spannungsdetektiersensor 3 verwendet werden. Durch Anwendung
der bekannten Technik unter Verwendung eines Rosetten-Meßinstruments
kann die in dem Lenkspurhebel erzeugte Spannung bzw. Beanspruchung
entsprechend der Straßenoberflächen-Reibungskraft,
des vertikalen Widerstands und anderer auf ein Rad wirkenden Kräfte gemessen
werden. Das heißt
mit anderen Worten, daß alle
gewünschten
auf ein Rad wirkenden Kräfte
gemessen werden können.