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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft
zur Erfassung einer Straßenoberflächen-Reibungskraft, einer
Normalgegenkraft und eines Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten,
wobei die Vorrichtung entweder als ein Bauteil eines Antiblockiersystems
(ABS) zur Verhinderung des Blockierens von Rädern bei harter Betätigung der
Bremse eines Fahrzeugs oder als ein Bauteil einer Anti-Schlupf-Regelung
zur Verhinderung eines übermäßigen Durchrutschens
von Rädern
während
des Beschleunigens verwendet werden kann.
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Für
eine derartige Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft zur Erfassung einer Straßenoberflächen-Reibungskraft,
einer Normalgegenkraft und eines Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten, wobei die Vorrichtung
entweder als ein Bauteil eines Antiblockiersystems für Fahrzeuge
oder als ein Bauteil einer Anti-Schlupf-Regelung verwendet werden
kann, sind in der Vergangenheit verschiedene Ausführungen
entwickelt und vorgeschlagen worden. Solche bekannten Vorrichtungen
erfordern jedoch einen Boden-bezogen arbeitenden Geschwindigkeitssensor
oder einen Fahrzeugverzögerungssensor,
um die Fahrzeuggeschwindigkeit exakt feststellen zu können, wodurch
die Vorrichtung kompliziert wird und sich ein Genauigkeitsproblem
ergibt. Es besteht somit ein Bedarf an einer Vorrichtung zur direkten
Messung dynamischer Größen, die
Vorgänge
zwischen der Straßenoberfläche und den
Rädern
betreffen.
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Um diesem Bedarf zu entsprechen,
hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung in der EP-A-504 731
eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft
vorgeschlagen, die ein in oder neben einer Achse ausgebildetes Loch und
einen Spannungssensor mit einem daran angebrachten Dehnungsmesser
umfaßt,
wobei der Spannungssensor mit seinem Dehnungsmesser, der gemäß einer
beabsichtigten Spannung oder Belastung in einer geeigneten Richtung
orientiert ist, fest in dem Loch eingebettet ist, so daß er in
der Lage ist, eine in oder neben der Achse auftretende optionale
Spannung oder Belastung direkt zu messen.
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Es besteht jedoch ein Problem, daß vom Spannungserfassenden
Sensor gelieferte Erfassungssignale durch Kreuzkopplung je nach
der gewählten
Position des Lochs beeinflußt
werden, weil in oder neben der Achse eine komplizierte Scherbelastung
in Verbindung mit einer Biegeverformung aufgrund einer Straßenoberflächen-Reibungskraft, einer vertikalen
Spannung und einer Seitenkraft mit Einwirkung auf das Rad und eine
Scherbelastung mit einer durch das Bremsmoment während der Betätigung der
Bremse verursachten Torsionsverformung erzeugt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, das Problem zu lösen
und eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft bereitzustellen, wobei die Vorrichtung nicht durch Kreuzkopplung
beeinflußt
wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 erfüllt.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Wenn ein Spannungs-erfassender Sensor
in einer Spindel einer Achse an einer Position zwischen dem Ort
der Bremsscheiben-Anbringung eines Fahrzeugs und der Straßen-berührenden
Fläche
eines Rads fest eingebettet ist, erfolgt eine geringere Torsionsverformung
aufgrund des Bremsmoments während
der Betätigung
der Bremse, und es ist möglich, Ausgänge, wie
beispielsweise eine Straßenoberflächen-Reibungskraft
und eine Normalgegenkraft, praktisch ohne Kreuzkopplung aufgrund
des Bremsmoments zu messen.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft
ein Loch in einer Achse in einem Bremssattel-Winkel oder in einem
nahe dabei liegenden Winkel oder ein Loch an einer neutralen Stelle,
wobei ein Spannungs-erfassender Sensor in dem Loch fest eingebettet
ist, so daß er
durch Kreuzkopplung nicht beeinflußt wird.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft, die ein Loch in einer Achse in einem Bremssattel-Winkel oder
in einem nahe dabei liegenden Winkel und einen Spannungs-erfassenden
Sensor an derjenigen Position im Loch umfaßt, die mit der Spannungs-Mittelachse
der Achse zusammenfällt.
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Wenn ein Loch in einer Achse in einem Bremssattel-Winkel oder in einem
nahe dabei liegenden Winkel ausgebildet und ein Spannungs-erfassender
Sensor an derjenigen Position im Loch, die mit der Spannungs-Mittelachse der Achse
zusammenfällt.
fest eingebettet ist, kann die Kreuzkopplung auf das Ausgangssignal
vom Spannungs-erfassenden Sensor aufgrund des Bremsmoments wirksam ausgeschlossen
werden.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft, die mehrere Löcher, die
in einer Achse in einem Bremssattel-Winkel oder in einem nahe dabei
liegenden Winkel ausgebildet sind, umfaßt, wobei Spannungs-erfassende
Sensoren an denjenigen Positionen in den Löchern, die mit den Spannungs-Mittelachsen der
Achse zusammenfallen, fest eingebettet sind, wobei das Erfassungssignal
von jedem der Spannungs-erfassenden Sensoren in einer Signalverarbeitungsschaltung
verarbeitet wird, um eine spezifische Spannung zu erhalten.
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Wenn mehrere Löcher in oder neben einer Achse
in einem Bremssattel-Winkel oder in einem nahe dabei liegenden Winkel
ausgebildet und Spannungs-erfassende Sensoren an denjenigen Positionen
in den Löchern,
die mit den Spannungs-Mittelachsen der Achse oder neben der Achse
zusammenfallen, fest eingebettet sind, wobei das Erfassungssignal
von jedem der Spannungs-erfassenden Sensoren in einer Signalverarbeitungsschaltung
verarbeitet wird, ist es möglich,
eine spezifische Wirkungskraft aus den auf ein Rad einwirkenden
Kräften,
wie beispielsweise eine Straßenoberflächen-Reibungskraft, eine
Normalgegenkraft und einen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten,
zu messen, ohne daß eine
Beeinflussung durch eine Kreuzkopplung aufgrund des Bremsmoments
erfolgt.
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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft, die einen Spannungserfassenden Sensor, der in einer Spindel
einer Achse an einer Position zwischen dem Ort der Bremsscheiben-Anbringung eines
Fahrzeugs und der Straßen-berührenden
Oberfläche
eines Rads in einem Bremssattel-Winkel oder in einem nahe dabei liegenden
Winkel fest eingebettet ist, umfaßt.
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Wenn ein Sensor an der Position in
einem Bremssattel-Winkel oder in einem nahe dabei liegenden Winkel
angebracht ist, tritt keine Torsionsverformung aufgrund des Bremsmoments
während
der Betätigung
der Bremse auf, und es ist möglich,
Ausgänge,
wie beispielsweise eine Straßenoberflächen-Reibungskraft
und eine Normalgegenkraft, zu messen, ohne daß eine Kreuzkopplung aufgrund
des Bremsmoments erfolgt.
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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft, die einen Spannungserfassenden Sensor und eine Signalverarbeitungsschaltung,
die gleichzeitig in einem Loch, das in einer Achse in einem Bremssattel-Winkel
oder in einem nahe dabei liegenden Winkel ausgebildet ist, fest
eingebettet sind, umfaßt.
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Wenn ein Spannungs-erfassender Sensor und
eine Signalverarbeitungsschaltung gleichzeitig in einem Loch, das
in einer Achse in einem Bremssattel-Winkel oder in einem nahe dabei
liegenden Winkel ausgebildet ist, fest eingebettet sind, wird ein
hohes Signal/Störungs-Verhältnis für das Ausgangssignal
von der Signalverarbeitungsschaltung erhalten.
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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft, die einen Spannungserfassenden Sensor, der in einer Achse
eines Fahrzeugs und auf einer Spannungs-Mittelachse, wodurch eine
nicht auf Straßenoberflächen-Reibungskräfte oder
Normalgegenkräfte
zurückzuführende Kreuzkopplung
ausgeschlossen werden kann, oder auf einer Spannungs-Mittelachse, wodurch
die Größe der Kreuzkopplung
minimiert werden kann, angeordnet ist, umfaßt.
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Wenn ein Spannungs-erfassender Sensor
in einer Achse eines Fahrzeugs und auf einer Spannungs-Mittelachse, wodurch
eine nicht auf Straßenoberflächen-Reibungskräfte oder
Normalgegenkräfte zurückzuführende Kreuzkopplung
ausgeschlossen werden kann, oder auf einer Spannungs-Mittelachse, wodurch
die Größe der Kreuzkopplung
minimiert werden kann, angeordnet ist, ist es möglich, Ausgänge, wie beispielsweise eine
Straßenoberflächen-Reibungskraft
und eine Normalgegenkraft, mit einer nicht auf die Straßenoberflächen-Reibungskraft
und die Normalgegenkraft zurückzuführenden
Kreuzkopplung zu messen.
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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft, bei der der Dehnungsmesser des Spannungs-erfassenden Sensors unter
einem Winkel von etwa 45 Grad bezüglich der horizontalen und
der vertikalen Spannungs-Mittelachsen der Achse oder neben der Achse
angeordnet ist.
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Wenn der Dehnungsmesser des Spannungs-erfassenden
Sensors unter einem Winkel von etwa 45 Grad bezüglich der horizontalen und
der vertikalen Spannungs-Mittelachsen
der Achse oder neben der Achse angeordnet und in einem Loch, das
in einer Achse in einem Bremssattel-Winkel oder in einem nahe dabei
liegenden Winkel ausgebildet ist, fest eingebettet ist, kann der
Spannungs-erfassende Sensor eine Straßenoberflächen-Reibungskraft und eine Normalgegenkraft,
die auf ein Rad einwirkt, messen, während die durch andere auf
das Rad einwirkende Kräfte
bewirkte Beeinflussung reduziert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Beispiels einer
Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft, das die
vorliegende Erfindung verdeutlicht;
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2 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Beispiels des
Spannungs-erfassenden Sensors der Vorrichtung zur Messung einer auf
ein Rad einwirkenden Kraft gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Ansicht eines Beispiels der Signalverarbeitungsschaltung der
Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft;
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4 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels
des Spannungserfassenden Sensors der Vorrichtung zur Messung einer
auf ein Rad einwirkenden Kraft gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Ansicht eines anderen Beispiels der Signalverarbeitungsschaltung
der Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft;
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6 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels
des Spannungserfassenden Sensors der Vorrichtung zur Messung einer
auf ein Rad einwirkenden Kraft gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels
des Spannungserfassenden Sensors der Vorrichtung zur Messung einer
auf ein Rad einwirkenden Kraft gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines noch anderen
Beispiels des Spannungserfassenden Sensors der Vorrichtung zur Messung
einer auf ein Rad einwirkenden Kraft gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zur
Messung einer Straßenoberflächen-Reibungskraft
und eines Bremsmoments oder Antriebsmoments als auf ein Rad einwirkende
Kräfte,
wobei in der Vorrichtung mehrere Spannungserfassende Sensoren verwendet
werden;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zur
Messung einer Straßenoberflächen-Reibungskraft
als eine auf ein Rad einwirkende Kraft, wobei eine Signalverarbeitungsschaltung
und ein Spannungserfassender Sensor in demselben Loch eingebettet
sind;
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11 ist
eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zur
Messung einer Straßenoberflächen-Reibungskraft
als eine auf ein Rad einwirkende Kraft, wobei eine Signalverarbeitungsschaltung
und ein Spannungserfassender Sensor in demselben Loch eingebettet
sind, wobei das Beispiel die Verwendung eines horizontalen Lochs
zeigt;
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12 ist
eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zur
Messung einer Straßenoberflächen-Reibungskraft
und eines Bremsmoments oder Antriebsmoments als auf ein Rad einwirkende
Kräfte,
wobei mehrere Spannungs-erfassende Sensoren verwendet werden und
eine Signalverarbeitungsschaltung und ein Spannungs-erfassender
Sensor in demselben Loch eingebettet sind;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels des Spannungs-erfassenden Sensors
einer Vorrichtung zur Messung eines Bremsmoments oder Antriebsmoments
als eine auf ein Rad einwirkende Kraft;
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14 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Beispiels einer
anderen Ausführungsform
eines Lochs, in dem der Spannungs-erfassende Sensor einer Vorrichtung
zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft fest eingebettet
ist;
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15 ist
eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Spannungs-erfassenden
Sensors, der in einem Loch fest eingebettet ist;
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16 ist
eine perspektivische Ansicht einer noch anderen Ausführungsform
eines Spannungserfassenden Sensors, der in einem Loch eingebettet ist;
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17 ist
eine Ansicht einer Ausführungsform
des Einbettens eines Spannungs-erfassenden Sensors;
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18 ist
eine Ansicht eines Beispiels, in dem der Spannungs-erfassende Sensor
in einem Loch eingebettet ist; und
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19 ist
eine Ansicht eines Beispiels, in dem Spannungs-erfassende Sensoren
für zwei
Richtungen (Reibungskraft und Normalgegenkraft) gleichzeitig eingebettet
sind.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Nachstehend werden zur Veranschaulichung der
Erfindung ein Beispiel und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben.
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Ein Beispiel, das der Veranschaulichung
der Erfindung dient, ist eine Vorrichtung zur Messung einer auf
ein Rad einwirkenden Kraft, mit der ein Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient gemessen
werden kann, wie aus 1 ersichtlich. 1 zeigt die Anbringung eines
Spannungs-erfassenden Sensors. 2 zeigt
den Spannungs-erfassenden Sensor, und 3 zeigt
eine Signalverarbeitungsschaltung, die beide in Ausführungsformen
der Erfindung oder in dem in 1 gezeigten
Beispiel verwendet werden können.
Als Beispiel ist ein Loch neben der Achse für die nicht angetriebenen Räder eines
Autos mit einer bei Autos häufig
verwendeten Aufhängungsbauweise
in Achsschenkelausführung
in einem Bremssattel-Winkel oder in einem nahe dabei liegenden Winkel
ausgebildet, und ein Spannungs-erfassender Sensor ist an derjenigen
Position im Loch, die mit der Spannungs-Mittelachse einer Achse
oder neben einer Achse zusammenfällt,
angebracht. Ein Loch 2 ist in einer Seitenfläche einer
Achse 1 (bei der es sich in diesem Beispiel um einen Achsschenkel
handelt) ausgebildet, wobei seine Mittelachse 12 in der
Laufrichtung 9 eines Rads 7 in einem Bremssattel-Winkel 14 oder
in einem nahe dabei liegenden Winkel verläuft und eine Mittellinie der
Achse (Spannungs-Mittelachse) 5 schneidet. Der Durchmesser
des Lochs 2 kann 5 mm bis 10 mm betragen. Mit der Mittelachse (Spannungs-Mittelachse)
der Achse ist die Mittellinie einer Biegeverformung (wobei auf dieser
Mittellinie weder eine Zugbelastung noch eine Druckbelastung aufgrund
der Biegeverformung erfolgt), die in der Achse 1 durch
eine Straßenoberflächen-Reibungskraft, eine
Normalgegenkraft und eine Seitenkraft, die auf das sich um die Achse
der Spindel drehende Rad einwirkt, erzeugt wird, oder die Mittellinie
einer Torsionsverformung (wobei auf dieser Mittellinie keine Scherbelastung
aufgrund der Torsionsverformung erfolgt), die in der Achse 1 durch
das Bremsmoment während
einer Betätigung
der Bremse erzeugt wird, gemeint. Diese fallen in etwa mit der Mittelachse
der Spindel (der Mittelachse 5 der Achse) zusammen. Ein Spannungs-erfassender
Sensor 3 ist an derjenigen Position im Loch 2 eingesetzt,
die mit der Spannungs-Mittelachse 5 der Achse oder neben
der Achse zusammenfällt.
Der Spannungs-erfassende Sensor 3, wie in 2 dargestellt, umfaßt einen in der Form eines
rechtwinkligen Parallelepipeds ausgebildeten Grundkörper 20,
der aus Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Epoxidharz, oder
aus Metall oder Silicon hergestellt ist, sowie ein daran angebrachtes Dehnungsmeßmittel.
Als Dehnungsmeßmittel
werden beispielsweise Gegenkraft-Dehnungsmesser mit Metalldehnungsstreifen
verwendet. In der Figur sind die Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 durch Linienstrecken
auf den Oberflächen
des Grundkörpers 20 angegeben.
Die Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 sind
am Grundkörper 20 dadurch
befestigt, daß sie
mit den Oberflächen
des Grundkörpers 20 haftend
verklebt oder im Grundkörper 20 neben
seinen Flächen
eingebettet sind. Es wird bevorzugt, die Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 so anzubringen,
daß jeder
einen Winkel von 45 Grad bezüglich
der y-Achse bildet. Der Spannungs-erfassende Sensor 3 ist
im Loch 2 eingesetzt und auf der Mittellinie der Achse
(Mittelachse 5 der Achse) angeordnet. Des weiteren ist
der Grundkörper 20 so
positioniert, daß die
x-Achse, die y-Achse bzw. die z-Achse mit der Laufrichtung 9 des
Rads, der Achsenrichtung 10 bzw. der vertikalen Richtung 11 zusammenfallen. Es
wird bevorzugt, den Sensor so zu positionieren, daß die obere
Fläche
des Spannungserfassenden Sensors (eine Oberfläche, deren normale Linienrichtung
der z-Richtung entspricht) über
der Mittellinie der Achse und seine untere Fläche (eine weitere Fläche, deren
normale Linienrichtung der z-Richtung entspricht)
unter der Mittellinie der Achse liegt, und ihn so zu positionieren,
daß die
Zugbelastung oder Druckbelastung aufgrund der Biegeverformung, die durch
eine Straßenoberflächen-Reibungskraft,
eine Normalgegenkraft und eine auf das Rad einwirkende Seitenkraft
erzeugt wird, den gleichen Wert auf den gegenüberliegenden Flächen aufweist.
Je größer die Distanz
zwischen den oberen und unteren Flächen ist, um so größere Bedeutung
kommt dieser Positionierung zu. Es wird gleichermaßen bevorzugt,
den Sensor so zu positionieren, daß sich die vordere Fläche des
Spannungs-erfassenden Sensors (eine Oberfläche, deren normale Linienrichtung
der x-Richtung entspricht) und seine hintere Fläche (eine weitere Fläche, deren
normale Linienrichtung der x-Richtung entspricht) auf gegenüberliegenden
Seiten der Spannungs-Mittellinie der Achse befinden, und ihn so zu
positionieren, daß die
Belastung aufgrund der Biegeverformung oder der Torsionsverformung
den gleichen Wert auf den gegenüberliegenden
Flächen
aufweist. Das Loch 2 wird, je nach Bedarf, mit einem Füllmaterial 4 (einem
Abstandsmaterial) gefüllt.
Das Füllmaterial 4 füllt den
den Spannungs-erfassenden Sensor 3 umgebenden Raum ausreichend
aus, um den Sensor in seiner Position zu fixieren. Dadurch werden
die Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 in
wirksamer Weise im Loch 2 an vorbestimmten Positionen und
in vorbestimmten Richtungen fest eingebettet.
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3 zeigt
eine Signalverarbeitungsschaltung, in der die Sätze der Dehnungsmesser 21, 22, 23, 24 bzw. 31, 32, 33, 34 zusammengefaßt sind,
um Brücken
zu bilden, die durch elektrische Signalleitungen 8 mit
einer Verstärkerschaltung 41,
die eine Gleichstromquelle 42 und einen Verstärker 43 umfaßt, und
mit einer Verstärkerschaltung 44,
die eine Gleichstromquelle 45 und einen Verstärker 46 umfaßt, elektrisch
verbunden sind. Die auf das Rad einwirkende Straßenoberflächen-Reibungskraft erzeugt Scherbelastungen
in den oberen und unteren Flächen
des Spannungs-erfassenden Sensors. Die Dehnungsmesser 21 bis 24 fühlen diese
Scherbelastung ab. Die Verstärkerschaltung 41 liefert
ein elektrisches Spannungssignal, das der Scherbelastung, d. h.
der Straßenoberflächen-Reibungskraft,
proportional ist.
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Zusätzlich dazu, daß die Dehnungsmesser 21 bis 24 zusammengefaßt sind,
um eine Brücke
zu bilden, sind sie neben der Mittelachse der Achse in einem Bremssattel-Winkel oder in einem
nahe dabei liegenden Winkel angeordnet, um die Scherbelastung abzufühlen; daher
kann eine Kreuzkopplung mit dem Ausgangssignal aufgrund der Biegeverformung und
der Torsionsverformung minimiert werden. Dies bedeutet, daß diese
Anordnung eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden
Kraft darstellt, mit der Straßenoberflächen-Reibungskräfte mit hoher
Präzision
gemessen werden können.
Gleichermaßen
erzeugt die auf das Rad einwirkende Normalgegenkraft Scherbelastungen
in den vorderen und hinteren Flächen
des Spannungserfassenden Sensors. Die Dehnungsmesser 31 bis 34 fühlen diese Scherbelastung
ab. Die Verstärkerschaltung 44 liefert
ein elektrisches Spannungssignal, das der Scherbelastung, d. h.
der normalen Gegenkraft, proportional ist. Zusätzlich dazu, daß die Dehnungsmesser 31 bis 34 zusammengefaßt sind,
um eine Brücke zu
bilden, sind sie neben der Mittelachse der Achse in einem Bremssattel-Winkel
oder in einem nahe dabei liegenden Winkel angeordnet, um die Scherbelastung
abzufühlen;
daher kann eine Kreuzkopplung mit dem Ausgangssignal aufgrund der
Biegeverformung und der Torsionsverformung minimiert werden. Dies
bedeutet, daß diese
Anordnung eine Vorrichtung zur Messung einer auf ein Rad einwirkenden Kraft
darstellt, mit der Normalgegenkräfte
mit hoher Präzision
gemessen werden können.
Indem die Ausgangssignale von den Verstärkerschaltungen 41 und 44 an
eine arithmetische Schaltung 47 geleitet werden, ist es
möglich,
den Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten
zu messen. In diesem Fall berechnet die arithmetische Schaltung 47 den
Quotienten aus der durch die Normalgegenkraft dividierten Straßenoberflächen-Reibungskraft und
liefert dadurch ein. den Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten
angebendes Signal.
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Da der den Spannungs-erfassenden
Sensor 3 im Loch 2 umgebende Raum mit einem Kunstharz, beispielsweise
Epoxidharz, oder dergleichen ausgefüllt ist, besteht der Vorteil,
daß die
Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 vor
Außeneinflüssen geschützt sind.
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Um entweder nur die Straßenoberflächen-Reibungskraft oder
nur die Normalgegenkraft zu messen, kann ein Spannungs-erfassender
Sensor 3, wie in 4 dargestellt,
anstelle des in 2 gezeigten
Spannungs-erfassenden Sensors 3 verwendet werden. Es wird
bevorzugt, die Dehnungsmesser 21 bis 24 so anzubringen,
daß jeder
einen Winkel von 45 Grad bezüglich
der y-Achse bildet. Um die Straßenoberflächen-Reibungskraft
zu messen, wird bevorzugt, daß die
x-Achse, die y-Achse und die z-Achse, wie in 4 gezeigt, mit der vertikalen Richtung 11,
der Laufrichtung 9 des Rads bzw. der Richtung 10 der
Achse zusammenfallen. Um die Normalgegenkraft zu messen, wird bevorzugt,
daß die
x-Achse, die y-Achse und die z-Achse,
wie in 4 gezeigt, mit der
Laufrichtung 9 des Rads, der Richtung 10 der Achse
bzw. der vertikalen Richtung 11 zusammenfallen. Das Verhältnis zwischen
der Anbringungsposition und der Mittellinie der Achse ist das gleiche
wie im Fall des in 2 dargestellten
Spannungs-erfassenden Sensors. Die Dehnungsmesser 21 bis 24 sind mit
der in 5 dargestellten
Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Dies bedeutet, daß sie zusammengefaßt sind,
um eine Brücke
zu bilden, die mit der Verstärkerschaltung 41 verbunden
ist. Die Verstärkerschaltung 41 liefert
ein Signal, das die Straßenoberflächen-Reibungskraft
oder die Normalgegenkraft angibt.
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Um die Seitenkraft als eine auf ein
Rad einwirkende Kraft zu messen, wird ein in 6 dargestellter Spannungs-erfassender
Sensor verwendet, wobei die Dehnungsmesser 21 bis 24 so
angebracht sind, daß sie
sich in der Richtung der y-Achse oder der z-Achse erstrecken und die x-Richtung,
die y-Richtung und die z-Richtung mit der Laufrichtung 9 des
Rads, der Richtung 10 der Achse bzw. der vertikalen Richtung 11 zusammenfallen,
und daß sie
in der gleichen Weise wie in der in 5 dargestellten Signalverarbeitungsschaltung
verbunden sind. Dadurch kann eine Vorrichtung zur Messung einer
auf ein Rad einwirkenden Kraft dargestellt werden.
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Andere Ausführungsformen Spannungs-erfassender
Sensoren sind in den 7 und 8 dargestellt. In diesen
Ausführungsformen
umfaßt
der Spannungserfassende Sensor eine stabähnliche Konstruktion 51,
eine flache Platte 52, die an einer Endfläche der
Konstruktion 51 ausgebildet ist, und Dehnungsmesser 21 bis 24,
die an der flachen Platte 52 angebracht sind. Auch in diesem
Fall wird ein Beispiel gezeigt, bei dem Dehnungsmesser mit Metallwiderstandsdehnungsstreifen
als Dehnungsmeßmittel angebracht
sind. Die stabähnliche
Konstruktion 51 kann aus Kunststoffmaterial oder aus dem
gleichen Material wie die Achse 1 bestehen, in der der
Spannungs-erfassende Sensor eingebettet ist. Die Dehnungsmesser 21, 22, 23 und 29 sind
an der flachen Platte 52 angebracht, wobei die Achse jedes
Dehnungsmessers einen Winkel von 45 Grad bezüglich der Mittelachse 50 bildet
und die stabähnliche
Konstruktion im Loch 2 der Achse 1 fest angebracht
ist. Dies bedeutet, daß ihre
feste Anbringung durch Hämmern,
Verkleben, Verlöten,
Verschweißen
oder Schrumpfpassung erfolgt. Das Vorhandensein der stabähnlichen
Konstruktion 51 bietet einen Vorteil, weil durch das feste
Einbetten des Spannungs-erfassenden Sensors 3 im Loch 2 die
Position und die Richtung der Dehnungsmesser problemlos wie vorbestimmt
festgelegt werden können.
Bei dem in 8 dargestellten
Spannungs-erfassenden Sensor ist insbesondere die Breite der flachen
Platte 52 kleiner als der Durchmesser der stabähnlichen
Konstruktion 51. Als Folge davon ergibt sich ein Vorteil, weil
durch das feste Einbetten. des Spannungserfassenden Sensors 3 im
Loch 2 verhindert wird, daß die flache Platte 52 einer
Verformung, z. B. einer Torsionsverformung, beispielsweise durch
Drehung bewirkt, ausgesetzt wird, was eine irrelevante Dehnung oder
eine Schädigung
der flachen Platte 52 hervorrufen würde.
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9 ist
eine vergrößerte Ansicht,
die das vertikal in der Achse ausgebildete Loch 2 zeigt.
In diesem Beispiel werden zwei Spannungssensoren, wie in 4 dargestellt, verwendet.
Die Sensoren sind so angeordnet, daß die x-Richtung, die y-Richtung
bzw. die z-Richtung mit der vertikalen Richtung 11, der
Laufrichtung 9 des Rads bzw. der Richtung 10 der
Achse zusammenfallen. Indem die Sätze der Dehnungsmesser 21 bis 24 und 31 bis 34 in
der gleichen Weise wie in der in 3 dargestellten
Signalverarbeitungsschaltung verbunden sind, ist es möglich, Signale
zu liefern, die die Straßenoberflächen-Reibungskraft
und das Antriebsmoment oder das Bremsmoment angeben, das bei Betätigung der Bremsvorrichtung
erzeugt wird. Wenn die Summe der Ausgänge von den zwei Verstärkerschaltungen 41, 44 berechnet
wird, wird die Straßenoberflächen-Reibungskraft erhalten,
und wenn die dazwischen bestehende Differenz berechnet wird, wird
das vorgenannte Moment erhalten. In diesem Beispiel ist ein Spannungs-erfassender
Sensor 3 auf der Mittelachse 5 der Achse angeordnet,
aber die gleiche Wirkung kann selbst dann erzielt werden, wenn beide neben
der Mittelachse 5 angeordnet sind.
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10 zeigt
ein Beispiel der Messung der Straßenoberflächen-Reibungskraft, wobei die
Achse mit einem vertikalen Loch ausgebildet und die Verstärkerschaltung 41 zusammen
mit dem Spannungserfassenden Sensor 3 im Loch 2 eingebettet
ist. Das Einbetten der Verstärkerschaltung 41 im
Loch 2 wird durch Anwendung der derzeitigen Schaltkreisintegrationstechnologie
ermöglicht.
Indem die Verstärkerschaltung 41 neben
dem Spannungserfassenden Sensor 3 angeordnet wird, ist
es möglich, über eine Signalleitung 53 ein
geräuschärmeres Ausgangssignal
bereitzustellen.
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11 zeigt
ein Beispiel, bei dem die Achse mit einem horizontalen Loch ausgebildet
ist, in dem die Verstärkerschaltung 41 zusammen
mit dem Spannungs erfassenden Sensor 3 eingebettet ist,
wie in 10 gezeigt, um
die Straßenoberflächen-Reibungskraft
zu messen.
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12 zeigt
ein Beispiel einer Vorrichtung, bei der zwei Spannungs-erfassende
Sensoren verwendet werden, um die Straßenoberflächen-Reibungskraft und das
auf das Rad einwirkende Antriebsmoment oder Bremsmoment zu messen,
wobei eine Signalverarbeitungsschaltung 54, die die Verstärkerschaltungen 41 und 44 und
eine arithmetische Schaltung 47 umfaßt, zusammen mit dem Spannungs-erfassenden
Sensor 3 in dem Loch eingebettet. ist. Die Bezugszahl 55 bezeichnet
eine Ausgangssignalleitung für
die Signalverarbeitungsschaltung 54. Zusätzlich können, wenn
Halbleiter-Dehnungsmesser verwendet werden, die Verstärkerschaltung
und die arithmetische Schaltung integral in dem Loch eingebettet
werden.
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13 zeigt
ein Beispiel, bei dem ein einzelner Spannungs-erfassender Sensor 3 verwendet wird,
um das Bremsmoment oder das Antriebsmoment zu messen. Wenn die Dehnungsmesser
in der Reihenfolge 21, 23, 22, 24 verbunden
sind, wobei 22 und 23 ihre Positionen gegenseitig
tauschen, wie dargestellt, kann die Vorrichtung zur Messung des vorgenannten
Moments dargestellt werden.
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14 zeigt
ein Beispiel, bei dem ein Loch 2 so ausgebildet ist, daß es sich
in der Achsenrichtung 10 erstreckt. Das Loch befindet sich
nicht in der Achsschenkelposition, die in dem in 1 gezeigten Beispiel dargestellt ist;
es ist in einem außerhalb
dieser Position liegenden Abschnitt weiter zum vorderen Abschnitt
oder zur sogenannten Spindel 56 hin ausgebildet. Die in 14 dargestellte Ausführungsform hat
einen Vorteil, weil, wenn Spannungs-erfassende Sensoren in der gleichen
Ausführung
wie in 7 oder 8 verwendet werden, die gleiche
Vorrichtung als eine Vorrichtung zur Erfassung der Straßenoberflächen-Reibungskraft
oder als eine Vorrichtung zur Erfassung der Normalgegenkraft verwendet
werden kann, indem einfach die Richtungen solcher Sensoren geändert werden.
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Zusätzlich zeigen die 1 und 9 bis 13 Beispiele,
bei denen der Spannungs-erfassende Sensor 3 im Loch 2 unter
Verwendung des Füllmaterials 4 (Abstandsmaterial)
fest eingebettet ist, worauf die vorliegende Erfindung jedoch nicht
beschränkt
ist. Wie in 15 dargestellt,
wird beispielsweise ein Spannungs-erfassender Sensor 3 mit
Dehnungsmessern, die an der vorderen Fläche, an der hinteren Fläche oder
an den vorderen und hinteren Flächen oder
im Inneren eines scheibenähnlichen
Basisblocks aus Kunststoffmaterial, Metall oder einem Halbleiter,
wie beispielsweise Silicon, angebracht sind und einen Durchmesser
aufweisen, der ungefähr
dem Innendurchmesser des Lochs 2 entspricht, mittels eines
Versiegelungsmittels oder eines Klebstoffs oder direkt im Loch 2 fest
eingebettet, so daß die
Umfangsfläche
des scheibenähnlichen
Blocks und die innere Umfangswand des Lochs, die zueinander in Kontakt
stehen, fest miteinander verbunden sind.
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Darüber hinaus kann, wie in 16 dargestellt, ein Spannungs-erfassender
Sensor 3 mit Dehnungsmessern, die an der vorderen und/oder
hinteren Fläche
oder im Inneren eines planaren Trägers in der Form eines Halbleitergrundkörpers aus
Kunststoffmaterial, Metall oder Silicon angebracht sind, in einem
Loch so eingebettet sein, daß ihre
Kontaktflächen
oder die seitliche Umfangsfläche
des planaren Trägers
und die innere Umfangswand mittels eines Versiegelungsmittels oder
Klebstoffs oder durch direkte Krafteinpassung fest miteinander verbunden sind.
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17 zeigt
ein Beispiel der Einbettung eines Spannungs-erfassenden Sensors.
Diese Figur ist eine Draufsichtdarstellung der Spindel 56 einer Achse
eines Fahrzeugs. An jeder beliebigen Position, die sich von einer
am meisten innen (Fahrzeugkarosserieseite) befindlichen Position 61 des
Kontaktbereichs zwischen dem Rad und der Straße weiter innen befindet, können die
Reibungskraft zwischen dem Rad und der Straßenoberfläche und die Normalgegenkraft,
die auf das Rad einwirkt, gemessen werden. Des weiteren wird an
einer Position außerhalb
(Radseite) der Position der Bremsscheiben-Anbringung der größte Teil
der Kraft, die aufgrund der Torsionsverformung während der Betätigung der
Bremse nach innen hin (Karosserieseite) übertragen wird, niemals gemessen.
Daher ist der Spannungserfassende Sensor 3, der an einer
Stelle zwischen der Position 62 (Fahrzeugkarosserieseite) des
Lochs 2 und der Position 62 (Radseite) eingebettet
ist, frei von Kreuzkopplung, wie sie durch Scherbelastung aufgrund
von Torsionsverformung während
der Betätigung
der Bremse verursacht wird.
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Ein Pfeil 60 zeigt beispielsweise
die Laufrichtung des Fahrzeugs an, und der Spannungs-erfassende
Sensor 3 dient als ein Sensor zur Erfassung der Straßenoberflächen-Reibungskraft.
Wenn darüber
hinaus der Pfeil 60 die vertikale Richtung anzeigt, dient
der Spannungs-erfassende Sensor 3, wie in 18 dargestellt, als ein Sensor zur Erfassung
der normalen Gegenkraft, die auf die Achse einwirkt. Wenn des weiteren,
wie in 19 dargestellt,
zwei Spannungserfassende Sensoren 3 in einem Loch 2 gleichzeitig
so eingebettet sind, daß den
beiden Richtungen entsprochen wird, dient er als ein Sensor zur Erfassung
des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten,
der die Straßenoberflächen-Reibungskraft und
die Normalgegenkraft gleichzeitig erfassen kann.
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In der in 17 dargestellten Ausführungsform ist das Loch 2 des
weiteren von der Fahrzeugkarosserieseite aus ausgebildet, und der
Sensor muß lediglich
zwischen den Positionen 61 und 62 eingebettet
werden; es kann beispielsweise vom vorderen Ende der Achse aus gegenüber dem
Loch 2 ausgebildet sein oder durch die gesamte Achse verlaufen.
Darüber
hinaus können
die gleichen Vorteile wie in dieser Ausführungsform selbst dann erzielt werden,
wenn ein solches Loch, wie in den 18 und 19 dargestellt, zwischen
den Positionen 61 und 62 und in einer senkrecht
zu dem in 17 dargestellten
Loch 2 verlaufenden Richtung ausgebildet ist.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann eine den Spannungs-erfassenden Sensor beeinflussende Kreuzkopplung,
die durch das Bremsmoment verursacht wird, wirksam ausgeschaltet
werden, so daß auf
ein Rad einwirkende Kräfte,
wie beispielsweise die Straßenoberflächen-Reibungskraft,
die Normalgegenkraft, der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient,
die Seitenkraft, das Bremsmoment und das Antriebsmoment, die auf
die Räder
eines Fahrzeugs einwirken, problemlos gemessen werden können. Wenn
die vorliegende Erfindung für
ein Antiblockiersystem angewendet wird, ist es möglich, den Bremsweg ungeachtet
der Straßenoberflächenbedingungen
zu minimieren und gleichzeitig das Ziel des Antiblockierens zu erreichen.
Darüber
hinaus besteht nicht die Notwendigkeit, eine komplizierte Vorrichtung
zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit bereitzustellen. Im Falle
einer Anti-Schlupf-Regelung ist es möglich, den Beschleunigungsweg
ungeachtet der Straßenoberflächenverhältnisse
zu minimieren. Somit ist die Erfindung in hohem Maße wirksam,
da sie die Leistungsfähigkeit
von Antiblockiersystemen und Anti-Schlupf-Regelungen stark verbessert.