DE69610397T2

DE69610397T2 - Drehschwingungsgenerator

Info

Publication number: DE69610397T2
Application number: DE69610397T
Authority: DE
Inventors: Carlo Di Bernardo; Giuseppe Matrascia
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2016-11-16
Also published as: EP0775904A1; EP0775904B1; US5691477A; BR9604572A; ITMI952400A0; JP3808957B2; ITMI952400A1; ES2152486T3; JPH09189645A; IT1279061B1; ATE196546T1; DE69610397D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehschwingungsgenerator, der einen Reifen eines Rads in Drehrichtung anregen und eine Messung einer Winkelbeschleunigung vornehmen kann.
Solche Messungen der Winkelbeschleunigung ermöglichen die Bestimmung der Grund-Verdrillungssteifigkeit des Reifens, die ein Einzelparameter ist, der die pneumatische Steifigkeit der Seitenwand und der Karkasse des Reifens bei unter Druck stehendem Reifen repräsentiert, d. h. die Steifigkeit zwischen dem Profilstreifen, Gürtel und Karkasse auf der einen und der Felge eines Rads auf der anderen Seite.
P. W. A. Zegelaar et al. beschreiben in "Tyre Models for the Study of In-Plane Dynamics" ("Reifenmodelle zur Untersuchung der Dynamik in der gleichen Ebene"), The Dynamics of Vehicle on Roads and on Tracks, Supplement to Vehicle System Dynamics, Bd. 23, 1994, eine Vorrichtung zum Messen der Grundsteifigkeit eines Reifens eines Rads. Der auf einer Felge eines Rads aufgezogene Reifen ist in einem "kreisförmigen Gehäuse" eingeschlossen, und ein statisches Drehmoment wird an die Felge angelegt. Aus der Messung des Drehwinkels der Felge erhält man die Grund-Verdrillungssteifigkeit des Reifens.
Die Vorrichtung sieht eine Messung eines statischen Typs vor, die nur innerhalb einer bestimmten Annäherung die Grundsteifigkeit des Reifens unter dynamischen Bedingungen, wie sie auf der Straße herrschen, repräsentiert.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Drehschwingungsgenerator vorzusehen, der die Bestimmung der Grund-Verdrillungssteifigkeit eines Reifens durch eine dynamische Messung ermöglicht.
Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Drehschwingungsgenerator gelöst, mit einem Gleichstrommotor mit Statorspulen, Rotorspulen und einer Welle, die mit einem Rad einstückig verbunden ist, das eine Felge und einen Reifen aufweist, einer ersten Beschleunigungs-Wandlereinrichtung, die der Felge zugeordnet ist, einer zweiten Beschleunigungs-Wand lereinrichtung, die dem Reifen zugeordnet ist, wobei die Rotorspulen mit einer Einrichtung zum Liefern von Gleichstrom durch eine Umkehreinrichtung verbunden ist, die zum Wechseln der Polung der Rotorspulen in einer alternierenden Weise mit einer vorgewählten Frequenz geeignet ist, so daß die Welle zum Ausführen von Winkelschwingungen angetrieben wird, die das Rad in einer Drehrichtung anregen, wodurch es in Rotationsrichtung schwingt, wobei die erste und die zweite Beschleunigungs- Wandlereinrichtung Drehschwingungen erfassen und eine Beschleunigungsmessung der Felge und des Reifens liefern.
Der Schwingungsgenerator erzeugt ein Drehmoment eines "zufälligen" Typs (mit einer großen Zahl von Frequenzen) am Rad mit dem Reifen, und die Wandlereinrichtungen liefern Messungen der Winkelbeschleunigung der Felge und des Rads. Das Verhältnis zwischen den beiden Winkelbeschleunigungen, die von der Anregungsfrequenz abhängen, ergibt eine Transferfunktion zwischen Ausgangssignal (Winkelbeschleunigung des Reifens) und Eingangssignal (Winkelbeschleunigung der Felge), die eine Resonanzspitze (Maximum) bei der natürlichen Rotationsfrequenz des Reifens aufweist. Wenn also die Transferfunktion nach Amplitude und Phase innerhalb des gewählten Frequenzbereichs, vorzugsweise zwischen 0 und 200 Hz, bekannt ist und wenn außerdem das Trägheitsmoment des Reifens (z. B. mit Hilfe eines Drehpendels gemessen) bekannt ist, dann ist es möglich, die Grund-Verdrillungssteifigkeit Cbt des Reifens mathematisch zu berechnen.
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht, die als nicht einschränkendes Beispiel in den Figuren dargestellt ist. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise als Schnitt, eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsgenerators,
Fig. 2 eine Vorderansicht des Drehschwingungsgenerators von Fig. 1,
Fig. 3 und 4 Kurvendarstellungen, die Amplitude und Phase einer Transferfunktion in Abhängigkeit von Veränderungen der Anregungsfrequenz für ein Rad darstellen, das durch den erfindungsgemäßen Schwingungsgenerator torsional angeregt wird.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einen Drehschwingungsgenerator 1, der erfindungsgemäß hergestellt wurde, mit einem Elektromotor 2 des Gleichstromtyps. Der Motor 2 weist seinerseits einen Stator 3 auf, der auf einer Haltestruktur 4 montiert ist, Induktionsspulen 6 und induzierte Spulen 7, die von einem Rotor 5 getragen werden. Der Rotor 5 ist steif auf einer Welle 8 verkeilt, die drehbar auf dem Stator 3 gelagert ist. Die Induktionsspulen 6 sind über Klemmen 9 an einer (nicht dargestellten) Gleichstromversorgungseinheit mit stabiler Spannung angeschlossen. Der Anschluß der induzierten Spulen 7 an die Gleichstromversorgung geschieht über Kollektoren 23, Leiter 10 und Umpoleinrichtungen 11, die die Polung der Spulen 7 und daher das induzierte Magnetfeld in alternierender Weise (sinusförmig) mit einer vorgewählten Frequenz zwischen 1 und 200 Hz wechseln können. Die Umpoleinrichtungen 11 können aus Hochleistungsansteuerungen bestehen, die die Polung auch bei hoher Frequenz alternieren können.
Auf der Welle 8 sitzt fest verkeilt eine Nabe 12, die einen Flansch aufweist, auf dem mit Schrauben 26 eine Felge 14 (Fig. 2) eines Rads 13 befestigt ist. Das Rad 13 weist einen Reifen 15 auf, der ein Profil 16 hat. Zwei Beschleunigungswandler 18 und 19, die lineare Beschleunigungsmesser sind, sind auf der Felge 14 an diametral entgegengesetzten Positionen angebracht, und zwei Beschleunigungswandler 20 und 21, die lineare Beschleunigungsmesser sind, sind am Reifen 15 über eine außen um das Profil 16 verlaufende und dieses haltende Schelle 22, die mit einer Schraube 28 angezogen wird, an diametral entgegengesetzten Positionen befestigt.
Wenn der Drehschwingungsgenerator 1 in Betrieb ist, werden die induzierten Spulen alternierend mit Gleichstrom versorgt, was durch die Umpoleinrichtungen 11 geschieht, so daß im Motor 2 ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, das alternierend die Rotationsrichtung ändert. Die Antriebswelle führt Winkelschwingungen durch (Pfeil 27) und regt das Rad 13 drehend an, das daher in Drehrichtung schwingt. Die Beschleu nigungsmesser 18, 19, 20 und 21 erfassen Drehschwingungen und messen die Winkelbeschleunigung der Felge 14 und des Reifens 15, der aus Profilband, Gürteln und Karkasse besteht.
Der Drehschwingungsgenerator 1 erzeugt am Rad mit dem Reifen ein Drehmoment des "zufälligen" Typs (das eine hohe Zahl von Frequenzen enthält). Insbesondere stehen die Frequenzen, mit denen die Antriebswelle 8 und damit auch das Rad 13 in Drehrichtung schwingen, mit den Frequenzen der Umkehrung des rotierenden Magnetfelds in Verbindung. Es ist daher ein elektrischer Drehschwingungsgenerator vorgesehen, der ein Anregen des Reifens 15 in Drehrichtung im erwünschten Frequenzbereich ermöglicht.
Die durch die linearen Beschleunigungsmesser 18, 19, 20 und 21 durchgeführten Messungen sind die lineare Beschleunigung der Felge 14 und des Reifens 15. Aus der linearen Beschleunigung jedes Beschleunigungsmessers 18, 19 auf der Felge 14 wird die Winkelbeschleunigung der Felge berechnet, da die Entfernung der letzteren von der Mitte des Rads bekannt ist, sodann wird aus den durch die beiden Beschleunigungsmessern 18, 19 gelieferten Messungen ein Durchschnitt berechnet. Das gleiche Verfahren wird für die beiden Beschleunigungsmesser 20 und 21 auf dem Profil 16 des Reifens durchgeführt. Durch Berechnen des Verhältnisses zwischen der Winkelbeschleunigung des Reifens 15 und derjenigen der Felge 14 (als Eingangswert genommen) bekommt man eine Transferfunktion nach Amplitude und Phase, je nach der Anregungsfrequenz.
Der Anmelder hat einen Drehschwingungsgenerator wie den beschriebenen hergestellt, bei dem der Motor 2 eine Leistung von 1,47 kW und eine Drehzahl von 3000 U/min aufwies.
In Fig. 3 und 4 ist eine Kurve der Amplitude A und der Phase 0º (Grad) einer Transferfunktion in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz (Hz) gezeigt. Die Transferfunktion wird aus dem Verhältnis zwischen der Winkelbeschleunigung der Felge und der Winkelbeschleunigung des Reifens eines mit dem Drehschwingungsgenerator 1 in Drehrichtung angeregten Rads erhalten. Der zu prüfende Reifen ist der Reifen P 6000, Größe 185/60 R 14 mit einem Reifendruck p = 2 bar.
Wenn dann die Transferfunktion zwischen den beiden Winkelbeschleunigungen bekannt ist, die eine Resonanzspitze bei der natürlichen Verdrillungsfrequenz des Reifens aufweist, ist es möglich, unter Anwendung der Formeln der dynamischen Systeme mit einem Freiheitsgrad, die Grund-Verdrillungssteifigkeit des Reifens Cbt mathematisch zu berechnen. Für die Berechnung muß notwendigerweise das Trägheitsmoment des Reifens bekannt sein, das experimentell ermittelt wird, was zum Beispiel mit einem Drehpendel geschehen kann, das bekannt und daher nicht gezeigt ist.
Es ist zu beobachten, daß die Messung der Verdrillungssteifigkeit dynamisch (Frequenzantwort des Reifens) und nicht statisch ist.
Anstelle von linearen Beschleunigungsmessern 18, 19, 20 und 21 können auch Winkelbeschleunigungsmesser verwendet werden.

Claims

1. Drehschwingungsgenerator (1) mit einem Gleichstrommotor (2) mit Statorspulen (6), Rotorspulen (7) und einer Welle (8), die mit einem Rad (13) einstückig verbunden ist, das eine Felge (14) und einen Reifen (15) aufweist, einer ersten Beschleunigungs-Wandlereinrichtung (18, 19), die der Felge (14) zugeordnet ist, einer zweiten Beschleunigungs-Wandlereinrichtung (20, 21), die dem Reifen (15) zugeordnet ist, wobei die Rotorspulen (7) mit einer Einrichtung zum Liefern von Gleichstrom durch eine Umkehreinrichtung (11) verbunden ist, die zum Wechseln der Polung der Rotorspulen (7) in einer alternierenden Weise mit einer vorgewählten Frequenz geeignet ist, so daß die Welle (8) zum Ausführen von Winkelschwingungen (27) angetrieben wird, die das Rad (13) in einer Drehrichtung anregen, wodurch es in Rotationsrichtung schwingt, wobei die erste und die zweite Beschleunigungs-Wandlereinrichtung (18, 19, 20, 21) Drehschwingungen erfassen und eine Beschleunigungsmessung der Felge (14) und des Reifens (15) liefern.

2. Drehschwingungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz zwischen 1 Hz und 200 Hz liegt.