NO323337B1 - Fremgangsmate og anordning for maling av friksjon pa en veioverflate - Google Patents

Abstract

Friksjon mot en veioverflate måles med en friksjonsmåleanordning som trekkes bak en bil. På siden av friksjonsmåleanordningens hovedenhet (6) befinner det seg en hjulkasse (5) med to hjul (3,4). Hjulene (3, 4) er forbundet med et kjede (12) som ligger på kjedehjul (10, 11) på hjulenes (3,. 4) aksler. Kjedehjulene (10, 11) er av ulik størrelse, og dermed roterer de to hjulene (3, 4) med forskjellig rotasjonshastighet. Ved å sørge for at for eksempel fremre hjul (3) triller uten slipp under kjøring, vil bakre hjul (4) da måtte ha et visst slipp, dvs. det glir mot veioverflaten. Friksjon måles ved å måle draget som oppstår i kjedet (12). For å sikre at fremre hjul (3) alltid roterer uten slipp, er hjulkassen (5) festet til hovedenheten (6) med en innfestingsaksel (9) som er plassert vesentlig nærmere fremre hjul (3) enn det bakre (4). Derved gis fremre hjul (3) øket marktrykk. De to hjulene (3, 4) går rett bak hverandre i samme spor, som tilsvarer ett av bilens hjulspor.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår måling av friksjon på en fysisk overflate, fortrinnsvis en veibane, hvor en måleanordning på hjul trekkes av et trekk-kjøretøy. Et av måleanordningens hjul avbremses under kjøring slik at hjulet gir slipp mot overflaten.

For vei-ansvarshavende (i Norge Statens Veivesen eller kommuner) foreligger det krav om at veier skal oppvise et minimum av friksjon mellom veibane og bilhjul. Dette er spesielt viktig om vinteren. Det er oppsatt standardisert målemetode, nemlig med fast slippverdi og med måling i hjulspor. Dette skal dokumenteres både av vei-ansvarshavende og entreprenør i forhold til kontrakter.

Friksjonsmåling er enkel i teori, men vanskelig å utføre i praksis. De målere som finnes i dag, er kompliserte og dyre, og i de fleste tilfeller tilpasset flyplasser, med et målehjul montert mellom trekk-kjøretøyets hjulspor. Dette er et oppsett som passer dårlig til bruk på vei, da trekk-kjøretøyet/bilen må kjøre utenfor de vanlige hjulsporene for å plassere det aktuelle måtehjulet i et hjulspor. Det er med andre ord behov for en måler som er bedre tilpasset til situasjonen på vanlig vei.

Et måleprinstpp som flere kjente målere bygger på, er å ha to hjul forbundet til hverandre med et kjede eller lignende, hvorav det ene hjulet er et "pilothjul" som roterer med periferi-hastighet lik kjørehastigheten, det vil si uten slipp, men hvor det andre hjulet bremses til en slippverdi (det vil si det andre hjulet glir mot veibanen og holder lavere periferihastighet enn kjørehastigheten). Siden de to hjulene er forbundet med hverandre, vil det oppstå en "brytning" mellom de to hjulene, som kan måles i kjedet (eller annen kraft/momentoverføringsanordning) med en lastcelle.

Beslektet teknikk er kjent fra britisk patent nr. 1,269,334, DE "Offenlegungsschrift" 2742110 og US patent nr. 4,909,073, som alle viser anordninger for måling av friksjon på veioverflate, med benyttelse av to hjul. Hjulene er anordnet i en ramme, boks eller hus, og er typisk anordnet på samme aksel. Hjulene roterer med ulik rotasjonshastighet mot den underliggende veiflaten.

Nettopp det at de to hjulene er anordnet ved siden av hverandre på en og samme aksel, gjør at de faktisk ikke er i stand til å måle friksjonen presist i et hjulspor. Og i den nærmestliggende av disse publikasjonene, nemlig US 4,909,073, som i måleprinsipp ligger svært nær foreliggende oppfinnelse med måling av belastning i en kraft/momentoverføringsanordning mellom to koblede hjul med "girutveksling", er det ikke innført noen anordning som kan sikre at det ene av de to hjulene, nemlig "pilothjulet" som skal rulle uten slipp, faktisk ikke kan få slipp. Med løsningen i US 4,909,073 synes det klart at en i visse situasjoner kan få "tilbakeført" et reaksjonsmoment til pilothjulet som gjør at dette også får slipp. Derved innføres en ustabilitet i målingene, som er svært ugunstig.

Fra JP 4,102,034 er videre kjent en friksjonsmåleanordning hvor to hjul er anbrakt etter hverandre i ei ramme, for måling i ett hjulspor.

Foreliggende oppfinnelse har som mål å fremskaffe en løsning som er rimelig og enkel i konstruksjon, som foretar en ekte måling i et hjulspor, og som gjennom sin konstruksjon er sikret mot målemessig ustabilitet ved at pilothjulet sikres mot slipptilstand.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebrakt en fremgangsmåte for måling av friksjon slik som definert presist i det vedføyde patentkrav 1, og en friksjonsmåleanordning slik som definert presist i det vedføyde patentkrav 2. Fordelaktige utførelsesformer av friksjonsmåleanordningen ifølge oppfinnelsen fremgår av de tilknyttede uselvstendige patentkrav 3-7.

Ved det trekk at måleanordningens to hjul er anbrakt rett bak hverandre, sikres

mulighet for en ekte måling i et hjulspor i kjørebanen, og ved at hjulkassen festes til hovedenheten med en innfestningsaksel som ligger markant nærmere det ene hjulet enn det andre, får dette nærmeste hjulet økt marktrykk i forhold til det andre, som er det avbremsede hjulet. Derved sikres stabile målinger, og man unngår variasjoner ved at pilothjulet plutselig får slipp.

Ytterligere sikring av stabilitet i målingene kan oppnås ved at kraftmålesensoren monteres nær målehjulet. Derved unngås vibrasjon i

kraft/momentoverføringsanordningen nær kraftmålesensoren.

Oppfinnelsen skal nå beskrives i nærmere detalj ved gjennomgang av utførelseseksempler, og det vises i denne sammenheng også til de vedføyde tegningene hvorav Fig. 1 viser en eksempelvis utførelsesform av en friksjonsmåleanordning ifølge oppfinnelsen, montert bak et trekkjøretøy, Fig. 2 viser hovedsakelig samme utførelsesform av friksjonsmåleanordningen, som i fig. 1, men i nærmere detalj,

Fig. 3 viser samme anordning som fig. 2, men i riss ovenfra,

Fig.4 viser en prinsippskisse over en utførelsesform av en

kraft/momentoverføringsanordning som inngår i friksjonsmåleanordningen, og

Fig. 5 viser et konkret utformet utførelseseksempel av en friksjonsmåleanordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser et trekkjøretøy 1, nærmere bestemt en vanlig bil, som trekker en friksjonsmåleanordning 2 på en ikke tegnet overflate. Overflaten er normalt en veioverflate. Hovedelementer i den viste friksjonsmåleanordningen 2 er et fremre hjul 3, et bakre hjul 4, en felles hjulkasse eller kjedekasse 5 og en hovedenhet 6 som hjulkassen 5 er festet til, og som igjen er festet til bakre ende på kjøretøyet 1.

I fig. 2 vises en litt annerledes utførelsesform av friksjonsmåleanordningen 2 enn utførelsesformen som vises i fig. 1, men de viktigste elementene er like. Hovedenheten 6 er gitt mer form av en kasse med en omhyllning 7 som strekker seg noe nedover, og inne i omhyllningen 7 vises en databehandlingsboks 8. Et viktig element er en innfestingsaksel 9 som hjulkassen 5 er festet til hovedenheten 6 med. Plasseringen av denne innfestningsakselen 9 er vist å være vesentlig nærmere det ene hjulets akse (her det fremre hjulet 3) enn det andre hjulets akse, ved avstandsmarkeringene a og b.

Poenget med denne "eksentriske" plasseringen av hjulkassens festepunkt til hovedenheten 6, er å sikre at det ene hjulet, i dette utførelseseksempelet det fremre hjulet 3, sikres et kraftigere marktrykk enn det andre hjulet.

Samtidig med denne plasseringen av innfestningspunktet 9, har man da ordnet hjulene slik at det forreste hjulet 3 nettopp skal være et pilothjul som skal få rotere uten slipp, mens det bakre hjulet 4 skal holdes i slipp-tilstand.

Måten å oppnå slipp-tilstand på for bakre hjul 4, fremgår delvis av fig. 3, som viser samme friksjonsmåleanordning 2 som i fig. 2, men i riss rett ovenfra. Inne i hjulkassen 5 fremgår det at de to hjulene er utstyrt på sine akslinger med kjedehjul av forskjellig størrelse, for eksempel kan fremre kjedehjul 10 ha 20 tenner, mens kjedehjul 11 på bakre hjul 4 kan ha 24 tenner. Det er selvfølgelig mulig med andre størrelser på kjedehjulene for å tilveiebringe andre utvekslingsforhold.

Det skal samtidig bemerkes at kraft/momentoverføringsanordningen mellom de to hjulene ikke nødvendigvis er en kjedeanordning, for eksempel en kardang-anordning kan gjøre samme nytte.

I fig. 3 er selve kjedet som ligger rundt kjedehjulene 10 og 11 ikke inntegnet, men det vises i stedet til fig. 4, som viser en forenklet prinsippskisse over kjededriften i friksjonsmåleanordningen som vises i fig. 2 og 3. En gjenfinner kjedehjulene 10 og 11, hvor altså 10 sitter på fremre hjul 3 som i denne utførelsesformen er pilothjul som skat rulle uten slipp. Kjedehjul 10 er mindre enn kjedehjul 11 som derved vil rotere noe langsommere, slik at bakre hjul 4 bremses og får en slipp-situasjon. I fig. 4 vises også innfestningspunktet 9, som sikrer at marktrykket på fremre hjul 3 er størst. Kjedet vises med referansetall 12, og to ekstra kjedehjul 13 og 14 er innsatt for å gi mulighet for måling av stress i kjedet 12.1 senter av kjedehjul 13 sitter en lastcelle 15 som måler vertikal belastning c, som står i direkte forhold til strekket i kjedet 12. Kjedehjul 13 er anbrakt svært nær det store kjedehjulet 11, og i tillegg er kjedehjul 14 anbrakt nært inntil kjedehjul 13. Dette betyr at de frie strekkene for kjedet 12 mellom kjedehjul 14 og det store kjedehjulet 11, er korte. Disse strekkene vises med henvisningstall 16 og 17. Poenget med de korte strekkene 16 og 17 er at kjedet da får svært liten tendens til å vibrere eller slenge, og derved oppnås ytterligere stabilitet i lastcellens måling.

I den viste utførelsesformen er pilothjulet 3 det forreste hjulet, mens målehjulet 4 er det bakerste. Dette kunne like gjerne ordnes omvendt, men da må innfestningsakselen 9 være plassert nærmere det bakerste hjulet i stedet.

I fig. 5 vises en praktisk utførelse av friksjonsmåleanordningen ifølge oppfinnelsen. I tillegg til de allerede omtalte detaljene hjul 3 og 4, hjulkasse 5, hovedenhet 6, kasse 7 og innfestningsaksel 9, fremgår en antenne 18 for kortdistanse-overføring av data til PC/fremvisningsutstyr som gjerne kan være inne i trekkjøretøyet. Friksjonsmåleanordningen 2 er for øvrig utstyrt med et fjæringssystem, hvor en kombinert fjær/støtdemper 21 utgjør hovednæring for hjulkassen 5 og hjulene 3,4, mens en ekstra støtdemper 20 er montert til et fremre stag 19 på hjulkassen for å motvirke vibrasjon og støt som ellers kan gi vippebevegelse omkring innfestingsakselen 9.

Måiesignal fra lastcellen 15 (fig. 4) føres på ikke vist ledning til

databehandlingsboksen 8 (fig. 2, 3), hvor beregninger og registrering foretas. Databoksen kan, som fremgår av det ovenstående, også overføre signaler via antennen 18, eller via ledning, til annet utstyr som medbringes i trekkbilen.

I en alternativ utførelsesform (ikke vist med figur) kan hovedenheten monteres til ei ramme anordnet under trekk-kjøretøyet, som eventuelt er et større kjøretøy (lastebil). Rammen befinner seg da mellom kjøretøyets hjulsett, dvs. foran et bakre hjulsett eller mellom for- og bakhjul. Plasseringen i sideretning må uansett være slik at friksjonsmåleanordningens to hjul kjører på linje med et hjulspor for kjøretøyet.

Vi oppsummerer så de viktigste trekk ved oppfinnelsen:

Ved at friksjonsmåleanordningens to hjul 3,4 er montert etter hverandre i hjulsporet, måles på korrekt sted, og ved at det ene (fremre) hjulet 3 gis størst marktrykk, vil man sikre at dette hjulet alltid vil ha periferihastighet lik kjørehastigheten, altså rulte uten slipp. Det andre (bakre) hjulet vil alltid være det som slipper (glir), og dette vil sikre et stabilt måleresultat.

For å oppnå dette på en enkel måte, er ifølge oppfinnelsen de to hjulene montert tit en felles hjulkasse/kjedekasse 5 med en felles innfestningsaksel 9 til hovedenheten 6. Innfestningsakselen 9 er plassert eksentrisk, det vil si nærmere det ene hjulet enn det andre, for å gi det ene hjulet et større marktrykk enn det andre, som altså er målehjul med slipp.

I tillegg er det gunstig at målesensoren (lastcellen 15) er montert så nær målehjulet 4 som mulig, særlig ved en kjedeløsning. Kast i et kjede vil normalt påvirke målesensoren og gi pulser, det vil si variasjoner i friksjonsmålingene, men med plassering nær målehjulet, vil kjedets påvirkning på lastcellen reduseres kraftig.

Friksjonsmåleanordningen ifølge oppfinnelsen monteres fortrinnsvis direkte bak på trekkjøretøyet/bilen med to fester. Det ene festet kan være et vanlig tilhengerfeste, og det andre vit være et koblingspunkt montert i bilens hjørne eller i et støtfangerfeste.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for måling av friksjon på en veioverflate, hvor en hovedenhet (6) i form av en kasse som hviler på to hjul (3,4), trekkes i et måleområde, og hvor ett (3) av de to hjulene roterer uten slipp, mens det andre hjulet (4) avbremses for å gi slipp, idet de to hjulene (3,4) bringes til å kjøre rett bak hverandre ved at de monteres på akslinger i en felles hjulkasse (5) på siden av hovedenheten (6), de to hjulene (3,4) er rotasjonsmessig forbundet med hverandre via en kraft/momentoverføringsanordning (12), og stress måles i kraft/momentoverføringsanordningen (12) under drift, karakterisert ved at det ene (3) av de to hjulene gis øket marktrykk ved å plassere en innfestningsaksel (9) for hjulkassen (5) på hovedenheten (6) vesentlig nærmere dette ene hjulet (3) enn det andre (4), hvorved det nevnte ene hjulet (3) fungerer som pilothjul med rotasjon uten slipp, og det andre, avbremsede hjulet (4) fungerer som målehjul med slipp.

2. Friksjonsmåleanordning for overflate, omfattende en hovedenhet (6) og med prosesserings- og registreirngsutstyr (8) som eventuelt er anbrakt i hovedenheten (6), hvor - hovedenheten utgjøres av en kasse (6) som er mekanisk og løsbart koplbar til et trekk-kjøretøy, og hviler på akslene til to hjul (3,4) i kontakt med veioverflaten som skal måles, - en felles hjulkasse (5) med akslinger for de to hjulene (3,4) er montert på siden av hovedenheten (6) slik at de to hjulene (3,4) følger rett bak hverandre i ønsket måleretning, - de to hjulene (3, 4) er rotasjonsmessig forbundet via en kraft/momentoverføringsanordning (12), og - en kraftmålesensor (15) er anordnet for å måle stress i kraft/momentoverføringsanordningen (12) under drift, karakterisert ved at hjulkassen (5) er montert til hovedenheten (6) med en innfestningsaksel (9) som ligger vesentlig nærmere det ene (3) av de to hjulene enn det andre (4), hvorved dette ene hjul (3) får øket marktrykk og fungerer som pilothjul med rotasjon uten slipp, og det andre hjulet (4) fungerer som målehjul som bremses og gir slipp.

3. Friksjonsmåleanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at kraftmålesensoren (15) er montert nær målehjulet (4) for å øke stabiliteten i målingene.

4. Friksjonsmåleanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at kraft/momentoverføringsanordningen er et kjede (12) på ulikt store kjedehjul (10,11) på de to hjulenes (3,4) akslinger.

5. Friksjonsmåleanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at hovedenheten (6) er montert direkte på trekk-kjøretøyet (1) og plassert slik at de to hjulene (3,4) følger i samme spor som ett av trekk-kjøretøyets hjulspor.

6. Friksjonsmåleanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at hovedenheten (6) er montert til ei ramme under trekk-kjøretøyet (1) foran trekk-kjøretøyets bakhjul, og slik at de to hjulene (3,4) går i samme spor som ett av trekk-kjøretøyets hjulspor.

7. Friksjonsmåleanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at trekk-kjøretøyet er en bil (1), idet overflaten er en veioverflate, og at datafremvisnings- og registreringsutstyr er anbrakt i bilen (1) for mottak av data som overføres i sanntid fra prosesserings- og registreringsutstyret (8) i hovedenheten (6).