SE513217C2 - Förfarande och anordning för att under färd bestämma friktionen mellan vägbanan och ett fordons hjul - Google Patents

Description

513 217 2 Ändamålet med uppfinningen är att åstadhanna ett förfarande och en anordning, scm medför en enkel och säker lösning på problemet att mäta friktionen mellan hjul och vägbana på ett fordon, sun har en bestämd toe- in/toe-out-vinkelinställning.

Detta har enligt uppfinningen ernåtts därigenom, att förfarandet och anordningen har erhållit de i kraven l och 2 angivna kännetecknen.

Genom uppfinningen sker en ökning av det inställda toe-in/toe-out- värdet till ett värde, som vore oacceptabelt vid normal körning, men här sker en återställning till ursprungsvärdet så fort friktionsvärdet blivit indikerat, vilket är ett förlopp om cirka en sekund. Förloppet kan startas av föraren exempelvis genom intryckning av en knapp scnlett engågsförlopp.

Företrädesvis sker en intervalltriggning under en inställbar tid, när halka kan förväntas, på motsvarande sätt san vindrutetorkarnas intervalltorkning.

Någon märkbar ökning av däckslitage på grund härav kan knappast uppstå.

Sensoreflfiikan vara placerade på sanna ställen som vid de tidigare kända anordningarna, men måste vara väl skyddade mt åverkan och fukt.

Såsom tidigare antydds bör dessuton en sensor vara placerad så nära en styrarm scn\nöjligt för att inte skiftande friktionsförhållanden i styrsystemet skall störa indikeringen. Enligt en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är därför en sensor placerad i en axiell urborrning i en mellan en styrarm och ett styrstag anordnad ledkula för avkänning av påkänningarna direkt vid ledkulans infästning, såsom anges i kravet 4. .

Vid en föredragen utföringsform av anordningen enligt uppfinningen har det visat sig vara möjligt, att i en och sanne enhet per hjul både åstadkonna den önskade toe-in/toe-out-vinkelvariationen och utföra de erforderliga mätningarna genun att anordningen har erhållit de i något av kraven 6, 7 eller 8 angivna kännetecknen.

Uppfinningen är närmare tydliggjord i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, som schematiskt visar ett par son exempel valda utföringsformer av anordningar enligt uppfinningen, och på vilka figur l är en vy uppifrån av styrinrättningen och delar av hjulupphängningen hos ett motorfordon, figur 2 är en perspektivvy av en tillhörande styrsnäcka med en anordning för kortvariga ökningar av toe-in/toe-out-inställningen, figur 3 är en sidovy, delvis i sektion, av en i en urborrning i en ledkula anordnad sensor, och figur 4a och 4b är en perspektivvy av en kulled med en del bortskuren för åskådliggörande av de inre delarna av en föredragen utföringsform av uppfinningen. Figur 5 är en vy visande uppfinningens 513 217 3 tillämpning på en kuggstångsstyrning, figur 6 är en vy visande alternativa placeringar av sensorer vid en framhjulsupphängning vid framhjulsdrift, och fig.7 visar ett toe-in-variationsarrangemang vid en bakhjulsupphängning vid framhjulsdrift. V Figur 1 visar de för uppfinningens tydliggörande väsentliga delarna av ett motorfordons framvagn. Vänster och höger framhjul 1 resp. 2 är på brukligt sätt roterbart lagrade på icke visade axeltappar, scnni sin tur är svängbart lagrade i var sin styrspíndel 3 resp. 4, eller motsvarande arrangemang med länkarmar. För svängning av axeltaparna är dessa stelt förenade med var sin styrarm 5,6, på vilka var sin ledkula 7,8 är fastsatt.

På dessa är ena änden 9,10 av ett vänstra och högra styrstag 11,12 ledbart fastsatt, vars andra ändar 13,14 är ledbart förenade med en styrväxelarm 15 respektive en blindväxelarm 16, vilka båda arnar 15,16 är ledbart förenade med ett parallellstag 17. Så här långt är styrinrättningen utformad på konventionellt sätt, och styrväxelarmen 15 är svängbart lagrad i en styrsnäckväxel 20, som i fig.l är markerad genom en punktstreckad fyrkant, och som visas närmare i fig.2 ' Den i fig.2 visade styrsnäckväxeln 20 har en ingående axel 21, som är vridfast förbunden med undre änden 22 av en rattstång. Styrväxeln 20 är så utförd, att när rattstången vrids åstadkrnner den icke visade snäck- växeln en svängningsrörelse hos styrväxelarmen 15. Vid utförandet enligt fig.l ernås därvid en svängning av hjulen 1,2. Vid körning rakt framåt har hjulen en toe-in eller toe-out-vinkelinställning om några tiondelar av en grad, som är bestämd av tillverkaren. Vid sväng ändras inställningen något genom framvagnens geometri för ernående av bästa köregenskaper vid kurvtagníng.

Enligt uppfinningen skall emellertid det inställda vinkelvärdet kortvarigt bibringas ett väsentligt ökat värde, exempelvis ett fenfaldigande av ovannämnda inställningsvärde, medan mätning sker. Detta har åstadkannits genom att den i fig.l visade styrväxelannen har utbytts mot en arm med det i fig.2 visade, modifierade utförandet.

Enligt fig.2 är styrväxelarmens 15 fria ände försedd med en utspärrnings- mekanism omfattande en utmed armen 15 fram och åter förskjutbart lagrad inställningsarm 25, san ytterst är försedd med en nedåt på ritningen riktad centrumtapp 26, som inskjuter i två halvcirkelformade urtagníngar i en högra och en vänstra svängningsarm 27 resp. 28. Dessa armar 27,28 är svängbart lagrade medelst lager 29,30 vid ändarna av ett halvcirkelformat ok 31, som är fast anbragt vid änden av styrväxelarmen 15. Inställningsarmens .h ml 513 217 4 25 inre ände är fästad vid en excentermekanism 32, som drivs av en elmotor 33 via en växel 34.

Excentermekanismen 32 är så anordnad, att den vid vridning ett varv förflyttar inställningsarmen 25 från det visade utgångsläget till ett ytterläge och tillbaka till utgångsläget. Centrumtappen 26 förskjuts därvid utåt och svänger armarna 27 och 28 utåt från varandra och tillbaka. Vid deras yttre ändar är parallellstagets 17 ena ände ledbart förbunden med armen 27 gencn1e¶xlagertapp 35 och vänster styrstags ll ena ände ledbart förbunden med armen 28 genom en lagertapp 36. Med utspärrade arnar 27,28 är parallellstaget 17 och vänster styrstag ll ísärförda ett stycke sm svarar mot den önskade vinkelinställningsökningen för toe-in. Vid inställningsarmens 25 återgång till utgångsläget svängs armarna 27,28 ihop igen och parallellstaget l7 och vänster styrstag ll förs not varadra till utgångsläget, som svarar mot föreskriven toe-in-inställning.

För igångsättning av denna rörelse hos parallellstaget 17 och styrstaget ll är en triggningsanordning 40 ansluten till motorn 33 gencnlen ledning 41. Anordningen 40 är placerad hos föraren och har en knapp 42, som vid intryckning ígångsätter motorn 33, sun är utförd att vrida excentermekanismen 32 ett varv på cirka en sekund och därefter stanna med annen 25 i rörelsecykler med nämnda l0 sekunders intervall, tills en förnyad intryckning läge. tillbakadraget läge i exempelvis 10 sekunder för att åter utföra sanna av knappen 42 bringar motorn 33 att stanna med armen 25 i tillbakadraget I beroende på väglaget kan intervallet 10 sekunder vara för långt eller för kort, varför triggeranordningen 40 lämpligen har en ratt 43 för inställning av önskat intervall. En sådan triggeranordning kan vara av liknande slag som användes vid vindrutetorkare med intervalldrift.

Vid varje sådan ändring av hjulens vínkelinställning skall påkänningarna mätas med en sensor, exempelvis en töjningsmätare, i någon punkt mellan vardera styrarmen 5,6 och styrväxelarmen 15. Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen, sun ger ett möjligast störningsfritt mätvärde, är en sensor placerad i en axiell urtagning i vardera ledkulan 7 och 8 på respektive styrarm 5 och 6, såsan visas närmare i fig.3.

Fig.3 visar vänster styrarm 5, på vilken en ledkula 7 är fastskruvad.

Vänster styrstags ll ena ände är på brukligt sätt ledbart förenad med ledkulan 7. Denna har en axiell urtagning 50, i vilken en sensor 51 i form av en töjningsgivare är anbragt för avkänning av uppstående böjpåkänningar vid ledkulans infästning i styrarmen 5. Från sensorn 51 leder en signalledning 513 217 5 52 till en beräkningsanordning 53. En motsvarande sensor är belägen i ledkulan 8 på höger styrarm 6 och är ansluten till beräkningsanordningen 53 genom en andra ledning 52. En nära föraren placerad indikeringsanordning 54 är ansluten till anordningen 53 genon en ledning 55.

Vid varje kortvariga ökning av hjulens 1,2 toe-in-inställning avkänner sensorerna 51 den påkänning, sm uppstår när ett axiellt tryck bildas mot hjulen från vägbanan. Efterscnlsensorerna 5l mäter påkänningarna direkt vid styrarmarna 5,6 kan inte varierande friktionsvärden hos lederna störa sensorernas 51 mätvärden. Däremot finns det en rad andra störningskällor. son kan avkännas med sensorer och som behöver behandlas i beräkningsanord- ningen. Dessa åtgärder är utförligt beskrivna i de inledningsvis nämnda publíkationerna, till vilka det hänvisas för att inte tynga beskrivningen med sådant som är allmänt känt i detta sammanhang. Hastighet, acceleration, retardation och rattutslag är exempel på faktorer, scnnnan brukar mäta och införa kompensation för, allt i ändamål att ernå så säkra mätvärden somrnöjligt på indikerade friktionsvärden såväl vid körning rakt fram som vid kurvtagning.

Vid fordon med kuggstångsstyrning förekommer inte den i fig.l och 2 visade styrväxeln, och följaktligen är inte den visade anordningen för variation av toe-in/toe-out-vinkelinställningen tillämplig i ett sådant fall. Då måste förbindelsen mellan vardera styrarmen och vardera änden av kuggstången vara försedd med dels en anordning för toe-in/toe-out- variationen, dels en anordning med sensorer, i vilket fall den i fig.4a visade anordningen för ena styrarmen är en föredragen lösning på detta problem. 3 Såsom visats tidigare är en ledkula 7 fastsatt på styrarmen 5. En ledkulan ledbart onfattande leddel 60 är genon en central förbindelsedel 61 förbunden med ovandelen av en leddelen 60 omgivande kåpa 62, som är utformad med en cylindrisk yttervägg. Kåpan 62 är belägen inuti ett hus 63, som är stelt förenat med styrstaget ll. Mellan en cylindrisk innervägg hos huset 63 och kåpans 62 yttervägg är ett ringformat rum bildat, i vilket en excenterhylsa 64 är roterbart lagrad under förskjutning av kåpan 62 i en kretsande rörelse gemon att kåpan 62 är vridfast anordnad i huset 64 genom en från kåpan 62 radiellt utskjutande tunga 65, som är inpassad mellan två klackar 66 på huset 63. Exbenterhylsan är utvändigt försedd med ett runt cmkretsen anordnat spår 67 med kuggar för samverkan med en tangentiellt anordnaisnäckskruv 68, som är driven av en på huset 63 fastsatt elmotor 69. På förbíndelsedelen 61 är sensorer, lämpligen töjningsgivare m ||| 513 217 6 51, fastsatta för avkänning av krafterna på förbindelsedelen 61 medan elmotorn vrider excenterhylsan 64 ett varv från inställt toe-in/toe-out-vinkelvärde till maximal ändring och åter till begynnelsevärdet.De i sensorerna uppstående signalerna leds genom ledningar 52 till beräkningsanordningen 53 och vidare genom ledningen 55 till indikeringsanordningen 54.

För att full kontroll av alla beräkningar skall erhållas av de värden sun mäts med sensorerna erfordras en signal representerande framhjulens styrvinkel. En sådan signal kan erhållas på olika sätt, exempelvis genom avkänning av rattstångens vridningsrörelser. En speciellt fördelaktig avkänningsanordning visas i fig.4b, sun visar sanna kulled som i fig.4a med sensorena 51 och tillhörande delar utelämnade för att inte skynna visandet av en i en tvärgående urborrning 93 i ledkulan 7 inpassad permanentmagnet 94 med en sydpol S och en nordpol N. På den ledkulan cnáattande leddelen 60 är ett ringformat Hall-element 95 fastsatt och försett med icke visade anslutningsledningar till beräkningsanordningen 53, fig.l. Permanentmagnetens 94 magnetfältlinjer 96 passerar genom Hall-elementet, son på känt sätt mycket exakt indikerar magnetfältlinjernas 96 vridningsrörelser när ledkulan 7 och därmed permanentmagneten 94 vrider sig relativt leddelen 60.

Moderna bilar är oftast försedda med kuggstångsstyrning. Fig.5 visar en sådan anpassad till uppfinningen. Ett av en rattstång vridbart kugghjul 70 samverkar med en kuggbana på en fram och åter glidbart lagrad kuggstång 71. På kuggstången är två styrstänger 72,73 glidbart lagrade med två mot varandra anliggande ändar, som är höger- resp. vänstergängade och förenade genom en på motsvarande sätt gängad hylsa 74, son är vridbart men ej förskjutbart lagrad på kuggstången 71. Styrstängernas 72,73 andra ändar är ledbart förenade med de tidigare beskrivna styrstagen ll,l2. För tillfällig ökning av toe-in-vinkelinställningen är hylsan 74 anordnad vridbar en mot ändringen av vinkelinställningen svarande vridningsvinkel och tillbaka igen medelst en påverkningsmekanism 76, sun kan bestå av en hydraulkolv eller elmotor. Även sensorer kan vara anordnade här på stängerna 72,73.

Beskrivningen hittills har varit anpassad främst till förhållandena vid bakhjulsdrivna fordon. Vid framhjulsdrivna fordon tillkonner, att hänsyn måste tagas till de krafter på framhjulsupphängninqen och styrningen son förorsakas av drivaxlarna, och somlnåste subtraheras från de tidigare beskrivna mätvärdena. En framhjulsupphängning av MacPherson-typ och framhjuls~ drivning visas i fig.6. Ett framhjul l är lagrat i ett nav 80, som är förenàt med en styrspindel 8l vridbart lagrad i dels en nedre kulled 82, dels ett fjäderben 83. En styrarm 84 är förbunden med navet 80, i vilket en 513 217 7 drivaxel 85 är roterbart lagrad. De av drivaxelns vridoment förorsakade krafterna är här indikerade av en töjningsgivare anordnade i nedre kulleden 82 på sanna sätt san beskrivits ovan i anslutning till fig.3. Alternativt kan sensorer vara anordnade på armarna 86,87 hos den hjullänk 88, scnxhåller hjulet l på plats och tar upp brcns-_och drivkrafterna, eller i dess båda infästningsleder 89,90. Å För att vid framhjulsdrift slippa den komplikation av mätningar och beräkningar, som framgår ovan, kan det vara fördelaktigt att alternativt anordna en möjlighet till toe-in-variation av de icke drivna bakhjulen och placera sensorerna på erforderliga ställen i bakhjulsuphängningen, exempelvis på det i fig.7 visade sättet. Där är bakhjulen på brukligt sätt upphängda i snett bakåtriktade svängarnar l00,l0l, san är lagrade på axlar l02,l03. Axlarnas inre ändar är lagrade svängbara några grader i horisontalplanet cnkring leder l04,l05. Axlarnas l02,l03 yttre ändar är fixerade i excenterhylsor l06,l07, som medelst icke visade elmotorer är vridbara synkront så, att axlarna l02,l03 vid behov kan svängas ett stycke i de med pilar markerade riktningarna och tillbaka igen. Krafterna på sväng- armarna l00,l0l, som framkallas av toe-in-ändringen, indikeras medelst på svängarmarna anbragta sensorer l0§,l09 på tidigare beskrivet sätt.

Uppfinníngen är självfallet inte begränsad till de här visade och beskrivna utföringsexenplen utan kan modifieras på åtskilliga sätt inun ramen för den i patentkraven definierade uppfinningen. Sålunda kan styrväxeln naturligtvis ha en kulmuttermekanism. Även den nämnda mekanismen för momentan ändring av hjulinställningen, som även brukar benämnas hjulskränkningen, kan varieras på många sätt. De visade excentermekanismerna kan ersättas med en skruvmekanism med vridning fram och åter. Även en enkel hydraulisk anordning kan tänkas kcnna ifråga. z Mätningen med sensorerna kan ske med avseende på endast ett hjul, men störst säkerhet ernås självfallet cnnnätningen utförs med avseende på ett hjulpar. Även den momentana omställningen av hjulinställningen kan ske på endast ett hjul men bör företrädesvis ske på ett hjulpars båda hjul. vid två av de visade utföringsexemplen är sensorerna 51 placerade i kulledera vid styrarmarna. En annan placering av sensorerna 51, som medför en koncentrering av hela utrustningen till en plats, är på svängningsarmarna 27,28, där töjningsgivare lätt kan anbringas, och tillhörande ledningar tillsannans med sensorerna och mekanismen för vinkelomställningen är samlade till en utrustningsenhet.

Claims (9)

513 217 8 P A T E N T K R A V

1. l. Förfarande för att under ett fordons färd bestämma friktionen mellan en vägbana och minst ett av fordonets hjul (1,2), som är inställt med en bestämd toe-in/toe-out-vinkel i förhållande till fordonets längdriktning, varvid de av nämnda inställningsvinkel förorsakade mekaniska påkänningarna på fordonets hjulupphängning och hjulinställningsorgan avkännes medelst sensorer (51;l08,l09) och tillförs en beräkningsanordning (53), sm är ansluten till en indikeringsanordning (54) hos föraren för indikering av friktionsvärden och särskilt uppträdande låga värden, kännetecknat därav, att det inställda toe-in/toe-out-värdet under ett kort tidsmoment bibringas ett väsentligt ökat värde och en återgång till utgångsvärdet samtidigt som nämnda avkänning sker.

2. Anordning för genomförande av förfarandet enligt krav 1, för att under ett fordons färd bestämma friktionen mellan en vägbana och åtminstone ett av fordonets hjul (1,2), som är inställt med en bestämd toe-in/toe out- vinkel i förhållande till fordonets längdriktning, omfattande en eller flera sensorer (5l;l08,l09) för avkänning av de av nämnda inställningsvinkel förorsakade mekaniska påkänningarna på fordonets hjulupphängning och hjulinställningsorgan, vilka sensorer (5l;l08,l09) avger signaler, san tillförs en beräkningsanordning (53) anordnad att på en vid föraren placerad indikeringsanordning (54) indikera uppmätta friktionsvärden, särskilt låga sådana, kännetecknad av en anordning (26-28:64:72-74) för ökning under ett kort tidsmoment av det inställda toe-in/toe-out-värdet och återställning av detsamma till ursprungliga värdet under det nämnda avkänning pågår.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att anordningen (26-28; 64;72-74) för ökning av det inställda toe-in/toe-out-värdet och återställning av detsamma är styrd i beroende av det avkända friktionsvärdet till att stoppa nämnda ökning vid ett mot begynnade slirning svarande värde.

4. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av en i styrinrättningen inkopplad excentermekanism (32:64) driven av en drivanordning (33:69), aan är anordnad att vid aktivering vrida excentermekanismen (32;64) ett varv och därvid kortvarigt öka nämnda vinkelinställning till ett maxvärde och återställa densænna.

5. Anordning enligt krav 2, 3 eller 4, kännetecknad av en axiell urtagning (50) i en mellan en styrarm (5,6) och ett styrstag (l1,l2) anordnad ledkula (7,8), i vilken urtagning (50) en sensor (51) är placerad för avkänning av påkänningarna vid ledkulans (7,8) infästning. 513 217 9

6. Anordning enligt något av kraven 2-4 med en styrinrättning med en kulled för vardera av de styrbara hjulen, kännetecknad av att den en ledkula (7,8) ledbart omfattande leddelen (60) är belägen i en omgivande, kåpa (62), i vilken leddelen är förenad med kåpan genom en central förbindelsedel (61), på vilken sensorerna (51) är anbragta, och vilken kåpa (62) är innesluten i ett av styrinrättningen påverkat hus (63), i vilket kåpan (62) är förskjutbart lagrad fram och åter medelst en av en elmotor (69) driven excentermekanism (64) påverkande toe-in/toe-out-värdet.

7. Anordning enligt krav 6, känetecknad av att kåpan (62) har en cylíndrisk yttervägg och är vridfast förenad med nämnda hus (63), att huset har en cylíndrisk innervägg, och att en excenterhylsa (64) är roterbart lagrad i ett ringformat rum mllan nämnda väggar, vridbar medelst en av en elmotor (69) driven växel (68).

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, kännetecknad av att ledkulan (7,8) är anbragt på en styrarm (5,6) och den med ledkulan samverkande leddelens hus (63) är fastsatt på ett styrstag (ll,l2).

9. Anordning enligt något av kraven 2-8, kännetecknad av en trigger- anordning (40), som med bestämda intervall aktiverar anordningen (26-28:64; 72-74) för ökning och efterföljande återställning av nämnda vinkelinställning.