DE19857025C2 - Radbetriebskraftmesseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radbetriebskraftmeßeinrichtung zum Messen der Betriebskraft an einem Bodenabschnitt von Rädern.

Eine Radbetriebskraftmeßeinrichtung ist bereits z. B. aus dem japanischen Patent, Offenlegungsnr. Hei-7-286919 bekannt und in dieser Publikation sind Meßgeräte für sechs Kraftkomponenten an den Radnaben und zwischen den Rädern vorgesehen.

Die oben erwähnte verwandte Technik wird jedoch bei einem Fahrzeug mit vier Rädern wie einem Automobil verwendet und ist für ein Motorrad ungeeignet. Außerdem rotieren die Meßgeräte für sechs Kraftkomponenten zusammen mit den Rädern, was bedeutet, daß ein Schleifring oder dgl. notwendig ist, um die Meßsignale von den Meßgeräten für sechs Kraftkom­ ponenten zu erhalten, was den Aufbau kompliziert macht.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Art von Situation entwickelt und hat als Aufgabe, eine Radbetriebskraftmeßeinrichtung bereitzustellen, die auch für ein Motorrad verwendet werden kann und welche die Betriebskraft an einem Bodenabschnitt eines Rads mit einem einfachen Aufbau erhält.

Um die oben beschriebene Aufgabe zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung eine Radbetriebskraftmeßeinrichtung zum Messen der Betriebs­ kraft von den Boden berührenden Abschnitten von Rädern, wobei die Achsen, welche die Räder drehbar tragen und die durch die Aufhängungseinheiten unbeweglich getragen sind, als Mehrfachkraftmeßeinrichtungen ausgebildet sind.

Gemäß dieser Konstruktionsart wirkt eine auf Bodenabschnitte von Rädern wirkende Betriebskraft auch auf die die Räder tragen Radachsen, wobei jedoch die Radachsen, welche nicht-drehende Elemente sind, als Mehrfach­ kraftmeßeinrichtungen wie z. B. Mehrfachkraftmeßdosen ausgebildet sind, was bedeutet, daß - basierend auf von den Mehrfachkraftmeßeinrichtungen erhaltenen Mehrfachkräften - die Betriebskraft an Bodenabschnitten der Räder berechnet werden kann und es keines komplizierten Aufbaus bedarf, der einen Schleifring oder dgl. zur Ausgabe von Mehrfachkräften verwendet und sich auch leicht an einem Motorrad verwendet läßt.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten, basierend auf einer in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsform be­ schrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vorderer Längsschnitt des Bereichs um ein Vorderrad eines Motorrads der ersten Ausführungsform.

Fig. 2 ist ein vergrößerter vorderer Querschnitt der Achse.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Achse, dis einen Schnitt längs einer Linie 3-3 in Fig. 2 zeigt.

Fig. 4 ist ein vorderer Längsschnitt des Bereichs um ein Hinterrad eines Motorrads der zweiten Ausführungsform.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform, in der die vor­ liegende Erfindung bei einem Vorderrad eines Motorrads verwendet ist. Fig. 1 ist ein Längsquerschnitt des Bereichs um ein Vorderrad eines Motorrads der ersten Ausführungsform, Fig. 2 ist ein vergrößerter vorderer Querschnitt der Achse und Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Achse, in der ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2 gezeigt ist.

Zu allererst sind in der Fig. 1 die beiden Enden einer Achse 3 _F fest an unteren Enden eines Paars von linken und rechten Dämpfungseinheiten 2, 2 getragen, die an der Vorderradaufhängungseinheit des Motorrads vorgesehen sind und ein zwischen den zwei Dämpfungseinheiten 2, 2 angeordnetes Vorderrad W_F ist so gelagert, daß es sich frei um die Achse 3 _F dreht.

Das Vorderrad W_F besteht aus einer kreisförmigen rohrförmigen Nabe 4 _F, welche die Achse 3 _F koaxial umgibt, einer Felge 5 _F, die in einer Kulissenform ausgebildet ist und die Nabe 4 _F koaxial umgibt, einer Mehrzahl von Speichen 6 _F, 6 _F, die zwischen der Nabe 4 _F und der Felge 5 _F vorgesehen sind und einem an der Felge 5 _F angebrachten Reifen 7 _F. Teile einer Scheibenbremse bildende Bremsscheiben 8 _F, 8 _F, sind jeweils an beiden Enden der Nabe 4 _F befestigt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 gemeinsam umfaßt die Achse 3 _F einen Basisabschnitt 9, der sich in der Richtung einer Z-Achse erstreckt, welche die Richtung der Drehachse des Vorderrads W_F ist und in einer sehr steifen zylindrischen Form ausgebildet ist, vier Armabschnitte 10, 10 . . ., die sich kreuzförmig vom Basisabschnitt 9 aus längs einer X-Achse und einer Y-Achse orthogonal zur Z-Achse so nach außen erstrecken, daß sie sich in der Mitte des Basisabschnitts 9 kreuzen, erste Übertragungsabschnitte 11, 11 . . ., die sich jeweils von Enden von jedem der Armabschnitte 10, 10 . . . weiter nach außen erstrecken, zweite Übertragungsabschnitte 12, 12 . . ., die mit Endteilen von jedem der ersten Übertragungsabschnitte 11, 11 verbunden sind, so daß mit jedem der ersten Übertragungsabschnitte 11, 11 . . . innerhalb einer die X-Achse und die Y-Achse umfassenden Ebene T- Formen ausgebildet sind, einen sehr steifen Rahmenabschnitt 13, der die zweiten Übertragungsabschnitte 12, 12 . . . miteinander verbindet, und sehr steife Wellenabschnitte 14, 14, die sich von beiden Enden des Basis­ abschnitts 9 aus in einer axialen Richtung koaxial erstrecken. Die Wellen­ abschnitte 14, 14 sind an unteren Enden eines Paars von linken und rechten Dämpfungseinheiten 2, 2 fest gelagert.

Der Rahmenabschnitt 13 besteht aus einem Paar von Ringabschnitten 13a, 13a, die sich an beiden Seiten von jedem der zweiten Übertragungs­ abschnitte 12, 12 längs der Richtung der Z-Achse um die Z-Achse drehen und vier Verbindungsabschnitten 13b, 13b . . ., die sich in der Richtung der Z-Achse erstrecken, um die beiden Ringabschnitte 13a, 13a an vier Positionen zu verbinden, die in der Umfangsrichtung gleiche Abstände aufweisen. Beide Enden von jedem der zweiten Übertragungsabschnitte 12, 12 . . . sind jeweils mit den Verbindungsabschnitten 13b, 13b . . . verbunden und Schlitze 15, 15 . . . sind zwischen jedem der zweiten Verbindungs­ abschnitte 12, 12 . . . und dem Rahmenabschnitt 13 ausgebildet, um beide Seiten von jedem der zweiten Übertragungsabschnitte 12, 12 . . . zu positionieren.

Konkave Abschnitte 17, 17 zur Aufnahme der Innenseiten von zwischen der Nabe 4 _F des Vorderrads W_F und dem Rahmenabschnitt 13 eingefügten Lagern 16 _F, 16 _F sind am längs der Richtung der Z-Achse der Ringabschnitte 13a, 13a des Rahmenabschnitts 13 verlaufenden Außenumfang vorgesehen und das Vorderrad W_F ist so gelagert, daß es sich mittels der Lager 16 _F, 16 _F frei um die Achse 3 _F dreht.

Jeder der Armabschnitte 10, 10 . . . ist in einer quadratischen Zylinderform ausgebildet, so daß die vier Seiten in jeder der Ebenen X-Y, X-Z und Y-Z parallel verlaufen. Außerdem sind die ersten Übertragungsabschnitte 11, 11 . . . so ausgebildet, daß sie das Auftreten von Verwindung in den ersten Übertragungsabschnitten 11, 11 . . . selbst zulassen und die sich in der Richtung der X-Achse erstreckenden ersten Übertragungsabschnitte 11, 11 besitzen in der Richtung der Z-Achse eine Wandstärke, die der Breite der Armabschnitte 10 entspricht, besitzen aber in der Richtung der Y-Achse eine Wandstärke, die kleiner als die Breite der Armabschnitte 10 ist, wohingegen die sich in der Richtung der Y-Achse erstreckenden zweiten Übertragungsabschnitte 11, 11 in der Z-Richtung eine Wandstärke besitzen, welche der Breite der Armabschnitte 10 entspricht, in der Richtung der X- Achse aber eine Wandstärke besitzen, die kleiner als die Breite der Armabschnitte 10 ist.

Die zweiten Übertragungsabschnitte 12, 12 . . . sind so ausgebildet, daß sie die Verwindung in den zweiten Übertragungsabschnitten 12, 12 . . . selbst zulassen, oder das Biegen in der Richtung zulassen, in welche die ersten Übertragungsabschnitte 11, 11 . . . gezogen werden. Die sich in der Richtung der X-Achse erstrecken zweiten Übertragungsabschnitte 12, 12 besitzen in der Richtung der Z-Achse eine Wandstärke, die der Wandstärke in der Z- Richtung der ersten Übertragungsabschnitte 11, 11 entspricht, besitzen aber in der Richtung der Y-Achse eine Wandstärke, die dünner als die oben beschriebene Wandstärke in der Z-Richtung ist, wohingegen die sich in der Richtung der Y-Achse erstreckenden zweiten Übertragungsabschnitte 12, 12 in der Z-Richtung eine Wandstärke besitzen, die der Wandstärke in der Z-Richtung der ersten Übertragungsabschnitte 11, 11 entspricht, in der Richtung der X-Achse aber eine Wandstärke besitzen, welche dünner als die oben beschriebene Wandstärke in der Z-Richtung ist.

Bei dieser Art von Aufbau der Achse 3 _F wirkt die auf die den Boden berührenden Teile des Vorderrads W_F einwirkende Kraft über die Lager 16 _F, 16 _F auf den Rahmenabschnitt 13, wobei die auf diesen Rahmenabschnitt 13 wirkende Kraft in Kraftkomponenten in jeder der X-, Y- und Z-Richtungen und Kräftepaare um jede Achse aufgespalten wird und als Biegeverformung von jedem der Armabschnitte 10, 10 . . . auftritt. Das heißt, die Kraft F_X in der Richtung der X-Achse tritt als Biegeverformung der zwei Armabschnitte 10, 10 auf, die in der Richtung der Y-Achse verlaufen, die Kraft F_Y in der Richtung der Y-Achse tritt als Biegeverformung der zwei Armabschnitte 10, 10 auf, die in der Richtung der X-Achse verlaufen, und die Kraft F_Z in einer Richtung der Z-Achse tritt als Biegeverformung an den vier Armabschnitten 10, 10 . . . auf. Außerdem tritt das Kräftepaar M_X um die X-Achse als Biegeverformung der zwei Armabschnitte 10, 10 auf, die in der Richtung der Y-Achse verlaufen, das Kräftepaar M_Y um die Y-Achse tritt als Biegeverformung der zwei Armabschnitte 10, 10 auf, die in der Richtung der X-Achse verlaufen, und ein Kräftepaar M_Z um die Z-Achse tritt als Biegeverformung der vier Armabschnitte 10, 10 . . . auf.

Ein Paar Dehnungsmesser bzw. Dehnungsmeßstreifen 18, 18 . . . beispiels­ weise sind jeweils an jeder der vier Seiten von jedem Armabschnitt angeklebt. Es ist möglich, üblicherweise bekannte Vorrichtungen wie z. B. Widerstandsleitungsdehnungsmesser oder Halbleiterdehnungsmeßstreifen als Dehnungsmesser 18 zu verwenden.

Basierend auf Verformungserfassungswerten von jedem der Dehnungs­ messer 18, 18 . . . ist es möglich, jede der Kraftkomponenten F_X, F_Y und F_Z in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen und die Kräftepaare M_X, M_Y und M_Z um jede der Achsen, nämlich sechs Kraftkomponenten zu messen und die Achse 3 _F wirkt als eine sechs-Kraftkomponentenmeßeinrichtung.

Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser ersten Ausführungsform beschrieben. Die auf Bodenabschnitte des Vorderrads W_F wirkende Kraft wirkt auch auf die Achse 3 _F, die fest durch die Aufhängungseinheit 1 so getragen ist, daß das Vorderrad W_F frei dreht, wobei die Achse 3 _F jedoch als eine sechs-Kraftkomponentenmeßeinrichtung ausgebildet ist, und die auf das Vorderrad W_F wirkenden sechs Kraftkomponenten können - basierend auf den erfaßten Werten der Mehrzahl von Dehnungsmessern 18, 18 . . ., die an der Achse 3 _F vorgesehen sind, welche die sechs-Kraftkomponentenmeß­ einrichtungen bildet - erhalten werden und die auf den Bodenabschnitt des Vorderrads W_F wirkende Kraft kann basierend auf den erhaltenen sechs Kraftkomponenten berechnet werden.

Da die Achse 3 _F fest durch die Aufhängungseinheit 1 getragen ist, besteht auch keine Notwendigkeit für einen komplizierten Aufbau wie z. B. einen Schleifring, um die sechs Kraftkomponenten zu erhalten und sie kann leicht bei einem Motorrad verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform, in der die vorliegende Erfindung bei einem Hinterrad eines Motorrads verwendet wird. Beide Enden einer Achse 3 _R sind unbeweglich an hinteren Enden von linken und rechten Hinterradaufhängungseinheiten des Motorrads getragen und ein zwischen den zwei Hinterradaufhängungseinheiten angeordnetes Hinterrad W_R ist durch die Achse 3 _R so getragen, daß es sich frei dreht.

Das Hinterrad W_R besteht aus einer kreisförmigen rohrförmigen Nabe 4 _R, die die Achse 3 _R koaxial umgibt, einer Felge 5 _R, die in einer Kulissenform ausgebildet ist und die Nabe 4 _R koaxial umgibt, einer Mehrzahl von Speichen 6 _R, 6 _R, die zwischen der Nabe 4 _R und der Felge 5 _R vorgesehen sind und einem an der Felge 5 _R angebrachten Reifen 7 _R. Eine Bremsscheibe 8 _R, die ein Teil einer Scheibenbremse bildet, ist an einer Seite der Nabe 4 _R befestigt und ein Zahnrad 20, um das eine Kette (nicht gezeigt) zur Übertragung einer Antriebskraft von einem nicht gezeigten Triebwerk zum Hinterrad W_R gewickelt ist, ist an der anderen Seite der Nabe 4 _R befestigt.

Die Achse 3 _R besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die Achse 3 _F der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und ist als eine sechs- Kraftkomponentenmeßeinrichtung aufgebaut. Die in der Achse 3 _R vor­ gesehenen Wellen 14, 14 sind fest an hinteren Enden von den linken und rechten Hinterradaufhängungseinheiten 19, 19 getragen und ein Paar Lager 16 _R, 16 _R sind zwischen dem Rahmenabschnitt 13 der Achse 3 _R und der Nabe 4 _R vorgesehen.

Dieselben Effekte wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform können auch bei dieser zweiten Ausführungsform erwartet werden.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben be­ schrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebe­ nen Ausführungsformen begrenzt und es ist möglich, verschiedene Änderungen im Design durchzuführen ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die in den dazugehörigen Ansprüchen offenbart ist.

Zum Beispiel wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall beschrieben, wo sie bei dem Vorderrad W_F und dem Hinterrad W_R eines Motorrads verwendet wird, es ist aber auch möglich, die vorliegende Erfindung bei einem Fahrzeug mit vier Rädern zu verwenden und die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf die sechs Kraftkomponenten beschränkt und kann auch in weitem Umfang verwendet werden, um mehrfache Kraftkomponenten zu messen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es - wie oben beschrieben - durch die Konstruktion einer Achse, die ein stationäres Teil ist, als eine Mehrfachkraft­ komponentenmeßeinrichtung möglich, die auf Bodenabschnitte eines Rads wirkende Kraft basierend auf den an der Achse erhaltenen mehrfachen Kraftkomponenten zu berechnen, es besteht keine Notwendigkeit für einen komplizierte Aufbau, der einen Streifring oder dgl. verwendet, um die mehrfachen Kraftkomponenten zu erhalten und sie kann leicht bei einem Motorrad verwendet werden.

Bei einer Radbetriebskraftmeßeinrichtung zum Messen der auf die Boden­ komponenten eines Rads W_F wirkenden Kraft, um es zu ermöglichen, die auf den Bodenabschnitt eines Rads W_F wirkende Kraft mit einem einfachen und bei einem Motorrad verwendbaren Aufbau zu erhalten, ist eine Achse 3 _F, welche ein Rad W_F frei drehbar trägt und durch Radaufhängungseinheiten 1 unbeweglich getragen ist, als eine Mehrfachkraftkomponentenmeß­ einrichtung aufgebaut.

Claims (1)

1. Radbetriebskraftmeßeinrichtung zum Messen der Betriebskraft von den Boden berührenden Abschnitten von Rädern (W_F, W_R), wobei die Achsen (3 _F, 3 _R), welche die Räder (W_F, W_R) drehbar tragen und die durch die Aufhängungseinheiten (1, 19) unbeweglich getragen sind, als Mehrfachkraftmeßeinrichtungen ausgebildet sind.