DE2823486A1 - Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen messung des kraftschlussbeiwertes zwischen fahrzeugreifen und fahrbahnoberflaeche - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen messung des kraftschlussbeiwertes zwischen fahrzeugreifen und fahrbahnoberflaeche

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DE2823486A1
DE2823486A1 DE19782823486 DE2823486A DE2823486A1 DE 2823486 A1 DE2823486 A1 DE 2823486A1 DE 19782823486 DE19782823486 DE 19782823486 DE 2823486 A DE2823486 A DE 2823486A DE 2823486 A1 DE2823486 A1 DE 2823486A1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02Measuring coefficient of friction between materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00Testing of vehicles
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinu-
  • ierlichen Messung des Kraftschlußbeiwertes zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahnoberfläche und zeigt gleichzeitig das mit der Vorrichtung durchzuführende Meßverfahren. Der-Kraftschlußbeiwert hängt von den Eigenschaften des Fahrzeugrades, wie z.B. Reifenmaterial und Reifenprofil, und der Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche, z.B. von deren Griffigkeit, ab. Eine ausreichende Griffigkeit der Bahnoberfläche ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, daß die beim Beschleunigen, Verzögern und bei der Bogenfahrt des Kraftfahrzeuges zwischen Reifen und Fahrbahn auftretenden Kräfte übertragen werden, ohne daß das Fahrzeug ins Rutschen gerät. Durch die Griffigkeit wird ein genügender Kraftschluß zwischen Rad und Straße hergestellt, der den Wagen bei allen Bewegungsvorgängen in der Spur hält. Selbstverstndlich hängt die Griffigkeit nicht nur von der Eigenschaft der Fahrbahndecke ab, sondern sie ist vielmehr die Summe aller Eigenschaften, die für die Aufnahme der Schubkräfte aus den Reifenumfangskraften bei der Fahrt eines angetriebenen Fahrzeuges in Erscheinung treten. Ziel aller Reifen- und Fahrbahnkonstrukteure ist es deshalb, Reifen und Fahrbahn so auszubilden, daß ein möglichst hoher Kraftschlußbeiwert erreicht wird, um auf diese Weise die erforderliche Sicherheit des Fahrzeugverkehrs sicherzustellen.
  • Bisher hat man die Griffigkeit zwischen Reifen und Fahrbahn bzw. den Kraftschlußbeiwert mit Hilfe eines Schleppgerätes zu messen v acht, welches beispielsweise im Lexikon der Technik, Lueger, Band 10, 4. Auflage, 1966 auf den Seiten 557 sa 3 560 beschrieben ist. Ein solches Gerät besteht aus einem am Ende eines Schwenkarmes gelagerten Schlepprad, welches mit seinem Reifen auf der Fahrbahnoberfläche abrollen kann und mit einer bestimmten Achslast zu versehen ist. Wenn die Bremse des Schlepprades betätigt wird, können sowohl die Zugkraft wie der Bremsdruck gemessen und aus den sich ergebenden Werten der Kraftschlußbeiwert errechnet werden. Es werden dabei jeweils eine bestimmte Anzahl von Messungen über eine bestimmte Strecke hinweg vorgenommen, wobei die Geschwindigkeit des gesamten Fahrzeuges und des Schlepprades konstant sind, aber das Schlepprad bis zum Stillstand abgebremst wird. Die dabei aufgenommenen Diagramme werden schließlich ausgewertet und das daraus erhaltene Mittel als Gleitbeiwert angenommen. Da beim Bremsen die Fahrgeschwindigkeit nicht verringert, sondern nur die Umlaufzahl des Schlepprades vermindert wird, treten während der Bremsdauer größere Schlupfwerte als bei der üblichen Bremsung auf, wodurch eine größere Reibungswärre an der Berührungsstelle von Rad und Fahrbahn erzeugt wird, die sich wiederum auf Reifen und Fahrbahndecke auswirkt und damit die gesamte Messung erheblich beeinträchtigt.
  • Diese und verschiedene andere Einwirkungen, wie z.B. die gegen Ende des Rollvorganges störende Trägheitskraft, machen die Ergebnisse der Messung des Haftreibungsbeiwertes unsicher.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mängel zu beheben und eine Meßvorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, den Kraftschlußbeiwert laufend, d.h. kontinuierlich und genau, zu ermitteln. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Schleppgerät zwei unabhAngig voneinander belastbare, auf der Fahrbahn abrollende SchlepprAder aufweist, die zwangsläufig getrieblich unter Einhaltung eines vorbestimmten, vom Wert 1 abweichenden Ubersetzungsverhltnisses miteinander verbunden sind, in Verbindung mit einer Einstellvorrichtung für die einzelnen Radlasten, einer Meßvorrichtung für die Zugkraft bzw. die An- und Abtriebsdrehmomente der beiden Räder und einer Anzeigevorrichtung für den Kraftschlußbeiwert.
  • Mit dieser Vorrichtung wird verfahrensmäßig in der Weise gearbeitet, daß für die jeweilige Messung ein bestimmter Schlupf zugrundegelegt und ein davon abhängiges Übersetzungsverhältnis zwischen beiden Schlepprädern eingestellt und die Radlasten der beiden Schleppräder, deren Ubersetzungsverhältnis entsprechend, verteilt werden.
  • Durch das vorgegebene Übersetzungsverhältnis bzw. durch das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten oder Drehzahlen der beiden Räder liegt die Summe des Schlupfes der beiden Schleppräder fest. Die Verteilung dieses Schlupfes auf die beiden gekoppelten Räder hängt dann nur vom Verhältnis der Radlasten ab. Wirkt z.B. das Gesamtgewicht nur auf ein Laufrad und ist das andere praktisch entlastet, so wird das belastete Rad mit voller Bodenhaftung und das unbelastete mit dem ganzen Schlupf laufen. Durch geeignete Radlastverteilung kann dann erreicht werden, daß der Schlupf bei beiden Laufrädern entgegengesetzt gleich groß ist.
  • Zweckmäßig sind dabei die beiden Schleppräder so angeordnet, daß sie in einer Spur laufen. Der wesentlichste Teil der Messvorrichtung ist schematisch in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
  • Gemäß beigefügter Zeichnung sind an dem nicht weiter dargestellten Schleppgerät zwei in einer Spur laufende Schleppräder a und b vorgesehen, die beide beispielsweise über einen aus Kettenrädern und Kette gebildeten Kettentrieb verbunden sind. Beide Räder bzw. Reifen haben gleichen Durchmesser D = 2 x R. Das in der Fahrtrichtung vordere Rad a ist mit dem kleineren Kettenrad r a versehen. Das andere hat ein größeres Kettenrad rb, woraus sich ein Übersetzungsverhältnis ergibt.
  • Es bedeuten: ¢ = Kraftschlußbeiwert r = Fahrgeschwindigkeit N = Gesamtlast (N = Na + Nb) L = Längskraft K = Kettenspannung Z = Zugkraft S = Schlupf w = Winkelgeschwindigkeit Die Index a und b beziehen sich auf die beiden Laufräder.
  • Meßanordnung: Zwei gleichartige und gemeinsam freilaufende Räder a und b werden in einer Spur geführt, die Winkelgeschwindigkeiten w der Räder sind mechanisch starr miteinander gekoppelt. Durch ein von eins verschiedenes Übersetzungsverhältnis wird den Rädern ein von der Geschwindigkeit r unabhängiger Schlupf S aufgeprägt, wobei das Rad mit der größeren Winkelgeschwindigkeit w einem angetriebenen Laufrad und das Rad mit der kleineren Winkelgeschwindigkeit einem gebremsten Laufrad entspricht.
  • Durch das vorgegebene Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten w liegt die Summe des Schlupfes der beiden Laufräder fest. Die Verteilung dieses Schlupfes auf die beiden gekoppelten Laufräder hängt dann nur vom Verhältnis der Radlasten Na und Nb ab. Wirkt z.B. das Gesamtgewicht N nur auf ein Laufrad und ist das andere praktisch entlastet, so wird das belastete Rad mit voller Bodenhaftung und das unbelastete mit dem ganzen Schlupf 5 laufen.
  • Durch geeignete Radlast-Verteilung kann erreicht werden, daß der Schlupf 5a und Sb bei beiden Laufrädern entgegengesetzt gleich ist.
  • Das Verhältnis von Zugkraft zu Radlast oder von Kopplungskraft zu Radlast ist proportional zum Kraftschlußbeiwert.
  • Kraftschlußbeiwert r = L/N = Längskraft/Radlast Schlupf S = (wR - wO)/wO = relative Differenz des der Reifenumdrehung entsprechenden Weges und des tatsächlich zurückgelegten Weges Der Kraftschlußbeiwert steht in Abhängigkeit vom Schlupf und erreicht erfahrungsgemäß seinen Höchstwert je nach Straßenzustand bei etwa 15 - 30%.
  • Der bei 20% Schlupf gemessene Kraftschlußbeiwert entspricht mit guter Näherung dem Höchstwert. Nur bei optimalen Straßenverhältnissen sind höhere Beiwerte bei größerem Schlupf erreichbar.
  • Wenn K die Zugkraft in der Kette ist, so gilt a r = La R La/Lb = raZ/rb K rb = Ib d.h. um bei beiden Rädern den gleichen Kraftschlußbeiwert zu erreichen, muß die Gesamtlast N im Verhältnis Na/Nb = ra/rb aufgeteilt werden.
  • Der Schlupf eines Laufrades ist S = (wRV)/v=w/wo-1, wobei 0 wO = V/R die Winkelgeschwindigkeit eines Rades ohne Schlupf ist. Der gesamte Schlupf ist gleich der relativen Differenz der Winkelgeschwindigkeiten S = Sa - Sb = (wa - wb)/wo (Sa und Sb entgegengerichtetl) Wenn, wie oben gesagt, durch geeignete Lastverteilung die Kraftschlußbeiwerte gleich sind, dann gilt wO = (wa + wb)/2 und S = 2 (wa - wb)/(wa + wb) Wegen der Kopplung der Winkelgeschwindigkeiten ist: wa . ra = wb . rb und S = 2 (rb - ra )/(rb + ra) und ra/rb = (2-S)/(2+S) Wenn gemäß obigen Angaben für jedes Rad ein Schlupf von 20E, also S=0,4 angenommen wird, so gilt bei Sa=+20% und Sb= -20% ra/rb=La/Lb=Na/Nb=2/3 Die Zugkraft Z ergibt sich daraus zu Z = Lb - La = La/2 = Lb/3 Das Gesamtgewicht beträgt: N=Na+Nb=5Na/2=5Nb/3 Die Kettenspannung ist: K=La.R/ra=Lb.R/rb a a=b R/r Schließlich errechnet sich der Kraftschlußbeiwert zu #=La/Na=Lb/Nb=5Z/N=5.K.ra/2RN=5Krb/3RN Wie hieraus ersichtlich ist, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Kraftschlußbeiwert # durch die relativ einfache Messung der Zugkraft Z bzw. der Kettenspannung K ermitteln.
  • Leerseite

Claims (6)

  1. Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Kraftschlußbeiwertes zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahnoberfläche P a t e n t a n s p r ü c h e: Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Kraftschlußbeiwertqs zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahnoberfläche mit einem an ein Zugfahrzeug anzuhängenden Schleppgerät, bei welchem am Ende eines belastbaren Schwenkarmes ein auf der Fahrbahn abrollendes, bereiftes Schlepprad frei drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppgerät zwei unabhängig voneinander belastbare, auf der Fahrbahn abrollende Schleppräder aufweist, die zwangsläufig getrieblich unter Einhaltung eines vorbestimmten, vom Wert Eins abweichenden Ubersetzungsverhältnisses miteinander verbunden sind, in Verbindung mit einer Einstellvorrichtung für die einzelnen Radlasten, einer Meßvorrichtung für die Zugkraft bzw. die An- und Abtriebsdrehmomente der beiden Räder und einer Anzeigevorrichtung für den Kraftschlußbeiwert.
  2. 2. Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Kraftschlußbeiwertes zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahnoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ein bestimmtes Ubersetzungsverhältnis zwischen beiden Schlepprädern festgelegt wird und darauf die Radlasten der beiden Schleppräder im gleichen Verhältnis wie die Ubersetzung zwischen beiden Rädern eingestellt und die Zugkraft bzw. die An- und Abtriebsdrehmomente der beiden Schleppräder gemessen werden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schleppräder in einer Spur laufen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schleppräder über einen aus Kettenrädern und Kette gebildeten Ubersetzungstrieb verbunden sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettenräder austauschbar sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung für die Kettenspannung.
DE19782823486 1978-05-30 1978-05-30 Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen messung des kraftschlussbeiwertes zwischen fahrzeugreifen und fahrbahnoberflaeche Withdrawn DE2823486A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007040409A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-12 Thor Wiggo Olsen Friction measuring device
WO2007141077A1 (de) * 2006-06-07 2007-12-13 Continental Aktiengesellschaft Verfahren und messfahrzeug zur ermittlung objektiver reifeneigenschaften auf einer fahrbahnoberfläche
CN108613920A (zh) * 2018-05-03 2018-10-02 长安大学 一种用于轮胎与路面摩擦过程研究的模拟试验装置及方法

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