DE102009029294A1

DE102009029294A1 - Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Messung der Steifigkeit einer Rad/Reifenanordnung

Info

Publication number: DE102009029294A1
Application number: DE102009029294A
Authority: DE
Inventors: Kurt Kramer Dearborn Schleif; Bill Sterling Heights Fox; John Canton Scheuing; David Michael Ann Arbor Russell; Rob Bloomfield Eaton
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2010-04-08
Also published as: CN201607377U; US20100083745A1; CA2679117A1; US7841232B2

Abstract

Verfahren zum Testen einer Rad/Reifenanordnung (12, 14) an einer Testvorrichtung (10) mit einem angetriebenen Endlosriemen (16), einer Radrückhaltestruktur (22), an welcher die Rad/Reifenanordnung (12, 14) mit dem sich auf dem Endlosriemen (16) drehenden Reifen (14) angebracht ist und die ein Vertikalkraftausübungssystem (40) und ein Lenkeingabesystem aufweist, einem ersten Lasermessgerät (26), das auf ein inneres Felgenhorn (32) des Rades (12) ausgerichtet ist, und einem zweiten Lasermessgerät (28), das auf das innere Felgenhorn (32) ausgerichtet ist, wobei das Verfahren umfasst: Messen der radialen Auslenkung der Rad/Reifenanordnung (12, 14), um eine Mehrzahl von Radialauslenkungswerten zu bilden, Messen der axialen Auslenkung der Rad/Reifenanordnung (12, 14), um eine Mehrzahl von Axialauslenkungswerten zu bilden, Bestimmen einer Mehrzahl von Vertikalkräften, die von dem Vertikalkraftausübungssystem (40) ausgeübt werden, Bestimmen einer Mehrzahl von Seitenkräften, die von einem Seitenkraftausübungssystem (42) ausgeübt werden, Erstellen von Korrelationen der Radialauslenkungswerte, der Axialauslenkungswerte, der Vertikalkräfte und der Seitenkräfte, und Bilden eines Wertes für die radiale Steifigkeit und die seitliche Steifigkeit auf der Basis der Korrelationen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Messung der Steifigkeit einer Rad/Reifenanordnung.
Die Steifigkeit einer Radfelge kann die Fahrt, die Lenkung und die Handhabung eines Fahrzeuges beeinflussen. Die Gestaltung, die Haltbarkeit und andere Parameter des Rades können die Steifigkeit eines Rades beeinflussen. Wenn sich die Steifigkeit eines Rades ändert, kann die Aufhängungsabstimmung beim Gestaltungsprozess beeinflusst werden. Änderungen in der Radsteifigkeit können Änderungen in der Basisfahrzeugabstimmung erfordern, welche wiederum Änderungen in der Bauteilgestaltung erfordern können.
Es besteht ein Bedarf für ein Verfahren zum Bemessen der Steifigkeit einer Radanordnung, wenn der Reifen an dem Rad montiert ist, in einer simulierten Straßentestumgebung. Gegenwärtige Verfahren der physikalischen Prüfung und Finite-Element-Analyse (FEA) erfassen nicht adäquat die Radauslenkungen oder die komplexe Rad/Reifen-Schnittstelle, da die Bedingungen, die dem System auferlegt werden, nicht unbedingt für tatsächliche Fahrzustände repräsentativ sind.
Ferner besteht ein Bedarf für ein Verfahren zum Bemessen der Wirkung der Steifigkeit einer Radanordnung auf die Fahrzeugdynamik unter tatsächlichen dynamischen Bedingungen, die Fahrzustände eines Fahrzeuges für Leicht- und Schwerlastbedingungen simulieren. Durch das Verständnis der Wirkungen der Steifigkeit einer Radanordnung können Programmentwicklungsteams in der Lage sein, die Wirkung einer während des Entwicklungsprozesses durchgeführten Änderung der Radgestaltung und die Steuerung der Größe der während des Entwicklungsprozesses durchgeführten Änderung der Steifigkeit der Radanordnung besser zu beurteilen. Dies trägt dazu bei, die Realisierung der Ziele der Fahrzeugabstimmung bezüglich der Fahrt, der Lenkung und der Handhabung eines Fahrzeuges sicherzustellen.
Gemäß der Erfindung weist eine Testvorrichtung zum Testen eines an einem Rad montierten Reifens oder einer Rad/Reifenanordnung einen angetriebenen Endlosriemen und eine Radrückhaltestruktur auf, an welcher die Rad/Reifenanordnung angeordnet ist, wobei sich der Reifen auf dem Endlosriemen dreht. Die Testvorrichtung weist ein erstes Lasermessgerät auf, das auf ein inneres Felgenhorn des Rades ausgerichtet ist, um eine radiale Auslenkung der Rad/Reifenanordnung zu messen. Die Testvorrichtung weist ebenso ein zweites Lasermessgerät auf, das auf das innere Felgenhorn ausgerichtet ist, um eine axiale Auslenkung der Rad/Reifenanordnung zu messen.
Nach anderen Aspekten der Erfindung weist die Testvorrichtung ein Datenverarbeitungssystem auf, das eine Mehrzahl von Messwerten von dem ersten und dem zweiten Lasermessgerät empfängt. Die Radrückhaltestruktur weist ein Vertikalkraftausübungssystem auf, das wahlweise eingestellt werden kann, um die Ausübung von ausgewählten Vertikalkraftniveaus auf die Rad/Reifenanordnung zu simulieren. Die Testvorrichtung kann ferner ein Lenkeingabesystem aufweisen, das wahlweise eingestellt werden kann, um die Ausübung von Seitenkräften auf die Rad/Reifenanordnung zu simulieren. Das Vertikalkraftausübungssystem kann eingestellt werden, um die Ausübung von ausgewählten Vertikalkraftniveaus auf die Rad/Reifenanordnung zu simulieren, während das Lenkeingabesystem eingestellt wird, um Seitenkräfte zu bilden, die eine vorbestimmte Funktion der von dem Kraftausübungssystem ausgeübten Vertikalkraftniveaus sind.
Das erste und das zweite Lasermessgerät sind an einer Halterung abgestützt, welche die Lasermessgeräte in der Nähe der Rad/Reifenanordnung hält, nachdem sie an der Radrückhaltestruktur angebracht ist. Wenigstens eines der Lasermessgeräte kann einen Spiegel aufweisen, der an der Halterung innerhalb der radialen Ebene des inneren Felgenhorns angebracht ist.
Die Mehrzahl von Messwerten, die von dem ersten und dem zweiten Lasermessgerät erlangt werden, können verwendet werden, um ein Radialauslenkungsprofil, ein Seitenauslenkungsprofil und einen Wert für die Fahrsteifigkeit zu bilden.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Testen einer Rad/Reifenanordnung an einer Testvorrichtung einen angetriebenen Endlosriemen und eine Radrückhaltestruktur auf, an welcher die Rad/Reifenanordnung angebracht ist. Die Radrückhaltestruktur weist ein Vertikalkraftausübungssystem und ein Seitenkraftausübungssystem auf. Ein erstes und ein zweites Lasermessgerät sind auf ein inneres Felgenhorn des Rades ausgerichtet. Gemäß dem Verfahren wird die radiale Auslenkung der Rad/Reifenanordnung gemessen, um eine Mehrzahl von Radialauslenkungswerten zu bilden. Die axiale Auslenkung der Rad/Reifenanordnung wird gemessen, um eine Mehrzahl von Axialauslenkungswerten zu bilden. Eine Mehrzahl von Vertikalkräften, die von dem Vertikalkraftausübungssystem ausgeübt werden, werden in einem Datenverarbeitungssystem bestimmt. Eine Mehrzahl von Seitenkräften, die von einem Seitenkraftausübungssystem ausgeübt werden, werden ebenso in dem Datenverarbeitungssystem bestimmt. Das Datenverarbeitungssystem korreliert Radialauslenkungswerte, Seitenauslenkungswerte, Vertikalkräfte und Seitenkräfte. Jeweils ein Wert für radiale Steifigkeit und seitliche Steifigkeit kann auf der Basis der Korrelationen gebildet werden.
Nach anderen Aspekten des Verfahren können eine Mehrzahl von Seitenkräften auf Null gehalten werden, um einen Wert für die Fahrsteifigkeit auf der Basis der Korrelationen zu bilden. Das Vertikalkraftausübungssystem kann wahlweise eingestellt werden, um die Ausübung von ausgewählten Vertikalkraftniveaus auf die Rad/Reifenanordnung zu simulieren. Das Lenkeingabesystem kann eingestellt werden, um Seitenkräfte zu bilden, die eine vorbestimmte Funktion der von dem Vertikalkraftausübungssystem ausgeübten Vertikalkraftniveaus sind.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Rad/Reifen-Testvorrichtung;
2 eine fragmentarische perspektivische Ansicht einer Rad/Reifenanordnung an der Testvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Lasermessgerät zum Messen der seitlichen und radialen Auslenkung des inneren Felgenhorns des Rades gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine fragmentarische perspektivische Ansicht einer Rad/Reifenanordnung an der Testvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Lasermessgerät zum Messen der seitlichen und radialen Auslenkung des inneren Felgenhorns des Rades gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und
4 ein Flussdiagramm des Datenverarbeitungssystems, das Auslenkungsdaten von dem ersten und dem zweiten Lasermessgerät und Lasteingaben von der Testvorrichtung korreliert, um Werte der radialen Steifigkeit, der seitlichen Steifigkeit und der Fahrsteifigkeit zu bilden.
1 zeigt eine Testvorrichtung 10, die verwendet wird, um ein Rad 12 und einen Reifen 14 zu testen, die auf einem Endlosriemen 16 laufen. Das Rad 12 und der Reifen 14 können als Rad/Reifenanordnung 12, 14 bezeichnet werden. Der Endlosriemen 16 der Testvorrichtung 10 wird um ein Paar Riemenantriebsrollen 18 herum mitgenommen. Die eine der Riemenantriebsrollen 18 ist mit einem Motor 20 wirksam verbunden, der verwendet wird, um die Riemenantriebsrollen 18 und wiederum den Endlosriemen 16 zu drehen. Die Rad/Reifenanordnung 12, 14 ist an einer Radrückhaltestruktur 22 befestigt, die einen umgekehrt V-förmigen Turm aufweist.
Mit Bezug auf 2 sind ein Rad 12 und ein Reifen 14 an der Testvorrichtung 10 montiert. Ein erstes Lasermessgerät 26 und ein zweites Lasermessgerät 28 sind an einer Halterung 30 angebracht. Die Halterung 30 hält das erste und das zweite Lasermessgerät 26, 28 in einer Position, um einen Laserstrahl auf eine Fläche des Rades 12 auszurichten. Wie gezeigt, trifft der Laserstrahl auf ein inneres Felgenhorn 32 des Rades 12 auf. Obwohl hier das innere Felgenhorn 32 als Messstelle dargestellt ist, können auch andere Stellen verwendet werden. Die Ausführungsform in 2 ist für die Messung größerer Räder geeignet, wo es einen ausreichenden Freiraum gibt, um das erste Lasermessgerät 26 innerhalb der Mulde des Rades 12 zu platzieren, so dass der Laserstrahl radial auf das innere Felgenhorn 32 des Rades 12 ausgerichtet werden kann.
Mit Bezug auf 3 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei welcher ein Rad 12 und ein Reifen 14 an der Testvorrichtung 10 montiert sind. Das erste Lasermessgerät 26 und das zweite Lasermessgerät 28 sind an der Halterung 30 befestigt. Bei dieser Ausführungsform, welche vor allem für kleinere Raddurchmesser vorgesehen ist, ist das erste Lasermessgerät 26 mit einem Spiegel 36 versehen. Das erste Lasermessgerät 26 richtet einen Laserstrahl in Axialrichtung aus, der von dem Spiegel 36 in Radialrichtung auf das innere Felgenhorn 32 reflektiert wird. Das zweite Lasermessgerät 28 richtet einen Laserstrahl in Axialrichtung auf das innere Felgenhorn 32 aus. Das erste Lasermessgerät 26 misst die radiale Auslenkung des inneren Felgenhorns 32 des Rades 12. Das zweite Lasermessgerät 28 misst die axiale Auslenkung des inneren Felgenhorns 32 des Rades 12.
Bei den Ausführungsformen in den 2 und 3 werden das erste und das zweite Lasermessgerät 26 und 28 verwendet, um die radiale und axiale Auslenkung des inneren Felgenhorns 32 zu messen, wenn die Testvorrichtung 10 die Rad/Reifenanordnung 12, 14 auf dem Endlosriemen 16 dreht. Die Testvorrichtung 10 übt variable Vertikalkräfte auf die Reifen/Radanordnung aus, die den Variationen der beim normalen Betrieb auf die Reifen/Radanordnung ausgeübten Belastung entsprechen. Die Testvorrichtung 10 weist ebenso ein Lenkeingabesystem auf, das die Kurvendrehung des Rades auf einer Straße und die auf die Rad/Reifenanordnung ausgeübte Seitenkraft simuliert.
In 4 ist das System schematisch dargestellt, wobei das erste Lasermessgerät 26 die radiale Auslenkung des Rades 12 misst, während das zweite Lasermessgerät 28 die seitliche Auslenkung des Rades 12 misst. Die Messungen der radialen und seitlichen Auslenkung werden an einen Datenprozessor 38 abgegeben. Zusätzlich zu den Auslenkungsmessungen erhält der Datenprozessor 38 auch Daten von einem Vertikalkraftausübungssystem 40 und einem Seitenkraftausübungssystem 42 der Testvorrichtung 10. Die Auslenkungs- und Kraftdaten werden korreliert, um Berechnungen, die der radialen, seitlichen und Fahrsteifigkeit einer vorgegebenen Rad/Reifenanordnung entsprechen, in Form von verschiedenen Testberichten zu erstellen, die von dem Block 46 in 4 dargestellt werden.
Die Testvorrichtung kann eine Flat-trac-Maschine sein, wie sie von MTS Systems Corporation of Eden Prairie, Minnesota, erhältlich ist. Flat-trac-Maschinen werden im Allgemeinen verwendet, um Kraft- und Momentdaten für Reifen zu erhalten. Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ist die Testvorrichtung mit Lasern ausgestattet, um die Auslenkung des Rades in Bezug auf verschiedene Eingabekräfte genau zu messen, welche die Belastung des Rades simulieren, wie sie erwartet wird, wenn das Rad und der Reifen an einem Fahrzeug montiert sind.
Das erste und das zweite Lasermessgerät 26, 28 können in der 6-Uhr-Position an dem inneren Felgenhorn 32 ausgerichtet sein. Das erste Lasermessgerät 26 misst die radiale Auslenkung des Felgenhorns 32, während das zweite Lasermessgerät 28 die axiale oder seitliche Auslenkung des Felgenhorns 32 misst.
Gemäß einem Beispiel eines Testverfahrens, das bei den oben beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden kann, kann die Testvorrichtung 10 benutzt werden, um Vertikalkräfte von 25, 37,5 und 50% des Fahrzeuggesamtgewichtes (GVW) einzustellen. Diese Kräfte stellen 0, 50 und 100% Gewichtsverlagerung für das GVW eines Personenkraftwagens dar. Dann wurden Lenkeingaben erzeugt, um Seitenkräfte von 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 und 70% der Vertikalkraft zu bilden.
Über den Bereich von Werten des Fahrzeuggesamtgewichtes wurde die radiale Auslenkung für Seitenkräfte zwischen 0 und 1600 Pfund gemessen. Ebenso wurde die radiale Auslenkung für 25% GVW, 37,5% GVW und 50% GVW bei Seitenkräften zwischen 0 und etwa 1600 Pfund gemessen, die während des Testes auf die Rad/Reifenanordnung ausgeübt wurden. Dann wurden Auslenkungen für den jeweiligen GVW-Wert aufgezeichnet, und der Anstieg der drei GVW-Kurven wurde gemittelt, um einen Wert für die seitliche Steifigkeit zu bilden. Ebenso wurden seitliche Auslenkungen durch graphische Darstellung dreier unterschiedlicher Auslenkungen im Vergleich zu Seitenkraftwerten für die jeweiligen GVW-Werte bestimmt. Der gemittelte Anstieg der graphisch dargestellten Linien wurde als Wert der radialen Steifigkeit bestimmt.
Die Fahrsteifigkeit wurde durch Bestimmen der Rate der radialen Auslenkung im Vergleich zu der radialen Auslenkung berechnet, wenn 0 Seitenkraft von dem Lenksteuerungssystem ausgeübt wird. Im Verlaufe des Testes umfassen die Variablen, die gesteuert wurden, die von den Vertikal- und Seitenkraftausübungssystemen der Testvorrichtung ausgeübten Kräfte, den Reifendruck, die Umdrehungsgeschwindigkeit und den Sturzwinkel. Das System verwendet auch ein vorgeschriebenes Anlaufverfahren, um gegen fehlerhafte Daten vorzubeugen. Der Test wurde bestimmten Geräuschfaktoren einschließlich der Reifengröße, der Reifenkonstruktion und dem Reifenzustand ausgesetzt.

Claims

Testvorrichtung zum Testen einer Rad/Reifenanordnung (12, 14), aufweisend: einen angetriebenen Endlosriemen (16); eine Radrückhaltestruktur (22), an welcher die Rad/Reifenanordnung (12, 14) angeordnet ist, wobei sich der Reifen (14) auf dem Endlosriemen (16) dreht; ein erstes Lasermessgerät (26), das auf ein inneres Felgenhorn (32) des Rades (12) ausgerichtet ist, um eine radiale Auslenkung der Rad/Reifenanordnung (12, 14) zu messen; und ein zweites Lasermessgerät (28), das auf das innere Felgenhorn (32) ausgerichtet ist, um eine axiale Auslenkung der Rad/Reifenanordnung (12, 14) zu messen.
Testvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Datenverarbeitungssystem, das eine Mehrzahl von Messwerten von dem ersten und dem zweiten Lasermessgerät (26, 28) empfängt.
Testvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Radrückhaltestruktur (22) ein Vertikalkraftausübungssystem (40) aufweist, das wahlweise eingestellt werden kann, um die Ausübung von ausgewählten Vertikalkraftniveaus auf die Rad/Reifenanordnung (12, 14) zu simulieren.
Testvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Radrückhalteturm (22) ein Vertikalkraftausübungssystem (40) aufweist, das eingestellt werden kann, um die Ausübung von ausgewählten Vertikalkraftniveaus auf die Rad/Reifenanordnung (12, 14) zu simulieren.
Testvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Halterung (30), die das erste und das zweite Lasermessgerät (26, 28) benachbart zu der Rad/Reifenanordnung (12, 14) abstützt, wenn diese an der Radrückhaltestruktur (22) angebracht ist.
Testvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste Lasermessgerät (26) an der Halterung (30) angebracht ist, um einen Laserstrahl axial in Richtung zu einem Spiegel (36) auszurichten, der an der Halterung (30) innerhalb der radialen Ebene des inneren Felgenhorns (32) angebracht ist und den Laserstrahl in einer Radialrichtung ausrichtet.
Testvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Radrückhaltestruktur (22) ein Lenkeingabesystem aufweist, das wahlweise eingestellt werden kann, um die Ausübung von Seitenkräften auf die Rad/Reifenanordnung (12, 14) zu simulieren.
Testvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Radrückhaltestruktur (22) ein Vertikalkraftausübungssystem (40) aufweist, das wahlweise eingestellt werden kann, um die Ausübung von ausgewählten Vertikalkraftniveaus auf die Rad/Reifenanordnung (12, 14) zu simulieren, wobei das Lenkeingabesystem eingestellt ist, um Seitenkräfte zu bilden, die eine vorbestimmte Funktion der von dem Vertikalkraftausübungssystem (40) ausgeübten Vertikalkraftniveaus sind.
Testvorrichtung nach Anspruch 8, ferner aufweisend ein Datenverarbeitungssystem, das eine Mehrzahl von Messwerten von dem ersten und dem zweiten Lasermessgerät (26, 28) auf einer Mehrzahl von ausgewählten Vertikalkraftniveaus empfängt, um ein Radialauslenkungsprofil zu bilden.
Testvorrichtung nach Anspruch 8, ferner aufweisend ein Datenverarbeitungssystem, das eine Mehrzahl von Messwerten von dem ersten und dem zweiten Lasermessgerät (26, 28) auf einer Mehrzahl von ausgewählten Seitenkraftniveaus empfängt, um ein Seitenauslenkungsprofil zu bilden.
Testvorrichtung nach Anspruch 8, ferner aufweisend ein Datenverarbeitungssystem, das eine Mehrzahl von Messwerten von dem ersten und dem zweiten Lasermessgerät (26, 28) auf einer Mehrzahl von ausgewählten Vertikalkraftniveaus empfängt, wobei die Rad/Reifenanordnung (12, 14) Null Seitenkraft ausgesetzt ist und die Radialauslenkungsrate berechnet wird, um einen Wert für die Fahrsteifigkeit zu bilden.
Verfahren zum Testen einer Rad/Reifenanordnung (12, 14) an einer Testvorrichtung (10) mit einem angetriebenen Endlosriemen (16), einer Radrückhaltestruktur (22), an welcher die Rad/Reifenanordnung (12, 14) mit dem sich auf dem Endlosriemen (16) drehenden Reifen (14) angebracht ist und die ein Vertikalkraftausübungssystem (40) und ein Lenkeingabesystem aufweist, einem ersten Lasermessgerät (26), das auf ein inneres Felgenhorn (32) des Rades (12) ausgerichtet ist, und einem zweiten Lasermessgerät (28), das auf das innere Felgenhorn (32) ausgerichtet ist, wobei das Verfahren umfasst: Messen der radialen Auslenkung der Rad/Reifenanordnung (12, 14), um eine Mehrzahl von Radialauslenkungswerten zu bilden; Messen der axialen Auslenkung der Rad/Reifenanordnung (12, 14), um eine Mehrzahl von Axialauslenkungswerten zu bilden; Bestimmen einer Mehrzahl von Vertikalkräften, die von dem Vertikalkraftausübungssystem (40) ausgeübt werden; Bestimmen einer Mehrzahl von Seitenkräften, die von einem Seitenkraftausübungssystem (42) ausgeübt werden; Erstellen von Korrelationen der Radialauslenkungswerte, der Axialauslenkungswerte, der Vertikalkräfte und der Seitenkräfte; und Bilden eines Wertes für die radiale Steifigkeit und die seitliche Steifigkeit auf der Basis der Korrelationen.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Bestimmen, dass die Mehrzahl von Seitenkräften alle auf Null Seitenkraft sind; und Bilden eines Wertes für die Fahrsteifigkeit auf der Basis der Korrelationen.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend: wahlweises Einstellen des Vertikalkraftausübungssystems (40), um die Ausübung von ausgewählten Vertikalkraftniveaus auf die Rad/Reifenanordnung (12, 14) zu simulieren.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Einstellen des Lenkeingabesystems, um Seitenkräfte zu bilden, die eine vorbestimmte Funktion der von dem Vertikalkraftausübungssystem (40) ausgeübten Vertikalkraftniveaus sind.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend: Einstellen des Lenkeingabesystems, um Seitenkräfte zu bilden, die eine vorbestimmte Funktion der von dem Vertikalkraftausübungssystem (40) ausgeübten Vertikalkraftniveaus sind.