Messung der Kräfte an Reifen und Fahrbahn auf einem Traktionsprüfstand
Kurz zusammengefasst
Der Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn ist das Verhältnis der Kraft entlang der Oberfläche zur vertikalen Kraft. Auf einem Traktions-Prüfstand misst ein dreiaxialer Kraftaufnehmer TR3D an der Achse die Kräfte am Reifen, ein zweiter unter der Prüffläche misst die Kräfte an der Fahrbahn. Jeder Aufnehmer erfasst gleichzeitig drei senkrechte Kräfte, sodass die Quer Kraft einer simulierten Kurvenfahrt Teil der Aufzeichnung ist. Ein Messverstärker-Gehäuse SGA12A speist und verstärkt die Brücken von bis zu vier Aufnehmern.
- 3
- von jedem Kraftaufnehmer gemessene Kraftrichtungen
- 1,1 bis 444 kN
- Kapazität pro Achse, Baureihe TR3D
- Bis zu 4
- dreiaxiale Kraftaufnehmer an einem SGA12A-Messverstärker
Kräfte am Kontakt
Brems-, Traktionskontroll- und Fahrdynamiksysteme hängen von der verfügbaren Haftung zwischen Reifen und Fahrbahn ab. Die Haftung ist das Verhältnis der Kraft entlang der Oberfläche, Fx, zur vertikalen Kraft, Fz, am Kontakt. Dreiaxiale Kraftaufnehmer sind auf beiden Seiten des Kontakts montiert: Ein Aufnehmer ist mit der Achse verbunden und misst die auf den Reifen wirkenden Kräfte, ein anderer befindet sich unter der Prüffläche und misst die Kräfte, die der Reifen auf die Fahrbahn ausübt.
Ein einzelner Aufnehmer misst drei Achsen gleichzeitig. Kurvenfahrt kann daher auf dem Prüfstand simuliert werden, wobei die Quer Kraft zusammen mit den Längs- und Vertikalkräften aufgezeichnet wird.
Instrumentierung
| Kraftaufnehmer | TR3D-A rund, 4,4 bis 44 kN · TR3D-B quadratisch, 1,1 bis 71 kN · TR3D-C, 44 bis 177 kN · TR3D-D, 222 und 444 kN pro Achse |
|---|---|
| Kleinster Körper | TR3D-B-250 und TR3D-B-1K, 25,4 × 25,4 × 12,7 mm |
| Sensor | drei Vollbrücken mit Dehnungsmessstreifen (DMS), eine pro Achse, 10 V Brückenspeisung maximal |
| Nichtlinearität | < 0,5 % v. E. auf dem TR3D-B |
| Momente | Nennhöchstmoment pro Achse, von 16 N·m beim TR3D-B-250 bis 1,7 kN·m beim TR3D-B-16K |
| Kabel und Kalibrierung | Abgeschirmtes Kabel, 3,05 m · NIST-rückverfolgbares Kalibrierschein-Dokument, das das Übersprechen erfasst |
| Messverstärker | SGA12A: zwölf Kanäle, Brückenspeisung von ± 5 V oder ± 2,5 V, Ausgang ± 10 V, ferngesteuerte Shunt-Kalibrierung |
Signalaufbereitung
Jeder Kraftaufnehmer hat drei Brücken mit Dehnungsmessstreifen (DMS), die jeweils über vier eigene Adern gespeist werden. Das Messverstärkergehäuse SGA12A enthält zwölf unabhängige Messverstärker für bis zu vier dreiachsige Kraftaufnehmer: bipolare Brückenspeisung von ± 5 V oder ± 2,5 V, ein Ausgang von ± 10 V pro Kanal und ein fern aktivierbarer Shunt-Widerstand zur Überprüfung der Empfindlichkeit. Verstärkung und Shunt-Widerstände werden für die gewählten Kraftaufnehmer ausgewählt und ab Werk installiert. Das Gehäuse arbeitet mit 10 bis 36 V DC.
Vorgehen
- 01
Ein Kraftaufnehmer an der Achse
Mit der Achse verbunden misst er die drei Kräfte, die auf den Reifen wirken.
TR3D dreiachsige Kraftaufnehmer - 02
Ein Kraftaufnehmer unter der Prüffläche
Unter der Fläche angeordnet misst er die Kräfte an der Fahrbahnoberfläche, die Reaktionsseite des Versuchs.
- 03
Den Reifen belasten und abrollen
Fz, Fx und Fy werden gleichzeitig auf beiden Kraftaufnehmern aufgezeichnet, bei gerader Fahrt und in simulierter Kurvenfahrt.
- 04
Verstärken und aufzeichnen
Das Gehäuse SGA12A speist die Brücken und liefert dem Rekorder ± 10 V DC pro Kanal, mit Shunt-Kalibrierung vor dem Versuch.
SGA12A-Messverstärkergehäuse
Am Rad eines Fahrzeugs
Am Fahrzeug selbst misst ein Messrad die Längs- und Vertikalkräfte am Radzentrum bei Brems- und Traktionsvorgängen. In einer Michigan-Scientific-Aufzeichnung des rechten Vorderrads eines SUV, das von trockener Fahrbahn auf nasse Fliesen abbremst, sinken die Radgeschwindigkeit und die Längskraft jedes Mal, wenn das ABS die Bremsen löst.
Ergebnis
Die drei Kräfte am Reifen und die drei Kräfte an der Fahrbahnoberfläche, direkt und gleichzeitig gemessen. Der Reibbeiwert ergibt sich aus diesen Kräften, bei gerader Fahrt wie in der Kurve.
Häufige Fragen
Wie wird der Reibbeiwert aus den gemessenen Kräften berechnet?
Er ist das Verhältnis der Kraft entlang der Fläche zur Vertikalkraft. Ein dreiachsiger Kraftaufnehmer misst beide gleichzeitig, zusammen mit der lateralen Kraft.
Wo werden die Kraftaufnehmer an einem Prüfstand für Reifenhaftung platziert?
Ein erster dreiaxialer Kraftaufnehmer ist mit der Achse verbunden und misst die Kräfte am Reifen. Ein zweiter ist unter der Versuchsfläche angebracht und misst die Kräfte, die der Reifen auf die Fahrbahn ausübt.
Warum die Reifenreibung direkt messen, statt ein Reifenmodell zu verwenden?
Der zu dieser Seite gehörende Artikel weist darauf hin, dass die Magic Formula das Reifenverhalten mit vier dimensionslosen Koeffizienten beschreibt und Sturzwinkel, Lenkung und Querbewegung nicht berücksichtigt. Eine direkte Kraftmessung in drei Richtungen deckt diese Fälle ab.
Wie viele dreiaxiale Kraftaufnehmer kann ein Messverstärker-Gehäuse versorgen?
Bis zu vier. Das SGA12A-Messverstärkergehäuse speist und verstärkt deren zwölf Brücken und liefert ± 10 V DC-Ausgänge an den Rekorder.
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