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Medición de las fuerzas sobre el neumático y sobre la calzada en un banco de ensayo de adherencia

  • Fuerzas en el neumático Fx Fy Fz
  • Fuerzas en la calzada
  • Coeficiente de fricción
Técnico instalando una rueda dinamométrica en la rueda de un SUV negro sobre un gato
Una rueda dinamométrica montada en la rueda de un SUV, para las fuerzas del neumático sobre el vehículo. Foto de Michigan Scientific.

En resumen

El coeficiente de fricción entre un neumático y una carretera es el cociente entre la fuerza a lo largo de la superficie y la fuerza vertical. En un banco de ensayo de adherencia, una célula de carga triaxial TR3D en el eje mide las fuerzas sobre el neumático, y una segunda bajo la superficie de ensayo mide las fuerzas sobre la carretera. Cada célula registra tres fuerzas perpendiculares a la vez, de modo que la fuerza lateral de un viraje simulado forma parte del registro. Una caja amplificadora SGA12A excita y amplifica los puentes de hasta cuatro células.

3
direcciones de las fuerzas medidas por cada célula de carga
1,1 a 444 kN
capacidad por eje, serie TR3D
Hasta 4
células de carga triaxiales en una caja amplificadora SGA12A

Fuerzas en el contacto

Los sistemas de frenado, de control de tracción y de dinámica vehicular dependen de la adherencia disponible entre el neumático y la carretera. La adherencia es el cociente entre la fuerza a lo largo de la superficie, Fx, y la fuerza vertical, Fz, en el contacto. Células de carga triaxiales se montan a ambos lados del contacto: una célula está conectada al eje y mide las fuerzas aplicadas al neumático; otra está situada bajo la superficie de ensayo y mide las fuerzas que el neumático ejerce sobre la carretera.

Una sola célula mide tres ejes al mismo tiempo. Por lo tanto, se puede simular un viraje en el banco, registrando la fuerza lateral junto con las fuerzas longitudinal y vertical.

Dos células de carga triaxiales en un banco de ensayo de adherencia de neumáticos Vista lateral de un neumático sobre una superficie de ensayo. Una célula de carga triaxial se encuentra en el eje, entre el neumático y el brazo del banco: mide las fuerzas sobre el neumático. Una segunda se encuentra bajo la superficie de ensayo: mide las fuerzas sobre la carretera. La fuerza vertical Fz presiona el neumático contra la superficie, la fuerza Fx actúa a lo largo de la superficie en el contacto. El coeficiente de fricción es el cociente Fx entre Fz. Base Fz Fx Célula en el eje Célula bajo la superficie µ = Fx / Fz coef. de fricción Neumático en banco de adherencia
Una célula de carga en el eje, otra bajo la superficie de ensayo. La fuerza vertical Fz carga el neumático, Fx actúa a lo largo de la superficie en el contacto, y su cociente es el coeficiente de fricción.

Instrumentación

Células de cargaTR3D-A redonda, 4,4 a 44 kN · TR3D-B cuadrada, 1,1 a 71 kN · TR3D-C, 44 a 177 kN · TR3D-D, 222 y 444 kN por eje
Cuerpo más pequeñoTR3D-B-250 y TR3D-B-1K, 25,4 × 25,4 × 12,7 mm
Sensortres puentes completos con galgas extensométricas, uno por eje, 10 V de excitación como máximo
No linealidad< 0,5 % FE en el TR3D-B
Momentosmomento nominal máximo por eje, de 16 N·m en el TR3D-B-250 a 1,7 kN·m en el TR3D-B-16K
Cable y calibraciónCable blindado de 3,05 m · informe de calibración trazable NIST que registra la diafonía
AmplificadorSGA12A: doce canales, excitación del puente de ± 5 V o ± 2,5 V, salida de ± 10 V, calibración por shunt remota

Acondicionamiento de señal

Cada célula de carga tiene tres puentes de galgas extensométricas, cada uno alimentado por sus propios cuatro hilos. La caja amplificadora SGA12A contiene doce amplificadores independientes, para un máximo de cuatro células de carga triaxiales: excitación bipolar del puente de ± 5 V o ± 2,5 V, una salida de ± 10 V por canal y una resistencia shunt activada a distancia para la verificación de la sensibilidad. La ganancia y las resistencias shunt se seleccionan para las células de carga elegidas y se instalan en fábrica. La caja funciona con 10 a 36 V CC.

Procedimiento

  1. 01

    Una célula de carga en el eje

    Conectada al eje, mide las tres fuerzas aplicadas al neumático.

    Células de carga triaxiales TR3D
  2. 02

    Una célula de carga bajo la superficie de ensayo

    Colocada bajo la superficie, mide las fuerzas en el suelo, el lado de reacción del ensayo.

  3. 03

    Cargar y hacer rodar el neumático

    Fz, Fx y Fy se registran simultáneamente en ambas células, en línea recta y en curva simulada.

  4. 04

    Amplificar y registrar

    La caja SGA12A alimenta los puentes y entrega ± 10 V CC por canal al registrador, con calibración por shunt antes del ensayo.

    Caja amplificadora SGA12A

En la rueda de un vehículo

En el propio vehículo, una rueda dinamométrica mide las fuerzas longitudinales y verticales en el centro de la rueda durante las fases de frenado y de tracción. En una grabación de Michigan Scientific de la rueda delantera derecha de un SUV que pasa de una superficie seca a baldosas mojadas al frenar, la velocidad de rueda y la fuerza longitudinal caen cada vez que el ABS libera los frenos.

Resultado

Las tres fuerzas sobre el neumático y las tres fuerzas sobre la calzada, medidas directamente y al mismo tiempo. El coeficiente de rozamiento se obtiene de estas fuerzas, tanto en línea recta como en curva.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula el coeficiente de rozamiento a partir de las fuerzas medidas?

Es el cociente de la fuerza a lo largo de la superficie entre la fuerza vertical. Una célula de carga triaxial mide ambas al mismo tiempo, además de la fuerza lateral.

¿Dónde se colocan las células de carga en un banco de ensayo de adherencia de neumáticos?

Una primera célula de carga triaxial se conecta al eje y mide las fuerzas sobre el neumático. Una segunda se coloca bajo la superficie de ensayo y mide las fuerzas que el neumático ejerce sobre la carretera.

¿Por qué medir directamente la fricción del neumático en lugar de utilizar un modelo de neumático?

El artículo asociado a esta página indica que la Magic Formula describe el comportamiento del neumático mediante cuatro coeficientes adimensionales y no tiene en cuenta la caída, la dirección ni el movimiento lateral. Una medición directa de las fuerzas en tres direcciones cubre estos casos.

¿Cuántas células de carga triaxiales puede alimentar una caja amplificadora?

Hasta cuatro. La caja amplificadora SGA12A alimenta y amplifica sus doce puentes y proporciona salidas ± 10 V CC al registrador.

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