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Misura delle forze sul pneumatico e sull’andamento stradale su un banco prova di aderenza

  • Forze sul pneumatico Fx Fy Fz
  • Forze sull’andamento stradale
  • Coefficiente di attrito
Tecnico che installa una ruota dinamometrica sulla ruota di un SUV nero su cavalletto
Una ruota dinamometrica montata alla ruota di un SUV, per le forze del pneumatico sul veicolo. Foto Michigan Scientific.

In sintesi

Il coefficiente di attrito tra uno pneumatico e una strada è il rapporto tra la forza lungo la superficie e la forza verticale. Su un banco prova di aderenza, una cella di carico triassiale TR3D all’asse misura le forze sullo pneumatico, e una seconda sotto la superficie di prova misura le forze sulla strada. Ogni cella rileva tre forze perpendicolari contemporaneamente, per cui la forza laterale di una curva simulata fa parte della registrazione. Un contenitore amplificatore SGA12A alimenta e amplifica i ponti di un massimo di quattro celle.

3
direzioni delle forze misurate da ogni cella di carico
da 1,1 a 444 kN
portata per asse, gamma TR3D
Fino a 4
celle di carico triassiali su un contenitore amplificatore SGA12A

Forze al contatto

I sistemi di frenata, di controllo della trazione e di dinamica del veicolo dipendono dall’aderenza disponibile tra lo pneumatico e la strada. L’aderenza è il rapporto tra la forza lungo la superficie, Fx, e la forza verticale, Fz, al contatto. Celle di carico triassiali sono montate su entrambi i lati del contatto: una cella è collegata all’asse e misura le forze applicate allo pneumatico, un’altra è collocata sotto la superficie di prova e misura le forze che lo pneumatico esercita sulla strada.

Una sola cella misura tre assi contemporaneamente. Una curva può quindi essere simulata sul banco, con la forza laterale registrata insieme alle forze longitudinale e verticale.

Due celle di carico triassiali su un banco prova di aderenza di pneumatico Vista laterale di uno pneumatico su una superficie di prova. Una cella di carico triassiale si trova all’asse, tra lo pneumatico e il braccio del banco: misura le forze sullo pneumatico. Una seconda si trova sotto la superficie di prova: misura le forze sulla strada. La forza verticale Fz preme lo pneumatico sulla superficie, la forza Fx si esercita lungo la superficie al contatto. Il coefficiente di attrito è il rapporto Fx su Fz. Base Fz Fx Cella all’asse Cella sotto la superficie µ = Fx / Fz coeff. di attrito Pneumatico sul banco di aderenza
Una cella di carico all’asse, una sotto la superficie di prova. La forza verticale Fz carica lo pneumatico, Fx si esercita lungo la superficie al contatto, e il loro rapporto è il coefficiente di attrito.

Strumentazione

Celle di caricoTR3D-A tonda, 4,4 a 44 kN · TR3D-B quadrata, 1,1 a 71 kN · TR3D-C, 44 a 177 kN · TR3D-D, 222 e 444 kN per asse
Corpo più piccoloTR3D-B-250 e TR3D-B-1K, 25,4 × 25,4 × 12,7 mm
Sensoretre ponti interi con estensimetri, uno per asse, alimentazione massima 10 V
Non linearità< 0,5 % F.S. sul TR3D-B
Momentimomento nominale massimo per asse, da 16 N·m sul TR3D-B-250 a 1,7 kN·m sul TR3D-B-16K
Cavo e taraturaCavo schermato da 3,05 m · rapporto di taratura tracciabile NIST che riporta la diafonia
AmplificatoreSGA12A: dodici canali, alimentazione del ponte ± 5 V o ± 2,5 V, uscita ± 10 V, taratura per shunt a distanza

Condizionamento del segnale

Ogni cella di carico ha tre ponti di estensimetri, ciascuno alimentato sui propri quattro fili. Il contenitore amplificatore SGA12A contiene dodici amplificatori indipendenti, per un massimo di quattro celle di carico triassiali: alimentazione bipolare del ponte di ± 5 V o ± 2,5 V, un’uscita ± 10 V per canale e una resistenza shunt attivata a distanza per la verifica del fondo scala. Guadagno e resistenze shunt sono selezionati per le celle di carico scelte e installati in fabbrica. Il contenitore funziona a 10-36 V CC.

Procedura

  1. 01

    Una cella di carico all’asse

    Collegata all’asse, misura le tre forze applicate allo pneumatico.

    Celle di carico triassiali TR3D
  2. 02

    Una cella di carico sotto la superficie di prova

    Posta sotto la superficie, misura le forze al suolo, il lato reattivo della prova.

  3. 03

    Caricare e far rotolare lo pneumatico

    Fz, Fx e Fy vengono registrate contemporaneamente su entrambe le celle, in marcia rettilinea e in curva simulata.

  4. 04

    Amplificare e registrare

    Il contenitore SGA12A alimenta i ponti e fornisce ± 10 V CC per canale al registratore, con taratura per shunt prima della prova.

    Box amplificatore SGA12A

Alla ruota di un veicolo

Sul veicolo stesso, una ruota dinamometrica misura le forze longitudinali e verticali al centro ruota durante le fasi di frenata e di trazione. In una registrazione Michigan Scientific della ruota anteriore destra di un SUV che passa, in frenata, da un fondo asciutto a piastrelle bagnate, la velocità di rotazione della ruota e la forza longitudinale calano ogni volta che l’ABS rilascia i freni.

Risultato

Le tre forze sullo pneumatico e le tre forze sul manto stradale, misurate direttamente e contemporaneamente. Il coefficiente di attrito deriva da queste forze, in marcia rettilinea come in curva.

Domande frequenti

Come si calcola il coefficiente di attrito a partire dalle forze misurate?

È il rapporto tra la forza lungo la superficie e la forza verticale. Un trasduttore di forza triassiale misura entrambe contemporaneamente, oltre alla forza laterale.

Dove vengono collocate le celle di carico su un banco prova di aderenza degli pneumatici?

Una prima cella di carico triassiale è collegata all’assale e misura le forze sul pneumatico. Una seconda è collocata sotto la superficie di prova e misura le forze che il pneumatico esercita sulla strada.

Perché misurare direttamente l’attrito del pneumatico invece di utilizzare un modello di pneumatico?

L’articolo associato a questa pagina indica che la Magic Formula descrive il comportamento del pneumatico mediante quattro coefficienti adimensionali e non tiene conto della campanatura, dello sterzo né del movimento laterale. Una misura diretta delle forze in tre direzioni copre questi casi.

Quante celle di carico triassiali può alimentare un contenitore amplificatore?

Fino a quattro. Il contenitore amplificatore SGA12A alimenta e amplifica i loro dodici ponti e fornisce uscite ± 10 V CC al registratore.

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