Verfahren und Messfahrzeug zur Ermittlung objektiver Reifeneigenschaften auf einer Fahrbahnoberfläche

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Messfahrzeug zur Ermittlung objektiver Reifeneigenschaften auf einer realen Fahrbahnoberfläche mittels μ-Schlupf- bzw. Seitenkraft- Schräglauf- Kennlinien .

Bei der Reifenentwicklung ist es notwendig, die Reifeneigenschaften, insbesondere den Naß- und Trockengriff eines neu zu entwickelnden Reifens zu ermitteln. Dieses wird bevorzugt in sogenannten Outdoorversuchen an Messfahrzeugen, die zumindest eine Messradpositon aufweisen, auf einer Teststrecke vorgenommen. Hierzu wird ein auf einer Messradposition angeordneter Reifen auf der Teststrecke angetrieben, abgebremst oder schräg gestellt. So wird beim Abbremsen, Antreiben oder Schrägstellen des Reifens auf der Fahrbahnoberfläche der Reibungskoeffizient „μ" in Abhängigkeit von Schlupf oder Schräglaufwinkel während der zeitlichen Dauer des Messvorganges gemessen, z.B. bei Bremsversuchen als Quotient aus Bremskraft und Radlast. Es ist insbesondere der höchste μ-Wert (μ-max.) der μ-t-Kennlinie (μ=f(t)) (μ - Zeit - Kennlinie) von Interesse. Der Verlauf einer μ-t-Kennlinie und einer μ-Schlupf- bzw. Seitenkraft/Schräglauf-Kennlinie ist in Bezug auf den höchsten Wert des Reibungskoeffizienten „μ-max" gleich.

Der Reibungskoeffizient „μ" ist von der Reifen-, aber auch von der Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit der Teststrecke abhängig. Problematisch ist nun, dass die Fahrbahnoberfläche von Umwelteinflüssen wie z.B. Temperatur, Niederschlag und Wind, aber auch durch Verkehrsbeanspruchung (Polierwirkung von Reifen) ständig verändert wird, so dass oftmals die in einer Testreihe innerhalb eines Tages an Reifen ermittelten Messwerte nicht unmittelbar miteinander vergleichbar sind.

Noch gravierender beeinflusst die Umwelt den Fahrbahnbelag innerhalb eines Jahresganges, bei dem die Fahrbahnoberfläche durch Frostverwitterung und Insolation wesentlich verändert wird. Jahreszeitlich bedingte μ- Wert-Schwankungen von Fahrbahnen sind bekannt.

Um die gemessenen Ergebnisse trotz der Umwelteinflüsse und der abweichenden Fahrbahnoberflächenbeschaffenheiten miteinander vergleichen zu können, ist es bekannt, innerhalb einer Testreihe wiederholt Referenzreifen mit bekannter Spezifikation unter gleichen Messbedingungen auf der Strecke zu testen. Der Referenzreifen wird zumindest am Anfang und am Ende einer Testreihe, oder aber auch innerhalb einer Testreihe eingesetzt. In den USA und Japan ist es insbesondere bei Bremsversuchen bekannt geworden, für diese Messungen ein Messfahrzeug zu verwenden, das eine Messradposition aufweist. Auf diese freie Messradposition kann ein Reifen zu Testzwecken montiert werden. Der auf dieser Messradposition angeordnete Reifen steht mit seiner Lauffläche in Fahrtrichtung auf der Fahrbahnoberfläche auf und ist mit einer Standartbremse ohne ABS (Anti-Blockier-System) abbremsbar angeordnet, wobei Messmittel vorgesehen sind, die die Fahrzeug- und Radgeschwindigkeit, die Radlast und zumindest die Bremskraft des auf der Radposition montierten Reifens während des Bremsversuches messen und wobei Speichermedien vorgesehen sind, die die ermittelten Messdaten zur weiteren Verarbeitung speichern.

Bei der Messung wird derart vorgegangen, dass auf der Messradposition in einem ersten Schritt ein Referenzreifen und, nachdem der Referenzreifen demontiert ist, in einem zweiten Schritt ein Testreifen angeordnet wird, wobei der Testreifen und der Referenzreifen nacheinander in getrennten Messläufen über die Fahrbahn geführt und jeweils die μ-Schlupf-Kennlinien aus den erhaltenen Messdaten ermittelt werden und mit den weiteren in der Testreihe ermittelten Werten korreliert werden. üblicherweise wird der Messlauf mit einem weiteren Durchlauf des Referenzreifens abgeschlossen, um somit über die Differenz der Messergebnisse der unterschiedlichen Referenzreifen Umwelt- und Fahrbahneinschlüsse ermitteln zu können.

Zwar sind durch den Einsatz von Referenzreifen die Umwelteinflüsse einschätzbar und die Messwerte in Relation miteinander zu setzen. Problematisch bleibt jedoch die sehr stark auf engstem Raum variierende Oberflächenbeschaffenheit der Teststrecke. Bereits durchgeführte Bremsversuche haben verschiedenste Oberflächenabschnitte poliert, andere Abschnitte sind nicht oder weniger beansprucht und somit nicht oder weniger poliert. Diese Umstände führen auf ein und der selben Teststrecke zu vielen verschiedenen Fahrbahnoberflächenbeschaffenheiten, die das Messergebnis unerwünscht beeinflussen. Die in einer Messreihe erhaltenen Messdaten sind deshalb vergleichsweise ungenau.

Denn es ist nicht möglich, innerhalb einer Messreihe, bei der ein Messfahrzeug nacheinander mit einem Referenzreifen und anschließend umgerüstet mit einem Testreifen insgesamt zweimal über eine Fahrbahnoberfläche gefahren wird, die selbe Kontaktfläche, innerhalb derer die vorangegangene Messung durchgeführt wurde, wieder exakt zu treffen. Diese ist beispielsweise bei einer Abbremsung aus einer Geschwindigkeit von 60 km/h nur ca. 50 cm (für μ-max.) lang und hat die Breite der Reifenaufstandsfläche. Daher beträgt die Messungenauigkeit bei bekannten Verfahren zwischen 5 - 10%, während die technischen Verbesserungen am Reifen oftmals nur 1-5% ausmachen und somit mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen nur ungenügend und nur durch viele Wiederholungsmessungen zu erfassen sind. Dieses ist zeitaufwendig und teuer.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Messfahrzeug bereitzustellen, mit dem kostengünstig und effizient Messungen von Reifeneigenschaften in Outdoorversuchen unter besonders hohen Qualitätsmaßstäben, d.h. unter Verringerung von Ungenauigkeiten durchgeführt werden können.

Das erfindungsgemäße Messfahrzeug löst die Aufgabe, indem zur ersten Messradposition mindestens eine zweite zusätzliche Messradposition am Messfahrzeug angeordnet ist, auf der ein zweiter zusätzlicher Reifen montierbar ist, der mit seiner Lauffläche in Fahrtrichtung hinter dem ersten Reifen oder neben dem ersten Reifen auf der Fahrbahnoberfläche aufsteht, dass beide Reifen abbremsbar, antreibbar oder schrägstellbar angeordnet sind und dass ebenfalls an der zweiten Radposition Messmittel vorgesehen

sind, die zumindest die Radgeschwindigkeit, die Radlast und die Brems- Antriebs-, oder Seitenkraft dieses zweiten Reifens während des Messversuches messen und diese Daten zur weiteren Verarbeitung auf dem Speichermedium speicherbar sind.

Die Erfinder haben erkannt, dass es aufgrund der inhomogenen Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit von Teststrecken notwendig ist, zur Messung von Reifeneigenschaften zwei zu vergleichende Reifentypen in kürzestem Abstand hinter- und/oder nebeneinander in der selben oder der unmittelbar benachbarten Laufstreifenspur zur Messung zu bringen. Dieses erfolgt erfindungsgemäß mit einem Messfahrzeug, in dem zwei Messradpositionen angeordnet sind, auf denen zwei Reifen hinter- oder nebeneinander in Fahrtrichtung in der selben oder unmittelbar benachbarten Spur montierbar sind. Beide Messradpositionen sind definiert abbrems-, antreib- und schrägstellbar und mit Messmitteln zur Erfassung des Reibungskoeffizienten ausgestattet. Somit ist erreicht, dass die Messung der beiden dem Test zu unterziehenden Reifen auf einem räumlich sehr engen Fahrbahnbereich der Teststrecke erfolgt, innerhalb dessen die Oberflächenunterschiede den zu messenden Reibungskoeffizienten nur gering verändern. Mit dem Begriff „Messradposition" ist z.B. eine Anordnungsmöglichkeit eines Reifens auf einer Achse, die senkrecht zur Fahrtrichtung angeordnet ist, verstanden.

Die Vorrichtung ist besonders dann effizient für präzise Messungen einsetzbar, wenn auf der ersten zusätzlichen Messradposition der Testreifen und auf der zweiten zusätzlichen Messradposition der Referenzreifen oder wenn auf der ersten zusätzlichen Messradposition der Referenzreifen und auf der zweiten zusätzlichen Messradposition der Testreifen angeordnet ist. Somit sind Test- und Referenzreifen quasi zeitgleich bei identischen Umweltbedingungen auf engstem Fahrbahnoberflächenbereich zur Messung zu bringen. Die Messergebnisse beider Reifen sind somit direkt miteinander vergleichbar, so dass die erhaltenen Messungen höchsten Qualitätsanforderungen entsprechen. Im Vergleich zum Stand der Technik kann auf gesondert zu fahrende Messdurchgänge von Referenzreifen verzichtet werden, weil dieser zeitgleich innerhalb einer Messfahrt eines Testreifens ebenfalls vermessen wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Messgenauigkeit weiterhin verbessert werden, wenn der auf der zweiten zusätzlichen Radposition montierte Reifen in Fahrtrichtung hinter dem auf der ersten Radposition montierten Reifen angeordnet ist, so dass der zweite Reifen in Fahrtrichtung in der selben Fahrbahnspur läuft. In dieser Anordnung kann der zweite Reifen zusätzlich mit zeitlicher Verzögerung -abgestimmt auf die Fahrgeschwindigkeit des Messfahrzeugs- abbremsbar, antreibbar oder schrägstellbar sein, so dass der zweite Reifen exakt auf der selben Fahrbahnkontaktfläche der Messung des ersten Reifens zur Messung kommt. Dieses kann durch eine zusätzliche Steuereinheit erreicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Messfahrzeug auf der ersten und/oder auf der zweiten zusätzlichen Radposition jeweils ein oder weitere anzuordnende Reifen und eine entsprechende Anordnung von Mess- und Brems-, Antriebs- und Schrägstellmittel auf. Mit einer derart ausgestalteten Vorrichtung sind entsprechend der Anzahl der angeordneten Reifen mehr als zwei Reifenmessungen innerhalb eines Testdurchlaufes durchzuführen. Die Umweltbedingungen sind innerhalb eines Testlaufes gleich, es sind zeit- und kostenaufwendige Wiederholungen erspart.

Messungen auf nasser Fahrbahn zur Ermittlung des Nassgriffs sind dann reproduzierbar, wenn in Fahrtrichtung vor den Messradpositionen fahrzeugfeste Fahrbahnbewässerungsvorrichtungen angeordnet sind, deren Bewässerungsstärke derart gesondert regelbar ist, dass die Wasserverdrängung des in Fahrtrichtung vorne angeordneten Reifens durch eine zu bestimmende Wasserauslassmenge der Bewässerungsvorrichtung des in Fahrtrichtung hinteren Reifens ausgleichbar ist. Ziel dieses Ausgleichs ist es, dass die Reifen bei gleicher Wassertiefe auf der Fahrbahnoberfläche testbar sind.

Im Fall einer ortsfesten Streckenbewässerung kann auf eine fahrzeugfeste Fahrbahnbewässerungsvorrichtung der ersten, in Fahrtrichtung vorne angeordneten Radposition verzichtet werden.

Bei der Ausführungsform des Messfahrzeuges, bei der zwei Radpositionen in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind, so dass z.B. ein Testreifen und ein

Referenzreifen in ein und der selben Spur hintereinander zur Messung auf ein und derselben Kontaktfläche gebracht werden können, kann die Messung beider Reifen bei gleicher Wassertiefe stattfinden, wenn die Wasserverdrängung des ersten Reifens bekannt ist und das Bewässerungssystem des zweiten, in Fahrtrichtung hinten angeordneten Reifens, welches vor diesem Reifen angeordnet ist, eine Bewässerungsrate aufweist, die eine Differenz aus ursprünglicher Wassertiefe und nach Verdrängung des ersten Reifens verbleibender Wassertiefe darstellt.

Eine weitere Möglichkeit zur Erreichung von gleichen Wasserstandshöhen auf der Fahrbahnoberfläche für den Messdurchgang des vorderen und hinteren Reifens besteht darin, dass das trotz Verdrängung des ersten Reifens auf dem Fahrbahnbelag verbleibende Wasser durch beispielsweise am Fahrzeug angeordnete Düsen, aus denen Druckluft in Richtung der Fahrbahnoberfläche pressbar ist, verdrängt wird, so dass vor beiden Reifen mit gleicher Rate bewässerbar ist.

In Kraftfahrzeugen ist ein Anti-Blockier-System heutzutage Stand der Technik. Daher ist es vorteilhaft, ebenfalls das erfindungsgemäße Messfahrzeug mit einem Anti-Blockier- System auszustatten, so dass das Messfahrzeug zusätzlich zu den bisher beschriebenen Ausgestaltungen ein Bremssystem mit Anti-Blockier-Regelung aufweist. Durch den Einsatz eines Antiblockiersystems an jeder Messradposition wird während des Reifentests nicht mehr (wie ohne ABS) die vollständige μ-Schlupf Kennlinie durchlaufen, sondern das ABS regelt während des Tests im μ-max. -Bereich. Hierdurch ist der Reifenverschleiß weitgehend reduziert, „Bremsplatten" sind vermieden und als weiterer wesentlicher Vorteil ist erreicht, dass über eine wesentlich längere Fahrbahnkontaktfläche von z.B. 50m viele Messwerte erhaltbar sind. Die Effizienz eines einzigen Messlaufes ist wesentlich gesteigert.

Die vorangestellten Ausführungen betreffen ein Fahrzeug. Der Begriff Fahrzeug meint sowohl einen Anhänger, als auch ein Kraftfahrzeug, das für den Messeinsatz mit entsprechend vorhergehend offenbarten eigenen oder zusätzlichen Messradpositionen,

Brems-, Antriebs- und Schräglaufverstellvorrichtungen und Messmitteln etc. ausgestattet ist.

Das in dieser Anmeldung beschriebene Messfahrzeug als auch das Verfahren zur Messung mit diesem Messfahrzeug ist nicht nur in Outdoorversuchen, sondern auch in Indoorversuchen einsetzbar.

Der Begriff „Tangentialkraft" ist ein Oberbegiff für Bremskraft oder Antriebskraft und/oder Seitenkraft. Einen „Reifen zur Messung zu bringen" meint, den Reifen anzutreiben oder abzubremsen und/oder schräg zu stellen und Messdaten aufzunehmen.

An dem erfindungsgemäßen Messfahrzeug können nicht nur innerhalb eines Testlaufes Testreifen und Referenzreifen an den Messradpositionen, sondern auch nur Testreifen oder nur Referenzreifen angeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines der voran beschriebenen Gestaltungen des Messfahrzeuges zur Messung objektiver Reifen-, insbesondere

Bremseigenschaften auf einer realen Fahrbahnoberfläche, bei der ein Testreifen und ein

Referenzreifen zeitlich nacheinander auf einer Fahrbahnoberfläche abgebremst werden und jeweils der μ-max.-Wert in Funktion zur Zeit ermittelt wird und mit den weiteren in der

Testreihe ermittelten Werten korreliert wird, zeichnet sich dadurch aus, dass das Messfahrzeug mit definierter Geschwindigkeit auf der Teststrecke fährt und dass der in

Fahrtrichtung vorne angeordnete Reifen zuerst zur Wertermittlung abgebremst wird und dass zeitlich derart verzögert der am gleichen Fahrzeug angeordnete zweite Reifen abgebremst wird, so dass beide Reifen in ein und der selben Fahrbahnspur auf dem selben

Fahrbahnoberflächenabschnitt zur Messung gelangen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung, die ein schematisches Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.

Die Figur zeigt einen vereinfachten Messanhänger 1. Die Kupplung zur Ankupplung des Testanhängers 1 an ein Zugfahrzeug, die Anhängerachse(n) mit zugehörigen Reifen,

Messmittel, Bremssysteme, Datenspeicher- und Verarbeitungseinrichtungen etc. sind nicht dargestellt.

Der Messanhänger 1 weist zwei Messradpositionen 2,3 auf, die in Fahrtrichtung des Messanhängers 1 (die Fahrtrichtung entspricht der Pfeilrichtung) hintereinander in der selben Spur angeordnet sind, so dass bei Fahrt des Messanhängers 1 beide auf der Radposition 2,3 montierten Reifen 4,5 in ein und der selben Spur hintereinander auf der Fahrbahnoberfläche 6 aufstehen.

Der Messanhänger 1 wird zur Messung objektiver Reifeneigenschaften auf einer realen Fahrbahnoberfläche 6 verwendet. Bei der Reifenentwicklung ist es u.a. notwendig, die

Bremseigenschaften anhand des Reibungskoeffizienten bei trockener, aber auch bei nasser

Fahrbahn zu ermitteln. Die Bestimmung der Bremseigenschaften des Reifens erfolgt nach

Beschleunigung des Messanhängers 1 auf eine bestimmte Geschwindigkeit durch die während einer Bremsung zu messenden Größen der Bremskraft und der Radlast, aus denen der Reibungskoeffizient μ errechnet wird. Dieses wird vorzugsweise in sogenannten

Outdoorversuchen auf Teststrecken unter freiem Himmel vorgenommen, wobei die

Fahrbahnbeschaffenheit den Wert des Reibungskoeffizienten beeinflusst.

Um qualitativ hochwertige Messergebnisse zu erreichen, müssen die Umwelteinflüsse und die Oberflächenbeschaffenheit der Teststrecke während eines Messdurchganges von Testreifen und Referenzreifen im wesentlichen gleich bleibend sein.

Dieses ist dadurch erreicht, dass ein Referenzreifen 4 mit bekannter Spezifikation in Fahrtrichtung vorne auf der vorderen Messradposition 2 und ein zu testender Reifen 5 auf der in Fahrtrichtung hinten im Anhänger 1 angeordneten Messradposition 3 hintereinander angeordnet sind. Beide Reifen werden während einer Messfahrt kurz hintereinander zur Messung während der Abbremsung gebracht. Und zwar wird der Reifen 4 zuerst gebremst und gleichzeitig die Messung mit den Messmitteln an der Radposition 2 vorgenommen. Anschließend wird der hintere Reifen 5 gebremst und gleichzeitig die Messung mit den Messmitteln an der Radposition 3 vorgenommen. Somit ist gewährleistet, dass beide Reifen 4,5 in der selben Spur zur Messung gebracht werden. Der Anhänger 1 weist ein Regelungssystem (nicht dargestellt) auf, das in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des

Messanhängers 1, dem Abstand der beiden Radpositionen und dem Zeitpunkt der ersten Bremsung des Reifens 4 errechnet, wann der hintere Reifen 5 zur Bremsung gebracht werden muss, damit beide Reifen 4,5 zeitlich kurz hintereinander auf ein und der selben Fahrbahnkontaktfläche zur Messung kommen.

In Fahrtrichtung vor den Reifen 4, 5 sind Flüssigkeitstanks 7,8 angeordnet, durch deren Auslässe 9,10 Flüssigkeit auf die Fahrbahnoberfläche 6 in definierter Menge aufgebracht werden kann, so dass beide Reifen 4,5 in gleicher Wassertiefe zur Messung gebracht werden können.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

1 Messanhänger

2 Messradposition

3 Messradposition

4 Referenzreifen

5 Testreifen

6 Fahrbahnoberfläche

7 Flüssigkeitstank

8 Flüssigkeitstank

9 Auslas s

10 Auslas s