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Dokumentenidentifikation DE102004011585A1 29.09.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Rollwiderstandes von Reifen
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Pitour, Thomas, 85049 Ingolstadt, DE;
Huber, Karl, Prof. Dr., 85072 Eichstätt, DE;
Grätz, Andreas, 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 10.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004011585
Offenlegungstag 29.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.09.2005
IPC-Hauptklasse G01M 17/02
IPC-Nebenklasse G01L 5/18   B60C 23/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Rollwiderstandes von Reifen (100).
Um den Rollwiderstand von Reifen (100) einfach und kostengünstig zu ermitteln, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens eine Temperatur im Bereich des Reifens (100) ermittelt und aufgrund ermittelter Temperaturen eine Auswertung durchgeführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Rollwiderstandes eines Reifens (100) weist mindestens eine erste Einrichtung zur Ermittlung mindestens einer Temperatur sowie eine Auswertungseinrichtung auf. Mit der Auswertungseinrichtung ist aufgrund ermittelter Temperaturen eine Auswertung durchführbar.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Rollwiderstandes von Reifen.

Aus DE 694 15 494 sind ein Verfahren und eine stationäre Vorrichtung zur vergleichenden Messung von Rollwiderständen von Reifenpaaren bekannt. Die Vorrichtung wird auf einem ebenen Untergrund aufgestellt. Sie weist zwei parallel geführte Pendelarme auf. An jedem Pendelarm wird ein Reifen eines Reifenpaares angeordnet. Durch eine Auslenkung der Pendelarme können diese in eine Pendelbewegung versetzt werden. Während die Pendelarme pendeln, rollen die an den Pendelarmen angeordneten Reifen auf dem Untergrund ab. Gemäß dem Verfahren wird zum Vergleich zweier Reifenpaare jeweils ein Reifenpaar in einer Vorrichtung angeordnet. Die Pendelarme beider Vorrichtungen werden so ausgelenkt, daß jeder Pendelarm die gleiche potentielle Energie aufweist. Anschließend führen die beiden Vorrichtungen jeweils eine gedämpfte Pendelbewegung aus. Die Pendelbewegungen der beiden Vorrichtungen werden anhand von Messungen erfaßt. Führen die Pendelarme einer der beiden Vorrichtungen mehr Pendelbewegungen aus als die anderen, so ist diese Vorrichtung mit Reifen mit geringerem Rollwiderstand ausgestattet. Mit der Vorrichtung können qualitative Aussagen über den Rollwiderstand von Reifen gemacht werden. Dazu wird die Auswirkung der Rollwiderstandskraft auf eine Schwingbewegung untersucht.

Aus DE 30 41 849 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Rollwiderstandes eines Reifens bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Rad auf einer Prüftrommel abgerollt. Dabei werden zwei Versuchsläufe mit jeweils entgegengesetzter Drehrichtung der Prüftrommel gefahren. Es werden jeweils die am Reifenumfang auftretenden Kräfte und/oder Momente gemessen. Zur Bestimmung des Rollwiderstandes wird die Differenz aus beiden Meßergebnissen gebildet und das Ergebnis halbiert. Gemäß DE 30 41 849 A1 werden also zur Bestimmung des Rollwiderstandes Kräfte und/oder Momente gemessen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchen der Rollwiderstand einfach und kostengünstig ermittelt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 18.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Ermittlung des Rollwiderstandes eines Reifens auf Basis einer Temperaturbetrachtung. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt mindestens eine Temperatur im Bereich des Reifens ermittelt. Unter dem Bereich des Reifens werden der Reifen selbst und dessen nähere Umgebung verstanden. In einem zweiten Verfahrensschritt wird aufgrund der einen oder mehreren ermittelten Temperaturen eine Auswertung durchgeführt. Das Ergebnis der Auswertung ist der Rollwiderstand. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß weder die Messung von Momenten noch die Messung von Kräften erforderlich ist, um den Rollwiderstand zu bestimmen.

Der Begriff Rollwiderstand im Sinne der Erfindung beschreibt das Phänomen, daß Reifen beim Abrollen eine Verzögerung oder Hemmung erfahren. Die Verzögerung oder Hemmung kann grundsätzlich durch eine Kraft, eine Leistung oder mit Hilfe eines Beiwertes erfaßt werden. Häufig genügen jedoch qualitative Aussagen über die Verzögerung oder Hemmung eines Reifens. Unter der Ermittlung des Rollwiderstandes im Sinne der Erfindung wird daher auch eine Angabe verstanden, mit der bestimmt werden kann, ob der Rollwiderstand eines Reifens besser oder schlechter als der eines anderen Reifens ist.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird mindestens eine Temperatur im Bereich einer ersten und/oder zweiten Seitenwandung eines Reifens ermittelt. Eine Seitenwandung ist, auch bei an Rädern eines Fahrzeuges montierten Reifen, gut zugänglich. Aufgrund der guten Zugänglichkeit kann eine Temperaturmessung besonders einfach erfolgen und es können unterschiedliche Meßmethoden verwendet werden.

Die Auswertung der ermittelten Temperaturen kann dadurch erfolgen, daß der Seiten-Wärmestrom des Reifens bestimmt wird. Ein Wärmestrom ensteht unter anderem durch Wärmeleitung, Wärmeabstrahlung und Konvektion. Vorteilhafterweise erfolgt die Ermittlung eines Seiten-Wärmestromes des Reifens im Bereich einer ersten und/oder zweiten Seitenwandung des Reifens mittels einer Berechnung. Eine Berechnung des Seiten-Wärmestromes kann in sehr kurzer Zeit erfolgen und spart gegenüber einer versuchsweisen Ermittlung des Seiten-Wärmestromes Kosten ein.

In einem weiter bevorzugten Verfahren wird mindestens eine Temperatur im Bereich der radialen Umfangswand des Reifens ermittelt. Die radiale Umfangswand ist ebenfalls gut zugänglich und ermöglicht gleichermaßen wie die Seitenwandungen eine unkomplizierte Temperaturmessung.

Im Bereich der radialen Umfangswand wird in einem bevorzugten Verfahren ein Radial-Wärmestrom durch eine zeit- und kostengünstige Berechnung bestimmt.

Ein Reifen ist üblicherweise unter Spannung an einem Rad mit einer Felge montiert, so daß zwischen Reifen und Felge ein im wesentlichen druckdichter Hohlraum gebildet ist. In einem weiter bevorzugten Verfahren wird deshalb ein zu untersuchender Reifen auf einer Felge angeordnet.

Die Ermittlung eines von einem Reifen an dessen Innenseite abgegebenen Wärmestromes ist schwierig zu ermitteln. In einem bevorzugten Verfahren wird ein Felgen-Wärmestrom des Reifens im Bereich einer Felge bestimmt. Es wird also die am Reifen entstehende Wärme erfaßt, die über die Felge abgegeben wird.

Die Felge ist im Vergleich zur Seitenwandung und der Umfangswandung des Reifens relativ schwer zugänglich. Eine versuchsweise Ermittlung des Felgen-Wärmestromes aufgrund einer oder mehrerer ermittelter Temperaturen im Bereich der Felge ist daher mit großen Aufwand verbunden. Des Felgen-Wärmestromes wird daher bevorzugt durch eine Berechnung ermittelt.

Es kommt vor, daß an einem Reifen lokal eine höherer oder niedrigerer als der durchschnittliche Wärmestrom abgegeben wird. Das Ergebnis der Rollwiderstandsbestimmung ist umso genauer, je mehr Temperaturen an verschiedenen Stellen des Reifens erfaßt werden. In einem besonders bevorzugten Verfahren werden alle vorgenannten Wärmeströme, nämlich der Seiten-Wärmestrom, der Radial-Wärmestrom und der Felgen-Wärmestrom, ermittelt und daraus die Summe gebildet.

In einem anderen bevorzugten Verfahren wird aufgrund ermittelten Temperaturen eine Leistungsbilanz erstellt. Als Beispiel wird im folgenden eine einfache Leistungsbilanz an einem Reifen in einem stationären Zustand (dT/dt = 0) beschrieben.

Ein exakter Rollwiderstand ergibt sich aus obiger Leistungsbilanz und entspricht der abgeführten Wärmeleistung.

Eine komplexere Leistungsbilanz ist die an einem Fahrzeug. Dem Fahrzeug wird eine Antriebsleistung PA zugeführt. Im vorliegenden Beispiel wird unter der Antriebsleistung eine durch eine Radnabe eingebrachte mechanische Leistung verstanden.

Als abgegebene Leistungen werden eine Fahrleistung PF, eine Lagerleistung PLager, eine aerodynamische Leistung PAero sowie eine Wärmeleistung dQ/dt festgestellt.

Unter Fahrleistung wird die zwischen den Reifen des Fahrzeuges und einer Fahrbahn übertragene mechanische Leistung verstanden. Die Lagerleistung entspricht der mechanischen Verlustleistung in einem Radlager. Unter der aerodynamischen Leistung wird eine durch Luftreibung und Turbulenzen am gesamten Rad hervorgerufene Verlustleistung verstanden. Die Wärmeleistung dQ/dt umfaßt im vorliegenden Beispiel Wärmeströme aus dem Rad durch Leitung, Konvektion und Strahlung.

Die Summe aus zugeführter und abgegebener Leistung entspricht der Änderung der inneren Energie dE/dt:

Ein mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit abrollendes Rad erreicht nach einer bestimmten Zeit eine konstante Temperatur. Ist die Temperatur am Reifen konstant, befindet sich der Reifen in einem stationären thermischen Zustand. Die Änderung der inneren Energie dE/dt des Reifens ist dann 0. Ein Rollwiderstand ist im vorliegenden Beispiel die Differenz zwischen Antriebsleistung und Fahrleistung: PRoll,Fahrzeug = PA – PF

Durch eine Kombination der beiden vorstehenden Gleichungen ergibt sich für den Rollwiderstand die Summe der Leistungen, die nicht zum Vortrieb des Fahrzeugs genutzt wird:

Vorzugsweise werden zur Ermittlung mindestens einer Temperatur Wärmebilder erstellt. Mit Wärmebildern können berührungsfreie Messungen erfolgen. Ferner können durch Wärmebilder Temperaturen an mehreren Stellen besonders vorteilhaft gleichzeitig erfaßt werden. Es können beispielsweise nicht nur die Umfangs-Temperatur und die Seitentemperatur sondern auch eine Fahrbahntemperatur gleichzeitig erfaßt werden. So können mit geringem Aufwand mehrere Wärmeströme ermittelt werden.

Zur Temperaturmessung können alternativ oder ergänzend auch Temperatursensoren eingesetzt werden. Temperatursensoren sind im Handel in sehr vielen Ausführungsformen und Baugrößen erhältlich. Für ein erfindungsgemäßes Verfahren eignen sich unter anderem Thermoelemente, welche eine sehr geringe Baugröße und Masse aufweisen. Der Einsatz von Thermoelementen oder anderen Temperatursensoren eignet sich besonders dort, wo die Temperaturerfassung durch Erstellung von Wärmebildern nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen möglich ist. Beispiele hierfür sind die Erfassung der Temperatur des Felgenbetts oder der Reifenluft.

In einem bevorzugten Verfahren wird mindestens ein Temperatursensor an einer Felge angeordnet. Durch die Anordnung eines oder mehrerer Temperatursensoren an einer Felge kann ein Rad als Temperaturmeßrad ausgestaltet werden, welches sich insbesondere für Temperaturmessungen im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges eignet.

Prüfstandsversuche haben den Vorteil, daß bei jeder Versuchsdurchführung gleiche Versuchsbedingungen geschaffen werden können. Wenn es sich um einen Prüfstand in einer Halle handelt, können die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Halle mit Hilfe von Klimageräten innerhalb gewisser Grenzen frei gewählt werden. Meßapparaturen können fest installiert werden, so daß viele Versuche unter gleichen Versuchsbedingungen durchgeführt werden können. Auf einem Prüfstand können Reifen, an Rädern angeordnete Reifen oder Reifen an fahrbereiten Fahrzeugen untersucht werden.

Der Rollwiderstand eines Reifens auf trockener Straße entspricht nicht dem Rollwiderstand des gleichen Reifens bei nasser oder verschmutzter Fahrbahn. Auch führen unterschiedliche Fahrbahnbeläge zu einem unterschiedlichen Walken des Reifens und somit auch zu unterschiedlichen Rollwiderständen. Ferner beeinflussen die Fahrbahntemperatur, der Fahrbahnbelag sowie eine Vielzahl weiterer Parameter den Rollwiderstand. In einem anderen bevorzugten Verfahren wird mindestens eine Temperatur an einem fahrbereiten Fahrzeug im Fahrbetrieb ermittelt. Dadurch kann der Rollwiderstand auch unter realen Fahrbedingungen ermittelt werden. Es können dann auch Einflüsse durch unterschiedliche Fahrbahnbeläge oder Umgebungs- oder Fahrbahntemperaturen oder durch unterschiedliche Witterungen untersucht werden.

In einem weiter bevorzugten Verfahrens kann bei der Bestimmung des Rollwiderstandes von an Rädern oder Fahrzeugen angeordneten Reifen eine Ermittlung der Lagerleistungsaufnahme eines Radlagers und eine Ermittlung der aerodynamischen Verlustleistung des Rades erfolgen. Dieses Verfahren eignet sich besonders, wenn die zu untersuchenden Räder unterschiedliche Dimensionen oder unterschiedliche Lager aufweisen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die Radwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird. Dann kann die Ermittlung der Lagerleistungsaufnahme des Radlagers und die Ermittlung der aerodynamischen Verlustleistung in Abhängigkeit der Radwinkelgeschwindigkeit erfolgen. Zur Ermittlung der Radwinkelgeschwindigkeit können insbesondere von Anti-Blockier-Systemen bekannte Zahnkränze zusammen mit Radsensoren eingesetzt werden, welche bei einer Vielzahl heutiger Fahrzeuge bereits vorhanden sind.

In einem besonders bevorzugten Verfahren wird zur Ermittlung der Summe aus Lagerleistungsaufnahme (PLager) und aerodynamischer Verlustleistung (PAero) mindestens ein Ausrollversuch durchgeführt. Unter Ausrollversuch ist zu verstehen, daß ein Rad aufstandskraftfrei in eine Drehbewegung versetzt wird und die Radwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit erfaßt und aufgezeichnet wird. Durch die Auswertung eines Ausrollversuches kann die Summe aus Lagerleistungsaufnahme und aerodynamischer Verlustleistung unmittelbar bestimmt werden.

Wird ein Ausrollversuch an einem Rad ausgeführt, kann eine Messung durch den Einfluß von Störgrößen verfälscht werden. Beispiele für Störgrößen sind mitrotierende Antriebswellen, Bremsanlagen etc. In einem bevorzugten Verfahren wird daher zu mindestens einem Ausrollversuch eine Störgrößenbereinigung durchgeführt. Eine Störgrößenbereinigung kann vor dem Ausrollversuch durch den Ausbau störender Elemente erfolgen. Es ist auch möglich, den Einfluß einer Störgröße durch Messungen während des Ausrollversuches separat zu erfassen und bei der Auswertung des Ausrollversuches zu berücksichtigen.

Wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Radwinkelgeschwindigkeit erfaßt, ist auch eine Ermittlung des Rollwiderstandes bei verschiedenen Geschwindigkeiten möglich.

Die Erfindung zeigt sich auch an einer Vorrichtung zur Bestimmung des Rollwiderstandes eines Reifens, für die auch unabhängig Schutz beansprucht wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine erste Temperaturmeßvorrichtung zur Ermittlung mindestens einer Temperatur auf. Ferner ist eine Auswertungseinrichtung vorgesehen, mit der aufgrund der mindestens einen Temperatur eine Auswertung durchführbar ist. Mit einer derartigen Vorrichtung können insbesondere die zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt und der Rollwiderstand eines Reifens durch Messung von Temperaturen und deren Auswertung ermittelt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführung ist bei der Vorrichtung mindestens eine zweite Temperaturmeßvorrichung vorgesehen. Durch den Einsatz einer zweiten Temperaturmeßvorrichtungen können mehr Temperaturen ermittelt werden. Je mehr Temperaturen ermittelt werden, desto genauer kann der Wärmestrom und damit auch der Rollwiderstand eines Reifens bestimmt werden. Um aus mehreren Meßwerten einen Wärmestrom zu bestimmen können in einem bevorzugten Verfahren Mittelwerte aus ermittelten Temperaturen gebildet werden, um eine Durchschnittstemperatur zu berechnen. Wenn mindestens eine zweite Temperaturmeßvorrichung vorgesehen ist, können auch zwei unterschiedliche Vorrichtungen verwendet werden. Dann können die Vorteile einzelner Vorrichtungen miteinander kombiniert werden. Auf die bereits beschriebenen Vorteile von Wärmebildkameras und Temperatursensoren wird hiermit verwiesen.

Wenn bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vorrichtung zur Messung der Radwinkelgeschwindigkeit vorgesehen ist, kann die Summe aus Lagerverlustleistung und aerodynamischer Leistung anhand der Radwinkelgeschwindigkeit ermittelt werden. Dies erfolgt bevorzugt mit Hilfe von Tabellen, Diagrammen oder Kennfeldern. Sofern derartige Tabellen, Diagramme oder Kennfelder nicht vorliegen, können diese mit Hilfe von Ausrollversuchen selbst erstellt werden.

Wenn bei einer Vorrichtung ein Adapter zur Anordnung mindestens eines Temperaturmeßinstrumentes an einem Fahrzeug vorgesehen ist, kann der Rollwiderstand während des Betriebes eines Fahrzeuges ermittelt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Es zeigen:

1 einen an einem Temperaturmeßrad angeordneten Reifen mit Felge in einer Schnittdarstellung,

2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Adapter,

3 ein Beispiel für ein Diagramm zur Ermittlung der Wärmeleistung dQ/dt aus ermittelten Temperaturen T für unterschiedliche Reifen und

4 ein Diagramm zur Ermittlung des Rollwiderstandes aus ermittelten Wärmeleistungen.

1 zeigt einen an einem Temperaturmeßrad angeordneten Reifen 100, welcher auf einer Felge 102 montiert ist. Der Reifen 100 weist eine erste Seitenwandung 104, eine zweite Seitenwandung 106 und eine radiale Umfangswandung 108 auf. Die Seitenwandungen 104, 106 und die radiale Umfangswandung 108 begrenzen zusammen mit einem Teil der Felge 102, welcher Felgenbett 110 genannt wird, einen Hohlraum 112. Am Felgenbett ist ein erster Temperatursensor 111 zur Bestimmung der Temperatur des Felgenbetts angeordnet. Es ist ferner ein zweiter Temperatursensor 113 vorgesehen, mit welchem die Temperatur der Reifenluft bestimmt wird.

Die dem Hohlraum 112 abgewandte Seite der radialen Umfangswandung 112 wird als Lauffläche 114 bezeichnet. Jeder Bereich der Lauffläche 114 tritt bei einem Abrollen des Reifens 100 auf einer ebenen Fahrbahn einmal pro Umdrehung mit dieser in Kontakt. In der Lauffläche sind Profilrillen 115 in Laufrichtung des Reifens ausgebildet.

Aus 1 ist ersichtlich, daß Temperaturen im Bereich der Seitenwandungen 104, 106 und im Bereich der Lauffläche 114 bzw. der Umfangswandung 108 problemlos mit Hilfe von Wärmebildern erfaßt werden können, da die Wandungen von ihrer Außenseite gut zugänglich sind. Eine Temperaturerfassung von in dem Hohlraum 112 befindlicher Reifenluft 116 sowie eine Temperaturerfassung des Felgenbetts mit Hilfe von Wärmebildern ist nur mit sehr hohem Aufwand möglich, da die Erstellung eines Wärmebildes innerhalb des Hohlraums 112 erfolgen müßte. Daher werden bei einem bevorzugten Verfahren die Temperatursensoren 111, 113 in dem Hohlraum 112 angeordnet und die Temperaturen mit Hilfe dieser Sensoren gemessen. Eine Messung kann mit konventionellen Sensoren wie Thermoelementen mit Kabeln zur Signalübermittlung erfolgen. Es ist auch möglich, Sensoren mit anderen Übertragungstechniken, insbesondere mit einer Funkübertragung, einzusetzen.

2 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Adapters 130 in einer ersten Ausführungsform. Der Adapter 130 eignet sich dazu, eine Temperaturmeßvorrichtung 132, insbesondere eine Wärmebildkamera, mit einem Fahrzeugvorderwagen zu verbinden.

Der Adapter 130 weist einen symmetrischen Grundträger 132 sowie einen seitlich an dem Grundträger 132 angeordneten Haltearm 134 auf.

Der symmetrische Grundträger 132 weist ersten Längsträger 136 und einen zweiten Längsträger 138 auf. Der erste und der zweite Längsträger 136, 138 sind über einen ersten Querträger 140 und einen zweiten Querträger 142 miteinander verbunden und bilden mit diesen ein Rechteck. Die Länge des ersten und des zweiten Querträgers 140, 142 entspricht im wesentlichen einer Fahrzeugbreite. Unterhalb des zweiten Querträgers ist mittels eines ersten Verbindungsträgers 144 und mittels eines zweiten Verbindungsträgers 146 ein dritter Querträger 148 verbunden. Der dritte Querträger 146 weist die gleiche Länge wie der erste und der zweite Querträger 140, 142 auf. Der dritte Querträger 148 ist mittels eines ersten Verstärkungsträgers 150 und eines zweiten Verstärkungsträgers 152 mit den durch den ersten und zweiten Längsträger 136, 138 und dem ersten Querträger 140 gebildeten Ecken verbunden. Zur Befestigung des Grundträgers 132 an einem Fahrzeugvorderwagen weisen der erste und der zweite Längsträger 136, 138 sowie der erste und der zweite Verstärkungsträger 150, 152 Befestigungselemente (nicht gezeigt) auf. Der Grundträger 132 ist derart ausgebildet, daß eine Abstützung des dritten Querträgers an einem an dem Vorderwagen eines Fahrzeuges angeordneten Stoßfänger erfolgt.

Der Haltearm 134 weist einen oberen Halteträger 154 und einen unteren Halteträger 156 auf. Ein Ende des oberen Halteträger 154 ist mit dem oberen Ende des ersten Verbindungsträger 144 verbunden, ein Ende es unteren Halteträgers 156 ist mit dem unteren Ende des ersten Verbindungsträger 144 verbunden. Die jeweils gegenüberliegenden Enden der oberen Halteträgers 154 und des unteren Halteträgers 156 sind miteinander verbunden und bilden einen Halteknoten 158 für die Temperaturmeßeinrichtung 132. An dem Halteknoten 158 ist eine winkelförmige Halterung 160 angeordnet, an welcher die Temperaturmeßeinrichtung befestigt wird.

Mit dem in 3 gezeigten Diagramm können Wärmeströme dQ/dt verschiedener Reifen 1, 2 und 3 ermittelt werden. Für jeden der Reifen ist in dem Diagramm eine mit der entsprechenden Reifennummer versehene Kurve eingetragen. Auf einer ersten Achse 170 des Diagramms ist der Wärmestrom dQ/dt aufgetragen, auf einer zweiten Achse 172 ist die Temperatur T aufgetragen. Das Diagramm gilt für eine bestimmte Umgebungstemperatur T0. Mißt man am Reifentyp 1 bei einer Umgebungstemperatur T0 beispielsweise an der Umfangswand eine bestimmte Temperatur T1, so kann man durch Bestimmung des Schnittpunktes der Horizontalen durch T1 auf der zweiten Achse 172 mit der Kurve 1 die Wärmeleistung dQ/dt bestimmen. Dazu muß man den ermittelten Schnittpunkt senkrecht nach unten projizieren und die zugehörige Wärmeleistung auf der ersten Achse 170 ablesen.

Setzt man das oben stehende Beispiel fort und möchte aus der Wärmeleistung an der Felge den Rollwiderstand des Reifens 1 ermitteln, eignet sich dazu das in 4 gezeigte Diagramm. Das Diagramm in 4 dient der Ermittlung des Rollwiderstandes des Reifens 1, wenn die Felgen-Wärmeleistung (Kurve F), die Seitenwand-Wärmeleistung (Kurve S) oder die Radial-Wärmeleistung (Kurve R) für diesen Reifen bekannt ist. Diagramme für Reifen 2, 3 oder andere Reifen können von dem in 4 gezeigten Diagramm abweichen und sind nicht dargestellt. Zur Bestimmung des Rollwiderstandes von Reifen 1 muß die gesamte Wärmeleistung (Kurve G), d.h. die Summe aus Felgen-, Radial- und Seiten-Wärmeleistung bekannt sein. Das Diagramm weist eine Rollwiderstandsachse 174 und eine Wärmeleistungsachse 176 auf. Das Ablesen von Werten für den Rollwiderstand erfolgt analog zu der Vorgehensweise, die anhand des Diagramms in 3 erläutert wurde.

Anhand der gestrichelt eingezeichneten Linien in 4 kann man erkennen, welche Wärmeleistungen mit dem Rollwiderstand R, korrespondieren. Die Summe der Wärmeleistungen der Kurven R, S und F entspricht der Wärmeleistung der Kurve G.

Alternativ oder ergänzend zu der vorstehend beschriebenen Ermittlung der Wärmeleistungen eines Reifens kann die Ermittlung der Wärmeleistung auch aufgrund treibender Temperaturgefälle &Dgr;Tn erfolgen. Dazu werden z. B. zunächst die Temperaturen der Reifenluft (TReifenluft des Felgenbetts (TFelgenbett der Reifenoberfläche (TReifenoberfläche), der unmittelbaren Umgebung des Reifens (TUmgebung), der Lauffläche des Reifens (TLauffläche) und der Kontaktstelle zwischen der Lauffläche und der Fahrbahn (TKontakt) ermittelt. Mit Hilfe von Versuchen werden ferner Funktionen fn ermittelt, welche den jeweiligen Zusammenhang zwischen einem bestimmten treibenden Temperaturgefälle &Dgr;Tn und der entsprechenden Wärmeleistung

wiedergeben:

Mit der vorstehenden Gleichung lassen sich die Wärmeleistungen durch Konvektion in die Felge, durch Konvektion in die Umgebung und durch Leitung in die Aufstandsfläche bestimmen. Welche treibenden Temperaturgefälle zur Bestimmung welcher Wärmeleistung verwendet werden, kann der folgenden Tabelle entnommen werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Ermittlung des Rollwiderstandes eines Reifens (100), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Temperatur im Bereich des Reifens (100) ermittelt wird und daß aufgrund mindestens einer ermittelten Temperatur eine Auswertung durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Temperatur eine Seiten-Temperatur ist, die im Bereich einer ersten und/oder zweiten Seitenwandung (104, 106) des Reifens (100) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der mindestens einen ermittelten Seiten-Temperatur im Bereich einer ersten/oder zweiten Seitenwandung (104, 106) einen Seiten-Wärmestrom des Reifens (100) im Bereich einer ersten und/oder zweiten Seitenwandung (104, 106) des Reifens (100) berechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Temperatur eine Umfangs-Temperatur ist, die im Bereich der radialen Umfangswand (108) des Reifens (100) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der mindestens einen ermittelten Umfangs-Temperatur im Bereich der radialen Umfangswand (108) ein Radial-Wärmestrom des Reifens (100) im Bereich der radialen Umfangsfläche des Reifens berechnet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen (100) an einem Rad mit einer Felge (102) angeordnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Temperatur eine Felgen-Temperatur ist, die im Bereich der Felge (102) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der mindestens einen ermittelten Felgen-Temperatur im Bereich der Felge (102) ein Felgen-Wärmestrom des Reifens (100) im Bereich der Felge (102) berechnet wird.
  9. Verfahren nach einen der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollwiderstand durch Bildung der Summe des Seiten-Wärmestromes, des Radial-Wärmestromes und/oder des Felgen-Wärmestromes ermittelt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund ermittelter Temperaturen eine Leistungsbilanz erstellt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung mindestens einer Temperatur Wärmebilder erstellt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung mindestens einer Temperatur Temperatursensoren (111, 113) verwendet werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperatursensor (111, 113) an einer Felge (102) angeordnet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung mindestens einer Temperatur auf einem Prüfstand erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung mindestens einer der Temperaturen an einem fahrbereiten Fahrzeug im Fahrbetrieb erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ermittlung der Lagerleistungsaufnahme eines Radlagers und eine Ermittlung der aerodynamischen Verlustleistung des Rades erfolgen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Summe aus Lagerleistungsaufnahme und aerodynamischer Verlustleistung mindestens ein Ausrollversuch durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem mindestens einen Ausrollversuch eine Störgrößenbereinigung durchgeführt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Radwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus Lagerleistungsaufnahme und aerodynamischer Verlustleistung in Abhängigkeit der Radwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird.
  21. Vorrichtung zur Ermittlung des Rollwiderstandes eines Reifens (100), mit einer ersten Einrichtung zur Ermittlung mindestens einer Temperatur sowie einer Auswertungseinrichtung, mit der aufgrund der mindestens einen ermittelten Temperatur eine Auswertung durchführbar ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zweite Einrichtung zur Ermittlung mindestens einer Temperatur vorgesehen ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Einrichtung zur Ermittlung mindestens einer Temperatur eine Wärmebildkamera ist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Einrichtung zur Ermittlung mindestens einer Temperatur ein Temperatursensor (111, 113) ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Messung der Radwinkelgeschwindigkeit vorgesehen ist.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adapter (130) zur Anordnung der ersten und/oder der zweiten Einrichtung an einem Fahrzeug vorgesehen ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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