Ein Messrad ist ein Messgerät, um die bei der Fahrt dynamisch auftretenden Kräfte und Momente auf das Fahrwerk beziehungsweise das Fahrzeug allgemein festzustellen. Daraus können zum Beispiel Erkenntisse auf die Dimensionierung der tragenden Struktur oder von Federn und Dämpfern abgeleitet werden.
Als Entwicklungsdienstleister wurden in mehreren Projekten Messräder erstellt, welche im Rad die Belastungen erfassen und über ein Telemetrie-System ins Fahrzeug senden.
Anforderung
Die zentrale Anforderung aus dem Lastenheft ist ein unverändeter Felgensteg mit dem Ziel, die Fahrdynamik nicht durch eine höhere ungefederte Masse oder verringerte Steifigkeit des Rades zu verändern. Außerdem bleibt die Allgemeine Betriebserlaubnis (ABE) erhalten und so sind Messfahrten legal im öffentlichen Straßenverkehr möglich.
Vorteile gegenüber bestehenden Systemen
Ziel der Entwicklung war es folglich, das originale Rad nicht Messaufnehmern zu versehen, welcher in der Regel durch Verformungskörper mit Dehnmessstreifen (DMS) oder durch mehrere Kraftmessdosen gebildet wird. Solche Messaufnehmer sind auf der einen Seite sehr genau und können in 6 Achsen die Kräfte messen, aber sie erfordern andererseits eine erhebliche Anpassung der Felge, was zu einer deutlichen Erhöhung der Felgenmasse und zu einer Reduktion der Felgensteifigkeit führt. Im Fahrbetrieb kann sich das negativ auf die Fahrdynamik auswirken und entspricht nicht dem originären System, bei welchem die Radkräfte ermittelt werden sollen.
Lösung
Die validierte Lösung lautet: indirekte Messung der Dehnungsbeanspruchung in der Felge des Messrades und Rückrechnung auf die dafür verantwortlichen äußeren Lasten.
Die Applikation der DMS auf der Felge und das Telemetrie-Modul müssen für jede Anwendung individuell erfolgen, und sollten in Bereichen verhältnismäßig großer Dehnungen erfolgen, um Messsignale mit gutem Rauschabstand zu erhalten. Natürlich ist der Messpegel bei einer direkten Dehnungsmessung auf der Felge kleiner als bei einem Messkörper (Messadapter bzw. Kraftmessdose), aber mit modernen Messverstärkern können durch die Anpassung der Messbereiche und eine sachkundig definierte Filterung hochwertige Messsignale erfasst werden.
Der Lastpfad vom Radaufstandspunkt über den Reifen und Felge zur Nabe ist von der Winkelposition des Rades abhängig, was in der Felge zu einer Wechselbeanspruchung führt. Den Bezug der Dehnungen zu den eingeleiteten Lasten als wesentliches Messergebnis liefern per Finite Elemente Methode (FEM) berechnete Übertragungsmatrizen. Üblicherweise wird die Radkraft im Fahrzeugkoordinatensystem benötigt, weshalb winkelabhängig transformiert werden muss.
Kalibrierung
Für höchste Genauigkeiten sollte final eine Kalibrierung am Gesamtrad, d.h. Felge mit Reifen, erfolgen. Bei den bestehenden Systemen mit Messadaptern wird meist nur der Messadapter selbst in einer speziellen Vorrichtung kalibriert, welche dann auch nur für die Schnittkräfte an den Schraubflächen gültig ist. Zusammen mit der IKAM GmbH und dem dort aufgebauten Belastungsprüfstand wird eine vollumfängliche Kalibrierung für mehrere Belastungsrichtungen und mehrere Radpositionen durchgeführt.
Zusammenfassung
Mit der entwickelten und umgesetzten Lösungsstrategie für ein Messrad werden folgende Eigenschaften erzielt:
- + Keine mechanische Beeinflussung der Felge: Steifigkeit und Masse bleiben konstant
- + Felge muss nicht umgearbeitet werden: Ausdrehen und Einschweißen eines Flansches für den Messadapter entfällt
- – Vergleichsweise geringere Empfindlichkeit des Messsystems
- + Kein Verlust der Betriebserlaubnis ABE für Messungen im öffentlichen Straßenverkehr
- + Geringe Kosten: Nur Telemetrie und Dehnungsmessstreifen