DE2445406C2

DE2445406C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdampfern eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE2445406C2
Application number: DE2445406A
Authority: DE
Inventors: Guenther 6100 Darmstadt Himmler
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1974-09-23
Publication date: 1980-02-14
Also published as: JPS5752975B2; GB1515717A; FR2285605A1; DE2445406B1; JPS5160874A; US3981174A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von t,< Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand, bei dem ein auf einer Radaufstandsplatte ruhendes Rad tk's I iihiVL'UL'cs in Schwingungen versetzt wird und bei Resonanz des schwingenden Systems die Radaufstandskraft gemessen wird sowie eine Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand, mit einer schwingungsfähigen Radaufstandsplatte, deren Schwingungen mittels eines Kraftaufnehmers erfaßbar sind, mit Mitteln zur Ermittlung der Resonanz.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 48 546 ist ein Prüfgerät für Fahrzeugschwingungsdämpfer bekanntgeworden, bei dem die Radlast über eine Feder gegen ein festes Widerlager abgestüzt wird und bei dem eine motorgetriebene umlaufende Masse au der Aufstandsplatte des Fahrzeugrades angeordnet ist Die durch die umlaufende Masse zu Schwingungen angeregte Radaufstandsplatte erregt ihrerseits wiederum das Federungssystem des Fahrzeuges zu Resonanzschwingungen. Die Amplituden dieser Schwingungen werden dann auf einer Meßeinrichtung angezeigt

Bei diesen Prüfgeräten wird somit nur eine mittelbare Größe, nämlich die Schwingungsamplitude, gemessen. Die Amplitude ist nämlich nur indirekt proportional dem Zustand des zu prüfenden Dämpfers. Die Funktonsfähigkeit des zu prüfenden Schwingungsdämpfers kann man daher nur mittelbar überprüfen. Der Zusammenhang zwischen Amplitude und Dämpfung verläuft nach einer Hyperbel und der für die Auswertung der Qualität des Dämpfers wichtigste Kurvenbereich verläuft sehr flach. Die Fehlermöglichkeiten bei der Auswertung sind daher relativ groß. In der Regel erfolgt des weiteren eine graphische Auswertung des aufgezeichneten Diagramm«·, was sehr umständlich und zeitraubend sein kann.

Ferner ist ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung k.um Prüfen von Schwingungsdämpfern bei Kraftfahrzeugen bekanntgeworden (deutsche Offenlegungsschrift 22 54 272), bei dem ein Rad ebenfalls auf eine schwingbare Radaufstandsplatte aufgebracht wird, die Radaufstandsplatte ist hierbei am einen Ende schwenkbar gelagert. Beim bekannten Prüfgerät sind zwischen dem Antrieb für die Radaufstandsplatte und der Radaufstandsplatte weitere Federn vorgesehen, die unterschiedliche Reifencharakteristiken ausgleichen sollen. Die Schwingungen werden durch Umformer, wie Beschieunigungs- oder Kraftwertaufnehmer, gemessen und direkt zur Anzeige gebracht. Auch hieraus ergibt sich der schon im vorstehenden erwähnte Nachteil, daß nur mittelbare Größen zur Auswertung der Qualität des Stoßdämpfers herangezogen werden. Diese Größen sind nur indirekt proportional dem l)ämpliings\ erhalten des .Schwingungsdämpfers b/w. Stolidämplers und haben, wie schon erwähnt, einen solchen Kurvenverlauf der keine ausreichend genaue Auswertung ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Qualitätsprüfung von Schwingungsdämpfern für Fahrzeuge im eingebauten Zustand zu zeigen, bei denen eine Meßgröße gewonnen wird, die direkt proportional der Qualität des Stoßdämpfers ist und als unmittelbare Anzeigengröße zur Verfugung steht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten An erlindiingsgcm,il.i durch die ir: kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegelv.-ne'i Merkmale gelost.

Die vorstehend bezeichnete Aufgabe wird ferner bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zum Kraftwertaufnehmer ein Geschwindigkeitsaufnehmer vorgesehen ist, der die Schwinggeschwindigkeit der Radaufstandsplatte erfaßt, und daß der Kraftwertauf-"chmer und der Geschwindigkeitsaufnehmer an einen

ividierer angeschlossen sind, dem ein Anzeigegerät für den Quotienten aus Radaufstandskraft und Schwingungsgeschwindigkeit (Impedanz) nachgeschaltet ist.

Dem Geschwindigkeitsaufnehmer können zwei Differenzierer und ein erster (Comparator in der Reihe nachgeschaltet sein, wobei am Ausgang des ersten Differenzierers zusätzlich ein zweiter !Comparator angeschlossen ist, und außerdem können an den Ausgängen der beiden Komparatorer ein UND-Schalter angeschlossen sein, der bei Entscheidungen = O am ersten Komparator und < O des zweiten !Comparators einen weiteren Schalter so ansteuert, daß der Ausgang des Dividierers mit dem Eingang des Anzeigengerätes ι ο verbunden wird.

Außerdem kann der Geschwindigkeitsaafnehmer als Bsschleunigungsaufnehmer mit nachgeschaltetem Inte grierer ausgebildet sein. Ferner können die Ausgangs werte des Geschwindigkeitsaufnehmers und des Kraft- wertaufnehmers über Spitzengleichrichter dem Dividierer zugeführt werdea

Bei der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß man ein direktes Maß für die Qualität des zu überprüfenden Schwingungsdämpfers erhält. Dieses Maß ergibt sich als Quotient aus dynamischer Radaufstandskraft und Schwinggeschwindigkeit des schwingenden Systems. Diesen Quotienten kann man auch als Impedanz des schwingenden Systems definieren. Diese Impedanz ist gleich der Dämpfung des Fahrzeugschwingungsdämpfers.

In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es soll an Hand dieser Figuren die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt }o

F i g. 1 schematisch eine Ansicht des mechanischen Aufbaues eines Prüfstandes von vorne,

F i g. 2 eine Seitenansicht des in der F i g. 1 gezeigten Prüfstandesund

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung ^ für den in den F i g. 1 und 2 gezeigten mechanischen Teil des Prüfstandes.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Kraftfahrzeug als Ersatzmasse 13 dargestellt. Von diesem Fahrzeug sind ein Fahrzeugrad 9, ein Radlager 10, eine Fahrzeugfederung 11 und ein zu prüfender Schwingungsdämpfer 12 schematisch dargestellt. Das Fahrzeugrad 9 ruht auf einer Radaufstandsplatte 8, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Kugelpfanne ausgebildet 4s ist.

Der Prüfstand weist eine Grundplatte 1 und einen Seitenteil 21 auf, an dem vorzugsweise zwei Pirallelführungsfedern 2 eingespannt sind. Am anderen Ende der Parallelführungsfedem 2 ist ein Gehäuse 22 vorgesehen. y, Im Gehäuse 22 ist eine Welle 23 mit einem Unwuchterreger 4 angeordnet. Bevorzugt werden zwei Unwuchterreger 4 auf beiden Seiten des Gehäuses 22 vorgesehen, wie das aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Die Welle 23 und der bzw. die daraufsitzenden Unwuchier- s^ reger 4. deren Größe einstellbar sein kann, können über eine Kardanwelle 17 von einem ortsfesten Antriebsmotor angetrieben werden. Der Antriebsmotor 16 kann von Linkslauf au^r Rechtslauf umschaltbar sein, im Gehäuse 22 sind ferner vorzugsweise zwei Parallelfüh- <,..> rungsfedern 19 vorgesehen. In der Mitte der zweiten Führungsfeder 19 ist ein zweites Gehäuse 24 angeordnet, das eine Abdeckplatte 36 aufweist und die Verbindung beider Parallelführungsfedem 19 herstellt. Auf der Abdeckplatte 36 kann die Kadaufstandsplalte 8 '.< fest montier; sein.

Zwischen der Querverbindung des ersten Gehäuses 22 und der einen Führungsfeder 19 ϊ«=τ ein Kraftwertauf nehmer 5 angeordnet Dieser kann durch eine Einrichtung 6 vorgespannt werden. Zwischen dem ersten Gehäuse 22 und der Grundplatte 1 ist ein Geschwmdigkeitsaufnehmer 7 vorgesehen. Dieser kann aus einem Beschleunigungsmeßwertaufnehmer und einem nachgeschalteten Integrator bestehen.

Zur Aufnahme und Kompensierung des Fahrzeugge wichtes kann eine Feder 3 zwischen Grundplatte 1 und dem zweiten Gehäuse 24 angeordnet sein. In vorteilhaf ter Weise können beidseitig des Prüfgerätes Federn 3 angeordnet sein, wie das insbesondere aus der F i g. 1 ersichtlich ist Um unterschiedliche Fahrzeuggewichte berücksichtigen zu können, kann eine Verstelleinrich tung in Form einer Spindel 20 vorgesehen sein. An Ausgängen 14 und 15 werden die vom Kraftweriaufnehmer 5 und dem Geschwindigkeitsaufnehmer 7 erzeugten Spannungen abgenommen.

In der Fig.3 ist eine Auswerteschaltung für die an den Eingängen 14 und 15 gewonnenen Spannungen dargestellt. Die Spannung des Geschwindigkeitsaufnehmers 7 erscheint am Ausgang 14, und die Spannung des Kraftwertaufnehmers 5 erscheint am Ausgang 15. Der Geschwindigkeitsaufnehmer kann, wie schon erwähnt, als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet sein, dessen Ausgangsspannung vor der Weiterverarbeitung in der in der Fig.3 dargestellten Auswerteschaltung integriert ist.

Am Ausgang 15 des Kraftwertaufnehmers 5 liegt ein Ladungsverstärker 25. Der Ausgang des Ladungsverstärkers 25 ist über einen Spitzenwertgleichrichter 26 an einen Dividierer 27 angeschlossen. Die Ausgangsspannung des Geschwindigkeitsaufnehmers 7, welche am Ausgang 14 erscheint, wird an den Eingang eines zweiten Spitzenwertgleichrichters 28 gelegt. Der Ausgang des Spitzenwertgleichrichters ist mit einem weiteren Eingang des Dividierers 27 verbunden. Der Ausgang des Dividierers 27 ist mit einem Speicher 29 verbunden, an dessen Ausgang ein Anzeigegerät 35 angeschlossen ist. Ferner weist die Auswerteschaltung in der Fig. 3 noch in Reihe geschaltete Differenzierer 30, 32 auf. die am Ausgang des Spit/enwertgleichrii-lv ters 28 liegen. Am Ausgang lies einen Difl'ereii/ierers SO liegt ein Komparator 31, und am Ausgang des weiteren Differenzierers 32 liegt ein zweiter Komparator 33. Der Ausgang (a == O) des Komparators 31 ist mit einer UND-Schaltung 34 verbunden, während der Ausgang (a < O)des zweiten Komparators 33 mit einem anderen Eingang der UND-Schaltung 34 verbunden ist. Der Ausgang der UND-Schaltung steuert den Speicher 29. an.

Die folgenden Ausführungen sollen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung dienen:

Ein schwingungstechnisches Ersatzsystem setzt sich aus dem schwingungstechnischen System des Fahrzeugs und des Prüfstandes zusammen. Unter Beachtung des Frequenzbereiches für die Messung des Dämpfungsverhaltens wird der Reifen als ausreichend steif angenommen und die Reifendämpfung gegenüber der Stoßdämpferdämpfung vernachlässigt.

Bei der praktischen Ausführung eines Fahrzcugschwingungsdämpferprüfstandes liegen die Eigenschwingungen des Fahrzeugaufbaues bei etwa 1,5Hz und die Eigenschwingungen der schwingenden Masse mi, uie sich aus Reifenmasse, Achsrnasse und angekoppelter Prüfstandsmasse zusammensetzt, bei etwa 6 Hz. so daß bei der Messung im Resonanzbereich von etwa 6 Hz der Fahrzeugaufbau als feststehend angenommen werden kann und sich somit folgende Bedingung ergibt:

W₁ ■ X₁ + d ■ .ν, + .ν, (<·, + C₂) = »ι ■ r · <"' · sin <"'

(I)

/U₁ = Reifenmassc + Achsmasse + angekoppelter Priifstandsmasse.
r, = Prüfstandsfcder,
C₂ = Fahrzeugdämpfungsfeder,
rf = Dämpfung des Stoßdämpfers.
in ■ r ■ ο)² = Unwuchterregerkraft,

V₁ = Schwingung der Masse Hi₁.
/»ι = Masse des Unwuchtgewichtes.

Die einzelnen Summanden der Gleichung (I) kann man auch als Kräfte definieren, wobei

F₁ = »ι, X₁,
F, = rf-X₁,

ist und diese wiederum als geschwindigkeitsabhängige Größen darstellen; setzt man ai = ν, dann gilt:

F₂ = dv,

F, = U; + ί·₂) J i-rff ■

Da es sich um periodische Schwingungen handelt, kann der Ansatz r = Fe'"' gemacht werden und fur die Kräfte der allgemeine Ansatz F, = F, · e ''"' .

F₁ = j ω ni\ V,

Fj = ; ■

Durch diese Vereinbarung kann man den Schwingungswiderstand, den die Masse, die Feder oder der Dämpfer einer Krafteinwirkung entgegensetzt, als

sogenannte Impedanz / definieren, so daß sich / = ■—

ergibt

Für den Fall der Resonanz ist Fi gleich Fi, so daß die gemessene Impedanz gleich der Dämpfung des Fahrzeugschwingungsdämpfers ist

Da die Unwuchterregerkraft unabhängig von dem schwingungstechnischen Aufbau des Prüfstandes ist, gelingt es durch Messung der Geschwindigkeit von mi oder des Dämpfers, welche alle gleich sein müssen, die Impedanz und damit direkt die Dämpfung bzw. Qualität des Fahrzeugschwingungsdämpfers bei Resonanz zu messen.

Die Wirkungsweise der in der Fig.3 dargestellten Auswerteschaltung ist die folgende:
^s Die Ausgangsspannung des Kraftaufnehmers 5 welche an der Ausgangsklemme 15 erscheint, wird zunächst dem Ladungsverstärker 25 und dann über der Spitzenwertgleichrichter 26 als Dividend dem Dividierer 27 eingegeben. Die Ausgangsspannung des Ge-

ίο schwindigkeitsaufnehmers 7, welche an der Ausgangsklemme 14 erscheint, wird über den zweiten Spitzenwertgleichrichter 28 als Divisor dem Dividierer 27 eingegeben. Der Dividierer 27 führt fortwährend eine Division der beiden eingehenden Werte durch und leitel sie der Schalteinrichtung bzw. dem Speicher 29 weiter.

Aus den vorstehend erläuterten physikalischer Zusammenhängen ergibt sich, daß die Impedanz des schwingenden Systems gleich der Dämpfung des Fahrzeugschwingungsdämpfers 12 ist, wenn die Geschwindigkeit ein Maximum, d. h. Resonanz errreicht Zur Ermittlung des Maximums der Geschwindigkeit d. h. zur Ermittlung der Resonanz, wird deshalb nach dem Spitzenwertgleichrichter 28 die Ausgangsspannung in dem Differenzierer 30 differenziert und einen-Komparator 31 weitergeleitet Dieser entscheidet, ot die erste Ableitung der Schwingungsgeschwindigkeii nach der Zeit < O, = O, > O ist Da nur dann eir Maximum vorliegt, wenn die zweite Ableitung dei Schwingungsgeschwindigkeit nach der Zeit negativ ist

to wird die Ausgangsspannung des ersten Differenzieren 30 in den zweiten Differenzierer 32 eingegeben unc dann dem zweiten Komparator 33 zugeleitet Nur dann wenn beide Bedingungen (erste Ableitung der Schwing geschwindigkeit =O und zweite Ableitung dei

Schwinggeschwindigkeit < O) erfüllt sind, spricht die UND-Schaltung 34 an und aktiviert den Speicher 29, dei dann den anliegenden Wert des Dividierers 27 an das Anzeigengerät 35 weiterleitet Dieser Wert komm! dann dort zur Anzeige und ist ein direkter Wert für dit Qualität des Schwingungsdämpfers bzw. des Stoßdämp fers.

Das Anzeigegerät 35 kann so geeicht sein, daß direki der Wirkungsgrad des zu prüfenden Fahrzeugschwin gungsdämpfers 12 angezeigt wird. Bei der gezeigter

Vorrichtung werden somit die Kräfte, welche an dei Radaufstandsplatte angreifen, und die Schwingungsge schwindigkeit des schwingenden Systems im Resonanz bereich des Schwingungssystems gemessen und an schließend Spitzenwertgleichrichtern 26, 28 zugeleitet

Durch die nachfolgende Division im Dividierer 27 wire die Impedanz des schwingenden Systems ermittelt wodurch man ein direktes Maß für die Qualität des zi prüfenden Schwingungsdämpfers 12 erhält

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

tv'lif Patentansprüche:

1. Verfahren zum Prüfen von .Schwingungsdampfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand. bei dem ein auf einer Radaufstandsplatte ruhendes Rad des Fahrzeuges in Schwingungen versetzt wird und bei Resonanz des schwingenden Systems die Radaufslandskraft gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungswiderstand des Stoßdämpfers direkt aus der Radaufstandskraft und der Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte, welche gleichzeitig gemessen werden, ermittelt wird.

2. Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand mit einer schwingfähigen Radaufstandsplatte, deren Schwingungen mittels eines Kraftwertaufnehmers erfaßbar sind, und Mitteln zur Ermittlung der Resonanz zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zürn Kraftwertaufnehmer (6) ein Geschwindigkeitsaufnehmer (7) vorgesehen ist, der die Schwinggeschwindigkeit der Radaufstandsplatte (8) erfaßt, und daß der Kraftwertaufnehmer und der Geschwindig- 2s keitsaufnehmer an einen Dividierer (27) angeschlossen sind, dem ein Anzeigegerät (35) für den Quotienten aus Radaufstandskraft und Schwinggeschwindigkeit nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen (15, 14) des Kraftwert- und Geschwindigkeitsaufnehmers (5, 7) und dem Dividierer (27) Spitzengleichrichter (26,28) geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- is zeichnet, daß dem Spitzenwertgleichrichter (28), der an den Ausgang (14) des Geschwindigkeitsaufnehmers (7) angeschlossen ist, zwei Differenzierer (30, 32) und ein erster Komparator (33) in Reihe nachgeschaltet sind und am Ausgang des ersten 4" Differenzierers (30) zusätzlich ein zweiter Komparator (31) angeschlossen ist und daß an Ausgängen der Komparatoren (31, 33) eine UND-Schaltung (34) angeschlossen ist, die bei Entscheidungen = O am ersten Komparator (33) und < O am zweiten 4^ komparator (JI) einen weiteren Speicher (29) so ansteuert, daß der Ausgang des Dividierers (27) mit dem Eingang des Anzeigegerätes (35) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis ⁴, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeits- yj aufnehmer (7) als Beschleunigungsaufnehmer mit nachgeschaltetem Inlegrierer ausgebildet ist.