DE2723527A1

DE2723527A1 - Vorrichtung zur ermittlung der daempfung von radaufhaengungen fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2723527A1
Application number: DE19772723527
Authority: DE
Inventors: Carlo Buzzi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-10
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1977-12-29
Also published as: FR2354553B1; FR2354553A1; US4103532A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Helmut M is sling K300 Giessen 24.5.1977

Dipl.-Ing. Richard Schlee . Biemarcfcetraeee 43O 7 Ο O r 9 7

rv ι ι λ υ ι- U Telefon: (0641) 71*1* *"**)£. f

Dipl.-Ing. Arne Missling T

M/Sdt 13.144

Carlo Buzzi Via Risorgimento 60 - Mandello Del Lario (Como) Italien

Vorrichtung zur Ermittlung der Dämpfung von Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Dämpfung von'Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge.

Bei mit federnder Radaufhängung versehenen Fahrzeugen sind Vorrichtungen eingebaut, die als Stoßdämpfer wirken und die Aufgabe erfüllen, die Schwingungsenergie aufzunehmen, die von äußeren Kräften auf das Fahrzeug übertragen wird. Beim Fehlen der durch die Stoßdämpfer ausgeübten Wirkung würden die Räder frei schwingen und dabei auf dem Wagenaufbau Schwingbewegungen übertragen, die die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort für die Fahrzeuginsassen gefährden.

Zur Ermittlung der Dämpfungswirkung und somit zur Kontrolle der Leistungsfähigkeit der in Fahrzeugen eingebauten Stoßdämpfer sind Geräte entwickelt worden, die die Schwingungsamplitude oder die Reaktionskraft gegen die Schwingung der Federung messen, nachdem mit verschiedenen Mitteln eine Schwingungsbewegung

709852/07*8

in der Federung hervorgerufen wurde. Bei allen derartigen Geräten werden Größen aufgenommen, die nicht nur von der Dämpfung an sich, sondern auch von den anderen kennzeichnenden Angaben des Federungssystems abhängen, wie am Vorgang beteiligte Massen, Elastizität der Radaufhängung und der Luftreifen, Schwingfrequenz, Lage des Wagens gegenüber dem Bezugspunkt. Die dabei erzielten Ergebnisse müssen üblicherweise aufgrund von Erfahrungen ausgewertet werden, so daß sie oft als subjektiv und unsicher zu betrachten sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, mit der der äquivalente Dämpfungskoeffizient für die Stoßdämpfer und die Reibung in den anderen in Bewegung befindlichen Baugliedern der Radaufhängung von Kraftfahrzeugen ohne die oben erwähnten Nachteile ermittelt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung setzt voraus, daß mehrere Arten Dämpfungskräfte in einem schwingenden System, wie z.B. in einem auf seinen Radaufhängungen aufgebauten Kraftfahrzeug, vorhanden sein können. Die Differentialgleichung, die solche Dämpfungskräfte berücksichtigt, kann meist nicht gelöst werden, so daß es im allgemeinen nicht möglich ist, die verschiedenen Dämpfungskräfte zu bestimmen. Nur bei Vorliegen einer viskosen Dämpfung ist die Lösung harmonisch und läßt sich auf elementare Weise behandeln. Für alle übrigen

709852/0748

• If -

Arten der Dämpfung ist es möglich, sich auf eine äquivalente viskose Dämpfung zu beziehen, die dadurch bewertet wird, daß man eine harmonische Bewegung annimmt, die die gleiche Energiedissipation aufweist. Zwei Dämpfungssysteme werden nämlich dann als äquivalent betrachtet, wenn sie die gleiche Energiemenge verzehren. Hat eines dieser Dämpfungssysteme nur eine Dämpfung viskoser Art und kann daher ein Koeffizient r der viskosen Dämpfung für das System bestimmt werden so wird angenommen, daß dieser Koeffizient in der Lage ist, das Verhalten des'Systems zu kennzeichnen, bei dem die Dämpfung gemischter Art ist, z.B. auf Reibung, Hysteresis u.a.m. zurückzuführen ist. Der oben begrifflich festgelegte Koeffizient wird "äquivalenter viskoser Dämpfungskoeffizient" genannt. Bei der Forschung über gedämpfte Schwingungssysterne jeder Art, wird diese Annahme allgemein akzeptiert, da sie vermag, mit starker Annäherung die Dämpfungscharakteristiken des Systems restlos zu bestimmen.

Die vom viskosen, einer schwingenden Kraft mit Frequenz "f" unterworfenen Dämpfer je Zyklus verzehrte Energie beträgt bekanntlich:

F ds

Hierin sind E = Energie, F = Kraft = Schwingungsamplitude, f = Schwingungsfrequenz, ds - Verschiebung, r = viskoser Dampfungskoeffizient.

709852/0748

Aus dieser Beziehung und der getroffenen Annahme ergibt sich, daß die äquivalente viskose Dämpfung durch folgende Beziehung gegeben ist:

^rv

Wenn man die Schwingungsamplitude und -frequenz als konstant annimmt, ergibt sich der äquivalente viskose Dämpfungskoeffizient als verhältnisgleich zu der vom schwingenden System verzehrten Energie, die wiederum - unter Anwendung derselben Begriffsbestimmung der mechanischen Arbeit - als skalares Produkt von Kraft und Verschiebung verstanden werden kann.

Unter Anwendung dieser bekannten Überlegung wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung zwecks Ermittlung der Dämpfung bei den Radaufhängungen eines Kraftfahrzeuges entwickelt. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Antriebsmittel, die geeignet sind, eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges in periodische, senkrechte Schwingbewegungen zu versetzen, durch erste Fühlmittel, die die augenblickliche, auf die Radaufhängung übertragene Kraft in ein elektrisches Signal umwandeln, durch zweite Fühlmittel, die die augenblicklichen Verschiebungen der Radaufhängung in ein elektrisches Signal umwandeln, durch erste Verarbeitungsmittel, die geeignet sind, das Skalar- produkt der von den ersten und zweiten Fühlmitteln ausgesandten

709852/0748

Signale zu errechnen, um ein erstes Signal zu erzeugen, das nach Integration über den Wert der in einem Zyklus verzehrten Energie aufschlußgebend ist, sowie durch zweite Verarbeitungsmittel, die geeignet sind, das erste Signal durch einen Wert zu teilen, der dem Produkt der Schwingungsfrequenz mal dem Quadrat der Schwingungsamplitude verhältnisgleich ist, so daß dadurch ein zweites, über den Wert des äquivalenten viskosen Dämpfungskoeffizienten aufschlußgebendes Signal erzeugt wird.

Durch Messen der in einem Zyklus verzehrten Energie unter Berücksichtigung der Amplitude und der Frequenz der Schwingung, vermag somit die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Signal zu erzeugen, das über den äquivalenten viskosen Wert des Dämpfungskoeffizienten und daher eines Dämpfungskoeffizienten Aufschluß gibt, der imstande ist, das Dämpfungsvermögen der Federung aller damit verbundenen Bauglieder völlig darzustellen.

Es muß vermerkt werden, daß es bei konstanter Frequenz der herbeigeführten Schwingung völlig gleichgültig ist, ob eine Geschwindigkeit oder eine Verschiebung des Auflagepunktes des Rades aufgenommen wird.

Zwei mögliche Ausführungsformen, die die allgemeine Gültigkeit der Erfindung nicht einschränken, sind in der Zeichnung dargestellt, in dieser zeigen:

709852/0748

Fig. 1 und 2 eine schematische Ansicht von vorne bzw. von der Seite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,die die Dämpfung einer Radaufhängung über das ihr zugeordnete Rad mißt,

Fig. 3 eine Blockschaltung der Signalverarbeitungseinheit, die einen Bestandteil der vorgenannten Meßvorrichtung bildet, und

Fig. 4 eine erfindungsgemäße, an einem vom Kraftfahrzeug getrennten Dämpfungselement ange-■»

brachte Vorrichtung in schematischer

Darstellung.

Die schwingende Einrichtung kann von jeder beliebigen Art sein, wenn sie nur imstande ist, gleichzeitig eine oder mehrere Radaufhängungen des Fahrzeuges mit konstanter oder veränderlicher Geschwindigkeit und mit kosntanter oder veränderlicher Amplitude in Bewegung zu setzen.

In Fig. 1 steht ein Rad 4, das mit dem Rahmen 17 eines Kraftfahrzeuges über eine als Ganzes mit 18 bezeichnete Aufhängung verbunden ist, auf einer bei 1 angelenkten Platte 3, auf die eine Sinusbewegung über einen Nocken 2 übertragen wird.

709852/0748

Dieser wird von einem in Fig. 2 mit 20 bezeichneten Motor mit einstellbarer Geschwindigkeit angetrieben.

Die von der schwingenden Einrichtung der mit dem Rad 4 verbundenen Aufhängung 18 übertragene Kraft kann mittels eines beliebigen Kraftfühlers 5 (Fig. 2 und 4) aufgenommen werden, wenn dieser so angebracht ist, daß er die ganze von der Bewegung der Radaufhängung herrührende Kraft ertragen kann. Dieser Fühler kann von jeder beliebigen Bauart sein, z.B. piezoelektrisch, magnetostriktiv, mit "straingages".

Die Aufnahme der Verschiebung oder der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung - bei Anwendung elektrischer Mittel kann sehr leicht von einer auf die andere dieser Größen übergegangen werden - erfolgt an der gleichen Stelle, wo die Kraft aufgenommen wird, z.B. mit einem Fühler 6.

Als Umwandler kommen einfache elektrodynamische Fühler in Frage, die imstande sind, ein elektrisches, der Geschwindigkeit des Punktes verhältnisgleiches Signal zu geben, oder jeder andere bekannte Umwandler.

In Fig. 3 ist ein Schaltbild des Meßsystems dargestellt.

Die elektrischen Signale (a, b), die die Fühler 5 und 6 aussenden, werden - nach der in den Schaltkreisbausteinen 7

709852/0748

und 8 erfolgten Einstellung, durch die die Signale der Kraft und Verschiebung in den gewünschten Einheiten proportional gemacht werden, - in einem Verarbeiter 9 kombiniert, welcher imstande ist, an seinem Ausgang ein Signal zu geben, das dem Skalarprodukt a χ b oder F χ s proportional ist, wobei F die dem Rad übertragene augenblickliche Kraft und s die Verschiebung desselben Rades bezeichnet. Dieser Verarbeiter 9 kann durch einen analogischen Vervielfacher, ein digitales System oder auch durch einen Wattmeter ersetzt werden.

Das so erhaltene Produkt kann unmittelbar in einem Register benutzt werden, um die Veränderung der während eines Zyklus verzehrten Energie zu bewerten, und in einem Integrator 10 integriert werden.

Das am Ausgang des Integrators 10 vorhandene Signal ist zu der während eines Zyklus der Radaufhängung verzehrten Energie und daher bei konstanter Amplitude und Frequenz der Schwingung auch zum äquivalenten viskosen Dämpfungskoeffizient proportional .

Die Proportionalitätskonstante

*. 2_f

kann bereits bei der Eichung der Gradeinteilung eines Gerätes 11 berücksichtigt werden, soweit die Schwingfrequenz

709852/0748

und -amplitude konstant sind. Anderenfalls wird es nötig sein, den Wert ^r^—=— jedes Mal oder automatisch zu ermitteln, der mit dem Wert der Energie malgenommen werden soll, um den äquivalenten viskosen Dämpfungskoeffizienten zu erhalten.

Die Veranschaulichung der so verarbeiteten Angabe kann mit einem Gerät 11 von jeder beliebigen, bekannten Bauart erfolgen.

In Fig. 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausführungsform schematisch dargestellt, die vermag, die Dämpfung eines getrennt vom Kraftwagen aufgestellten Stoßdämpfers zu ermitteln. Ein Nocken 12 ist imstande, einem Prüfstoßdämpfer 13 mittels eines nicht dargestellten Motors eine Wechselbewegung zu übertragen. Das untere Ende 14 des Stoßdämpfers ist an einem Kraftfühler 15 und das obere Ende an einem feststehenden Träger 19 befestigt. Ein weiterer Fühler 16 ist imstande, die Verschiebung zwischen beiden Enden des Stoßdämpfers 13 in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Beide Signale werden dann in der gleichen Weise verarbeitet, wie bezüglich Fig. 3 geschildert.

- 10 -

709852/0748

Claims

Patentansprüche;

'. ■ 'it

1 .} Vorrichtung zur Ermittlung der Dämpfung von Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch Antriebsmittel (2, 3, 20), die geeignet sind, eine Radaufhängung (18) eines Kraftfahrzeuges in periodische senkrechte Schwingbewegungen zu versetzen, durch erste Fühlmittel (5), die die augenblickliche, auf die Radaufhängung übertragene Kraft in ein elektrisches Signal umwandeln, durch zweite Fühlmittel (6), die geeignet sind, die augenblicklichen Verschiebungen der Stelle der Radaufhängung, wo die Schwingbewegung angelegt wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, durch erste Verarbeitungsmittel (7, 8), die geeignet sind, das Integral des Skalarproduktes der von den ersten und zweiten Fühlmitteln ausgesandten Signale zu errechnen, um ein erstes Signal zu erzeugen, das aufschlußgebend ist über den Wert der in einem Zyklus verzehrten Energie, sowie durch zweite Verarbeitungsmittel (9), die dazu geeignet sind, das erste Signal durch einen Wert zu teilen, der dem Produkt der Schwingungsfrequenz mal dem Quadrat der Schwingungsamplitude verhältnisgleich ist,_# so daß dadurch ein zweites, über den Wert des äquivalenten viskosen Dämpfungskoeffizienten der Radaufhängung aufschlußgebendes Signal erzeugt wird.

- 11 -

709852/0748

ORIGINAL INSPECTED
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (2, 20) geeignet sind, eine Schwingung
mit konstanter Amplitude und Frequenz zu erzeugen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel aus zumindest einem umlaufenden Exzenter (2) bestehen, der auf einer, von einem Motor (20) angetriebenen Welle sitzt, auf welchem Exzenter eine Tragplatte (3) für ein Kraftfahrzeugrad aufliegt, das mit der zu messenden Radaufhängung (18) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel aus zumindest einem umlaufenden Exzenter (2) bestehen, der auf einer von einem Motor angetriebenen Welle sitzt, und daß der Exzenter geeignet ist, auf vom Fahrzeug getrennt aufgestellte Teile von Radaufhängungen (18) zu wirken.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (20) eine Einstellung seiner Geschwindigkeit zuläßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fühlmittel (5) aus einem piezoelektrischen Fühler bestehen.

- 12 -

709852/0718
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fühlmittel (5) aus einem magnetostriktiven Fühler bestehen.
β. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fühlmittel (5) aus einem elektrodynamischen Fühler bestehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Fühlmittel (6) aus einem Differentialtransformator bestehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Fühlmittel (6) aus einem elektrodynamischen Fühler bestehen, der geeignet ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Geschwindigkeit proportional ist, wobei an demselben Fühler ein Integrator angeschlossen ist, der dieses Signal in ein anderes umwandelt, dessen Wert zur Verschiebung proportional ist.

709882/0748