CZ2010304A3

CZ2010304A3 - Zpusob zjištování útlumových vlastností náprav jednostopých vozidel

Info

Publication number: CZ2010304A3
Application number: CZ20100304A
Authority: CZ
Inventors: Mazurek@Ivan
Original assignee: Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-11-02
Also published as: CZ304768B6

Abstract

Zpusob zjištování útlumových vlastností náprav jednostopých vozidel analýzou dokmitu neodpružených hmot snímaného cidlem umísteným mezi neodpruženou a neodpruženou cást závesu kola spocívá v tom, že signál generovaný lineárním odporovým snímacem a namerený pri prejezdu prahu o výšce 10 až 80 mm umísteného na vozovce rychlostí 5 až 10 km/h, neboli tzv. dokmitává krivka, se podrobí kmitoctové filtraci s propustností 5 až 30 Hz a z takto upravené dokmitové krivky se stanoví lokální extrémy prvních dvou period, jejichž absolutní hodnoty predstavují v souradnicích zdvih/cas ctyri body, jimiž se prostrednictvím regresní analýzy proloží exponenciální útlumová krivka, z jejíhož exponentu se stanoví aktuální pomerný útlum.

Description

Způsob zjišťování útlumových vlastností náprav jednostopých vozidel

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zjišťování útlumových vlastnosti náprav jednostopých vozidel analýzou dokmitu neodpružených hmot.

Dosavadní stav techniky

Na silnicích roste množství motocyklů disponujících nemalými výkony a mnohdy i nedobrým technickým stavem. Tato skutečnost zvyšuje riziko vzniku dopravních nehod. S rostoucími požadavky na bezpečnost silničního provozu rostou i nároky na motorová vozidla z hlediska aktivní či pasivní bezpečnosti a v neposlední řadě i na sféru opravárenství. Součástí moderní opravárenské techniky je kvalitní, operativní a levná technická diagnostika podvozku. Mezi vážné závady motorových vozidel patři zhoršená funkce tlumičů odpružení, které zajišťují trvalý kontakt kola s vozovkou, který je důležitý z hlediska využiti plného výkonu motoru, účinnosti brzd a především, zvláště u motocyklu, z hlediska stability vozidla v krizových situacích. Tlumič odpružení vyžaduje vzhledem k limitované životnosti pravidelnou kontrolu. Tyto důvody vedly u automobilů k zavedeni bezdemontážních testů celého pružícího a tlumícího systému.

Konstrukce motocyklu se vyznačuje extrémním poměrem celkové a užitečné hmotnosti a je pro ni typická geometrie náprav se šikmo uloženou přední vidlicí se značným podílem smykového třeni na tlumení. Výrazným znakem je i obtížná demontovatelnost komponentů podvozku a jejich vysoká cena. V současné době se bezdemontážní diagnostika podvozků u motocyklů prakticky neprovádí.

U automobilů vedly časová náročnost demontáže a montáže tlumiče k zavedení zkoušky přímo na vozidle, tzv. bezdemontážního testu celého pružícího a tlumícího systému. Výhodou těchto metod je vysoký komfort a rychlost zkoušky. V současnosti používané testery podvozků se liší dle způsobů rozkmitání sledované hmoty vozidla a veličiny zvolené pro snímání kmitů. Neméně důležité je rozdělení diagnostické metodiky dle způsobu hodnocení dosažených výsledků. U všech dále uvedených systémů můžeme v tomto ohledu hovořit o hodnocení srovnávacím nebo bezpečnostním.

Velmi rozšířené jsou v servisní praxi rezonanční adhezní testery, posuzující přilnavost kola ke kmitající plošině podle metodiky EUSAMA [1]. Svisle kmitající ·· ·· ·· * ·· • · · · · · ···· • ·· · · ♦ · ·« • · · · · ««·»·· ·« ♦ ····· ·· ···· ♦· ·· · ··· ·*·

- 2 plošina testeru, na které spočívá měřené kolo, simuluje nerovnosti vozovky a současné registruje přítlačnou sílu tohoto kola při proměnlivém kmitočtu vibrací plošiny. Výsledkem zkoušky je nejmenší hodnota přítlaku kola k plošině v průběhu testu.

Značného úspěchu dosahují v současné době relativně levné impulsní dokmitové testery automobilů, fungující na principu analýzy dokmitu rozhoupané karoserie. Tato zařízení vesměs vyhodnocují útlum svislého kmitání odpružené hmoty vozidla vybuzeného ručně. Analýzou signálu o pohybu karoserie lze získat poměrně přesné informace o stavu tlumiče odpružení. Nevýhodou se jeví, že pro zachování věrohodnosti výsledků je většinou nutná spolupráce s databází poskytující údaje o chování srovnávacích vzorků testovaných modelů dané značky automobilu.

Popsané způsoby testování automobilních náprav však nejsou vhodné pro motocykly.

Z US patentové přihlášky 2005098401 je znám systém a způsob počítačem řízeného tlumení kmitání kol motorových vozidel. Součástí systému je čidlo polohy neodpružených hmot, tj. kola a podvozku vůči odpruženým hmotám, tj. rámu a karoserii. Čidlo předává údaje o poloze vzdálenému počítači. Tyto údaje jsou, kromé řady dalších, vstupními hodnotami pro výpočet a nastavení optimálních tlakových parametrů v tlumiči. Součástí výpočtu je i zjišťování vlastni frekvence odpružených i neodpružených hmot s využitím odfiltrování kmitočtů s podlimitní a nadlimitní frekvencí. Systém je určen výhradně k optimalizaci tlumení náprav vozidla a neumožňuje hodnocení stavu tlumičů. Předmět uvedené přihlášky je zdokonalením vynálezu týchž původců, chráněného US patentem č. 6502837. JP4154417 popisuje závěs vozidla, u nějž je útlumová charakteristika ovládána řídicí jednotkou. Jedním ze vstupních dat je opět výstup čidla udávajícího relativní polohu rámu a kola vozidla. Kovněž zde se popisovaný systém netýká zjišťování opotřebení tlumičů.

Vynález si klade za úkol navrhnout způsob testování náprav motocyklů bez jejich demontáže, který by vyřešil uvedený problém poměrně jednoduchými a nenákladnými prostředky.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší způsob zjišťování útlumových vlastností náprav ♦

- 3 ·· 4· • ♦ • ·♦ • · * · • ♦· · ·φ

jednostopých vozidel analýzou dokmitu neodpružených hmot snímaného čidlem umístěným mezi neodpruženou a neodpruženou část závěsu kola, jehož podstata spočívá v tom, že signál generovaný lineárním odporovým snímačem a naměřený při přejezdu prahu o výšce 10 až 80 mm umístěného na vozovce rychlostí 5 až 10 km/h, neboli tzv. dokmitává křivka, se podrobí kmitočtové filtraci s propustností 5 až 30 Hz a z takto upravené dokmitové křivky se stanoví lokální extrémy prvních dvou period, jejichž absolutní hodnoty představuji v souřadnicích zdvih/čas čtyři body, jimiž se prostřednictvím regresní analýzy proloží exponenciální útlumová křivka, z jejíhož exponentu se stanoví aktuální poměrný útlum.

K objektivnímu posouzení stavu tlumiče se zjištěný poměrný útlum srovná s poměrnými útlumy stanovenými dříve stejným způsobem na téže nápravě a za shodných podmínek.

Pro názornost se může dokmitová křivka i exponenciální útlumová křivka zobrazit na monitoru počítače.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje schematicky diagnostické zařízeni, obr. 2 je schéma dynamického modelu a obr. 3 je graf s dokmitovou a útlumovou křivkou.

Příklady provedení vynálezu

Způsob zjišťování útlumových vlastností byl testován na jednoduchém mobilním diagnostickém zařízení. Zařízení podle obr. 1 bylo tvořeno válcovým přejezdovým prahem 1 o poloměru cca 500 mm a výšce 30 mm. Ukázalo se však, že tvar prahu není příliš důležitý. Dále bylo testovací zařízení tvořeno dvěma komerčně dodávanými odporovými lineárními snímači 2_polohy, které byly připevněny prostřednictvím adaptérů na přední i zadní vidlici motocyklu tak, aby co nejlépe snímaly pohyb kola při pérování. Vzhledem k tomu, že vyhodnocovanou veličinou je poměrný útlum, který není případným převodem ovlivněn, nemusí být osa snímače 2 nezbytně rovnoběžná se směrem pohybu kola. Dalším komponentem zařízení byl tyřkanálový převodník 3 umístěný na motocyklu a propojený kabely se snímači 2 polohy. Převodník 3 signál o pohybu kol vysílal bezdrátovou sítí WLAN řídícímu ·· * · · · · · ···« ··· ··«· ·, • · · · ♦ · ·*«· · ·· ······ * ···· ·· »« · «*«

- 4 počítači 4 spuštěnému v dosahu tohoto vysílače a vybavenému příslušným softwarem a monitorem 5. Řidič na zkušební dráze rozjel vozidlo na rychlost 7 km/h a postupně přejel oběma koly práh 1. umístěný na vozovce. Řídící program automaticky ukládal jednotlivé záznamy pohybu závěsů při přejezdech prahu, takže u řídícího počítače nemusí být obsluha. O chybné přejezdové rychlosti, či jiném nedostatku při měření je obsluha informována zvukovým i velkoplošným obrazovým signálem z počítače Zapsané dokmitové křivky jednotlivých neodpružených hmot byly analyzovány, a z jejich krátkých úseků zjištěny vlastní kmitočty neodpružených hmot a měrné útlumy kmitání těchto hmot. Rychlost přejezdu, která má na výsledek jen omezený vliv, byla vypočítána z časové prodlevy impulzů přední a zadní nápravy.

Dynamický model nápravy motocyklu je na obr. 2. Zde mi je hmotnost neodpružené hmoty nápravy, rr>2 hmotnost odpružené hmoty připadající na nápravu, ki radiální tuhost pneumatiky, k2 tuhost pružin nápravy, b je součinitel tlumení tlumiče axi a X2 jsou výchylky neodpružené resp. odpružené hmoty. Jako diagnostický model bylo zvoleno tzv. „rezonanční“ zjednodušení tohoto modelu, tj. lineární model s jedním stupněm volnosti, kdy se předpokládá, že x₂ = 0 (hmota m₂ je nahrazena pevnou oporou pružiny k2).

Pohybová rovnice diagnostického modelu při volném dokmitávání má jednoduchý zápis:

X + 2b_ritv₀X + a>₀~x =0, kde w₀ = ((ki+k₂)/mi )^1/1 je vlastni úhlová rychlost a b_ri = b/(2miW₀) poměrný útlum systému. V další fázi bylo nutno identifikovat parametry tohoto modelu w₀ a b_r1 ze záznamu pohybu kola. Na obr. 3 jsou zachyceny rozfázované jednotlivé etapy při analýze pohybu neodpružené hmoty mi. Šedá křivka je záznam pohybu dokmitávající hmoty. Vyhodnocována je však až po kmitočtové filtraci - tenká černá čára. Pro většinu testovaných případů se osvědčila pásmová propust 8 až 25 Hz.

Vlastní úhlová rychlost w₀ je odhadována z doby prvních dvou period dokmitávání. Z dokmitové křivky signálu jsou stanoveny lokální extrémy prvních dvou period. Následující regresní analýzou absolutních hodnot extrémů jsou odhadnuty parametry exponenciály obálky. Pokud zapíšeme rovnici útlumové křivky (obálky) v čase ve tvaru: x = • 4 lze potom vyčíslit hodnotu poměrného útlumu b_r1, která je cílovým kriteriem kvality tlumení. Ukazuje se, že bez velkého rizika lze při přejezdu překážky vysoké 30 mm dosáhnout zkušební rychlosti pistnice tlumiče až 0,7 m/s.

Vzhledem ke zjednodušení celé problematiky se však doporučuje využití popsaného způsobu diagnostiky výhradně jako srovnávacího, tj. pouze pro srovnání vozidel téhož typu, při dodržení stejných zkušebních podmínek. Zjištěný kmitočet závěsu je důležitý právě pro posouzení identických zkušebních podmínek. Velmi rychle odhalí např. i malou odchylku tlaku v pneumatikách, či jinou změnu v nastavení podvozku.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zjišťování útlumových vlastnosti náprav jednostopých vozidel analýzou dokmitu neodpružených hmot snímaného čidlem umístěným mezi neodpruženou a neodpruženou část závěsu kola, vyznačující se tím, že signál generovaný lineárním odporovým snímačem a naměřený při přejezdu prahu o výšce 10 až 80 mm umístěného na vozovce rychlostí 5 až 10 km/h, neboli tzv. dokmitává křivka, se podrobí kmitočtové filtraci s propustností 5 až 30 Hz a z takto upravené dokmitové křivky se stanoví lokální extrémy prvních dvou period, jejichž absolutní hodnoty představují v souřadnicích zdvih/čas čtyři body, jimiž se prostřednictvím regresní analýzy proloží exponenciální útlumová křivka, z jejíhož exponentu se stanoví aktuální poměrný útlum.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se zjištěný poměrný útlum srovná s poměrnými útlumy stanovenými dříve stejným způsobem na téže nápravě a za shodných podmínek.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se dokmitová křivka i exponenciální útlumová křivka zobrazí na monitoru (5) počítače (4).