Zařízení pro zkoušení tlumičů nárazů vozidel

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro zkoušení tlumičů nárazů vozidel s nejméně jedním uložením pro kolo vozidla, s prostředky pro uvádění uloženého kola do kmitání a s prostředky pro určování výchylek kmitů při různých frekvencích, jakož i s vyhodnocovací a výstupní jednotkou.

Dosavadní stav techniky

Zařízení podle předvýznakové části jsou známá, například z prospektu „BOGE SHOCKTESTER“. V něm je popsáno měřicí stanoviště, na které může vozidlo současně najet se dvěma koly. Svisle kmitající uložení kol uvádí hmotnosti náprav vozidla do pohybu. Po odpojení pohonu volně doběhne kmitání nápravy a prochází přitom její rezonanční oblastí. Velikost výchylky kmitání v místě rezonance je přitom ve fyzikálně-matematické souvislosti s tlumením. Výchylka kmitání je přitom zachycována snímačem dráhy a je zaznamenávána, případně zakreslována. Nevýhoda přitom spočívá v tom, že výsledek měření je značně závislý na tlaku pneumatik. Odchylka tlaku pneumatik v hodnotě kolem 1 baru může výsledek měření znehodnotit až o 30 %.

Z německého užitného vzoru G 93 03 201 je známé zkušební stanoviště tlumičů nárazů, které pracuje podle tohoto způsobu měření. Také zde se prostřednictvím pružiny uvádí kolo do kmitání a měří se maximální amplituda kmitů při rezonančním kmitočtu. Změna amplitudy kmitů je stejně významná se změnou síly. Špičková amplituda síly je odvozována od statické síly, která byla zjištěna před začátkem vytváření kmitů. Také zde je nevýhodné, že různý tlak pneumatiky značně ovlivňuje výsledek měření.

Navíc mají obě zařízení jen jedno čidlo pro měření amplitudy kmitů, případně amplitudy síly. Přitom se nepředpokládá, že by se také přezkušovala pružina kmitového systému, což je nevýhodné již z hlediska bezpečnosti provozu.

Konečně jsou obě zařízení koncipována jako pevná zkušební stanoviště a tak nejsou únosná pro malé dílny, případně jsou příliš náročná na prostor. Přitom existuje potřeba vytvořit manipulovatelné mobilní zařízení pro zkoušení tlumičů nárazů.

Z DE-A-43 05 048 je známý způsob zkoušení tlumiče nárazů motorového vozidla, u kterého se hodnota, označená jako tlumicí koeficient, zjišťuje způsobem vyhodnocování parametrů. Tento vyhodnocovaný koeficient tlumení je srovnáván s referenční hodnotou, přičemž se zjišťuje, zda je odchylka v rozmezí toleranční oblasti.

Tento způsob se tedy omezuje na určení jedné jednotlivé hodnoty a na porovnání této jednotlivé hodnoty s referenční hodnotou, přičemž toto určení se navíc uskutečňuje prostřednictvím způsobu odhadu. Tak není možné tímto způsobem zjistit kvalifikovaný a ve velké funkční oblasti upravený výsledek o stavu tlumiče nárazů.

Úkolem vynálezu je vytvořit zařízení pro zkoušení tlumičů nárazů vozidel, u kterého se odstraní výše uvedené nedostatky, a u kterého bude možno provést kvalifikované přezkoušení tlumičů nárazů prakticky nezávisle na tlaku pneumatik a na hmotnostech.

-1CZ 289276 B6

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje zařízení pro zkoušení tlumičů nárazů vozidel s nejméně jedním uložením pro kola vozidla, s prostředky pro uvádění uloženého kola vozidla do kmitání a s prostředky pro určování výchylek kmitů při různých frekvencích, jakož i s vyhodnocovací a výstupní jednotkou, podle vynálezu, jehož podstatou je, že obsahuje prostředky pro určení charakteristiky tlumiče kola, nacházejícího se na vozidle, s prostředky pro určení budicí síly přenesené přes uložení pro kolo do kmitajícího systému obsahujícího tlumič a pružinu vozidla.

Až dosud bylo možné charakteristiku tlumiče nárazů, to znamená diagram síly a rychlosti, zjišťovat jen ve speciálních zkušebních stanicích na vymontovaných tlumičích nárazů. V zabudovaném stavu mohly být zjišťovány jen jednotlivé hodnoty a porovnávány s referenčními hodnotami, což je nedostačující k tomu, aby se zjistil stav tlumiče nárazů.

Podle výhodného provedení jsou prostředky pro určení charakteristiky tlumiče tvořeny prostředky pro určení výkonu přenášeného do kmitajícího systému, obsahujícího tlumič a pružinu vozidla, přes uložení pro kolo.

Toto vytvoření je výhodné tím, že získání měřených veličin je jednoduché a ekonomicky výhodné a ovlivňování výsledků měření nekontrolovatelnými vedlejšími účinky, například kmitající hmotností motoru, je nepatrné.

Další vytvoření vynálezu spočívá v tom, že prostředky pro určení charakteristiky tlumiče nárazů mají prostředky pro určení zrychlení hmotností v kmitajícím systému, obsahujícím tlumič nárazů a pružinu vozidla.

Tato varianta sice nemá výhody prvního uvedeného vytvoření, avšak je v zásadě schůdnou cestou. Zrychlení jsou přitom měřena prostřednictvím čidel zrychlení a zrychlení hmotností jsou určována nebojsou známá.

Další výhodné vytvoření zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že na náboji kola, na uložení a na karoserii vozidla jsou upravena čidla a že vybuzovací zdvih pružinových prostředků pro uvedení kola do kmitání je variabilní.

Prostřednictvím těchto opatření lze změnit konstantu pružiny závěsu kola před vlastním zkoušením tlumiče nárazů a amplitudu při rezonančním kmitočtu přesně určit.

Podle vynálezu je čidly na náboji kola, na uložení a na karoserii měřitelná konstanta pružnosti elementů závěsu kola.

Toto opatření poskytuje také hodnoty pro zjištění rezonančního kmitočtu karoserie, případně relativního pohybu mezi karoserií a nábojem kola.

Dále se předpokládá, že jsou upraveny prostředky pro regulaci úrovně výšky karoserie vozidla.

Je účelné, že zařízení je pojízdné.

Další vytvoření zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že pro variaci vybuzovacího zdvihu je upraven výstředník.

Dále je účelné, že výstupní jednotka má displej a/nebo tiskárnu.

Měřením konstant pružin závěsu kola se zajistí, že výsledky měření tlumičů nárazu jsou přesné a nejsou ovlivněny chybnými pružinami. Je možné zjistit, zdaje pružina zlomena nebo narušena,

-2CZ 289276 B6 protože v těchto případech se konstanta pružiny odchyluje od porovnávané hodnoty vzhůru nebo dolů. Normalizováním kmitočtové amplitudy ve třetím kroku způsobu je vlivná veličina plášť, která představuje neznámou přídavnou pružinu, podle pravidel techniky vyloučena z výsledku měření. Tak lze zjistit přesné hodnoty účinku tlumiče nárazů.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněno zařízení pro určení výkonu přiváděného do kmitajícího systému.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn model kmitání.

Na obr. 3 je schematicky znázorněn převodový poměr závěsu kol.

Příklady provedení vynálezu

Protože je dávána přednost měřicímu způsobu, který spočívá na výkonu přiváděném do kmitajícího systému, je v dalším popsáno uvedené zařízení jako příklad vhodný pro tento způsob. Přitom je základem ta skutečnost, že do systému obsahujícího tlumič nárazů a pružinu přiváděný výkon je přeměňován v tlumiči nárazů, což až na nepatrné ztráty třením je opravdu skutečnost.

Jak je to znázorněno na obr. 1, má zařízení nejméně jedno uložení £ pro kolo vozidla, které může být vytvořeno například ve tvaru vidlice a které je upraveno na vnější straně skříně 5 zařízení. Uložení £ může popojíždět ve svislém směsu, čímž může být kolo nadzdvihováno, případně spouštěno. To se u znázorněného zařízení uskutečňuje nadzdvihováním vnitřní desky 2, která je spojena s uložením £. K tomu je upraven přestavovací motor 3, který přemísťuje vnitřní desku 2 ve svislém směsu, přičemž tato vnitřní deska 2 je v odpovídající poloze držena například prostřednictvím tyčí 4 se závitem. Aby bylo možné vytvořit zařízení pojízdné, mohou být například na spodní straně vnitřní desky 2 upraveny kladky 8, které mohou vystoupit skrz otvory 9 v podlaze skříně 5, když je vnitřní deska 2 ve své nejhlubší poloze.

Pro uvádění nadzdviženého kola do kmitání je upraven hlavní motor 6, který pohání variabilní výstředník 7. Excentricitu výstředníku 7 lze nastavovat plynule. Tento výstředník 7 je prostřednictvím pružinového prostředku 10, například spirálové pružiny, spojen s uložením £ pro kolo. Tak je možné kolo uvádět do kmitání s variabilním vybuzovacím zdvihem.

Samozřejmě lze zařízení realizovat také jinak, například jej opatřit hydraulickým agregátem, který má jednak hydraulický válec pro nadzdvihování a spouštění vnitřní desky 2, a jednak hydraulický válec pro nastavování excentricity variabilního výstředníku 7. Tak je možné jen hydraulickým agregátem a hlavním motorem 6 realizovat fiinkčně výhodné zařízení podle vynálezu pro zkoušení tlumičů nárazů vozidel.

Dále jsou upravena čidla pro určení výchylky kmitů při různých kmitočtech, to znamená pro měření budicí síly, tedy diferenční amplitudy pružinového prostředku 10, jakož i pro měření amplitudy kmitů náboje kola a karoserie vozidla. Oběma naposledy uvedenými čidly je potom možné uskutečnit měření pružinových konstant závěsu kola. Kromě popsaných čidel pro měření dráhy nástavby, to je karoserie, náboje kola a uložení £ kola, které mohou zjistit absolutní pohyby těchto měřených bodů a relativní pohyby mezi měřenými body, jsou k dispozici prostředky pro zjišťování výkonu přiváděného do kmitajícího systému. To lze uskutečnit například prostřednictvím měření síly a rychlosti na vybuzovacím pružinovém prostředku £0.

-3CZ 289276 B6

Všechny takto zjištěné výsledky se vztahují na dotykový bod kola. Pokud jsou potřebné veličiny působící přímo na měřené objekty, to znamená pružiny nástavby a tlumiče, je třeba brát ještě zřetel na převodový poměr pódiového ramene io, kteiý je znázorněn na obr. 3, a to podle vzorce pro pákový ramenový převodový poměr i_D = b: (a* cosa).

Naměřené výsledky se přivádějí do vyhodnocovací jednotky, která může být vytvořena buď jako vestavěný nebo externí počítač. Vyhodnocovací jednotka je opět spojena s výstupní jednotkou,

Aby bylo možné lépe zaznamenat fyzikální souvislosti, je kmitavý systém zobrazen na obr. 2 jako kmitavý model, přičemž jsou zde provedena různá přípustná zjednodušení. Tak například je vzato v úvahu, že lze zanedbat působení ostatních nevybuzených pružin a tlumičů, pokud nástavba vozidla v průběhu měření zachovává svou úroveň výšky a amplituda kmitů nástavby je zanedbatelně malá. Při takto v klidu stojící nástavbě lze spojení zkoumaného pružinového tlumičového systému s ostatními zanedbat. Jak se tato podmínka splní, bude uvedeno v dalším. Dále je přípustné zanedbání tlumení pneumatiky, které je v poměru k tlumení tlumiče nárazů nepatrné.

Na kmitovém modelu, který je patrný z obr. 2, jsou znázorněny hmotnosti m. konstanty c pružiny a výchylky s. Hmotnost ml je kmitají hmota nástavby vozidla, to znamená hmotnost nástavby. Lze ji zjistit ze statické síly dotyku kola a z hmotnosti pneumatiky. Konstanta cl nástavbové pružiny je zjištěna na začátku měření, což umožňuje zjistit také nelineární pružinové charakteristiky. Vlastní měřený objekt představuje tlumič kl nárazů.

Hmotnost m2 ie kmitající hmota kola a závěsu kola, to znamená hmotnost kola, kterou lze určit z dynamiky kmitání systému. Pružný účinek pneumatiky, to znamená pružnost pneumatiky jako konstantu c2 pružiny a případně také hmotnosti kola lze zjistit pro vozidlo z přístupných pneumatik se vždy nejvyšší konstantou pružení, například od výrobce. Tyto hodnoty, pokud jsou známé, mohou být uloženy v paměti vyhodnocovací jednotky a mohou být vždy odvolány.

Hmotnost m3 ie hmotnost uložení 1 pro kolo, to znamená vybuzovací hmotnosti která je známá. Pro vybuzení použitý pružinový prostředek 10, který je na obr. 2 znázorněn prostřednictvím konstanty c3 pružiny, slouží pro zařazení vybuzovacího výkonu do kmitajícího systému. Je proveden jako měřicí pružina, aby se zjistily na ni působící vybuzovací síly. Vybuzení samo osobě se uskutečňuje vybuzovacím zdvihem, který má variabilní frekvenci. Střední úroveň vybuzovacího kmitání je nastavitelná. Tak je konstrukce vozidla v průběhu celého měření držena na konstantní úrovni, což lze zajistit například prostřednictvím regulačního obvodu. Z hlediska vybuzení tak lze předem stanovit parametry frekvence, zdvihu a střední úrovně. Měření tlumiče se provádí při předem stanovené vyvolené frekvenci, která se zachovává v průběhu celého měření. Prostřednictvím variabilního vybuzovacího zdvihu je nyní možné měnit přidávaný výkon do kmitajícího systému a tak zachycovat charakteristiku tlumiče nárazů.

V dalším je popsáno, jak probíhá zkoušení tlumiče nárazů se zařízením podle vynálezu.

V prvním kroku se přemístí zařízení na kladkách 8 ke kolu vozidla a uložení 1 se uspořádá po obou stranách dotykových ploch kola. Potom se vnitřní deska 2 zařízení přestavovacím motorem 3 nadzdvihne, přičemž se nadzdvihnou také kladky 8 a skříň 5 se usadí na podlaze. Současně se jako bezpečnostní test před vlastním zkoušením tlumiče nárazů zjistí konstanta cl pružiny nástavby, to je závěsu kola, aby se zjistily škody na pružině a zabránilo se tomu, že výsledky měření budou poškozenou pružinou zkresleny. Případně je možné tuto konstantu cl pružiny přímo porovnat s v paměti uloženou referenční hodnotou a při zřejmých odchylkách uskutečnit příslušné oznámení. V průběhu nadzdvihování se také zjišťuje a ukládá do paměti statická síla v bodě dotyku kola a odstup mezi nábojem kola a mezi karoserií. Dále se při nadzdvihování určuje tření závěsu kola. Síla v bodu dotyku kola se pomalu zvyšuje v průběhu nadzdvihování kola, přičemž se však karoserie na podkladě třecích sil ještě nejprve nepohybuje. Teprve při

-4CZ 289276 B6 překročení třecí síly se pohybuje také karoserie. Tak je možné na podkladě síly v bodě dotyku kola a odstupu mezi nábojem kola a karoserií zjistit tření závěsu kola.

Ve druhém kroku se nastaví uložení 1 na stanovenou počáteční úroveň. V klidovém stavu se nyní změří statická síla v bodě dotyku kola a registruje se úroveň polohy karoserie.

Ve třetím kroku se uvede do činnosti hlavní motor 6 a výhodou s poměrně malým vybuzovacím zdvihem variabilního výstředníku 7 se projede oblast vybuzovacích frekvencí, například od minimální vybuzovací frekvenci, a vyhledá se rezonanční kmitočet závěsu kola. Přitom se pozoruje amplituda kmitů mezi karoserií a nábojem kola. S narůstající frekvencí se vytváří více rezonančních míst. První rezonanční místo je označováno jako rezonance nástavby. Zpravidla má hodnotu mezi 0,5 až 2,5 Hz a není vhodná pro měření, protože nástavba má vysokou amplitudu kmitů a tak není splněn požadavek klidné karoserie. Druhé maximum kmitů je zpravidla v oblasti mezi zhruba 7 až 15 Hz. Ti je požadovaná frekvence měření, při které má nástavba vozidla již jen velmi malé zanedbatelné amplitudy kmitů. Také pokud se týká průtoku výkonu skrz kmitající systém od vybuzení až k tlumiči, je tato frekvence výhodná, to znamená, že rezonance kola odpovídá zhruba rezonanci výkonu.

Ve čtvrtém kroku je předem stanovena dříve zjištěná frekvence, případně kmitočet rezonance a vybuzovací zdvih je zvyšován přestavováním výstředníku 7 od nulové hodnoty po stupních. Vždy po stabilizování nového stavu kmitání je vyrovnáno případné posunutí karoserie vzhledem k referenční úrovni prostřednictvím posunutí úrovně uložení 1 pro kolo. Nyní se měří na měřenou pružinu přiváděný výkon a nastavující se amplituda kmitů mezi nástavbou a nábojem kola. Z této amplitudy a známé frekvence lze zjistit rychlost. Z výkonu, přiváděného do systému a zachycovaného tlumičem nárazů a z rychlosti lze zjistit tlumicí sílu. Tato tlumicí síla představuje střední hodnotu tlumicí síly mezi tažným a tlačným stupněm.

Zpravidla jsou tažné a tlačné stupně u tlumičů nárazu různé, a to tak, že při stejné rychlosti je tažná síla větší než tlačná síla. Tato vlastnost tlumení způsobuje, že se karoserie přibližuje k náboji kola, protože tlumič nárazů lze snáze stlačit než roztáhnout. Proto je pružina nástavby předepjata z toho vyplývající diferenční sílou. Protože snížení karoserie, které vyplývá z rozdílu mezi tažným a tlačným stupněm, lze opět vyrovnat, jak již bylo popsáno, prostřednictvím regulace úrovně, zpravidla nadzdvižením uložení 1, lze z této regulace úrovně dráhy pružiny zjistit, jak má být nástavbová pružina předepjata. Ze změřené skupiny pružin a z pružné dráhy lze zjistit silový rozdíl mezi tažným a tlačným stupněm tlumiče nárazů. Charakteristiku tlumiče nárazů lze tedy zjišťovat odděleně pro tažné a tlačné stupně po bodech až k mezními výkonu vybuzení.

Tuto charakteristiku lze potom porovnávat s předem stanovenou požadovanou charakteristikou. Rozměr tlumení nástavby lze zjistit z nástavbové hmotnosti ml, konstanty cl pružiny a charakteristiky tlumiče kl nárazů podle vzorce D = kl: (2* (cl* ml)^-2).

V pátém kroku se stanoví z až dosud zjištěných velikostí a dynamiky kmitání systému hmotnost kola. Rozměr tlumení kola se vypočte se zřetelem na maximálně přípustné dávky propružení pneumatiky pro určité vozidlo z hodnot hmotnosti m2 kola, konstanty c2 pružiny, pneumatiky, konstanty cl pružiny nástavby a charakteristiky tlumiče kl nárazů podle rovnice analogické k rovnici uvedené ve čtvrtém kroku.

V šestém kroku lze tak stanovit, zda vozidlo splňuje určité stanovené minimální hodnoty tlumení z hlediska nástavby a/nebo kola.

Na základě uvedených kroků je možné přezkoušet tlumič nárazů jednoho kola nebo ale také všechny tlumiče nárazů vozidla a tak na výstupní jednotce ukázat, případně vytisknout jednotlivý nebo celkový výsledek. Je samozřejmě také možné prostřednictvím displeje upravit zcela grafické údaje.

-5CZ 289276 B6

Pro stanovení charakteristiky tlumiče nárazů ze zrychlení kmitajících hmot se postupuje tak, jak je to uvedeno v dalším.

Ze zrychlení kmitajících hmot je možné podle vzorce F = m * a zjistit na hmoty působící síly. Na hmotnost ml. to je nástavbu, působící sílaje potom rozdělena na pružinu a na tlumič nárazů a tak jsou vytvořeny charakteristiky pružiny a tlumiče nárazů, přičemž je k tomu potřebné také znát hmotnosti. Ty se případně zjišťují předem z pohybů hmotností.

Jako naměřené veličiny pro tento způsob se použijí zrychlení všech kmitajících hmot jakož i vybuzovací síla. Ze zrychlení lze vypočíst rychlosti a dráhy hmotností. Protože každá z veličin charakterizuje sama o sobě pohyb hmotnosti, je v následujícím obecně používán pojem pohyb, aniž by se tím uváděla speciální veličina. Vybuzovací síla je určována prostřednictvím měřicí pružiny, jejíž délka se změří. Jako statická sílaje označována síla působící na měřicí pružinu při postaveném vozidlu v klidu. Vybuzovací síla F je síla, která působí na měřicí pružinu, když je systém v pohybu. Všechny veličiny jsou zaznamenávány v jejich časovém průběhu.

Pro určení hmotností je potřebná statická síla, vybuzovací síla a hmotnostní zrychlení. Systém rovnic se vytváří při použití hodnot označených na obr. 2, to je síly Fl. F2, F3 působící na hmotnosti ml. m2 a m3, jakož i hmotnostní síly Fgl. Fg2, Fg3 hmotností ml. m2. m3 a má dále uvedené znění.

mlxl“ = Fl-Fgl m2x2“ = F2-Fl-Fg2 m3x3“ = F3 - F2 - Fg3 F3 = F.

Z tohoto systému lze odvodit dále uvedenou rovnici GL1.

tnlxl“ + m2x2“ + m3x3“ = F- (Fgl + Fg2 + Fg3) = F -Fg

Součet všech sil na hmotnosti je vybuzovací síla bez statické hmotnostní síly. Pro výpočet hmotností se měří ve třech různých okamžicích zrychlení a vybuzovací síla a vloží se vždy do uvedené rovnice. Tím se získá rovnicový systém pro tři neznámé hmotnosti.

Síla Fl na hmotnost ml je souěet pružné síly a tlumicí síly. Síla Fl je dána rovnicí Fl = c* x + k * v. Když má rychlost v nulovou hodnotu, je celá síla zachycována pružinou. Z okamžité dráhy a z pružné síly se určuje konstanta c pružiny. Když má dráha x pružiny nulovou hodnotu, je síla zachycována tlumičem nárazů. Z této síly a z rychlosti je dána charakteristika tlumiče k nárazů. Různé nulové průchody vznikají v průběhu kmitání dvakrát, a to jednou pro tlakovou fázi a jednou pro tahovou fázi. Tak jsou dány různé charakteristiky pro tahové a tlakové stupně.

Změnou přiváděného výkonu nebo také vybuzovací frekvence se mění amplitudy kmitů a tak lze zajistit pohyb po charakteristice v bodech. Je také možné předem změřit charakteristiku pružení a potom prostřednictvím přímého rozdělení sil dospět k tlumicí síle.

Předpokládaná podmínka pro měření spočívá v tom, že karoserie vykonává pokud možno malé amplitudy kmitů a že je zachována úroveň výšky. Aby se toho dosáhlo, tak se provádí měření při rezonanci kola a úroveň se reguluje v konstantní poloze vybuzením rozdílné úrovně.