CZ303605B6

CZ303605B6 - Zpusob zjištování útlumových vlastností náprav automobilu a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Info

Publication number: CZ303605B6
Application number: CZ20100340A
Authority: CZ
Inventors: Mazurek@Ivan
Original assignee: Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2013-01-02
Also published as: CZ2010340A3

Abstract

Zpusob zjištování útlumových vlastností náprav automobilu analýzou dokmitu odpružených hmot, spocívá v tom, že se karoserie automobilu nad nápravou stlací a nechá volne dokmitat, pritom se snímá okamžitá výšková poloha karoserie, signál snímace se prevede do pocítace opatreného odpovídajícím softwarem, kde se kmitoctove vzorkuje a císlicove filtruje, a prubeh svislého pohybu karoserie, jakožto funkce v souradnicích výchylka/cas, se podrobí zpracování, pri nemž se první až n-tou derivací této funkce vypocte dalších n funkcí, z pomeru prvního maxima tretí a první derivace se zjistí približná okamžitá vlastní frekvence kmitání systému, každá z techto dalších funkcí získaná n-tou derivací se vydelí n-tou mocninou vlastní frekvence systému, címž se funkce prevedou na shodný fyzikální rozmer a shodné merítko, nacež se prostrednictvím lineární regrese vrcholy amplitud takto upravených funkcí proloží exponenciální útlumová krivka, z jejíhož exponentu se stanoví aktuální pomerný útlum. Soucástí zarízení k provádení uvedeného zpusobu testování je snímac (1) tvorený na stativu uloženým válcovitým telesem (5) s vodorovnou osou, jehož jednu základnu tvorí disk (6) odpružene otocne uložený na hrídeli potenciometru (7), do disku (6) je vetknuto snímací rameno (2), pricemž snímac (1) je vybaven konektorem (10) a mikrospínacem (9).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zjišťování útlumových vlastností náprav automobilů analýzou dokmitu neodpružených hmot a zařízení k provádění tohoto způsobu.

II)

Dosavadní stav techniky

Technický stav podvozku automobilu má rozhodující vliv na jízdní vlastnosti vozidla a tím i na celkovou bezpečnost silničního provozu. Zejména tlumič odpružení, který je důležitým prvkem is závěsu, vyžaduje z důvodu limitované životnosti pravidelnou kontrolu. Časová náročnost demontáže a montáže tlumiče vedly již v minulosti k zavedeni testů celého pružícího a tlumicího systému bez jeho demontáže.

Nejrozšířenějšími zařízeními sloužícími k tomuto účelu jsou rezonanční testery, vybavené vib20 račními plošinami pro rozkmitání kola testovaného závěsu. Měřenou veličinou je buď přítlačná síla kola k plošině, neboje snímán rozkmit plošiny. Jinou kategorií jsou dokmitové testery, pracující na principu analýzy dokmitu rozhoupané karoserie automobilu. Tato zařízení využívají rázové vybuzení svislého kmitání karoserie vozidla a následné vyhodnocují útlum tohoto pohybu. Jedná se o poměrně nákladná zařízení. Zvláštní třídou jsou v této kategorii zařízení, která pracují s ručním rozhoupáním karoserie měřeného vozidla. Tato zařízení, aby automobil uvedený do pohybu vykonal alespoň jeden kompletní kmit. Toho však u některých modelů vyráběných v poslední době nelze dosáhnout.

Vynález si klade za úkol navrhnout diagnostický systém patřící do této kategorie technické diaao gnostiky podvozků, který by snížil pořizovací i provozní náklady a byl aplikovatelný na všechny známé modely osobních automobilů.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší způsob zjišťování útlumových vlastností náprav automobilů analýzou dokmitu odpružených hmot, jehož podstata spočívá v tom, že se karoserie automobilu nad nápravou stlačí a nechá volně dokmitat, přitom se snímá okamžitá výšková poloha karoserie, signál snímače se převede do počítače opatřeného odpovídajícím softwarem, kde se kmitočtově vzorkuje a číslicově filtruje,a průběh svislého pohybu karoserie, jakožto funkce v souřadnicích výchylka/čas, se podrobí zpracování, při němž se první až n-tou derivací této funkce vypočte dalších n funkcí, z poměru prvního maxima třetí a první derivace se zjistí přibližná okamžitá vlastní frekvence kmitání systému, každá z těchto dalších funkcí získaná n-tou derivací se vydělí n-tou mocninou vlastní frekvence systému, čímž se funkce převedou na shodný fyzikální rozměr a shodné měřít45 ko, načež se prostřednictvím lineární regrese vrcholy amplitud takto upravených funkcí proloží exponenciální útlumová křivka, z jejíhož exponentu se stanoví aktuální poměrný útlum.

Aby nebylo nutno začátek měřicí sekvence zadávat z klávesnice, spustí se zpracování signálu snímače prostřednictvím triggeru až po překročení nastavené úrovně signálu.

Aby obsluha získala výsledek testu v obvyklém formátu, převede se poměrný útlum na hodnotu relativní přilnavosti kola.

Podstata zařízení k provádění uvedeného způsobu testování tvořeného odporovým snímačem propojeným s počítačem spočívá v tom, že snímač je tvořen na stativu uloženým válcovitým těleCZ 303605 B6 sem s vodorovnou osou, jehož jednu základnu tvoří disk odpružené otočně uložený na hřídeli potenciometru, do disku je vetknuto snímací rameno, přičemž snímač je vybaven konektorem a mikrospínačem, který aktivuje funkci triggeru; do jeho stisknutí lze se zařízením libovolně manipulovat, aniž by došlo ke spuštění měření.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje schematicky testovací io zařízení, obr. 2 je schéma dynamického modelu, obr. 3 je graf demonstrující vytvoření útlumové křivky, obr. 4 je výhodné provedení snímače v řezu, obr. 5 je řez B-B podle obr. 4, obr. 6 je řez

A-A podle obr. 4 a obr. 7 je řez C-C podle obr, 6.

Příklady provedení vynálezu

Způsob zjišťování útlumových vlastností byl aplikován prostřednictvím diagnostického zařízení podle obr. 1. Je tvořeno na stativu uloženým odporovým snímačem 1 vertikální polohy, jehož vzhůru odpružené snímací rameno 2 zespodu doléhá pod podběh kola automobilu a který je kabelem 3 propojen s řídicím počítačem 4 opatřeným odpovídajícím softwarem ke zpracování snímaných hodnot. Obsluha manuálně stlačí karoserii nad testovaným kolem a nechá ji volně dokmitat. Signál ze snímače lje přiveden na konektor game portu osobního počítače. Game port (pro připojení křížového ovladače, tzv. joysticku) není sice standardizován pro počítače kategorie PC, aleje buď součástí zvukové karty, nebo lze situaci řešit levným adaptérem game port - USB.

Jednotka game portu je převodníkem odpor-kmitočet, kde připojený odpor snímače lje součástí kmitajícího RC obvodu. Propojení snímače s počítačem provedené stíněným kabelem bylo bezproblémově otestováno až do vzdálenosti 25 m v provozech, kde bylo značné elektromagnetické rušení signálu.

Dynamický model nápravy automobilu je na obr. 2. Zde m_} je hmotnost neodpružené hmoty nápravy, m₂ hmotnost odpružené hmoty připadající na nápravu, k_} radiální tuhost pneumatiky, k₂tuhost pružina nápravy, b je součinitel tlumení tlumiče a x_} 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). Protože se na testeru provádí diagnostika postupně na jednotlivých kolech, byl pro analýzu přijat mechanický model popisující situaci pouze na jediném kole, tzv. % model. Vozidlová pružina k₂ s tlumičem b je vložena mezi neodpruženou hmotu mj závěsu (kolo) a podíl odpružené hmoty m₂ (karoserie) na toto kolo připadající. Z obrázku je zřejmé, že tester při vyčíslení měrného útlumu b_r2 využívá předpoklad o svislém pohybu pouze jedné % karoserie nad testovaným závěsem.

_b _ b ^r2 /vw

Za předpokladu malého tlumeného kmitání lze stanovit poměrný útlum odpružené hmoty z poměru následujících dvou výkmitú. Problém nastává, je-li tlumení vozidla natolik kvalitní, že vozidlo po stlačení prakticky nezakmitá. Pak nelze tlumič touto metodou vyhodnotit. Dalším problémem je interpretace poměrného útlumu odpružené hmoty vzhledem k rozmanitosti konstrukčních řešení podvozků. Odtud vyplynulo následující zadání:

-2CZ 303605 B6 • má se umožnit testování i v případech, kde budicí impuls je udělen stlačením karoserie rukou s krátkou odezvou, takže metodika musí umožnit vyhodnocení útlumu z poměrně krátkého úseku dokmitové křivky, např. mezi dvěma extrémy, • jako výstupní hodnocenou veličinu je nutno použít jednoznačně definovaný a srozumitelný parametr, který bude nezávislý na typu zkoušeného automobilu.

Způsob podle vynálezu vychází z toho, že informace o útlumu je obsažena v každém infinitesimálním úseku dokmitové křivky a že v zásadě není důležité, jak velký úsek této křivky je k dispozici. Podstatou vynálezu je vlastně způsob, jak tuto informaci o útlumu získat.

to

Do paměti řídicího počítače je tedy přenesen záznam svislého pohybu karoserie při dokmitávání. Aby nebylo nutno začátek měřicí sekvence zadávat z klávesnice, což by znamenalo neustálý pohyb obsluhy mezi snímačem a řídicím počítačem, využívá se triggeru, který spustí zápis a zpracování hodnot dodávaných ze snímače 1 po překročení nastavené úrovně signálu. Následuje třikrát opakovaná numerická derivace tohoto záznamu. Z takto získaných průběhů jsou pro další zpracování relevantní pouze absolutní hodnoty prvních korektních maxim a minim křivek ajejich polohy na časové ose (Mo, fa t_h M₂, t₂, M_3l ti). Maximum první derivace Mi (rychlosti) charakterizuje již zmíněný bod záznamu, kde je největší rychlost zvedání karoserie po jejím stlačení.

Pro amplitudu derivovaného signálu y = A.sin(úX) platí, že je násobkem původní amplitudy a úhlové rychlosti y' = Aoicosfcot). To tedy znamená, že úhlovou rychlost ω lze zjistit podělením amplitudy derivovaného a nederivovaného signálu. Z poměru prvního maxima třetí M₃ a první derivace M_h která nastává přibližně ve stejném okamžiku, lze odhadnout vlastní úhlovou frek25 věnci systému;

Ta umožní převést derivované průběhy do rozměrově srovnatelného měřítka. To se provede tak, že se průběhy derivovaných funkcí podělí odpovídající mocninou Fyzikální jednotkou všech křivek je pak mm a křivky lze nakreslit do jednoho grafu - viz obr. 3. Stejným způsobem je nutno redukovat všechny zjištěné hodnoty M, na M_n.

Pro volný dokmit hmoty m₂ na pružině k₂, s tlumičem o tlumicí konstantě b, platí pohybová rov35 nice:

x+ 2cůob_r2x'+ O)o²x = 0, kde co# = (kfrmfr² je vlastní úhlová frekvence a b_r2 = b/(2m₂<Oo) poměrný útlum systému. Odhad ft^je již znám a v další fázi je nutno identifikovat parametr b_r2 ze záznamu všech analyzovaných křivek. Regresní analýzou výše zmíněných dvojic M„ a 6 jsou odhadnuty parametry exponenciální útlumové křivky (obálky). Pokud se zapíše rovnice útlumové křivky v čase ve tvaru:

x ₍ lze potom vyčíslit hodnotu poměrného útlumu b_r2, která je kriteriem kvality tlumení. Ukazuje se, že bez velké námahy lze pri manuálním rozkmitání karoserie dosáhnout zkušební rychlosti pístnice tlumiče až 0,4 m/s.

Dále je nutno ještě vyřešit volbu vhodného hodnotícího kritéria. Pro výstupní veličinu se jako výhodná volba nabízí relativní přilnavost kola, používaná při testu dle metodiky EUSAMA.

Vztah pro relativní přilnavost REP lze zapsat:

-3CZ 303605 B6 kde F_sl je statická síla mezi kolem a vibrační plošinou, F_d je maximální dynamická síla kmitající 5 neodpružené hmoty m_t. Vyhodnocený poměrný útlum odpružené hmoty b_r2 je tedy nutno na tuto veličinu přepočítat. Pro tzv. „rezonanční“ zjednodušení modelu podle obr. 2, tj. pro lineární kinematicky buzený model s jedním stupněm volnosti, kdy se předpokládá, že x₂ = 0 (hmota m₂ je nahrazena pevnou oporou pružiny platí pro výpočet REP\ /ř£P = 100100 io

Do této rovnice je však nutný přepočet změřeného poměrného útlumu odpružené hmoty b_r2 na poměrný útlum hmoty neodpružené b_rí pomocí vztahu:

h ^r' 'M+á’ kde p_m je poměr odpružené a neodpružené hmoty m₂/mi. V následující tabulce jsou uvedeny doporučené hodnoty tohoto součinitele pro různé koncepce poháněči soustavy.

	Přední náprava	Zadní náprava
Přední pohon	8.6	5.3
Motor vpředu, zadní pohon	9.2	6.7
Motor vzadu	5.8	7.5

Při zmíněném výběru součinitele p_m pro vybrané kolo lze tedy převést změřenou hodnotu měrného útlumu odpružené hmoty b_r2 na relativní přilnavost kola REP, přibližně odpovídající výsledku zkoušky téže nápravy na testeru EU SAMA.

Navrhovaný systém pracuje se stejnou přesností jako známé přístroje tohoto druhu a na podstatně jednodušším technickém principu. Známé přístroje navíc vyžadují průběžně doplňovanou srovnávací databází. Navrhovaný systém přepočítává změřený útlum na objektivní kriterium dle směrnice EUSAMA. Systém lze využít i mimo automobilový sektor při měření útlumu různých objektů, kmitajících na nízkých kmitočtech s velkými amplitudami (velké strojní konstrukce, mosty, budovy atd.).

Odporový snímač i, který je součástí zařízení k provádění popsaného způsobu, je tvořen válcovitým tělesem 5 s vodorovnou osou, uloženým na stativu. Jednu základnu tělesa 5 tvoří disk 6 otočně uložený na hřídeli potenciometru 7 upevněného na kruhové desce 8. Do obvodu disku 6 je vetknuto snímací rameno 2, které se otáčí spolu s ním. Na tělese 5 je dále mikrospínač 9, konektor 10 a objímka JJ k připojení tělesa 5 na stativ. Otočné snímací rameno 2 je do horní krajní polohy natáčeno pružinou J2.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Způsob zjišťování útlumových vlastností náprav automobilů analýzou dokmitu odpružených hmot, vyznačující se tím, že se karoserie automobilu nad nápravou stlačí a nechá volně dokmitat, přitom se snímá okamžitá výšková poloha karoserie, signál snímače se převede do počítače opatřeného odpovídajícím softwarem, kde se kmitočtově vzorkuje a číslicově filtruje,a průběh svislého pohybu karoserie, jakožto funkce v souřadnicích výchylka/čas, se podrobí io zpracování, při němž se první až n-tou derivací této funkce vypočte dalších n funkcí, z poměru prvního maxima třetí a první derivace se zjistí přibližná okamžitá vlastní frekvence kmitání systému, každá z těchto dalších funkcí získaná n-tou derivací se vydělí n-tou mocninou vlastní frekvence systému, čímž se funkce převedou na shodný fyzikální rozměr a shodné měřítko, načež se prostřednictvím lineární regrese vrcholy amplitud takto upravených funkcí proloží exponen15 cíální útlumová křivka, z jejíhož exponentu se stanoví aktuální poměrný útlum.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se zpracování signálu snímače spustí prostřednictvím triggeru až po překročení nastavené úrovně signálu.

20
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se převede poměrný útlum na hodnotu relativní přilnavosti kola.
4. Zařízení k provádění způsobu testování podle nároků 1 až 3 tvořené odporovým snímačem propojeným s počítačem, vyznačující se tím, že snímač (1) je tvořen na stativu ulo25 zeným válcovitým tělesem (5) s vodorovnou osou, jehož jednu základnu tvoří disk (6) odpružené otočně uložený na hřídeli potenciometru (7), do disku (6) je vetknuto snímací rameno (2), přičemž snímač (1) je vybaven konektorem (10) a mikrospínačem (9).