CZ304768B6

CZ304768B6 - Způsob zjišťování útlumových vlastností náprav jednostopých vozidel

Info

Publication number: CZ304768B6
Application number: CZ2010-304A
Authority: CZ
Inventors: Ivan MazĹŻrek
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2014-10-08
Also published as: CZ2010304A3

Abstract

Způsob zjišťování útlumových vlastností náprav jednostopých vozidel analýzou dokmitu neodpružených hmot snímaného čidlem lineárním odporovým snímačem (2) polohy umístěným mezi odpruženou a neodpruženou část závěsu kola spočívá v tom, že signál generovaný lineárním odporovým snímačem (2) polohy a naměřený při přejezdu prahu (1) 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.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zjišťování útlumových vlastností 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 patří zhoršená funkce tlumičů odpružení, které zajišťují trvalý kontakt kola s vozovkou, který je důležitý z hlediska využití 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 zavedení 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 tření na tlumení. Výrazným znakem je i obtížná demontovatelnost komponentů podvozku ajejich 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 plošina testeru, na které spočívá měřené kolo, simuluje nerovnosti vozovky a současně 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 impulzní 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, kromě řady dalších, vstupními hodnotami pro výpočet

- 1 CZ 304768 B6 a nastavení optimálních tlakových parametrů v tlumiči. Součástí výpočtu je i zjišťování vlastní 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 6502837. JP415417 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. Rovněž 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 jednostopých vozidel analýzou dokmitu neodpružených hmot snímaného čidlem umístěným mezi odpruženou 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. dokmitová 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, zjejíhož 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 zařízení, 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 X 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 čtyřkanálový převodník 3 umístěný na motocyklu a propojený kabely se snímači 2 polohy. Převodník 3 signál o pohybu kol vysílal bezdrátovou sítí WLAN řídicímu 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 I umístěný na vozovce. Řídicí program automaticky ukládal jednotlivé záznamy pohybu závěsů při přejezdech prahu, takže u řídicího počítače nemusí být obsluha. O chybné přejezdové rychlosti, či jiném nedostatku při měření je obsluha informována

-2CZ 304768 B6 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 m, je hmotnost neodpružené hmoty nápravy, m₂ hmotnost odpružené hmoty připadající na nápravu, ki radiální tuhost pneumatiky, k₂tuhost pružin nápravy, b je součinitel tlumení tlumiče a xj a x₂ jsou výchylky neodpružené resp. odpružené hmoty. Jako diagnostický model bylo zvoleno tzv. „rezonanční“ zjednodušení tohoto modelu, tj. lineární model sjedním 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_riWoX + a?ox = 0, kde w₀ = ((k!+k₂)/mi)^1/2 je vlastní úhlová rychlost a bj = b/(2miw₀) poměrný útlum systému. V další fázi bylo nutno identifikovat parametiy tohoto modelu w₀ a b_r] 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 exponenciální obálky. Pokud zapíšeme rovnici útlumové křivky (obálky) v čase ve tvaru: x = Ce , lze potom vyčíslit hodnotu poměrného útlumu b_rl, která je cílovým kritériem kvality tlumení. Ukazuje se, že bez velkého rizika lze při přejezdu překážky vysoké 30 mm dosáhnout zkušební rychlosti pístnice 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 vlastností náprav jednostopých vozidel analýzou dokmitu neodpružených hmot snímaného čidlem lineárním odporovým snímačem (2) polohy umístěným mezi odpruženou a neodpruženou část závěsu kola, vyznačující se tím, že signál generovaný lineárním odporovým snímačem (2) polohy a naměřený při přejezdu prahu (1) o výšce 10 až 80 mm umístěného na vozovce rychlostí 5 až 10 km/h, neboli tzv. dokmitová 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.

-3 CZ 304768 B6
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.
5 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se dokmitová křivka i exponenciální útlumová křivka zobrazí na monitoru (5) počítače (4).