DE19822641A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen einer Radaufhängung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, bei dem eins von zwei auf getrennten Bodenplatten stehenden Rädern einer Achse durch vertikales Anregen der entsprechenden Bodenplatte in Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 1 und 25 Hz versetzt wird und eine Kraftanalyse der Radaufstandskraft auf der angeregten Seite zum Ermitteln von Parametern der Radaufhängung durchgeführt wird. Aussagekräftige Meßergebnisse werden dadurch erzielbar, daß gleichzeitig auch eine Kraftanalyse der nicht angeregten Seite durchgeführt wird und daß die Parameter der Radaufhängung durch Auswertung der Betragsfrequenzgänge der Radaufstandskräfte beider Seiten ermittelt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, bei dem eins von zwei auf getrennten Bodenplatten stehenden Rädern einer Achse durch vertikales Anregen der entsprechenden Bodenplatte in Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 1 und 25 Hz versetzt wird und eine Kraftanalyse der Radaufstandskraft auf der angeregten Seite zum Ermitteln von Parametern der Radaufhängung durchge­ führt wird, sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist durch die Eusama-Norm als bekannt ausgewiesen. Bei diesem bekannten Verfahren steht das Fahrzeug mit dem Rad der zu mes­ senden Radaufhängung auf einer Bodenplatte, die mittels eines Elektromotors, einer von diesem beschleunigten Schwungmasse sowie eines Exzenters in verti­ kale Schwingungen mit einer Frequenz von ca. 25 Hz angeregt wird, wonach der Elektromotor abgeschaltet wird. Die Bodenplatte wird mittels des Exzenters um +/- 3 mm ausgelenkt. Ein Kraftaufnehmer unter der Bodenplatte mißt den Verlauf der Radaufstandskraft, während sich die Rotationsenergie der Schwung­ masse durch Reibungsverluste in den Motor- und Exzenterlagern sowie dem Stoßdämpfer verringert. Gemessen wird die minimale Radaufstandskraft wäh­ rend des Schwingungsvorganges und daraus der Bodenhaftungswert in % als Quotient aus der minimalen Radaufstandskraft und der statischen Radaufstands­ kraft. Bei dieser Vorgehensweise ist die Aussagekraft zum Zustand der Radauf­ hängungskomponenten einschließlich der Stoßdämpfer nicht immer aussagekräf­ tig.

In der DE 44 31 794 A1 und der DE 24 01 301 sind Verfahren zum Prüfen einer Radaufhängung vorgeschlagen, bei denen ein Falltest vorgenommen wird, wobei die nach einem Fall auf eine Unterlage erzeugten Schwingungen ausgewertet werden.

In der DE 24 03 343 A1 ist angegeben, zum Prüfen einer Radaufhängung ein mit einer Unwucht versehenes Rad anzutreiben.

Auch mit diesen Verfahren ist es schwierig, aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die genauere Aussagen über den Zustand der Radaufhängungskomponenten, insbesondere auch des Stoßdämp­ fers ergeben.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Durch die gleichzeitige Kraftanalyse der nicht angeregten Seite können mehr Rück­ schlüsse auf die Komponenten der Radaufhängung gewonnen werden, die mit der Kopplung der beiden Seiten zusammenhängen. Ober den betrachteten Fre­ quenzbereich sind die Komponenten unterschiedlich wirksam, so daß die Auswertung der beiden Betragsfrequenzgänge eine verbesserte Aussagekraft hinsichtlich der ermittelten Parameter liefert. Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich vorteilhaft die in dem Patentanspruch 7 angegebene Vorrichtung, mit der bei einfachem Aufbau der angegebene Frequenzbereich durchlaufen und aus­ gewertet werden kann. Hierbei ist es zur Unterscheidung der Parameter auch vorteilhaft, daß die Bodenplatten unterschiedliche Massen besitzen.

Aussagekräftige Ergebnisse werden in vorteilhafter Weise dadurch erhalten, daß bei der Auswertung die Trägheitskräfte der Massen beider Bodenplatten berück­ sichtigt werden und aus den Betragsfrequenzgängen als Parameter die Reifen­ steifigkeit, die ungefederte Masse sowie die hauptsächlich von einem jeweiligen Stoßdämpfer verursachte Dämpfung ermittelt werden. Durch die gesonderte Be­ rücksichtigung der Bodenplatten werden die Einflüsse und Zustände der einzel­ nen Radaufhängungskomponenten genauer bestimmbar.

Ist vorgesehen, daß die Radaufstandskräfte auch in einem niedrigen Frequenz­ bereich von etwa 1 bis 4 Hz gemessen und die Betragsfrequenzgänge beider Seiten auch in diesem Frequenzbereich ausgewertet werden und daß als Para­ meter durch Auswertung der nichtangeregten Seite zusätzlich die Federkon­ stante der Fahrzeugfederung ermittelt wird, so wird insbesondere auch der Frequenzbereich besonders ausgewertet, in dem sich die Kopplung der beiden Seiten über die Karosserie und die Fahrzeugfederung durch Wankbewegungen um die Fahrzeuglängsachse besonders stark bemerkbar macht. Bei manchen Fahrzeugen mit Starrachse oder zu hartem Torsionsstab sind auch bei höheren Frequenzen von ca. 4 bis 25 Hz die linke und die rechte Seite verkoppelt und somit entsprechende Parameter errechenbar.

Eine verbesserte Anpassung der Meßbedingungen an reale Situationen und da­ mit zuverlässigere Aussagen über die Sicherheit betreffende Parameter werden dadurch erhalten, daß die Amplitude der Anregung bei niedrigeren Frequenzen höher ist als bei höheren. Auf der Straße haben üblicherweise niedere Frequen­ zen hohe Wegamplituden und hohe Frequenzen niedere Wegamplituden, so daß bei der Anregung nach Anspruch 4 die Bodenhaftung realitätsnahe bewertbar ist.

Für die Auswertung sind weiterhin die Maßnahmen vorteilhaft, daß als Para­ meter die gefederte Masse als Differenz der statischen Radlast und der un­ gefederten Masse gewonnen wird und daß bei der Auswertung die Beziehung herangezogen wird, daß die Massenanteile mp1 und mp2 in Reihe zur ungefe­ derten Masse mr mit der Reifensteifigkeit cr einen Parallelschwingkreis bilden, der ein Minimum im Betragsfrequenzbereich in der Nähe von fmin1/2 = (1/2pi).sqrt((cr.(mr+mp1/2))/(mr.mp1/2))) erzeugt.

Um Fehlereinflüsse bei der Messung durch die Anordnung der Räder auf der Bodenplatte auszuschließen, sind die Maßnahmen vorteilhaft, daß die Positio­ nierung der Räder auf der jeweiligen Bodenplatte und die Einhaltung der Posi­ tionierung während der Prüfung mittels unter den Bodenplatten angeordneter Kraftaufnehmer, die auch für die Prüfung verwendet werden, überwacht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt ein mit zwei Rädern 7 einer Achse auf einem Radaufhängungs­ tester stehendes Fahrzeug. Der Radaufhängungstester weist zwei getrennte, den beiden Rädern 7 zugeordnete Bodenplatten 2 auf, die mittels eines Motors 4 über eine Welle 3 mit einer Schwungmasse 5 über den beiden Bodenplatten 2 jeweils zugeordnete Exzenter 6 vertikal auf und ab bewegt werden, um sinus­ förmige Erregungen in die Räder 7 einzuleiten.

Die Räder 7 sind über eine Fahrzeugfederung 8 mit beiderseitigen Federn und zwei Stoßdämpfern 9 mit einem Fahrzeugaufbau in Form einer Karosserie 10 gekoppelt. Die bei der Erregung sich ändernden Radaufstandskräfte werden mittels unter den Bodenplatten 2 jeweils vorgesehener Kraftaufnehmer 1 z. B. in Form von zwei Dehnmeßstreifen gemessen.

Der Motor 4 beschleunigt die Schwungmasse 5 auf eine Frequenz von ca. 25 Hz und wird dann abgeschaltet. Der Motor 4 und die Schwungmasse 5 in Form einer Schwungscheibe sind über die Welle 3 fest mit den Exzentern 6 ver­ bunden, die eine der beiden Bodenplatten 2 zu den sinusförmigen Schwingungen anregen. Die Schwungmasse 5 verliert aufgrund von Reibungsvorgängen Energie und rotiert daher mit abnehmender Frequenz. Die Kräfte während der Beschleu­ nigungszeit und Ausklingzeit werden gemessen, aufgezeichnet und gespeichert, wobei der Anteil der Trägheit der bekannten Masse der jeweiligen Bodenplatte mit gemessen wird. Zweckmäßigerweise sind die Kraftaufnehmer 1 so angeord­ net, daß sie gleichzeitig als Positionierhilfe für die Räder 7 verwendet werden. Mittels der Positionierhilfe wird dem Fahrer mitgeteilt, ob das Fahrzeug ge­ nügend mittig auf den Bodenplatten 2 steht.

Die Parameter der Radaufhängung werden durch Auswertung der beiden Be­ tragsfrequenzgänge der Aufstandskräfte beider Bodenplatten 2 gemessen, wobei nur eine der beiden Bodenplatten 2 mittels des Motors zu Schwingungen ange­ regt wird. Danach erfolgt eine entsprechende Messung bei Anregung des anderen Rades. Aus den Frequenzgangkurven werden unter Berücksichtigung des Einflusses der Trägheit der bekannten Masse der beiden Bodenplatten 2, die zur besseren Unterscheidung verschiedene Masse besitzen können, mathema­ tisch die Parameter-Reifensteifigkeit cr, ungefederte Masse mr, die insbesondere durch den Fahrzeugaufbau bzw. die Karosserie 10 gebildet wird, sowie die hauptsächlich vom Stoßdämpfer 9 verursachte Dämpfung rf ermittelt. Bei ge­ nügend tieffrequenter Anregung sowie Auswertung der nicht angeregten Seite, die infolge des Wankeinflusses mitschwingt, läßt sich zusätzlich die Feder­ konstante cf der Fahrzeugfederung 8 ermitteln. Die gefederte Masse mf ergibt sich als Differenz der statischen Radlast und der ungefederten Masse mr. Bei der Auswertung wird insbesondere der Sachverhalt ausgenutzt, daß die Massenan­ teile mp1, mp2 der beiden Bodenplatten 2 in Reihe zu der ungefederten Masse mr mit der Reifensteifigkeit cr einen Parallelschwingkreis bilden, der ein Minimum im Betragsfrequenzgang in der Nähe von fmin1/2 = (1/2pi).sqrt((cr.(mr+mp1/2))/­ (mr.mp1/2))) erzeugt. Für eine genaue Auswertung variiert ein Programm alle Parameter des mathematischen Modells und sucht den Parametersatz heraus, der am besten mit den Meßkurven korreliert.

Die wichtige Voraussetzung für eine korrekte Messung, daß sich das Fahrzeug während des Schwingungsvorganges nicht relativ zu den Kraftaufnehmern 1 be­ wegt, kann leicht überprüft und sichergestellt werden, wenn die Kraftaufnehmer 1 quer zur Fahrtrichtung eingebaut sind.

Die Messung kann in Kombination mit weiteren Bewegungsgrößen, beispielswei­ se des Phasenbezuges zwischen Kraft und Weg der Bodenplatten 2 ergänzt werden.

Bei kostengünstigem Aufbau lassen sich mit dem beschriebenen Aufhängungs­ tester aussagekräftige Prüfergebnisse erzielen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Prüfen einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, bei dem eins von zwei auf getrennten Bodenplatten stehenden Rädern einer Achse durch vertikales Anregen der entsprechenden Bodenplatte in Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 1 und 25 Hz versetzt wird und eine Kraftanalyse der Radaufstandskraft auf der angeregten Seite zum Ermitteln von Parametern der Radaufhängung durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig auch eine Kraftanalyse der nicht angeregten Seite durchgeführt wird und
daß die Parameter der Radaufhängung durch Auswertung der Betrags­ frequenzgänge der Radaufstandskräfte beider Seiten ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung die Trägheitskräfte der Massen beider Boden­ platten berücksichtigt werden und aus den Betragsfrequenzgängen als Parameter die Reifensteifigkeit (cr), die ungefederte Masse (mr) sowie die hauptsächlich von einem jeweiligen Stoßdämpfer verursachte Dämpfung (rf) ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Radaufstandskräfte auch in einem niedrigen Frequenzbereich von etwa 1 bis 4 Hz gemessen und die Betragsfrequenzgänge beider Seiten auch in diesem Frequenzbereich ausgewertet werden und
daß als Parameter durch Auswertung der nichtangeregten Seite zusätzlich die Federkonstante (cf) der Fahrzeugfederung ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Anregung bei niedrigeren Frequenzen höher ist als bei höheren.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß als Parameter die gefederte Masse (mf) als Differenz der statischen Radlast und der ungefederten Masse (mr) gewonnen wird und
daß bei der Auswertung die Beziehung herangezogen wird, daß die Mas­ senanteile mp1 und mp2 in Reihe zur ungefederten Masse mr mit der Rei­ fensteifigkeit cr einen Parallelschwingkreis bilden, der ein Minimum im Betragsfrequenzbereich in der Nähe von fmin1/2 = (1/2pi).sqrt((cr.(mr+mp1/2))/­ (mr.mp1/2))) erzeugt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung der Räder auf der jeweiligen Bodenplatte und die Einhaltung der Positionierung während der Prüfung mittels unter den Bodenplatten angeordneter Kraftaufnehmer, die auch für die Prüfung verwendet werden, überwacht wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Auswertungstester mit zwei den Rädern (7) einer Achse zugeord­ neten Bodenplatten (2) vorgesehen ist, die von einem Motor (4) über eine Welle (3) und mindestens eine Schwungmasse (5) sowie jeweils zugeord­ nete Exzenter (6) in vertikale sinusförmige Schwingungen versetzbar sind,
daß zum Erfassen der Radaufstandskraft an den Bodenplatten (2) unter diesen jeweils mindestens ein Kraftaufnehmer (1) angeordnet ist, und
daß die Bodenplatten (2) unterschiedliche Massen besitzen.