DE19823367A1

DE19823367A1 - Method of testing motor vehicle wheel suspensions enables reliable, time-saving measurement value acquisition

Info

Publication number: DE19823367A1
Application number: DE1998123367
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-12-09

Abstract

The method involves placing the wheels (7) of one axle on wheel holders (2) that are simultaneously stimulated to oscillate by a vibration generator driven by a motor (4). The dynamic contact forces of the wheels on the wheel holders are measured simultaneously during the vibrations. Both wheel holders are stimulated both in phase and in antiphase. An Independent claim is also included for an arrangement for implementing the method.

Description

State of the art

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen einer Radaufhängung von Kraftfahrzeugen, bei dem beide Räder einer Achse gleichzeitig in vertikale Schwingungen versetzt und Radaufstandskräfte auf eine Bodenplattform sowie Wege während der Schwingungen gemessen werden.The invention relates to a method for testing a wheel suspension of motor vehicles, in which both wheels of one axle simultaneously in vertical Vibrations and wheel contact forces on a floor platform as well Paths during which vibrations are measured.

Ein Verfahren dieser Art ist in der DE 44 31 794 A1 angegeben. Hierbei wird das Fahrzeug zum Testen der Radaufhängung angehoben und auf eine Unterlage mit einer Wägeeinheit fallen gelassen. Anschließend wird das Schwingungs verhalten der Karosserie und jeweils eines Rades gemessen, um eine Aussage über die Karosserie- und Radmassen, die Federsteifigkeit und die Dämpfungs konstanten zu erhalten. Während des abklingenden Schwingungsvorganges wer den der zeitliche Verlauf der Krafteinwirkung auf die Unterlage sowie der Schwingungsverlauf von Karosserie und Rad erfaßt. Zur Auswertung werden die Bewegungsgleichungen anhand eines Modells mit zwei Massen und zwei hinter einander geschalteten gedämpften Federn ermittelt und das Fourier-Spektrum der Radaufstandskraft über der Frequenz berücksichtigt. Bei einem solchen Verfahren ist es schwierig, genaue Aussagen über die einzelnen Komponenten einer Radaufhängung zu gewinnen.A method of this type is specified in DE 44 31 794 A1. Here will the vehicle is raised to test the suspension and on a pad dropped with a weighing unit. Then the vibration behavior of the body and each wheel measured to make a statement about the body and wheel masses, the spring stiffness and the damping to get constant. During the decaying vibration process who the the time course of the force acting on the base and the Body and wheel vibration characteristics recorded. For evaluation, the Equations of motion based on a model with two masses and two behind mutually connected damped springs determined and the Fourier spectrum the wheel contact force over the frequency is taken into account. With such a It is difficult to make precise statements about the individual components a suspension to win.

Weitere Verfahren zum Prüfen einer Radaufhängung sind in der DE 24 03 343, bei der ein Rad mit einer Unwucht versehen und angetrieben wird, um es in Schwingungen zu versetzen, und in der DE 24 01 301 A1 beschrieben, bei der das Schwingungsverhalten und die Prüfung von Stoßdämpfern ebenfalls mittels einer Fallprüfung erfolgt.Further methods for testing a wheel suspension are in DE 24 03 343, where a wheel is unbalanced and driven to drive it into To set vibrations, and described in DE 24 01 301 A1, in which the vibration behavior and the testing of shock absorbers also by means of a drop test is carried out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen einer Rad aufhängung anzugeben, mit dem die Aussagekraft bezüglich des Zustandes und des Einflusses der einzelnen Komponenten der Radaufhängung erhöht wird.The invention has for its object a method for testing a wheel suspension with which the meaningfulness of the condition and the influence of the individual components of the wheel suspension is increased.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, daß beide Räder auf einer jeweiligen Bodenplattform aufstehend mittels dieser in Schwingungen versetzt werden, die unterschiedliche Fre quenzen im Bereich zwischen 1 Hz und 25 Hz durchlaufen, daß die Anregung der Schwingungen bezüglich beider Räder gegenphasig erfolgt und daß zusätz lich zu den Radaufstandskräften auf den beiden Bodenplattformen deren Weg oder Geschwindigkeit oder Beschleunigung gemessen wird.This object is achieved with the features of claim 1. After that is provided that both wheels stand up on a respective floor platform by means of these are set in vibration, the different fre sequences in the range between 1 Hz and 25 Hz that the excitation the vibrations with respect to both wheels is in phase opposition and that additional Lich on the way to the wheel contact forces on the two floor platforms or speed or acceleration is measured.

Mittels der beidseitigen, gegenphasigen Anregung der Schwingungen an beiden Rädern einer Achse wird eine reale Fahrsituation am reellsten und härtesten nachgebildet, so daß auch die Aussagen zur Fahrsicherheit aus dem Schwin gungsverhalten gut ablesbar sind. Insbesondere wird bei niedrigen Frequenzen im Bereich zwischen 1 bis 4 Hz auch eine Wankbewegung des Fahrzeuges ange regt und auswertbar. Für die möglichst sichere Bestimmbarkeit der auszuwer tenden Parameter trägt bei, daß zusätzlich zu den Radaufstandskräften auf den beiden Bodenplatten deren Weg, Geschwindigkeit oder Beschleunigung gemes sen wird.By means of the excitation of the vibrations on both sides in opposite phases A real driving situation becomes the most real and hardest when wheels are on one axle reproduced, so that the statements on driving safety from the Schwin behavior are easy to read. In particular, at low frequencies in the range between 1 to 4 Hz, a roll motion of the vehicle is also indicated stimulates and evaluable. For the safest possible determinability of the tendency parameter contributes that in addition to the wheel contact forces on the measured the way, speed or acceleration of both floor plates will.

Für den Aufbau und die gegenphasige Anregung der Schwingungen sowie die Zuverlässigkeit der Auswertung sind die Maßnahmen vorteilhaft, daß die Bodenplattformen mittels mindestens eines Motors und zweier um 180° versetzt wirkender Exzenter angeregt werden, daß die Radaufstandskräfte und die Wege oder Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen sowohl während einer Anlauf zeit als auch während einer Ausklingzeit der Schwingungen gemessen, aufge zeichnet und gespeichert werden.For the construction and the antiphase excitation of the vibrations as well as the Reliability of the evaluation, the measures are advantageous that the Floor platforms offset by at least one motor and two by 180 ° acting eccentric that the wheel contact forces and the ways or speeds or accelerations both during a startup time as well as measured during a decay time of the vibrations drawn and saved.

Um eine genügende Schwingungsanregung insbesondere auch bei niedrigen Fre quenzen zum Untersuchen der Radaufhängungseinflüsse bei Wankbewegungen mit einfachen Maßnahmen sicherzustellen, ist weiterhin vorgesehen, daß die Anregung der Schwingungen auch in einem Frequenzbereich zwischen 1 und 4 Hz erfolgt und daß zur Anregung der Schwingungen die Rotationsenergie einer die Bewegung der Bodenplattformen anregenden Schwungmasse groß gegen über der Differenz der Lage- und Federenergien der linken und rechten Seite des Fahrzeuges ist.To ensure sufficient vibration excitation, especially at low fre sequences for examining the wheel suspension influences during roll movements to ensure with simple measures, it is also envisaged that the Excitation of the vibrations also in a frequency range between 1 and 4 Hz and that to excite the vibrations the rotational energy of one the movement of the floor platforms stimulating flywheel against large about the difference of the position and spring energies of the left and right side of the Vehicle.

Eine zuverlässige Auswertung wird dadurch unterstützt, daß die beiden Bo denplattformen mittels eines gemeinsamen Motors und einer gemeinsamen Schwungmasse in Bewegung versetzt werden, bis die Frequenz ihrer Schwin gungen etwa 25 Hz beträgt und daß anschließend der Antrieb der Schwung masse abgeschaltet wird und die Frequenz der Schwingungen der Bodenplatt form entsprechend der abnehmenden Rotationsenergie der Schwungnase kon tinuierlich abnimmt. Dadurch werden Meßdaten in den wesentlichen Frequenz bereichen erhalten, die genauere Aussagen hinsichtlich der Eigenschaften und Zustände verschiedener Radaufhängungskomponenten ergeben.A reliable evaluation is supported in that the two Bo platforms by means of a common motor and a common one Inertia are set in motion until the frequency of their swing conditions is about 25 Hz and that then the drive of the swing mass is switched off and the frequency of the vibrations of the base plate shape corresponding to the decreasing rotational energy of the swing nose con is gradually decreasing. This makes measurement data in the essential frequency get areas that are more accurate in terms of properties and properties States of various suspension components result.

Zur Unterstützung und Verfeinerung der Auswertung ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, daß zusätzlich eine Bewegungsmessung der Räder und/oder der Karosserie erfolgt und auch diese Meßdaten aufgezeichnet und gespeichert werden.It is also advantageous to support and refine the evaluation provided that in addition a movement measurement of the wheels and / or the Bodywork takes place and this measurement data is recorded and stored become.

Die Auswertung und Berechnung aktueller Parameter der Radaufhängung erfolgt vorteilhaft in der Weise, daß die Auswertung mittels komplexer mathematischer Verfahren unter Berücksichtigung von Nichtlinearitäten von Radaufhängungs komponenten und von Anregungskomponenten erfolgt.Current parameters of the wheel suspension are evaluated and calculated advantageous in such a way that the evaluation by means of complex mathematical Procedure taking into account nonlinearities of wheel suspension components and excitation components.

Ferner ist für die Ermittlung der aktuellen Parameter der Radaufhängung eine Vorgehensweise in der Art günstig, daß die Auswertung mittels eines Modells erfolgt, wobei Startparameter über eine vereinfachte lineare Impedanzanalyse und Näherungsformeln ermittelt und mittels eines Rechenprogrammes Modell parameter und Kennlinien solange variiert werden, bis ein gefundener Para metersatz am besten mit einer gemessenen Kurve korreliert. Mit einem lei stungsfähigen Rechenprogramm ergeben sich bei dieser Vorgehensweise aussa gekräftige Werte für die zu ermittelnden Parameter der Radaufhängung.There is also a for determining the current parameters of the wheel suspension Approach in such a way that the evaluation by means of a model takes place, starting parameters via a simplified linear impedance analysis and approximation formulas and model using a computer program parameters and characteristics are varied until a found para meter set correlates best with a measured curve. With a lei viable computer programs result from this procedure strong values for the parameters of the suspension to be determined.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments under Be access to the drawing explained in more detail.

Die Figur zeigt einen Radaufhängungstester mit zwei Bodenplatten 2, die mittels eines Motors 4 über eine Achse 3 mit einer Schwungmasse 5 und den beiden Bodenplatten 2 zugeordneten Exzentern 6 in vertikale Schwingungen versetzt werden. Ferner sind beidseitig Wegaufnehmer 1 für Radfelgen und Karosserie 10 bzw. Fahrzeugaufbau angeordnet. Das Fahrzeug steht mit den beiden Rädern 7 einer Achse auf einer jeweiligen Bodenplatte 2. Die Karosserie 10 ist mit den Rädern 7 über Fahrzeugfedern 8 und Stoßdämpfer 9 gekoppelt.The figure shows a wheel suspension tester with two base plates 2 , which are set into vertical vibrations by means of a motor 4 via an axis 3 with a flywheel 5 and eccentrics 6 assigned to the two base plates 2 . Furthermore, displacement sensors 1 for wheel rims and body 10 or vehicle body are arranged on both sides. The vehicle stands with the two wheels 7 of an axle on a respective base plate 2 . The body 10 is coupled to the wheels 7 via vehicle springs 8 and shock absorbers 9 .

Die den beiden Bodenplatten 2 zugeordneten Exzenter 6 sind um 180° gegen einander verdreht, so daß mit ihnen eine gegenphasige Schwingung der beiden Bodenplatten 2 bewirkt wird. In Bezug auf die Fahrsicherheit ist eine derartige gegenphasige Anregung der reellste und härteste Test, mit dem das Fahrzeug zu Wankbewegungen angeregt wird, wenn die Anregungsfrequenz der Resonanz des Fahrzeugaufbaus und der Fahrzeugfederung entspricht, die etwa im Bereich zwischen 1 bis 4 Hz liegt.The eccentrics 6 assigned to the two base plates 2 are rotated by 180 ° relative to one another, so that they cause the two base plates 2 to oscillate in opposite phases. In terms of driving safety, such an anti-phase excitation is the most real and hardest test with which the vehicle is induced to roll when the excitation frequency corresponds to the resonance of the vehicle body and the vehicle suspension, which is approximately in the range between 1 and 4 Hz.

Der Motor 4 beschleunigt die Schwungmasse 5 in Form einer Schwungscheibe auf ca. 25 Hz und wird dann abgeschaltet. Die Schwungmasse 5 verliert auf grund von Reibungsvorgängen Energie und rotiert daher mit abnehmender Fre quenz. Kräfte und Bewegungen während der Beschleunigungszeit und Auskling zeit werden gemessen, aufgezeichnet und gespeichert. Dazu wird zusätzlich zu der Radaufstandskraft auf den Bodenplatten 2 der Weg der Bodenplatten 2 beispielsweise über einen Drehgeber gemessen, der auf einer Exzenter-Achse montiert ist.The motor 4 accelerates the flywheel 5 in the form of a flywheel to approximately 25 Hz and is then switched off. The flywheel 5 loses energy due to friction and therefore rotates with decreasing frequency. Forces and movements during acceleration and decay are measured, recorded and saved. For this purpose, in addition to the wheel contact force on the base plates 2, the path of the base plates 2 is measured, for example, using a rotary encoder which is mounted on an eccentric axis.

Der Radaufhängungstester kann bei dem beschriebenen Aufbau insbesondere auch mit Frequenzen bis unterhalb der Resonanz der gefederten Masse in Form des Fahrzeugaufbaus und der Fahrzeugfederung im Bereich zwischen 1 und 4 Hz angeregt werden, so daß ein wichtiger Gesichtspunkt für die Ermittlung der Radaufhängungsparameter gewährleistet ist. Dazu ist die Rotationsenergie der Schwungmasse 5 groß gegenüber der Differenz der Lage- und Federenergien von linker und rechter Fahrzeugseite gewählt, so daß das Frequenzspektrum sicher und mit genügend langer Dauer durchlaufen wird.The wheel suspension tester can be excited in the described construction in particular with frequencies below the resonance of the sprung mass in the form of the vehicle body and the vehicle suspension in the range between 1 and 4 Hz, so that an important point of view for determining the wheel suspension parameters is ensured. For this purpose, the rotational energy of the flywheel 5 is large compared to the difference in position and spring energies from the left and right side of the vehicle, so that the frequency spectrum is run through safely and with a sufficiently long duration.

Die Bewegungsmessung der Räder 7 und der Karosserie 10 bzw. deren Weg, Geschwindigkeit oder Beschleunigung kann mit verschiedenen Aufnehmern, beispielsweise Piezo- oder Ultraschall-Beschleunigungssensoren oder optisch z. B. mit Bildverarbeitung unter Verwendung einer Zeilenkamera, Videokamera, eines Lasers oder Geräten ähnlich Barkode-Lasern erfolgen. Bei optischer Aufnahme kann eine Kontrastmarkierung am Fahrzeug angebracht werden.The movement measurement of the wheels 7 and the body 10 or their path, speed or acceleration can be carried out with various sensors, for example piezo or ultrasonic acceleration sensors or optically e.g. B. with image processing using a line camera, video camera, a laser or devices similar to barcode lasers. A contrast marking can be attached to the vehicle for optical recording.

Die Auswertung erfolgt beispielsweise mittels eines komplexen mathematischen Verfahrens, wie einer komplexen nichtlinearen Impedanzanalyse und optional mit den Informationen der Bewegungen der Radfelgen und der Karosserie 10. Bei den mathematischen Verfahren werden die Nichtlinearitäten der Radaufhän gungskomponenten sowie des Radaufhängungstesters berücksichtigt. Die Lö sung der Differentialgleichungen kann vorteilhaft im Bildbereich mittels Laplace- Transformation sowie dem Annähern der nichtlinearen Kennlinien mittels New ton-Raphson Verfahren erfolgen. Die Startparameter werden über eine verein fachte lineare Impedanzanalyse und Näherungsformeln ermittelt. Mittels eines optimierenden Rechenprogrammes werden dann alle Parameter und Kennlinien optimiert und der Parametersatz herausgesucht, der am besten mit den ge messenen Kurven korreliert. Zum Ermitteln der Modellparameter und bei der Auswertung kann eine Fahrzeugdatenbank herangezogen werden, die jedoch hohen Pflegeaufwand erfordert. Vorteilhaft ist alternativ eine halbautomatische Bewertung durch ein Experten-Programm, bei dem ein Benutzer interaktiv Fahrzeugdaten eingibt und auch eine Grobklassifikation nach Fahrzeugart (sportlich, komfortabel, Kleinwagen, Geländewagen usw.) vorgenommen werden kann. Das Analyseprogramm ermittelt dann aus den Fahrwerksparametern, der Massenverteilung und den Zusatzinformationen Aussagen über Fahrsicherheit, den Fahrkomfort sowie den Zustand der Fahrwerkskomponenten, insbesondere auch der Stoßdämpfer.The evaluation takes place, for example, by means of a complex mathematical method, such as a complex non-linear impedance analysis and optionally with the information of the movements of the wheel rims and the body 10 . The mathematical methods take into account the nonlinearities of the suspension components and the suspension tester. The solution of the differential equations can advantageously take place in the image area by means of Laplace transformation and the approximation of the non-linear characteristic curves by means of the New ton-Raphson method. The starting parameters are determined using a simplified linear impedance analysis and approximation formulas. Using an optimizing computer program, all parameters and characteristics are then optimized and the parameter set that best correlates with the measured curves is selected. A vehicle database can be used to determine the model parameters and for the evaluation, but this requires a lot of maintenance. Alternatively, a semi-automatic evaluation by an expert program is advantageous, in which a user enters vehicle data interactively and a rough classification according to vehicle type (sporty, comfortable, small car, off-road vehicle, etc.) can be carried out. The analysis program then uses the chassis parameters, the mass distribution and the additional information to determine statements about driving safety, driving comfort and the condition of the chassis components, especially the shock absorbers.

Durch die gleichzeitige Anregung beider Fahrzeugseiten ergibt sich auch eine kurze Meßzeit. Zudem werden auch solche Fehler der Radaufhängung erkannt, die besonders beim Auftreten von Seitenkräften zutage treten, wie horizontales Lagerspiel, da das Fahrzeug zu Wankbewegungen angeregt wird. Der Aufbau des Radaufhängungstesters in der beschriebenen Weise mit nur einem Motor 4 und einer Schwungmasse 5 ist nicht nur relativ einfach, sondern auch kosten günstig. Als Nebenergebnis bei der Messung und Auswertung ist auch die Mes sung der Reifensteifigkeit und bei zusätzlicher Eingabe der Reifenbauart eine Aussage über den Luftdruck des Reifens möglich. Die Reifenbauart kann dabei mittels OCR-Leser aus dem Reifenaufdruck erfolgen.The simultaneous excitation of both sides of the vehicle also results in a short measuring time. In addition, such faults in the wheel suspension that are particularly apparent when lateral forces occur, such as horizontal bearing play, are recognized because the vehicle is induced to roll. The construction of the wheel suspension tester in the manner described with only one motor 4 and a flywheel 5 is not only relatively simple but also inexpensive. As a by-product of the measurement and evaluation, it is also possible to measure the tire stiffness and, if the type of tire is also entered, a statement about the air pressure of the tire is possible. The type of tire can be made from the tire print using an OCR reader.

Claims

1. A method for testing a wheel suspension of motor vehicles, in which both wheels of an axle are simultaneously set in vertical vibrations and wheel contact forces are measured on a floor platform and paths during the vibrations, characterized in that
that both wheels standing on a respective floor platform are set into vibrations by means of this, which pass through different frequencies in the range between 1 Hz and 25 Hz,
that the excitation of the vibrations with respect to both wheels is in phase opposition and
that form in addition to the wheel contact forces on the two floor plates whose way or speed or acceleration is measured.

2. The method according to claim 1, characterized in that
that the floor platforms are excited by means of at least one motor and two eccentrics which are offset by 180 °, and
that the wheel contact forces and the paths of the speeds or accelerations are measured, recorded and stored both during a start-up time and during a decay time of the vibrations.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in
that the excitation of the vibrations takes place in a frequency range between 1 and 4 Hz and
that to excite the vibrations, the rotational energy of a flywheel that stimulates the movement of the floor platform is large compared to the difference in the position and spring energies of the left and right sides of the vehicle.

4. The method according to claim 3, characterized in
that the two floor platforms are set in motion by means of a common motor and a common flywheel until the frequency of their vibrations is approximately 25 Hz and
that the drive of the flywheel is then switched off and the frequency of the vibrations of the floor platforms decreases continuously in accordance with the decreasing rotational energy of the flywheel.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that in addition a movement measurement of the wheels and / or the body This is done and these measurement data are also recorded and stored become.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the evaluation using complex mathematical methods under Consideration of nonlinearities of suspension components and done by excitation components.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the evaluation is carried out using a model, with start parameters using a simplified linear impedance analysis and approximation formulas determined and using a computer program model parameters and Characteristic curves are varied until a found parameter set on best correlated with a measured curve.