DE2445406B1

DE2445406B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE2445406B1
Application number: DE2445406A
Authority: DE
Inventors: Guenther 6100 Darmstadt Himmler
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1974-09-23
Publication date: 1975-12-18
Also published as: DE2445406C2; GB1515717A; JPS5752975B2; JPS5160874A; FR2285605A1; US3981174A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand, bei dem ein auf einer Radaufstandsplatte ruhendes Rad des Rahrzeuges in Schwingungen versetzt wird und bei Resonanz des schwingenden Systems die Radaufstandskraft gemessen wird sowie eine Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand, mit einer schwingungsfähigen Radaufstandspiatte, deren Schwingungen mittels eines Kraftaufnehmers erfaßbar sind, mit Mitteln zur Ermittlung der Resonanz.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 48 546 ist ein Prüfgerät für Fahrzeugschwingungsdämpfer bekanntgeworden, bei dem die Radlast über eine Feder gegen ein festes Widerlager abgestüzt wird und bei dem eine motorgetriebene umlaufende Masse an der Aufstandsplatte des Fahrzeugrades angeordnet ist. Die durch die umlaufende Masse zu Schwingungen angeregte Radaufstandsplatte erregt ihrerseits wiederum das Federungssystem des Fahrzeuges zu Resonanzschwingungen. Die Amplituden dieser Schwingungen werden dann auf einer Meßeinrichtung angezeigt.

Bei diesen Prüfgeräten wird somit nur eine mittelbare Größe, nämlich die Schwingungsamplitude, gemessen. Die Amplitude ist nämlich nur indirekt proportional dem Zustand des zu prüfenden Dämpfers. Die Funktonsfähigkeit des zu prüfenden Schwingungsdämpfers kann man daher nur mittelbar überprüfen. Der Zusammenhang zwischen Amplitude und Dämpfung verläuft nach einer Hyperpe, und der für die Auswertung der Qualität des Dämpfers wichtigste Kurvenbereich verläuft sehr flach. Die Fehlermöglichkeiten bei der Auswertung sind daher relativ groß. In der Regel des weiteren eine graphische Auswertung des aufgezeichneten Diagramms, was sehr umständlich und zeitraubend sein kann.

Ferner ist ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdämpfern bei Kraftfahrzeugen bekanntgeworden (deutsche Offenlegungsschrift 22 54 272), bei dem ein Rad ebenfalls auf eine schwingbare Radaufstandsplatte aufgebracht wird, die Radaufstandsplatte ist hierbei am einen Ende schwenkbar gelagert Beim bekannten Prüfgerät sind zwischen dem Antrieb für die Radaufstandsplatte und der Radaufstandsplatte weitere Federn vorgesehen, die unterschiedliche Reifencharakteristiken ausgleichen sollen. Die Schwingungen werden durch Umformer, wie Beschleunigungs- oder Kraftwertaufnehmer, gemessen und direkt zur Anzeige gebracht. Auch hieraus ergibt sich der schon im vorstehenden erwähnte Nachteil, daß nur mittelbare Größen zur Auswertung der Qualität des Stoßdämpfers herangezogen werden. Diese Größen sind nur indirekt proportional dem Dämpfungsverfahren des Schwingungsdämpfers bzw. Stoßdämpfers und haben, wie schon erwähnt einen solchen Kurvenverlauf, der keine ausreichend genaue Auswertung ermöglicht

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Qualitätsprüfung von Schwingungsdämpfern für Fahrzeuge im eingebauten Zustand zu zeigen, bei denen eine Meßgröße gewonnen wird, die direkt proportional der Qualität des Stoßdämpfers ist und als unmittelbare Anzeigengröße zur Verfügung steht

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß neben der Radaufstandskraft gleichzeitig noch die Schwinggeschwindigkeit gemessen wird und die Radaufstandskraft durch die Schwinggeschwindigkeit dividiert und der Quotient angezeigt wird.

Die vorstehend bezeichnete Aufgabe wird ferner bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zum Kraftwertaufnehmer ein Geschwindigkeitsaufnehmer vorgesehen ist, der die Schwinggeschwindigkeit der Radaufstandsplatte erfaßt, und daß der Kraftwertaufnehmer und der Geschwindigkeitsaufnehmer an einen Dividierer angeschlossen sind, dem ein Anzeigegerät für den Quotienten aus Radaufstandskraft und Schwingungsgeschwindigkeit (Impedanz) nachgeschaltet ist.

COPY ORIGINAL IN6PECTED-

Dem Geschwindigkeitsaufnehmer können zwei Differenzierer und ein erster Komparator in der Reihe nachgeschaltet sein, wobei am Ausgang des ersten Differenzierers zusätzlich ein zweiter Komparator angeschlossen ist, und außerdem können an den Ausgängen der beiden Komparatoren ein UND-Schalter angeschlossen sein, der bei Entscheidungen = O am ersten Komparator und < Odes zweiten Komparators einen weiteren Schalter so ansteuert, daß der Ausgang des Dividierers mit dem Eingang des Anzeigengerätes verbunden wird.

Außerdem kann der Geschwindigkeitsaufnehmer als Beschleunigungsaufnehmer mit nachgeschaltetem Integrierer ausgebildet sein. Ferner können die Ausgangswerte des Geschwindigkeitsaufnehmers und des Kraftwertaufnehmers über Spitzengleichrichter dem Dividierer zugeführt werden.

Bei der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß man ein direktes Maß für die Qualität des zu überprüfenden Schwingungsdämpfers erhält. Dieses Maß ergibt sich als Quotient aus dynamischer Radaufstandskraft und Schwinggeschwindigkeit des schwingenden Systems. Diesen Quotienten kann man auch als Impedanz des schwingenden Systems definieren. Diese Impedanz ist gleich der Dämpfung des Fahrzeugschwingungsdämpfers.

In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es soll an Hand dieser Figuren die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Ansicht des mechanischen Aufbaues eines Prüfstandes von vorne,

F i g. 2 eine Seitenansicht des in der F i g. 1 gezeigten Prüfstandes und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung für den in den F i g. 1 und 2 gezeigten mechanischen Teil des Prüfstandes.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Kraftfahrzeug als Ersatzmasse 13 dargestellt. Von diesem Fahrzeug sind ein Fahrzeugrad 9, ein Radlager 10, eine Fahrzeugfederung 11 und ein zu prüfender Schwingungsdämpfer 12 schematisch dargestellt. Das Fahrzeugrad 9 ruht auf einer Radaufstandsplatte 8, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Kugelpfanne ausgebildet ist.

Der Prüfstand weist eine Grundplatte 1 und einen Seitenteil 21 auf, an dem vorzugsweise zwei Parallelführungsfedern 2 eingespannt sind. Am anderen Ende der Parallelführungsfedern 2 ist ein Gehäuse 22 vorgesehen. Im Gehäuse 22 ist eine Welle 23 mit einem Unwuchterreger 4 angeordnet. Bevorzugt werden zwei Unwuchterreger 4 auf beiden Seiten des Gehäuses 22 vorgesehen, wie das aus der F i g. 2 ersichtlich ist. Die Welle 23 und der bzw. die daraufsitzenden Unwuchterreger 4, deren Größe einstellbar sein kann, können über eine Kardanwelle 17 von einem ortsfesten Antriebsmotor angetrieben werden. Der Antriebsmotor 16 kann von Linkslauf auf Rechtslauf umschaltbar sein. Im Gehäuse 22 sind ferner vorzugsweise zwei Parallelführungsfedern 19 vorgesehen. In der Mitte der zweiten Führungsfeder 19 ist ein zweites Gehäuse 24 angeordnet, das eine Abdeckplatte 36 aufweist und die Verbindung beider Parallelführungsfedern 19 herstellt. Auf der Abdeckplatte 36 kann die Radaufstandsplatte 8 fest montiert sein.

Zwischen der Querverbindung des ersten Gehäuses 22 und der einen Führungsfeder 19 ist ein Kraftwertaufnehmer 5 angeordnet. Dieser kann durch eine Einrichtung 6 vorgespannt werden. Zwischen dem ersten Gehäuse 22 und der Grundplatte 1 ist ein Geschwindigkeitsaufnehmer 7 vorgesehen. Dieser kann aus einem Beschleunigungsmeßwertaufnehmer und einem nachgeschalteten Integrator bestehen.

Zur Aufnahme und Kompensierung des Fahrzeuggewichtes kann eine Feder 3 zwischen Grundplatte 1 und dem zweiten Gehäuse 24 angeordnet sein. In vorteilhafter Weise können beidseitig des Prüfgerätes Federn 3 angeordnet sein, wie das insbesondere aus der F i g. 1 ersichtlich ist. Um unterschiedliche Fahrzeuggewichte berücksichtigen zu können, kann eine Verstelleinrichtung in Form einer Spindel 20 vorgesehen sein. An Ausgängen 14 und 15 werden die vom Kraftwertaufnehmer 5 und dem Geschwindigkeitsaufnehmer 7 erzeugten Spannungen abgenommen.

In der F i g. 3 ist eine Auswerteschaltung für die an den Eingängen 14 und 15 gewonnenen Spannungen dargestellt. Die Spannung des Geschwindigkeitsaufnehmers 7 erscheint am Ausgang 14, und die Spannung des Kraftwertaufnehmers 5 erscheint am Ausgang 15. Der Geschwindigkeitsaufnehmer kann, wie schon erwähnt, als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet sein, dessen Ausgangsspannung vor der Weiterverarbeitung in der in der F i g. 3 dargestellten Auswerteschaltung integriert sein.

Am Ausgang 15 des Kraftwertaufnehmers 5 liegt ein Ladungsverstärker 25. Der Ausgang des Ladungsverstärkers 25 ist über einen Spitzenwertgleichrichter 26 an einen Dividierer 27 angeschlossen. Die Ausgangsspannung des Geschwindigkeitsaufnehmers 7, welche am Ausgang 14 erscheint, wird an den Eingang eines zweiten Spitzenwertgleichrichters 28 gelegt. Der Ausgang des Spitzenwertgleichrichters ist mit einem weiteren Eingang des Dividierers 27 verbunden. Der Ausgang des Dividierers 27 ist mit einem Speicher 29 verbunden, an dessen Ausgang ein Anzeigegerät 35 angeschlossen ist. Ferner weist die Auswerteschaltung in der F i g. 3 noch in Reihe geschaltete Differenzierer 30,32 auf, die am Eingang des Spitzenwertgleichrichters 28 liegen. Am Ausgang des einen Differenzierers 30 liegt ein Komparator 31, und am Ausgang des weiteren Differenzierers 32 liegt ein zweiter Komparator 33. Der Ausgang (a = O) des Komparators 31 ist mit einer UND-Schaltung 34 verbunden, während der Ausgang (a < O) des zweiten Komparators 33 mit einem anderen Eingang der UND-Schaltung 34 verbunden ist. Der Ausgang der UND-Schaltung steuert den Speicher 29. an.

Die folgenden Ausführungen sollen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung dienen:

Ein schwingungstechnisches Ersatzsystem setzt sich aus dem schwingungstechnischen System des Fahrzeugs und des Prüfstandes zusammen. Unter Beachtung des Frequenzbereiches für die Messung des Dämpfungsverhaltens wird der Reifen als ausreichend steif angenommen und die Reifendämpfung gegenüber der Stoßdämpferdämpfung vernachlässigt.

Bei der praktischen Ausführung eines Fahrzeugschwingungsdämpferprüfstandes liegen die Eigenschwingungen des Fahrzeugaufbaues bei etwa 1,5 Hz und die Eigenschwingungen der schwingenden Masse im, die sich aus Reifenmasse, Achsmasse und angekoppelter Prüfstandsmasse zusammensetzt, bei etwa 6 Hz, so daß bei der Messung im Resonanzbereich von etwa 6 Hz der Fahrzeugaufbau als feststehend angenommen werden kann und sich somit folgende Bedingung ergibt:

Wi₁-X₁ + d · X₁ + X₁ (C₁ + C₂) = m · r ■ w² · sin wt

(D

Jn₁ = Reifenmasse + Achsmasse + angekoppelter Prüfstandsmasse,
C₁ = Prüfstandsfeder,
C₂ = Fahrzeugdämpfungsfeder,
d = Dämpfung des Stoßdämpfers,
m-r-w²- = Unwuchterregerkraft,

X₁ = Schwingung der Masse m,,
m = Masse des Unwuchtgewichtes.

Die einzelnen Summanden der Gleichung (1) kann man auch als Kräfte definieren, wobei

F₁ = m_} ■ X₁,

F₂ = Ii-X₁,

F₃ = X₁ (C₁ + C₂)

ist und diese wiederum als geschwindigkeitsabhängige Größen darstellen; setzt man χ = υ, dann gilt:

dv

F₂ = d-v,

F₃ = (C₁ + C₂) j v-dt.

Da es sich um periodische Schwingungen handelt, kann der Ansatz ν = V ■ e^J'"' gemacht werden und für die Kräfte der allgemeine Ansatz F,- = F,- · e^J"'"'.

F₁ = jo)tnV,

(C₁ +C₂)- V

J ω

Durch diese Vereinbarung kann man den Schwingungswiderstand, den die Masse, die Feder oder der Dämpfer einer Krafteinwirkung entgegensetzt, als

sogenannte Impedanz / definieren, so daß sich / = —

ergibt.

Für den Fall der Resonanz ist Fi gleich Fz, so daß die gemessene Impedanz gleich der Dämpfung des Fahrzeugschwingungsdämpfers ist.

Da die Unwuchterregerkraft unabhängig von dem schwingungstechnischen Aufbau des Prüfstandes ist, gelingt es durch Messung der Geschwindigkeit von m\ oder des Dämpfers, welche alle gleich sein müssen, die Impedanz und damit direkt die Dämpfung bzw. Qualität des Fahrzeugschwingungsdämpfers bei Resonanz zu messen.

Die Wirkungsweise der in der Fig.3 dargestellten Auswerteschaltung ist die folgende:

Die Ausgangsspannung des Kraftaufnehmers 5, welche an der Ausgangsklemme 15 erscheint, wird zunächst dem Ladungsverstärker 25 und dann über den Spitzenwertgleichrichter 26 als Dividend dem Dividierer 27 eingegeben. Die Ausgangsspannung des Geschwindigkeitsaufnehmers 7, welche an der Ausgangsklemme 14 erscheint, wird über den zweiten Spitzenwertgleichrichter 28 als Divisor dem Dividierer 27 eingegeben. Der Dividierer 27 führt fortwährend eine Division der beiden eingehenden Werte durch und leitet sie der Schalteinrichtung bzw. dem Speicher 29 weiter.

Aus den vorstehend erläuterten physikalischen Zusammenhängen ergibt sich, daß die Impedanz des schwingenden Systems gleich der Dämpfung des Fahrzeugschwingungsdämpfers 12 ist, wenn die Geschwindigkeit ein Maximum, d.h. Resonanz errreicht. Zur Ermittlung des Maximums der Geschwindigkeit, d. h. zur Ermittlung der Resonanz, wird deshalb nach dem Spitzenwertgleichrichter 28 die Ausgangsspannung in dem Differenzierer 30 differenziert und einem Komparator 31 weitergeleitet. Dieser entscheidet, ob die erste Ableitung der Schwingungsgeschwindigkeit nach der Zeit < O, = O, > O ist. Da nur dann ein Maximum vorliegt, wenn die zweite Ableitung der Schwingungsgeschwindigkeit nach der Zeit negativ ist, wird die Ausgangsspannung des ersten Differenzierers 30 in den zweiten Differenzierer 32 eingegeben und dann dem zweiten Komparator 33 zugeleitet. Nur dann, wenn beide Bedingungen (erste Ableitung der Schwinggeschwindigkeit = O und zweite Ableitung der Schwinggeschwindigkeit < O) erfüllt sind, spricht die UND-Schaltung 34 an und aktiviert den Speicher 29, der dann den anliegenden Wert des Dividierers 27 an das Anzeigengerät 35 weiterleitet. Dieser Wert kommt dann dort zur Anzeige und ist ein direkter Wert für die Qualität des Schwingungsdämpfers bzw. des Stoßdämpfers.

Das Anzeigegerät 35 kann so geeicht sein, daß direkt der Wirkungsgrad des zu prüfenden Fahrzeugschwingungsdämpfers 12 angezeigt wird. Bei der gezeigten Vorrichtung werden somit die Kräfte, welche an der Radaufstandsplatte angreifen, und die Schwingungsgeschwindigkeit des schwingenden Systems im Resonanzbereich des Schwingungssystems gemessen und anschließend Spitzenwertgleichrichtern 26, 28 zugeleitet.

Durch die nachfolgende Division im Dividierer 27 wird die Impedanz des schwingenden Systems ermittelt, wodurch man ein direktes Maß für die Qualität des zu prüfenden Schwingungsdämpfers 12 erhält.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand, bei dem ein auf einer Radaufstandsplatte reuhendes Rad des Fahrzeuges in Schwingungen versetzt wird und bei Resonanz des schwingenden Systems die Radaufstandskraft gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Radaufstands- ι ο kraft gleichzeitig noch die Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte gemessen wird und die dynamische Radaufstandskraft durch die Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandplatte dividiert und der Quotient angezeigt wird.

2. Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges in eingebautem Zustand mit einer schwingfähigen Radaufstandsplatte, deren Schwingungen mittels eines Kraftwertaufnehmers erfaßbar sind, und Mitteln zur Ermittlung der Resonanz zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Kraftwertaufnehmer (6) ein Geschwindigkeitsaufnehmer (7) vorgesehen ist, der die Schwinggeschwindigkeit der Radaufstandsplatte (8) erfaßt, und daß der Kraftwertaufnehmer und der Geschwindigkeitsaufnehmer an einen Dividierer (27) angeschlossen sind, dem ein Anzeigegerät (35) für den Quotienten aus Radaufstandskraft und Schwinggeschwindigkeit nachgeschaltet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen (15, 14) des Kraftwert- und Geschwindigkeitsaufnehmers (5, 7) und dem Dividierer (27) Spitzengleichrichter (26,28) geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spitzenwertgleichrichter (28), der an den Ausgang (14) des Geschwindigkeitsaufnehmers (7) angeschlossen ist, zwei Differenzierer (30, 32) und ein erster Komparator (33) in Reihe nachgeschaltet sind und am Ausgang des ersten Differenzierers (30) zusätzlich ein zweiter Komparator (31) angeschlossen ist und daß an Ausgängen der Komparatoren (31, 33) eine UND-Schaltung (34) angeschlossen ist, die bei Entscheidungen = O am ersten Komparator (33) und < O am zweiten Komparator (31) einen weiteren Schalter (29) so ansteuert, daß der Ausgang des Dividierers (27) mit dem Eingang des Anzeigegerätes (35) verbunden ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Geschwindigkeitsaufnehmer (7) als Beschleunigungsaufnehmer mit nachgeschaltetem Integrierer ausgebildet ist