DE2752262B1 - Messgeraet fuer die Wahrnehmungsstaerke von Schwingungen - Google Patents

Description

• Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Beschleunigungsaufnehmer über Verstärker an eine Parallelschaltung von mindestens zwei Bandfiltern mit unterschiedlichen Frequenzdurchlaßbereichen angeschlossen ist, welche mit für den betreffenden Frequenzbereich charakteristischen, unterschiedliche Funktionen des Effektivwertes der Beschleunigung in der vorbestimmten Richtung und/oder der Frequenz errechnenden Analogrechenschaltungen verbunden sind, deren Ausgänge über eine Summierstufe an einen auf eine bestimmte Integrationszeit einstellbaren, den integrierten Wert an ein Anzeigeinstrument liefernden Integrator angelegt sind. Erfindungsgemäß wird also nur mit einem einzigen Beschleunigungsaufnehmer gearbeitet, welcher sich sehr einfach und schnell in einem Versuchsfahrzeug installieren läßt. Die mathematische Bewertung erfolgt durch über Bandfilter an den einzigen Beschleunigungsaufnehmer angeschlossene Analogrechenschaltungen. Diese führen insbesondere eine frequenzabhängige Beschleunigungsbewertung durch. Insbesondere können bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät die bei dem bekannten Gerät erforderlichen aufwendigen 1 ntegrierstufen sowie wärmeisolierten Heizkammern oder Vakuumgefäße vermieden werden.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Anzeigeinstrument eine Digitalanzeige liefert die am Ende einer Messung sehr einfach fehlerfrei ablesbar ist.
• Die Frequenzbereiche der Bandfilter schließen vorzugsweise unmittelbar aneinander an, so daß eine lückenlose Bewertung nach der Frequenz möglich ist.
• Bevorzugt sind insgesamt drei Bandfilter und drei Rechenschaltungen vorgesehen. Die Bandfilter lassen dabei zweckmäßigerweise die Frequenzbereiche von 1 bis 4, 5 bis 8 bzw. 10 bis 80 Hz durch. Weiter ist das Gerät vorzugsweise so ausgebildet, daß die Analogrechenschaltungen als Funktion das Zehnfache des Produktes des Beschleunigungs-Effektivwertes und der Wurzel aus der Frequenz, das Zwanzigfache des Beschleunigungs- Effektivwertes bzw. das Einhundertsechzigfache des Produktes des Beschleunigungs- Effektivwertes und der reziproken Frequenz liefert. Mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät ist somit die Ermittlung der Wahrnehmungsstärken möglich, wie sie in der VDI-Norm 2057 festgelegt sind. Erfindungsgemäß werden diese einzelnen Wahrnehmungsstärken jedoch addiert und über einen bestimmten Zeitraum integriert, um eine für den Komfort des Fahrzeuges repräsentative Gesamt-Wahrnehmungsstärke (K-Wert) zu bilden.
• Zweckmäßigerweise ist ein Umschalter für die Herstellung einer direkten Eichverbindung zwischen den Verstärkern und dem Integrator vorgesehen, so daß vor der eigentlichen Messung eine Eichung der Meßkette Beschleunigungsaufnehmer, Verstärker über Integrationsstufe und Anzeigeinstrument möglich ist.
• So kann bei entsprechender Verstärkungsvorgabe (variabel) eine relative K-Wert-Anzeige beim Kippen des Beschleunigungsaufnehmers ;1 g statisch reproduzierbar erreicht werden.
• Der Zeitgeber des Integrators ermöglicht die Einstellung von Integrations-Vorgabezeiten von 1 sec bis 999 sec und ist zweckmäßigerweise auf 10 oder 100 sec einstellbar.
• Um von außen sofort eine Übersteuerung an irgendeiner Stelle der Schaltung feststellen zu können, sind nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Ausgang der Verstärker, der Summierstufe und/oder des Integrators an eine Übersteuerungs-Anzeige angeschlossen.
• Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Gerätes zeigt.
• Ein im Fahrzeug installierter, auf vertikale Beschleunigungen ansprechender Beschleunigungsaufnehmer 11 ist über einen beispielsweise eine maximale Verstärkung von 1000 aufweisenden Instrumentenverstärker 12 und einen beispielsweise einen Verstärkungsfaktor 10 aufweisenden Folgeverstärker 13 und einen Umschalter 23 an die Parallelschaltung dreier Bandfilter 14, 15, 16 angeschlossen. Das Bandfilter 14 ist auf einem Frequenzbereich von 1 bis 4 Hz, das Bandfilter 15 auf einen Frequenzbereich von 5 bis 8 Hz und das Bandfilter 16 auf einen Frequenzbereich von 10 bis 80 Hz abgestimmt.
• An die Bandfilter 14, 15, 16 sind Analogrechenschaltungen 17, 18, 19 angeschlossen, welche bestimmte Funktionen des Beschleunigungs-Effektivwertes und der Frequenz zu errechnen gestatten. Im einzelnen liefern die Rechenschaltungen 17, 18, 19 die folgenden Funktionen: F1 = 10. a.f F2 = 20. a2 F3 = 160 a3 l/f a1, a2, a3 sind dabei die Effektivwerte der vom Beschleunigungsaufnehmer 11 ermittelten Beschleunigungen.
• Die Ausgänge der drei Rechenschaltungen 17, 18, 19 sind einer Summierstufe 20 zugeführt, an deren Ausgang ein der momentanen Summe der drei Funktionen F1, F2, F3 entsprechendes elektrisches Signal ansteht, das über ein weiteres Kontaktpaar des Umschalters 23 an einen Integrator 21 angelegt ist, der durch einen Zeitgeber 25 zu einer Integration über einen Zeitraum von 10 oder 100 sec angeregt werden kann. Das lntegrationsergebnis K erscheint auf einem Digitalanzeigeinstrument 22.
• Die Ausgänge des Verstärkers 13, der Summierstufe 20 und des Integrators 21 sind mit Übersteuerungsanzeigen 26, 27 bzw. 28 verbunden, welche außen am Gerät die Übersteuerung der betreffenden Stufe zur Anzeige bringen. Hierdurch wird also die Funktionsunfähigkeit des Gerätes im Falle der Übersteuerung der betreffenden Stufe der Bedienungsperson zur Kenntnis gebracht.
• Der Umschalter 23 kann aus der Meßstellung I in die Eichstellung II umgeschaltet werden, in der die Bandfilter von dem Verstärker 13 abgetrennt werden und der Verstärker 13 über eine Leitung 24 unmittelbar mit dem Integrator 21 verbunden wird.
• Die Arbeitsweise des Gerätes ist wie folgt: Nach Einschalten des Gerätes und Abwarten einer bestimmten Anwärmzeit von beispielsweise 15 Minuten wird der Beschleunigungsaufnehmer beispielsweise an der Rückenlehne oder der Sitzfläche eines Kraftfahrzeuges bzw. an der Hüfte oder dem Kopf einer Versuchsperson befestigt. Anschließend wird der Umschalter 23 von der Stellung I (Messen) in die Stellung 11 (Eichen) umgelegt. Mit einem im Blockschaltbild nicht dargestellten Nullpunkt-Potentiometer kann der Verstärker auf elektrisch Null abgeglichen werden; eine am Verstärkerausgang angeschlossene Nullpunktindikator-Stufe 29 zeigt während des Nullpunktabgleichs exakt dann elektrisch Null, wenn alle Anzeigedioden in dem Digitalanzeigeinstrument 22 erloschen sind.
• Nunmehr wird im Zeitgeber 25 die Integrationszeit vorzugsweise auf 10 sec oder 100 sec mit digitaler Zeitvorwahl eingestellt. Auch die lntegrationskonstante ist jetzt vorzuwählen.
• Dann wird der Beschleunigungsaufnehmer 11 um 90O gekippt, was einer Beschleunigung von 1 g entspricht.
• Der Beschleunigungsaufnehmer 11 ist zum Zwecke dieser statischen Eichmöglichkeit in besonderer Weise ausgebildet.
• Nunmehr wird die Starttaste für die Integration gedrückt. Nach abgelaufener Integrationszeit muß das Digitalanzeigeinstrument 22 den K-Wert 100 anzeigen.
• Weicht die Anzeige des K-Wertes von 100,0 ab, so muß das Potentiometer für die Verstärkung im Instrumentenverstärker 12 so lange verstellt werden, bis nach Ablauf der Integrationszeit der K-Wert 100,0 angezeigt wird. Anschließend wird der Umschalter 23 von der Stellung 2 auf die Stellung 1 zurückgeschaltet. Nunmehr kann die Messung erfolgen, wobei darauf zu achten ist, daß die Meßstrecke, die Meßzeit und die Fahrgeschwindigkeit konstant gehalten werden.
• Es ist auch möglich, die einzelnen Frequenzbereiche der Bandfilter 14, 15, 16 bei der K-Wert-Ermittlung auszublenden, indem der betreffende Bandfilter durch Herausziehen von Schaltersteckbuchsen abgeschaltet wird.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Meßgerät für die Wahrnehmungsstärke von in einer vorbestimmten Richtung vorzugsweise der vertikalen Richtung in einem Fahrzeug auftretenden Schwingungen mit einem in der vorbestimmten Richtung wirksamen Beschleunigungsaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (11) über Verstärker (12, 13) an eine Parallelschaltung von mindestens zwei Bandfiltern (14, 15, 16) mit unterschiedlichen Frequenzdurchlaßbereichen angeschlossen ist, welche mit für den betreffenden Frequenzbereich charakteristischen, unterschiedlichen Funktionen (F,, F2, F3) des Effektivwertes der Beschleunigung in der vorbestimmten Richtung und/oder der Frequenz errechnenden Analogrechenschaltungen (17, 18, 19) verbunden sind, deren Ausgänge über eine Summierstufe (20) an einen auf eine bestimmte Integrationszeit einstellbaren, den integrierten Wert (K) an ein Anzeigeinstrument (22) liefernden Integrator (21) angelegt sind.
2. 2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeinstrument (22) eine Digitalanzeige liefert.
3. 3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbereiche der Bandfilter (14, 15, 16) unmittelbar aneinander anschließen.
4. 4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt drei Bandfilter (14, 15, 16) und drei Rechenschaltungen (17, 18, 19) vorgesehen sind.
5. 5. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandfilter (14, 15, 16) die Frequenzbereiche von 1 bis 4, 5 bis 8 bzw. 10 bis 20 Hzdurchlassen.
6. 6. Meßgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogrechenschaltungen (17, 18, 19) als Funktion das Zehnfache des Produktes des Beschleunigungs-Effektivwertes und der Wurzel aus der Frequenz, das Zwanzigfache des Beschleunigungs-Effektivwertes bzw. das Einhundertsechzigfache des Produktes des Beschleunigungs-Effektivwertes und der reziproken Frequenz liefern.
7. 7. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter für die Herstellung einer direkten Eichverbindung (24) zwischen den Verstärkern (12, 13) und dem Integrator (21) vorgesehen ist.
8. 8. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (25) des Integrators (21) auf Integrationsvorgabezeiten von 1 sec bis 999 sec, insbesondere 10 oder 100 sec, einstellbar ist.
9. 9. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Verstärker (12, 13) der Summierstufe (20) und/oder des Integrators (21) an eine Übersteuerungs-Anzeige (26,27,28) angeschlossen sind.

   Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für die Wahrnehmungsstärke von in einer vorbestimmten Richtung vorzugsweise der vertikalen Richtung in einem Fahrzeug auftretenden Schwingungen mit einem in der vorbestimmten Richtung wirksamen Beschleunigungsaufnehmer.

   Aufgrund der Kenntnisse der Zusammenhänge zwischen der objektiv meßbaren Schwingungsbelastung einerseits und der subjektiven Wahrnehmung andererseits, die in Grundlagenuntersuchungen ermittelt wurden, läßt sich der Begriff der Wahrnehmungsstärke definieren. Sie wird aus den physikalischen Meßgrößen der Schwingungsbelastung einer Person durch eine festgelegte Bewertung ermittelt und gibt den Grad der subjektiven Wahrnehmung des Menschen wieder.

   Insbesondere bei Personenkraftfahrzeugen kommt es darauf an, die Wahrnehmungsstärke optimal messen zu können, da diese einen Anhaltspunkt für den Komfort des Fahrzeuges darstellt.

   Es ist bereits ein Gerät zum Ermitteln einer hinsichtlich Frequenz und Amplitude mit Rücksicht auf die durch physiologische Versuche festgestellte durchschnittliche menschliche Empfindlichkeit definierte Güteziffer der Fahrannehmlichkeit bekanntgeworden (DE-AS 12 52 440), bei dem eine bestimmte Anzahl von Grenzbeschleunigungsmessern gleichzeitig verwendet wird. Das Gerät arbeitet mit der statistischen Erfassung von Überschreitungshäufigkeiten der durch die Beschleunigungsmesser festgestellten Grenzbeschleunigungswerte. Der Fahrkomfort eines Fahrzeuges wird also durch die Darstellung einer Häufigkeitsverteilung von Beschleunigungsgrenzwerten ermittelt.

   Die Installation der Meßeinrichtung des bekannten Gerätes in ein Versuchsfahrzeug ist jedoch sehr aufwendig, da mehrere Grenzwert- Beschleunigungsaufnehmer im Fahrzeug exakt positioniert werden müssen.

   Beispielsweise müssen 20 Grenzbeschleunigungsaufnehmer im Fahrzeug verteilt werden. Insbesondere bei Vergleichsmessungen an mehreren Versuchsfahrzeugen muß sich das Erfordernis der Anordnung sehr vieler Beschleunigungsaufnehmer als nachteilig erweisen.

   Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Meßgerät für die Wahrnehmungsstärke von Schwingungen in einem Fahrzeug zu schaffen, welches ohne großen Zeit- und Montageaufwand in einem Versuchsfahrzeug montierbar ist und gleichwohl eine zuverlässige Anzeigegröße für den Komfort eines bestimmten Fahrzeuges liefert.