DE2818572C2

DE2818572C2 - Vorrichtung zur frequenzselektiven Erfassung von in einem Kraftfahrzeug auftretenden mechanischen Schwingungen

Info

Publication number: DE2818572C2
Application number: DE2818572A
Authority: DE
Inventors: Hirohide Mishima Shizuoka Iwase; Yukio Susono Shizuoka Maeda; Tatsuo Mishima Shizuoka Sugitani
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1986-12-04
Also published as: JPS54682A; US4169370A; DE2818572A1

Description

ß_i stand VT? zur Einstellung der Offset-Spannung bzw. Schaltung Äund eine Schaltung C auf, welche das Band-

|*i Verselzungsspannung versehen ist Ein Kondensator C₂ paßfilter 4, die Differenzierschaltung und die Schal-

% und ein Widerstand A₂ bilden eine Gegenkppplungs- tungsanordnung 3 gemäß der vorstehenden Beschrei-

y schaltung. Der Rechenverstärker 5, die kondensatoren bung zur Erzeugung von Bewertungs-Werten von Stoß-

% Q und C₂ und die Widerstände Ri und R₂ bilden eine s wellen enthält Die Schaltung B weist eine Stromversor-

k- Differenzierschaltung, die die Amplitude der Signale gung, einen Beschleunigungssensor 5£W, einen Normal-

|| hervorbringt, die das Bandpaßfilter 4 durchlaufen ha- signalgenerator DSGA zur Abgabe von Normal- oder

tf ben. Bezugssignalen für die Korrektur von Bewertungs-

f I In F i g. 5 ist eine Schaltung eines Stoßwellenniiißge- Werten und ein Pegelmeßgerät 12 auf. In der Schaltung

: , räts gezeigt, das das Bandpaßfilter 4, die Differenzier- io B werden durch einen Umschalter 11 ein Ausgangssi-

|; schaltung und die Schaltungsanordnung 3 zeigt F i g. 3 gnal aus einem Anschluß EXT des Beschleunigungssen-

f j zeigt auf der Ordinate Stoßwellenwerte (Amplituden- sore SEN und ein Ausgangssignal aus einem Anschluß

p Effektivwerte oder quadratische AmplitudenVMittel- JNT des Normalsignalgenerators DSGA in Eingangssi-

U werte), die unter Anwendung der Vorrichtung gemäß gnale umgesetzt und ihre Werte zur Einstellung der I F i g. 5 ermittelt sind, und auf der Abszisse Stoßwellen- 15 Signale aus dem Beschleunigungssensor SEN auf einen

α werte, die durch die menschlichen Sinne ermittelt sind, geeigneten Pegel miteinander mittels des Pegelmeßge-

|: während F ig. 4 auf der Ordinate Stoßwellenwerte (Am- räts 12 verglichen. Die Signale aus dem Sensor SSV

ti plituden-Effektivwerte), die unter Verwendung eines werden dann mittels eines Rechenverstärkers 13 auf

H Stoßwellenmeßgeräts mit einem herkömmlichen Band- einen Pegel verstärkt bei dem das Bandpaßfilter 4 ar-

''" paßfilter für den Durchlaß von Stoßwellen mit Frequen- 20 beitet Zur Einstellung der Signalverstärkung ist zwi-

■ zen von 2 bis 10 Hz ermittelt sind, und auf der Abszisse sehen den Ausgang und den nicht invertierenden Ein-■ _t Stoßwellenwerte zeigt, die durch die menschlichen Sin- gang des Rechenverstärkers 13 ein veränderbarer Wi-I ne bewertet sind. In den F i g. 3 und 4 haben die Abszis- derstand geschaltet Die durch den Rechenverstärker 13 ξι sen die folgenden Begriffsbestimmungen: verstärkten Signale gelangen dann in das Bandpaßfilter ■_Λ; 25 4, das die Signale innerhalb eines Frequenzbereichs '{■-. 1 ... nicht unangenehm durchläßt, in welchem eine leichte Wahrnehmung durch p- 2 ... wenig unangenehm die menschlichen Sinne erfolgt jedoch die Signale in-'$: 3 ... etasunangenehm nerhalb desjenigen Frequenzbereichs dämpft in weljg 4 ... unangenehm chem eine Wahrnehmung durch die menschlichen Sinne ^;·- 5 ... sehr unangenehm 30 bzw. das menschliche Empfinden schwierig ist Die Siif gnale, die durch das Bandpaßfilter 4 hindurchgelangt ''■■ Die Bewertungen bzw. Beurteilungen nach den sind, werden mittels der Differenzierschaltung aus dem f. F i g. 3 und 4 wurden für Eingangssignale vorgenom- Rechenverstärker 5, den Kondensatoren Q und C₂ und fi men, die durch dieselbe Stoßwellenerscheinung erzeugt den Widerständen R\ und A₂ differenziert, wonach Reff wurden. 35 chenverstärker 15 und 16 der Schaltungsanordnung 3 ·:.; Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die mittels der erfin- die Signale aus der Differenzierschaltung in Signale um-H dungsgemäßen Vorrichtung beurteilten bzw. bewerte- setzen, deren Pegel den Amplituden-Effektivwerten der

;, ten Werte gut mit den durch die menschlichen Sinne innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer erzeugten Si-

- i beurteilten übereinstimmen, d. h. die mittels der Vor- gnale entsprechen. Die (Effektivwert-)Signale werden

richtung ermittelten Werte um so höher sind, je unange- 40 dann in einem Rechenverstärker 17 auf einen geeigne-

;■'", nehmer oder unerwünschter die Stoßwellen für die ten Pegel verstärkt und in die Anzeigeschaltung A ein-

; J menschlichen Sinne bzw. das menschliche Empfinden gegeben.

ν sind. F i g. 4 zeigt dagegen offensichtlich keine derartige Bei der beschriebenen Vorrichtung werden somit aus

ΐ'| Übereinstimmung, was beispielsweise daraus ersichtlich den während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs auftreten-

g ist, daß hinsichtlich des "durch ein herkömmliches Stoß- 45 den Stoßwellen mit einer Vielfalt von Frequenzen für

Ii wellenmeßgerät ermittelten Werts die durch den Punkt diejenigen Stoßwellen, die innerhalb eines Frequenzbe-

;|j A dargestellte Stoßwelle höher als die durch den Punkt reichs liegen, innerhalb dessen sie für die menschlichen

'f| B dargestellte liegt obgleich die erstere für das mensch- Sinne leicht wahrnehmbar sind, die quadratischen Mit-

jij liehe Empfinden weniger unangenehm ist als die letzte- telwerte bzw. Effektivwerte für die Amplitude gebildet

|| re. Der Grund für diese Abweichung könnte darin lie- 50 die während einer gegebenen Zeitdauer erzeugt wird.

IjI gen, daß die Frequenz der bei der durch den Punkt A Die Größe der erzielten Mittelwerte stimmt gut mit der

^:Ί dargestellten Stoßwelle erzeugten Hauptamplitude we- subjektiven Beurteilung der Stoßwellen durch die

% niger wahrnehmbar als diejenige der bei der durch den menschlichen Sinne überein.

I? Punkt B dargestellten Stoßwelle erzeugten Hauptam- !

%i plitudeist 55 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

ig Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, ist es mit der Vorrich-

'■:$> tung möglich, in Kraftfahrzeugen erzeugte Stoßwellen

i;| objektiv und quantiativ so zu bewerten, wie es durch die

[έ menschlichen Sinne bzw. das menschliche Empfinden

.■_s erfolgt Es ist ferner anzumerken, daß die Filterschal- 60

[if tung preiswert hergestellt werden kann, da sie gemäß

der Darstellung in F i g. 2 einfach aufgebaut ist und daß

■ die mit dieser Schaltung ausgestattete Vorrichtung bei der Durchführung von Schwingungsanalysen an Kraftfahrzeugen o. dgl. sehr nützlich ist. 65

Nachstehend wird der Aufbau und die Funktion der in

ί ■': F i g. 5 gezeigten Vorrichtung beschrieben. Die Vorrichtung weist eine Anzeigeschaltung A bekannter Art, eine

Claims

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Stampfbewegungen) empfinden.

Patentanspruch: Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Aus

führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnun-

Vorrichtung zur frequenzselektiven Erfassung gen näher erläutert Es zeigt

von in einem Kraftfahrzeug auftretenden mechani- 5 Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,
sehen Schwingungen, mit einem Beschleunigungs- Fig.2 eine in Fig. 1 gezeigte Filterschaltung in Ein-

meßfühler, der am Kraftfahrzeug angebracht ist und zelheiten,

dessen Signale zur Schwingungserfassung ausge- F i g. 3 den Zusammenhang zwischen den mit der

wertet werden, dadurch gekennzeichnet, Vorrichtung erzielten und den durch die menschlichen daß mit dem Ausgang des Beschleunigungsmeßfüh- io Sinne erfaßten Beurteilungswerten für Stoßwellen,
lers (1) ein Bandpaßfilter (4) mit einem die Frequenz F i g. 4 den Zusammenhang zwischen den mit einer

4 Hz einschließenden Durchlaß-Frequenzbereich herkömmlichen Einrichtung erzielten und den mit den verbunden ist, das die Signale in Frequenzbereichen menschlichen Sinnen erfaßten Beurteilungswerten für sperrt, in welchen die Wahrnehmung der Schwin- Stoßwellen und

gungen durch die menschlichen Sinne schwierig ist, 15 Fig.5 die elektrische Schaltung eines Ausführungsund mit dessen Ausgang seinerseits eine analoge beispiels der Vorrichtung.

Differenzierschaltung (5, C₁, C₂, R\, R2) gekoppelt ist, Vor der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der

die die Bandpaßfilter-Ausgangssignale differenziert Vorrichtung ist darauf hinzuweisen, daß der Ausdruck und der eine analoge Schaltungsanordnung (3) nach- »Stoßwellenerscheinung« hier für Längsschwingungen geschaltet ist, die den quadratischen Mittelwert der 20 verwendet wird, die in einem Motorfahrzeug auftreten. Amplituden der von der Differenzierschaltung (5, Q, Die durch die menschlichen Sinne wahrnehmbaren Ci, R\, R2) abgegebenen Signale ermittelt und deren Stoßwellen sind solche mit Frequenzen von 10 Hz oder Ausgangssignale ein Maß für die aufgetretenen me- weniger und werden durch periodische Veränderungen chanischen Schwingungen darstellen. des Drehmoments aufgrund von Änderungen des ver-

25 brennungszustands der Maschine, durch mangelnde

Gleichförmigkeit der Reifen hinsichtlich der Abmessungen und der Steifigkeit durch periodisch auf das Fahrzeug ausgeübte äußere Kräfte, die beispielsweise auf

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem einem Rütteln des Fahrzeugs auf unebenen Straßen beOberbegriff des Patentanspruchs. 30 ruhen, oder durch ähnliches erzeugt

Aus der DE-AS 12 52440 ist eine derartige Vorrich- Die Stoßwellenerscheinung äußert sich als Mittung bekannt, die mit einer Mehrzahl von Grenzbe- schwingen des Fahrzeugs, das durch die periodischen schleunigungsmessern arbeitet, die auf unterschiedliche Änderungen des Drehmoments oder der äußeren Kräf-Grenzwerte eingestellt sind und bei jedem Überschrei- te gemäß den vorstehenden Ausführungen hervorgeruten ihres zugeordneten Grenzwerts einen elektrischen 35 fen wird. Die Amplituden-Frequenz bzw. -häufigkeit der Impuls abgeben. Die elektrischen Impulse werden von Stoßwellenerscheinung stimmt im wesentlichen mit der zugeordneten Zählern gezählt, so daß nach Abschluß Normalverteilung überein.

einer Testphase in jeder Beschleunigungsklasse eine die Bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung setzt ein an

aufgetretenen Stoßwellen in ihrer Größe darstellende einem Kraftfahrzeug angebrachter Beschleunigungsimpulsanzahl aufsummiert ist. Die nachfolgende Aus- 40 meßfühlei· 1 Veränderungen der Längsbeschleunigung wertung kann beispielsweise durch Mittelwertbildung des Fahrzeugs in Spannungssignale um, die die Amplituerfolgen. Alternativ kann auch eine Frequenzbewertung de und die Frequenz angeben, und speist die Signale in durch Filter vorgesehen sein, um eine der menschlichen eine Filterschaltung 2 ein. Die Filterschaltung 2 läßt Empfindung angepaßte Grenzbewertung zu erreichen. Signale in demjenigen Frequenzbereich durch, der eine Weiterhin ist es aus »ATZ« Nr. 10, Oktober 1957, 45 leichte Wahrnehmung durch die menschlichen Sinne er-S. 297 bis 302, bekannt, daß der den Menschen wesent- laubt, dämpft bzw. sperrt jedoch die Signale in einem lieh belastende Frequenzbereich mechanischer Schwin- Frequenzbereich, in welchem die Wahrnehmung durch gungen bis etwa 5 Hz reicht. die menschlichen Sinne schwierig ist Diejenigen Signa-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor- Ie, die die Filterschaltung 2 durchlaufen haben, werden richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 50 dann in eine Schaltungsanordnung 3 eingegeben, die so derart auszugestalten, daß bei verhältnismäßig einfa- ausgelegt ist, daß sie den quadratischen Mittelwert bzw. ehern Aufbau eine zuverlässige und den menschlichen Effektivwert der Amplitude der Signale bildet, weiche Empfindungen entsprechende Erfassung der in dem innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer erzeugt wcr-Fahrzeug auftretenden Stoßwellen sichergestellt ist den.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil 55 F i g. 2 zeigt die Filterschaltung 2 im einzelnen. Die des Patentanspruchs genannten Merkmalen gelöst Filterschaltung 2 weist ein Bandpaßfilter 4 auf, das die

Die Ausgangssignale der Vorrichtung stellen bei ver- Signale in einem Frequenzbereich durchläßt, der eine hältnismäßig einfachem Schaltungsaufbau die aufgetre- einfache Wahrnehmung durch die menschlichen Sinne tenen Schwingungen in einer Größe dar, die weitestge- erlaubt, jedoch die Signale in einem Frequenzbereich hend mit der menschlichen Empfindung der aufgetrete- 60 dämpft, in welchem die Wahrnehmung durch die ηβη Stoßw?!!?n übereinstiüünt Mit der erfindungsgs- menschüchsr; Sinns schwierig ist. Ιϊϊϊ einzelnen liegen mäßen Vorrichtung kann auf gleiche Weise wie mit den bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeimenschlichen Sinnen und daher aussagekräftig das Un- spiel die durch das Bandpaßfilter 4 durchgelassenen Sibehagen bzw. die Beunruhigung bewertet werden, die gnale bei einer Frequenz von 4 Hz oder um diese herum. Passagiere aufgrund von Schwingungen in sechs mögli- 65 Die Signale, die das Bandpaßfilter 4 durchlaufen haben, chen Richtungen (d. h. Längsschwingungen, Quer- werden über einen Kondensator Ci und einen Widerschwingungen, Seitenschwingungen, Schlingerbewe- stand R\ in den Eingangsanschluß eines Rechenverstärgungen, Gierbewegungen oder -schwingungen und kers 5 eingegeben, der mit einem veränderbaren Wider-