DE4305048A1

DE4305048A1 - Verfahren zum Prüfen eines Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE4305048A1
Application number: DE19934305048
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof Dr Ing Isermann; Joachim Dipl Ing Bushardt
Original assignee: Hofmann Werkstatt-Technik 64319 Pfungstadt De GmbH; Hofmann Werkstatt Technik GmbH
Current assignee: Snap On Equipment GmbH
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2013-02-19
Also published as: EP0611960A3; DE4305048C2; EP0611960A2; ES2117161T3; EP0611960B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung ei nes Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs, bei dem durch Fußpunkterregung Schwingungen über ein auf ei ner Radaufstandsfläche aufstehendes Kraftfahrzeugrad in die den zu prüfenden Schwingungsdämpfer enthalten de Radaufhängung des Kraftfahrzeugs eingeleitet wer den und dabei der Dämpfungskoeffizient bestimmt wird.

Zur Prüfung der Verkehrssicherheit von Kraftfahrzeu gen ist es u. a. erforderlich, auch den jeweiligen in der Radaufhängung des Kraftfahrzeugs enthaltenen Schwingungsdämpfer in eingebautem Zustand zu prüfen. Bei der Schwingungsdämpfer(Stoßdämpfer)-Prüfung steht das jeweilige Rad des Kraftfahrzeugs mit seinem Rei fen auf einer Radaufstandsfläche, die von einem me chanisch oder hydraulisch wirkenden Antrieb in Schwingung versetzt wird, auf. Dabei werden bisher Kennlinien in Form von Kraft-Weg- oder Kraft-Ge schwindigkeits-Diagrammen ermittelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der ein gangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine Prüfung des Schwingungsdämpfers ohne Eingriff in das Fahrwerk möglich ist, wobei man mit Meßgrößen auskommt, die von außen erfaßt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Differenzen aus den Bewegungsamplituden und den -geschwindigkeiten des Rades und denen des Fahr zeugaufbaus mit der Beschleunigung des Rades bzw. mit der dynamischen Radaufstandskraft (Fußpunkterreger kraft) in Beziehung gesetzt werden, wobei der Dämp fungskoeffizient nach einem Parameterschätzverfahren aus dieser Beziehung ermittelt wird, und daß zur Qua litätsprüfung des Schwingungsdämpfers der geschätzte Dämpfungskoeffizient mit einem Referenzwert, vergli chen wird, wobei für die Qualitätsprüfung festge stellt wird, ob die Abweichung vom Referenzwert in nerhalb eines Toleranzbereiches liegt.

Für die Fußpunktanregung des Kraftfahrzeugrades kann ein Sinussweep von 0 bis 25 Hz bzw. 25 bis 0 Hz mit fester Amplitude, beispielsweise mit Hilfe eines ro tierenden Exzenders, zum Einsatz kommen. Ferner kann ein Pseudo-Rausch-Binärsignal, z. B. mittels Rolle mit Schlagleisten, erzeugt werden. Mittels von außen anzubringenden Sensoren können die statische und dy namische Radlast sowie die Reifen- und Fahrzeugauf baueinfederung und die Rad- und Fahrzeugaufbaube schleunigung gemessen werden.

Bei der Erfindung wird aus den geschätzten Parametern ein die tatsächlich vorhandene Dämpfung darstellender physikalischer Dämpfungskoeffizient geschätzt und mit dem Referenzwert verglichen.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher er läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des vom Fahr zeugaufbau und dem Fahrzeugrad gebildeten Schwingungssystems;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen normierter vertikaler Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus und normierter dynamischer Radlastschwankung mit verschiedenen physi kalischen Koeffizienten als Parameter zeigt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 stellt schematisch das aus einem Fahrzeugauf bau 1, einer Feder 2, einem Schwingungsdämpfer (Stoß dämpfer) 3 und einem Rad 7 bestehende Schwingungssy stem der Radaufhängung des Fahrzeugs dar. Das Rad 7 ist ebenfalls als Schwingungssystem dargestellt mit einer Masse m_R und einer Federsteifigkeit c_R, die im wesentlichen vom Reifendruck p_R abhängt. Die Feder steifigkeit der Feder 2 wird mit c_A bezeichnet. d_A ist der Dämpfungskoeffizient des Schwingungsdämpfers 3. Die vertikalen Wege des Aufbaus 1 und des Rades 7 sind mit z_A und z_R bezeichnet. Die Radlast F_Z setzt sich aus der Gewichtskraft E_Zstat und den dynamischen Radlastschwankungen F_Zdyn wie folgt zusammen:

F_Z = F_Zstat + F_Zdyn = (m_A + m_R)g + F_Zdyn.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Zusammenhang zwischen der normierten vertikalen Aufbaubeschleunigung z_A′′/g und der normierten dynamischen Radlastschwankung F_zdyn/F_zstat. Im Sinne einer Minimierung beider Werte, d. h. einer möglichst geringen Aufbaubeschleunigung zur Erzielung eines größeren Komforts und einer mög lichst geringen dynamischen Radlastschwankung zur Erzielung einer größeren Fahrsicherheit soll der Dämpfungskoeffizient d_A möglichst in einen hervorge hobenen Bereich 15 einer Dämpfungskoeffizientenkurve 16 liegen. Die Kurve 16 ändert sich mit Änderungen der Masse m_A des Aufbaus 1 und der Federsteifigkeiten c_A des Aufbaus und c_R des Reifens 7. Der Schätzwert des physikalischen Dämpfungskoeffizienten d_A läßt sich auf verschiedene Art und Weise aus den Meßwerten bestimmen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird von einem Sensor 9 die Einfederung, d. h. die Wegdifferenz zwischen Rad 7 und Aufbau 1 einerseits zu einem ma thematischen Modell- und Schätzrechner 18 und ande rerseits einer Rechnerstufe 19 zur Berechnung der Differenz zwischen der Radgeschwindigkeit Z′_R und der Aufbaugeschwindigkeit Z′_R geleitet. Von einem Be schleunigungssensor 8 wird die Aufbaubeschleunigung Z′′_A dem mathematischen Modell zugeführt. Der mathe matische Modellrechner entwickelt die Gleichung

z_A′′ = a₀(z_R - z_A + a₁(z_R′- z_A′).

Durch ein an sich bekanntes Parameterschätzverfahren werden die Parameter â₀ und â₁ geschätzt. Ein geeig netes Verfahren zum Schätzen von Parametern ist bei spielsweise in Isermann R.: "Estimation of Physical Parameters for Dynamic Processes with Application to an Industrial Robot", International Journal of Con trol, Vol. 55 (1992) No. 6, pages 1287-1291, ange geben.

Aus den geschätzten Parametern â₀ und â₁ wird in einem Rechner 20 ein geschätzter Istwert des Dämpfungskoef fizienten _Â berechnet nach der Formel _A = â₁ · m_A. In einem Subtrahierer 21 wird der so berechnete Dämp fungskoeffizient von einem aus einem Speicher 22 zu geführten Referenzwert d_AS subtrahiert. Die Differenz wird einem Vergleicher 23 zugeführt, der feststellt, ob die Differenz in einem Toleranzbereich liegt, der von einem Speicher 37 geliefert wird. Eine Anzeige einrichtung 24 zeigt das Ergebnis der Qualitätsprü fung an.

Der im Speicher 21 enthaltene Referenzwert d_AS des Dämpfungskoeffizienten ist ausgewählt aus dem Bereich 15 der Dämpfungskoeffizientenkurve 16 in Fig. 2, deren Verlauf vom jeweiligen Fahrzeugtyp abhängig ist. Wenn der Dämpfungskoeffizient mehr in Richtung auf erhöhten Fahrkomfort geprüft werden soll, wird der Sollwert auf den Minimalwert der normierten Be schleunigung des Fahrzeugaufbaus 1 innerhalb des Kur venbereichs 15 gelegt. Wenn die Prüfung des Schwin gungsdämpfers mehr in Richtung auf Fahrzeugsicherheit durchgeführt wird, wird der Sollwert so festgelegt, daß die normierte dynamische Radlastschwankung einen Minimalwert hat. Letzterer Sollwert wird bevorzugt für den Dämpfungskoeffizienten gewählt, da, wie die Kurvendarstellung in Fig. 2 zeigt, hierbei auch noch ein ausreichender Fahrkomfort, d. h. eine niedrige normierte Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus, er reicht wird.

Der im Speicher 37 gespeicherte Toleranzbereich für den zulässigen Dämpfungskoeffizienten d_A wird so be messen, daß er den Kurvenbereich 15 der Dämpfungsko effizientenkurve 16 der Fig. 2 umfaßt.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist außer den Sensoren 8, 9 ein weiterer Sensor 26 vorgesehen, der die Einfederung des Reifens mißt, also die Differenz der Unebenheiten der Fahrbahn, welche z. B. durch eine Rolle mit Schlagleiste simu liert werden kann, und des Absolutweges des Rades. Die gemessenen Größen sowie die im Rechner 19 berech nete Geschwindigkeitsdifferenz werden einem Modell und Schätzrechner 27 zugeführt, der die Gleichung

z_R′′ = a₀(z_R - z_A) - a₁(z_R′ - z_A′) + b₀(h - z_R),

entwickelt. Die im Rechner 27 geschätzten Parameter â₀, â₁ ₀ und gelangen zu einem Rechner 28, der die geschätzten Istwerte _A des Dämpfungskoeffizienten, der Reifenfedersteifigkeit _R und der Federsteifig keit _A entsprechend den Gleichungen

a₀ = c_A/m_R, a₁ = d_A/m_R, b₀ = c_R/m_R

bestimmt.

Aus der Kräftebilanz des Aufbaus läßt sich eine wei tere Schätzgleichung auch direkt ableiten:

z_R′′ = a₀(z_R - z_A) - a₁(z_R′ - z_A′) - (z_R′′ - z_A′′)

mit a₀ = c_A/m_A, a₁ = d_A/m_A.

So lassen sich ohne weitere Meßgrößen die geschätzten Koeffizienten _A, _A und die Aufbaumasse m_A bestim men. (z_R′′-z_A′′) kann aus der Meßgröße (z_R-z_A) berechnet werden.

Die Auswertung von d_A und d_AS für die Schwingungsdämp ferprüfung erfolgt wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3.

Im folgenden sind mögliche Gleichungen zur Schätzung der Parameter aufgeführt unabhängig davon, ob sie im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen bereits erwähnt sind:

(z_R - z_A) = (m_A/c_A)z_A′′ - (d_A/c_A)(z_R′ - z_A′)

z_R′′ = (z_R/m_R)(h - z_R) - (c_A/m_R)(z_R - z_A) - (dd_A/m_R)(z_R′ - z_A′)

z_R′′ = (c_A/m_A)(z_R - z_A) + (d_A/m_A)(z_R′ - z_A′) + (z_R′′ - z_A′′)

F_c = m_Az_R′′ - (d_A/c_A)F_c′ - (m_A/c_A)F_c′′

Mit diesen Schätzgleichungen lassen sich aus gemesse nen Prozeßgrößen unter Verwendung von bekannten Koef fizienten die folgenden Koeffizienten gemäß folgender Tabelle schätzen:

Eine weitere Schätzgleichung enthält die dynamische Radlastschwankung R_Zdyn und die Einfederung z_R-z_A. Die se Gleichung läßt sich ebenfalls vorteilhaft für Schwingungsdämpferuntersuchungen auf einem Prüfstand verwenden, wobei F_Zdyn leicht meßbar ist. Die Gleichung lautet:

b₀F_Zdyn = (z_R - z_A) + a₁(z_R′ - z_A′) + a₂(z_R′′ - z_A′′)

mit
b₀ = m_A/(m_A + m_R)c_A
a₁ = d_A/c_A, a₂ = m_Am_R/(m_A + m_R)c_A.

Die Summe (m_A+m_R) läßt sich in einfacher Weise durch statische Messung der Gewichtskraft F_Zstat bestimmen, während die Einfederung durch ein geeignetes Meßgerät gemessen werden kann.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Prüfung des Schwingungsdämpfers des Fahrwerks eines Kraftfahr zeugs, bei dem Prozeßgrößen, welche mit einer verti kalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zu sammenhang zwischen der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugrades und des Fahrzeugaufbaus einerseits und geschätzen Parametern, die nach einem an sich bekann ten Parameter-Schätzverfahren geschätzt werden, ande rerseits darstellt, und bei dem hieraus der Dämp fungskoeffizient als Schätzwert gewonnen werden und der Vergleich zwischen geschätztem Dämpfungskoeffi zienten und Referenzwert für die Schwingungsdämpfer prüfung durchgeführt wird.

Claims

Verfahren zum Prüfen eines Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs, bei dem durch Fußpunkter regung Schwingungen über ein auf einer Radauf standsfläche aufstehendes Kraftfahrzeugrad in die den zu prüfenden Schwingungsdämpfer enthal tende Radaufhängung des Kraftfahrzeugs eingelei tet werden und dabei der Dämpfungsverhalten be stimmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Differenzen aus den Bewegungsamplituden und den -geschwindigkeiten des Rades und denen des Fahrzeugaufbaus mit der Beschleunigung des Rades bzw. der dynamischen Radaufstandskraft in Beziehung gesetzt werden und der Dämpfungskoef fizient nach einem Parameterschätzverfahren aus dieser Beziehung ermittelt wird, daß zur Quali tätsprüfung des Schwingungsdämpfer der geschätz te Dämpfungskoeffizient mit einem Referenzwert verglichen wird und für die Qualitätsprüfung festgestellt wird, ob eine Abweichung vom Refe renzwert innerhalb eines Toleranzbereiches liegt.