-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der Schall- und
Vibrationspegel im Inneren eines auf einem Boden mit einem oder
mehreren Hindernissen oder auf einem Boden mit gegebener Korngröße fahrenden
Fahrzeugs.
-
Der
Mangel an Komfort, der von Fahrer und Beifahrern eines Fahrzeugs
beim Fahren über
ein oder mehrere Hindernisse (wie zum Beispiel Kanaldeckel, Asphalt-Anschlussstücke, verschiedene
Fugen, Kies, usw.) empfunden wird, entsteht durch zwei verschiedene
Eindrücke.
Ein erster Eindruck ist von vibrierender Art und äußerst sich
in Vibrationen des Fahrzeugbodens, der Sitze, des Lenkrads. Ein
zweiter Eindruck ist akustisch und äußert sich durch das Geräusch, das
im Inneren des Fahrzeugs durch die Vibrationen der verschiedenen
Fahrzeugteile verursacht wird. Der Grad des von den Fahrzeuginsassen empfundenen
Mangels an Komfort hängt
insbesondere vom Aufbau, vom mechanischen Verbindungssystem mit
dem Boden, von der Fahrgeschwindigkeit und natürlich von der Art des Hindernisses
auf der Straße
ab.
-
Definition
der in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Begriffe:
- – die "Komfortleistung" entspricht dem im
Inneren eines auf einer mindestens ein Hindernis mit bestimmten
Abmessungen aufweisenden Straße (oder
Versuchseinrichtung) fahrenden Fahrzeugs messbaren Geräuschpegel
und/oder Vibrationspegel;
- – "Verbindungssystem
mit dem Boden":
Einheit von Elementen des Fahrzeugs, die die Verbindung zwischen
einer oder mehreren Kontaktflächen
zwischen dem Fahrzeug und dem Boden und einem oder mehreren Punkten
des Fahrzeugs gewährleisten;
in jedem Fall weist das Verbindungssystem mit dem Boden mindestens
einen Luftreifen und sein Montagerad auf;
- – "Aufbau": Gesamtheit der
Elemente des Fahrzeugs, die das Verbindungssystem mit dem Boden
ergänzt;
- – "Verbindungspunkte": Punkte, die das
Verbindungssystem mit dem Boden mit dem Aufbau verbinden;
- – "globale Übertragungsfunktion": eine zweiteilige Funktion:
ein erster Teil betrifft das Geräusch
im Fahrzeuginnenraum, und ein zweiter Teil betrifft die Vibrationen
an bestimmten vorher festgelegten Punkten im gleichen Fahrzeuginnenraum;
- – "Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden": Verbindungssystem
mit dem Boden, mit dem das Fahrzeug ausgestattet ist und über das
man verfügt,
um die globale Übertragungsfunktion
zu erhalten;
- – "Prototyp-Verbindungssystem
mit dem Boden": System,
dessen Einfluss auf die Komfortleistung des gleichen Fahrzeugs,
das mit diesem Prototyp-System anstelle des Bezugssystems ausgestattet
ist, man vorhersagen möchte,
ohne aber über
das Fahrzeug zu verfügen.
-
Ein
Verbindungssystem mit dem Boden kann zum Beispiel aus einem Luftreifen
und seinem Montagerad bestehen: In diesem Fall ist der Verbindungspunkt
die Radmitte. Die globale Übertragungsfunktion
ermöglicht
es, die Vibrationspegel im Inneren des Aufbaus eines Fahrzeugs ausgehend
von den in der Radmitte gemessenen Kräften wiederzugeben.
-
Der
Fachmann kennt mehrere Verfahren, um die Komfortleistung eines neuen
Verbindungssystem mit dem Boden für ein gegebenes Fahrzeug zu
bewerten, die es ihm zu erlauben, das Verbindungssystem mit dem
Boden zu optimieren, wobei die Optimierung darin besteht, Eigenschaften
eines Verbindungssystems zu erhalten, die ein wesentlich verbessertes
Komfortniveau bieten.
-
Um
die Komfortleistung eines mit einem neuen Verbindungssystem mit
dem Boden ausgestatteten Fahrzeugs zu bewerten und zu optimieren,
kann der Fachmann zum Beispiel ein Versuchsverfahren einsetzen,
das darin besteht, Geräusch-
und Vibrationsmessungen im Fahrzeuginnenraum eines auf einem Straßen- oder
Pistenabschnitt fahrenden Fahrzeugs durchzuführen, und das es erlaubt, eine
akustische und/oder durch Vibrationen verursachte Störung des
Komforts im Fahrzeug festzustellen, wobei dieser Straßen- oder
Pistenabschnitt auf seiner Oberfläche eines oder mehrere Hindernisse
aufweist. Dieses Verfahren erfordert aber, dass man über das
Fahrzeug verfügt,
um verschiedene Verbindungssysteme mit dem Boden zu bewerten; außerdem kann
es nur unter günstigen
Wetterbedingungen durchgeführt
werden, was zu einer manchmal extrem langen Stillstandszeit des
Fahrzeugs und folglich zu Mehrkosten in der Entwicklungsphase eines
Verbindungssystems mit dem Boden führt, da oft mehrere Wiederholungen
notwendig sind. Es ist außerdem lang
und kompliziert für
die Bedienungsperson und großen
Messunsicherheiten unterworfen.
-
Außerdem beschreibt
die europäische
Patentanmeldung N° 886130
ein Verfahren zur Vorhersage des Geräuschpegels im Innenraum eines
Fahrzeugs, das mit Luftreifen ausgestattet ist und auf einem unebenen
Boden fährt,
der viele Unebenheiten aufweist. Gemäß diesem Verfahren wird eine Übertragungsfunktion
eines mit Luftreifen versehenen Fahrzeugs bestimmt, indem direkt
auf jede Wagenachse (in der Radmitte) des stehenden Fahrzeugs Kräfte (in
Form von Stößen) in
vorbestimmten Richtungen ausgeübt
werden. Dann wird für
jeden Aufprall eine Schallaufzeichnung innerhalb des Fahrzeugs durchgeführt, und
dieser Vorgang wird nacheinander für jede der vorderen und hinteren
Positionen und für
jede der Seiten des Fahrzeugs durchgeführt. In einem weiteren Schritt
führt ein
gleicher Luftreifen auf einem Schwungrad, das auf seiner Rollfläche mit vielen
Uneben heiten versehen ist, die einen unebenen Boden simulieren.
Bei diesem Test wird der Luftreifen mit fester Achse montiert, und
die an der Radmitte entstehenden Kräfte werden gespeichert. Zum Schluss
werden diese entstandenen und gemessenen Kräfte als Eingangsdaten für ein Modell
verwendet, das die weiter oben erwähnte bestimmte Übertragungsfunktion
so anwendet, dass der entstehende Geräuschpegel im Innenraum des
Fahrzeugs erhalten wird. Dieses sicher interessante Verfahren hat aber
Grenzen, die zum Beispiel bei Luftreifen gleicher Größe, aber
mit unterschiedlichen Profilen, andere Geräuschpegel liefern können als
diejenigen, die ausgehend von Versuchen mit dem gleichen Fahrzeug
erhalten werden, das mit diesen anderen Luftreifen ausgestattet
ist und auf einem unebenen Boden fahrt.
-
Da
insbesondere die Übertragungsfunktion des
Fahrzeugs ausgehend von praktischen Versuchen mit stehendem Fahrzeug
gebildet wird, ist es klar, dass die mechanischen Eigenschaften
der Luftreifen beim Fahren nicht berücksichtigt werden, die im allgemeinen
wesentlich anders sind als die gleichen Eigenschaften bei stehendem
Fahrzeug. Es ist insbesondere bekannt, dass die senkrechte Steifheit eines
stillstehenden Luftreifens unter dynamischer Beanspruchung größer ist
als die gleiche senkrechte Steifheit eines rollenden Luftreifens
unter dynamischer Beanspruchung.
-
Um
Kräfte
in Höhe
der Wagenachsen anzulegen, ist es andererseits notwendig, die Hinzufügung eines
an der Außenseite
des Rads befestigten Teils vorzusehen, wobei dieses Teil zum Beispiel dazu
bestimmt ist, die Schläge
eines Hammers zu empfangen; es ist klar, dass die Masse dieses Teils zu
den nicht aufgehängten
Massen hinzufügt
wird und daher die durchgeführten
Messungen stört.
Es ist auch zu erwähnen,
dass das Geräusch
jedes Hammerschlags, auch wenn Maßnahmen getroffen werden, um
es zu dämpfen,
durch die Luft in den Innenraum übertragen
wird, und sich zumindest zum Teil zu dem Geräusch hinzufügt, das man im Inneren des
Fahrzeugs aufzeichnen möchte.
-
Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Vorhersage der Komfortleistung
eines mit Verbindungssystemen mit dem Boden ausgestatteten Fahrzeugs,
das nicht die Nachteile der vorher erwähnten Systeme aufweist.
-
Hierzu
wird ein Verfahren zur Vorhersage des Geräuschs und der Vibrationen im
Innenraum eines Fahrzeugs vorgeschlagen, das mit einem Prototyp-Verbindungssystem
mit dem Boden ausgestattet ist, wobei dieses Fahrzeug mit einer
gegebenen Geschwindigkeit V auf einem Boden fährt, der mit mindestens einem
Hindernis einer vorbestimmten Größe versehen
ist.
-
Das
vorgeschlagene Verfahren weist einen ersten Schritt der Bestimmung
einer globalen Übertragungsfunktion
des mit einem Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden ausgestatteten Fahrzeugs, und einen zweiten Schritt
auf, in dem an den Verbindungspunkten des Prototyp-Verbindungssystems
mit dem Boden mit dem Aufbau Kräfte
gemessen werden. Danach besteht das erfindungsgemäße Verfahren
darin, diese im ersten Schritt erhaltene globale Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs mit den an den Verbindungspunkten zwischen dem Aufbau
und dem Prototyp-Verbindungssystem mit dem Boden entstehenden Kräften zu
multiplizieren, wobei das Prototyp-Verbindungssystem mit dem Boden
an seinen Kontaktflächen
mit dem Boden die gleichen Lasten trägt wie diejenigen, die am Fahrzeug
gemessen werden, und auf dem gleichen Boden mit dem (den) gleichen
Hindernissen) rollt.
-
Die
Bestimmung der globalen Übertragungsfunktion
entsteht aus der Anwendung einer Reihe von Messungen am mit einem
Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden ausgestatteten Fahrzeug in Kombination
mit einer Reihe von Messungen an diesem Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden, das, wenn es auf ein Fahrzeug montiert ist, an seinen Verbindungspunkten
mit dem Aufbau an einem Gestell befestigt ist. Wenn das Verbindungssystem
mit dem Boden auf den Luftreifen und das Rad reduziert ist, ist
das Gestell mit einer Nabe ausgestattet, die die Messung der auf
die Radmitte ausgeübten
Kräfte
erlaubt.
-
Die
Messungen am Fahrzeug weisen die folgenden Schritte auf:
- a) das Fahrzeug wird mit dem Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden ausgestattet, wobei das System über Verbindungspunkte mit dem Fahrzeug
verbunden ist;
- b) im Inneren des Fahrzeugs werden Mittel angeordnet, die das
Geräusch
und die Vibrationen an vorher bestimmten Punkten im Fahrzeuginnenraum
aufzeichnen können;
- c) das Fahrzeug wird so angeordnet, dass das Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden über jeden
Luftreifen des Systems mit einer Rolleinrichtung in Kontakt steht,
die auf ihrer Rollfläche mit
dem (den) Hindernissen) versehen ist;
- d) jeder auf der Rolleinrichtung angeordnete Luftreifen wird
mit einer Geschwindigkeit V in Drehung versetzt, und die Geräusch- und Vibrationssignale
im Fahrzeuginnenraum werden erfasst; Dann werden die an den Verbindungspunkten entstehenden
Kräfte
für dieses
Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden erhalten, indem nacheinander
die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- e) man verbindet das Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden über die
gleichen Verbindungspunkte mechanisch mit einem Gestell, wobei das Gestell
an diesen Punkten mit Mitteln zur Messung der entstehenden Kräfte in drei
zueinander senkrechten Richtungen ausgestattet ist;
- f) man legt dieses Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden gegen
die Rolleinrichtung des Schritts c) an, die mit dem (den) gleichen
Hindernissen) ausgestattet ist, damit das Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden auf seiner (seinen) Kontaktfläche(n) mit dem Boden die gleichen
Lasten trägt
wie diejenigen, die vom Fahrzeug in der betrachteten Stellung getragen
werden;
- g) man versetzt den auf die Rolleinrichtung aufgebrachten Luftreifen
mit der Geschwindigkeit V in Drehung, und man erfasst die entstehenden
Kräfte
an den Verbindungspunkten mit dem Gestell.
-
Die
Kombination der am mit dem Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden
ausgestatteten Fahrzeug mit den am auf ein Gestell montierten Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden gemessenen Werte ermöglicht es, die globale Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs zu erhalten, das auf einem mit einem Hindernissen)
gleich denen versehenen Boden rollt, die in den Messungen verwendet werden.
-
Wenn
das Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden auf den Luftreifen und
sein Montagerad begrenzt ist, werden von neuem die Schritte e) bis
g) mit den der anderen Wagenachse des gleichen Fahr zeugs eigenen
Bedingungen und von neuem die Schritte c) und d) für alle anderen
vorderen und hinteren Positionen auf dem Fahrzeug durchgeführt, die noch
nicht gemessen wurden.
-
Man
kann in Betracht ziehen, die am Bezugs-Verbindungssystem mit dem
Boden durchgeführten
Messungen (Schritte e, f, g) durch eine digitale Simulation mit
Hilfe eines Funktionsmodells durchzuführen, das für das System repräsentativ
ist und es ermöglicht,
die Kräfte
an den Verbindungspunkten mit dem Aufbau in der gleichen Konfiguration
des Rollens auf einem Hindernis zu erhalten.
-
Nach
der Bestimmung der globalen Übertragungsfunktion
werden die Kräfte
an den Verbindungspunkten mit dem Aufbau des gleichen Fahrzeugs
gemessen, das mit einem Prototyp-Verbindungssystem mit dem Boden
ausgestattet ist, welches das Bezugs-Verbindungssystem ersetzt,
indem in gleicher Weise die Schritte e), f), g) wiederholt werden,
wobei das Prototyp-Verbindungssystem mit dem Boden am gleichen Gestell
und in gleicher Weise befestigt ist wie das vorher getestete Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden.
-
Diese
an den Verbindungspunkten des Prototyp-Verbindungssystems mit dem
Boden mit dem Aufbau gemessenen Kräfte werden dann mit der globalen Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs multipliziert, um die Geräusch- und Vibrationspegel im
Fahrzeuginnenraum zu erhalten und so die Charakterisierung der Komfortleistung
des mit dem Prototyp-Verbindungssystem mit dem Boden ausgestatteten Fahrzeugs
zu ermöglichen.
-
Wie
für das
Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden erwähnt, kann man auch in Betracht
ziehen, die Messungen am Prototyp-Verbindungssystem mit dem Boden (Schritte
e, f, g) durch eine digitale Simulation mit Hilfe des gleichen Funktionsmodells
zu ersetzen, das es ermöglicht,
die Kräfte
an den Verbindungspunkten des Prototyp-Systems mit dem Gestell in
einer ähnlichen
Konfiguration des Rollens über
ein Hindernis zu erhalten.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es, die Komfortleistung eines neuen (Prototyp-)Verbindungssystems
mit dem Boden zu bewerten, mit dem ein Fahrzeug ausgestattet ist,
das ursprünglich
mit einem bekannten (Bezugs-)Verbindungssystem mit dem Boden ausgestattet
war. Außerdem
muss man nicht mehr über
das Fahrzeug verfügen,
um ein neues Verbindungssystem mit dem Boden zu bewerten, das sich
vom Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden unterscheidet, nachdem
die globale Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs mit dem Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden auf
einer Rolleinrichtung erstellt wurde, und diese gleiche Rolleinrichtung
zur Messung oder digitalen Simulation der Kräfte an den Verbindungspunkten
des Prototyp-Verbindungssystems mit dem Boden mit einem Gestell
verwendet wird.
-
Um
eine noch repräsentativere Übertragungsfunktion
des Verhaltens des Fahrzeugs bei der gewählten Geschwindigkeit V zu
erhalten, ist es vorteilhaft, den Schritt d) mit dem Fahrzeug und
die Schritte e), f) g) mit dem Verbindungssystem mit dem Boden alleine
für mindestens
zwei weitere Geschwindigkeiten zu wiederholen, die um die Geschwindigkeit
V herum liegen. Vorzugsweise nimmt man zwei Geschwindigkeiten zu
beiden Seiten der Geschwindigkeit V, wobei diese Geschwindigkeiten etwa
10% bzw. 35% größer bzw.
kleiner als V sind. So ist es möglich,
Nicht-Linearitäten
des Fahrzeugs in Abhängigkeit
vom Wert der gewählten
Geschwindigkeit V zu berücksichtigen.
Die globale Übertragungsfunktion
wird dann erhalten, indem der Mittelwert der für jede Geschwindigkeit erstellten Übertragungsfunktionen
berechnet wird.
-
Wenn
das betrachtete Verbindungssystem mit dem Boden auf einen Luftreifen
und sein Montagerad reduziert ist, wurde überraschenderweise festgestellt,
dass man bei einem gegebenen Fahrzeug die Größe des Luftreifens außer Acht
lassen kann. Das heißt,
dass es für
ein Fahrzeug, das mit anderen Reifengrößen bestückt werden soll (zum Beispiel Luftreifen
mit anderen H/S-Formverhältnissen,
wobei H die Breite des Luftreifens und S die Höhe seines Querschnitts bedeutet),
möglich
ist, eine globale Übertragungsfunktion
zu bestimmen, die für
alle vom Fahrzeug akzeptierten Größen verwendbar ist. Hierzu
geht man wie oben in den Schritten a) bis d) für das mit Bezugsreifen bestückte Fahrzeug,
und in den Schritten e) bis g) für
den gleichen Bezugsreifen beschrieben wurde vor, indem alle Messungen
für mindestens
zwei andere Aufpumpdruckwerte der Luftreifen durchgeführt werden.
Vorzugsweise verwendet man Drücke,
die zwischen 10% und 20% höher
sind als der Betriebsluftdruck des Bezugsluftreifens, und Drücke, die
zwischen 10% und 20% niedriger sind als der Betriebsluftdruck des
Bezugsreifens. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, eine Veränderung
der Steifheit zu berücksichtigen,
die mit der Größe des Luftreifens
zusammenhängt.
Die globale Übertragungsfunktion
wird dann erhalten, indem der Mittelwert der für jeden Druck und jede Geschwindigkeit gemessenen Übertragungsfunktionen
berechnet wird.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es einfach, die Komfortleistung der gewünschten Anzahl von Prototyp-Verbindungssystemen
mit dem Boden vorherzusagen. Die Kosten dieses Vorhersagens sind
für jedes
Verbindungssystem mit dem Boden gleich den Kosten einer Kräftemessung
an den Verbindungspunkten des Verbindungssystems mit dem Boden mit
dem Aufbau oder gleich den Kosten der digitalen Simulation der Kräfte.
-
Wenn
man auf diese Weise vorgesehen will, bemisst man zum Beispiel jeden
Vorteil, den dieses Verfahren für
die Entwicklung eines Verbindungssystems mit dem Boden an einem
Fahrzeug-Prototyp darstellt, über
den man nur kurze Zeit verfügen
kann. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man sogar
auf Dauer gesehen die Möglichkeit
eines Datenaustauschs zwischen einem Hersteller von Verbindungssystemen
mit dem Boden und einem Fahrzeughersteller in Betracht ziehen, ohne
dass der Hersteller von Verbindungssystemen mit dem Boden über das
Fahrzeug verfügt,
wobei der Fahrzeughersteller den Versuch am Fahrzeug durchführt und
anschließend
die globale Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs und die Bedingungen, unter denen diese hergestellt
wurde, dem Hersteller von Verbindungssystemen mit dem Boden übermittelt.
-
Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin,
dass die Übertragungsfunktion tatsächlich die
Geräuschkomponente
einschließt,
die vom Aufprall selbst des/der Luftreifens) auf das (die) Hindernisse)
stammt, und dass dieses Aufprallgeräusch tatsächlich das wirkliche Geräusch ist.
-
Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass es tatsächlich die wirklichen Kräfte an den
Verbindungspunkten sind, die bei der Bestimmung der globalen Übertragungsfunktion
und ihrer späteren
Nutzung zur Bewertung und Optimierung eines neuen Verbindungssystem
mit dem Boden berücksichtigt
werden.
-
Natürlich ist
das erfindungsgemäße Verfahren
auf jede Art Fahrzeug anwendbar, wie insbesondere die Personenfahrzeuge,
Kleinlaster oder Schwerlastwagen, bei denen die Komfortleistung wichtig
ist.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es auf einfache Weise, die Größe und Anzahl von
Hindernissen der Rolleinrichtung anzupassen, um den einen oder anderen
Fahrbahnbelag zu simulieren.
-
Schließlich sei
noch angemerkt, dass die von der durch das erfindungsgemäße Verfahren
bestimmten Übertragungsfunktion
stammende Information es ermöglicht,
die Komfortleistung eines Verbindungssystem mit dem Boden wirksam
zu verbessern. Sie ermöglicht
es nämlich,
die Übertragung
von Vibrationen durch den Aufbau von der Übertragung von Vibrationen
durch das Verbindungssystem mit dem Boden zu unterscheiden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird von den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es zeigen:
-
1 ein
Personenfahrzeug, dessen linker Hinterreifen auf ein Schwungrad
aufgesetzt ist;
-
2 ein
auf ein Gestell montiertes Verbindungssystem mit dem Boden, wobei
dieses Verbindungssystem den Luftreifen der 1 aufweist,
der unter den gleichen Bedingungen auf dem Schwungrad der 1 zusammengequetscht
ist;
-
3 die
Montage der 2 unter einem anderem Blickwinkel;
-
4 einen
Luftreifen, der auf sein Montagerad montiert ist und auf einem Roll-Schwungrad
zur Anwendung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengequetscht
ist;
-
5 den
Vergleich des im Innenraum eines Personenfahrzeugs beim Überqueren
eines Stabs aufgezeichneten Geräuschs mit
dem vom erfindungsgemäßen Verfahren
für ein
Prototyp-Verbindungssystem vorhergesagten Geräusch;
-
6 den
Vergleich der in einer Richtung tangential zum Lenkrad des Fahrzeugs
beim Überqueren
eines Stabs aufgezeichneten Vibrationen mit den Vibrationen, die
durch das erfindungsgemäße Verfahren
für das
Prototyp-Verbindungssystem der 5 erhalten
wurden;
-
7 den
Vergleich der Vibrationen in Höhe des
Boden des Fahrzeuginnenraums mit den Beschleunigungen in senkrechter
Richtung;
-
8 den
Vergleich des im Innenraum eines Personenfahrzeugs beim Überqueren
eines Stabs aufgezeichneten Geräuschs
mit dem vom erfindungsgemäßen Verfahren
in dem Fall vorhergesagten Geräusch,
in dem das Verbindungssystem auf einen Luftreifen und sein Montagerad
reduziert ist;
-
9 den
Vergleich der in einer Richtung tangential zum Lenkrad des Fahrzeugs
beim Überqueren
eines Stabs aufgezeichneten Vibrationen mit den Vibrationen, die
durch das erfindungsgemäße Verfahren
in dem Fall erhalten wurden, in dem das Verbindungssystem auf einen
Luftreifen und sein Montagerad reduziert ist;
-
10 den
Vergleich der 8 in Höhe des Boden des Fahrzeuginnenraums
mit den Beschleunigungen in senkrechter Richtung.
-
In 1 sieht
man ein Personenfahrzeug 1, dessen linker Hinterreifen 2 auf
einem Schwungrad 3 mit einem Durchmesser von 1,6 m ruht,
das mit einem Oberflächenbelag
mit einer feinen Korngröße bedeckt
ist. Ein Stab 4 mit einem rechteckigen Querschnitt einer
Breite von 20 mm und einer Höhe
von 10 mm ist quer über
die Oberfläche
des Schwungrads 3 (d.h. parallel zur Drehachse des Schwungrads)
angeordnet. Es sind nicht dargestellte Mittel vorgesehen, um das
Schwungrad 3 in Drehung zu versetzen.
-
Im
ersten mittels der 1, 2, 3 dargestellten
Beispiel weist das Verbindungssystem mit dem Boden die folgenden
Elemente auf: einen linken Hinterreifen 2, der auf ein
Rad 5 montiert ist; eine Einheit aus Radnabenträger und
Radnabe; ein linkes hinteres Bremssystem 6; einen linken
hinteren Stoßdämpfer 7;
eine obere Befestigung 8 des linken hinteren Stoßdämpfers 7;
eine linke hintere Feder 9; ein Filterteil 10 der
linken hinteren Feder 9; einen linken hinteren Längsarm 11;
ein elastisches Gelenk 12 zur Verbindung des hinteren linken
Längsarms 11 mit dem
Aufbau 50; einen unteren hinteren linken Arm 13;
ein elastisches Gelenk 14 zur Verbindung des unteren hinteren
linken Arms 13 mit dem Aufbau 50; einen oberen
hinteren linken Arm 15; ein elastisches Gelenk 16 zur
Verbindung des oberen hinteren linken Arms 15 mit dem Aufbau 50;
einen hinteren linken Zangen-Schwingarm 28; ein Kugelgelenk 29,
das die Verbindung zwischen dem Schwingarm 28 und dem Aufbau 50 gewährleistet;
verschiedene nicht in den Figuren dargestellten sekundären Bauteile
(Schrauben, Muttern, Drehgelenk, Wälzlager, elastische Gelenkverbindungen,
usw.).
-
Das
Fahrzeug 1 ist in seinem Innenraum ausgestattet mit:
- – einem
Mikrophon 17, das in Höhe
des rechten Ohrs eines Fahrers des Fahrzeugs zur Aufzeichnung des
Geräuschs
angeordnet ist;
- – einem
Dreirichtungs-Beschleunigungsmesser 18, der auf dem Lenkrad 19 des
Fahrzeugs angeordnet ist;
- – einem
Dreirichtungs-Beschleunigungsmesser 20, der auf einer der
Gleitschienen des Fahrersitzes angeordnet ist.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es, für
eine gewählte
Geschwindigkeit V und unter den Rollbedingungen auf einem mit einem
Hindernis 4 versehenen Schwungrad 3, die Komfortleistung des
Fahrzeugs 1 vorherzusagen und den Einfluss des oben definierten
Verbindungssystems mit dem Boden auf diese Leistung zu analysieren.
Zuerst werden in dieser Stellung die Messungen des Schalldrucks
und der Vibrationen für
mehrere Antriebsgeschwindigkeiten des Schwungrads durchgeführt, die um
die Bezugsgeschwindigkeit V herum liegen. Zum Beispiel werden Geschwindigkeiten
gleich ± 20%
der Geschwindigkeit V vorgeschlagen.
-
Die
erhaltenen Geräusch-
und Vibrationswerte sind die Ausgangsdaten des Systems, die es ermöglichen,
eine globale Übertragungsfunktion
des mit seinem Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden ausgestatteten
Fahrzeugs zu bestimmen.
-
Um
die Eingangsdaten des Systems (wobei diese mit der globalen Übertragungsfunktion
multiplizierten Eingangsdaten die vorher aufgezeichneten Daten liefern
sollen) zu erhalten, führt
man, wie in 2 und 3 dargestellt,
Kraftmessungen an den Verbindungspunkten des Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden mit dem Aufbau durch, das die oben erwähnten Elemente
aufweist, wobei das System mit seinen Verbindungspunkten an einem
Gestell 21 befestigt ist und der Luftreifen 2 auf
dem gleichen Schwungrad 3 mit dem gleichen Hindernis 4 rollt.
-
In
den 2 und 3 sieht man das Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden, das über seine
Verbindungspunkte am Gestell 21 befestigt ist und an seiner
Kontaktfläche
des Luftreifens 2 mit dem Schwungrad die Last trägt, die
von diesem Bezugssystem getragen wird, wenn es auf wie in 1 gezeigt
das Fahrzeug 1 montiert ist.
-
Die
Ebene der 2 enthält die mit X und Z bezeichneten
Richtungen (die Richtung Y ist senkrecht zur Ebene dieser 2 und
parallel zur Richtung der Drehachse des Schwungrads 3;
die Ebene der 3 enthält die senkrechten Richtungen
Y und Z).
-
Das
Gestell 21 ist so gestaltet, dass seine erste Resonanzfrequenz
nicht im Bereich der Durchführungsfrequenzen
der Messungen liegt.
-
An
jedem der sechs Verbindungspunkte des Bezugs-Verbindungssystem mit
dem Boden mit dem Gestell 21 sind Kraftmessfühler 22, 23, 24, 25, 26, 27 angeordnet,
um an diesen Punkten die Kräfte
in den drei senkrechten Richtungen zu messen.
-
Die
Messungen am Bezugssystem alleine werden mit den gleichen Geschwindigkeitswerten durchgefüthrt wie
diejenigen, die bei den Messungen am mit dem Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden ausgestatteten Fahrzeug 1 verwendet werden.
-
Indem
dann die am mit dem Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden ausgestatteten
Fahrzeug gemessenen Werte und die am Bezugssystem alleine gemessenen
Werte verwendet werden, berechnet man für jede um die Geschwindigkeit
V herum liegende Geschwindigkeit eine für das Fahrzeug charakteristische
globale Übertragungsfunktion,
die aus einer ersten Übertragungsfunktion,
die es ermöglicht,
unter Berücksichtigung
der Kräfte
an den Verbindungspunkten mit dem Aufbau den Schalldruck im Fahrzeuginnenraum
zu bestim men, und einer zweiten Übertragungsfunktion
besteht, die es unter Berücksichtigung
der gleichen Kräfte
an den Verbindungspunkten mit dem Aufbau ermöglicht, die Vibrationspegel
am Lenkrad und am Boden des Fahrzeugs zu erhalten.
-
Schließlich wird
die globale Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs bei der Geschwindigkeit V erstellt, indem ein Mittelwert
der verschiedenen für
jede Geschwindigkeit erhaltenen globalen Übertragungsfunktionen ausgerechnet
wird.
-
Da
man nun die globale Übertragungsfunktion
eines mit dem Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden ausgestatteten
Fahrzeugs erhalten hat, ist es einfach, für dieses gleiche Fahrzeug den
Komfortleistungspegel für
ein Prototyp-System vorherzusagen, das sich vom Bezugssystem unterscheidet. Hierzu
genügt
es, die oben für
das auf das Messgestell 21 wie in 2 gezeigt
montierte Bezugssystem beschriebenen Vorgänge zu wiederholen, um zum Beispiel
durch Messung die Kräfte
an den Verbindungspunkten mit dem Gestell zu bestimmen, auf das
das Prototyp-System montiert ist, dessen Leistungspegel im Fahrzeug
charakterisiert werden soll. Diese Kräfte werden in gleicher Weise
verarbeitet wie die mit dem Bezugssystem erhaltenen Kräfte und werden
anschließend
mit der globalen Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs multipliziert, die vorher bestimmt wurde.
-
Durch
Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann man so auf einfache Weise das eine oder andere das Verbindungssystem
mit dem Boden bildende Element eines Fahrzeugs verändern und den
Einfluss dieser Veränderung
auf die Komfortleistung des Fahrzeugs vorhersagen.
-
Ein
erstes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft ein
Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden, wie es in den 2 und 3 dargestellt
ist; dieses Bezugsverbindungssystem weist unter anderen einen Luftreifen
mit der Größe 195/65
R 15 XHI auf, der auf ein Bezugsfahrzeug montiert ist.
-
Zuerst
werden die Messungen des Schalldrucks und der Vibrationen für mehrere
Geschwindigkeiten (im vorliegenden Fall: 40, 50, 70 und 80 km/h)
durchgeführt,
die die Bezugsgeschwindigkeit V von 60 km/h umgeben. Jede Messung
ist das Ergebnis des Mittelwerts von zwanzig Schwungradumdrehungen;
die Erfassung wird durch räumliches
Abtasten von 4096 Punkten pro Schwungradumdrehung durchgeführt.
-
Dann
geht man mittels einer Fourier-Transformation (FFT – Fast Fourier
Transform) in den Frequenzbereich über, ehe eine erneute Abtastung durchgeführt wird,
um für
alle Geschwindigkeiten einheitlich zu sein.
-
Die
erhaltenen Geräusch-
und Vibrationswerte sind die Ausgangsdaten des Systems, die es ermöglichen,
eine globale Übertragungsfunktion
des mit seinem Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden ausgestatteten
Fahrzeugs zu bestimmen.
-
Um
die Eingangsdaten des Systems (wobei diese mit der globalen Übertragungsfunktion
multiplizierten Eingangsdaten die vorher aufgezeichneten Ausgangsdaten
liefern sollen) zu erhalten, werden Kraftmessungen an den Verbindungspunkten
des gleichen Bezugs-Verbindungssystems mit dem Boden durchgeführt, das
auf dem gleichen Schwungrad rollt, welches mit dem gleichen Belag
und dem gleichen Hindernis ausgestattet ist.
-
Alle
Messungen werden für
einen Druck von 2,1 Bar und eine getragene Last von 275 daN entsprechend
den Bedingungen im Bezugs-Fahrzeug durchgeführt.
-
Diese
Messungen werden mit den gleichen Geschwindigkeiten (40, 50, 70
et 80 km/h) durchgeführt,
die um die Bezugsgeschwindigkeit V (60 km/h) herum liegen. Jede
Messung ist das Ergebnis eines Mittelwerts von zwanzig Schwungradumdrehungen. Die
Erfassung wird durch räumliche
Abtastung von 4096 Punkten pro Schwungradumdrehung durchgeführt.
-
Schließlich wird
durch Fourier-Transformation (FFT) in den Frequenzbereich übergegangen,
ehe eine erneute Abtastung durchgeführt wird, um für alle gewählten Geschwindigkeiten
einheitlich zu sein.
-
Alle
mit dem Fahrzeug und am Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden alleine
durchgeführten
Messungen werden für
zwei weitere Drücke
(1,8 und 2,4 Bar) des Luftreifens erneut durchgeführt, die den
Betriebsluftdruck von 2,1 Bar umgeben.
-
Indem
dann die am mit dem Bezugs-Verbindungssystem mit dem Boden ausgestatteten
Fahrzeug gemessenen Werte und die am Bezugs-Verbindungssystem mit
dem Boden alleine gemessenen Werte verwendet werden, wird für jede Geschwindigkeit
eine für
das Fahrzeug charakteristische globale Übertragungsfunktion berechnet,
d.h. eine erste Übertragungsfunktion,
die es unter Berücksichtigung der
Kräfte
an den Verbindungspunkten des Verbindungssystems ermöglicht,
den Schalldruck im Fahrzeuginnenraum zu bestimmen, und eine zweite Übertragungsfunktion,
die es unter Berücksichtigung der
gleichen Kräfte
an den Verbindungspunkten ermöglicht,
die Vibrationspegel am Lenkrad und am Boden des Fahrzeugs zu erhalten.
-
Schließlich wird
eine globale Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs mit der Geschwindigkeit V erstellt, indem ein Mittelwert
der verschiedenen für
jede Geschwindigkeit und jeden Druck erhaltenen globalen Übertragungsfunktionen
erzeugt wird.
-
Nachdem
die globale Übertragungsfunktion eines
mit einem Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden ausgestatteten Fahrzeugs erhalten wurde, ist es möglich, für dieses
gleiche Fahrzeug den Komfortleistungspegel eines Prototyp-Verbindungssystem mit
dem Boden vorherzusagen, das sich vom Bezugs-Verbindungssystem mit
dem Boden unterscheidet. Hierzu werden die Messungen an den Verbindungspunkten
des Prototyp-Verbindungssystems unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, wie
sie für
das Bezugs-Verbindungssystem verwendet wurden.
-
Das
mittels der 5 bis 7 dargestellte Beispiel
entspricht einem Prototyp-Verbindungssystem mit dem Boden, das sich
vom Bezugs-Verbindungssystem
mit dem Boden nur durch die Größe des verwendeten
Luftreifens (205/60 R 15 M+S330) und seines entsprechenden Montagerads
unterscheidet.
-
5 zeigt
einen Vergleich des im Innenraum des mit einem Prototyp-Verbindungssystem
mit dem Boden versehenen Personenfahrzeugs beim Überqueren eines Stabs aufgezeichneten
Schalldrucks (gestrichelt) mit dem durch das erfindungsgemäße Verfahren
vorhergesagten Geräusch
(durchgezogener Strich) bei der gleichen Geschwindigkeit V (60 km/h).
Auf der Abszissenachse sind die Frequenzen von 0 bis 175 Hz eingetragen,
während
die Ordinatenachse in Dezibel unterteilt ist (von 0 bis 60 dBA).
-
Die 6 und 7 vergleichen
die am Fahrzeug gemessenen Werte und die vom erfindungsgemäßen Modell
vorhergesagten Werte der in Höhe
des Lenkrads und des Boden nach einem Rollen auf einem einen Stab
aufweisenden Schwungrad erzeugten Vibrationen. 6 zeigt
in durchgezogenen Strichen die Beschleunigungen in einer Richtung tangential
zum Lenkrad des Fahrzeugs, die vom erfindungsgemäßen Modell vorhergesagt werden,
und in gestrichelten Linien die gleichen Beschleunigungen, die im
Versuch erhalten werden. 7 zeigt in durchgezogenen Strichen
die Beschleunigungen in senkrechter Richtung, die vom erfindungsgemäßen Modell
in Höhe
des Fahrzeugboden vorhergesagt werden, und in gestrichelten Linien
die gleichen Beschleunigungen, die im Versuch erhalten werden.
-
In
einem zweiten Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist das untersuchte Verbindungssystem mit dem Boden nur einen
Luftreifen 2' mit
der Größe 205/65
R 15 MXT und sein entsprechendes Montagerad 5' auf.
-
Zuerst
werden die Messungen des Schalldrucks und der Vibrationen für mehrere
Geschwindigkeiten (im vorliegenden Fall 40, 50, 70 und 80 km/h)
durchgeführt,
die um die Bezugsgeschwindigkeit V von 60 km/h herum liegen. Jede
Messung ist das Ergebnis des Mittelwerts von zwanzig Schwungradumdrehungen;
die Erfassung wird durch räumliche
Abtastung von 1024 Punkten je Schwungradumdrehung durchgeführt.
-
Dann
wird durch Fourier-Transformation (FFT – Fast Fourier Transform) in
den Frequenzbereich übergegangen,
ehe eine erneute Abtastung durchgeführt wird, um für alle Geschwindigkeiten
einheitlich zu sein.
-
Nach
diesen Messungen, die für
die linke Position der Hinterachse durchgeführt werden, wird die gleiche
Art Messung für
die rechte Po sition der Hinterachse und dann für die beiden Positionen der
Vorderachse durchgeführt.
-
Die
erhaltenen Geräusch-
und Vibrationswerte sind die Ausgangsdaten des Systems, die es ermöglichen,
eine globale Übertragungsfunktion
des mit diesen Bezugs-Luftreifen ausgestatteten Fahrzeugs zu bestimmen.
-
Um
die Eingangsdaten des Systems zu erhalten (wobei diese mit der globalen Übertragungsfunktion
multiplizierten Eingangsdaten die vorher aufgezeichneten Ausgangsdaten
liefern sollen), führt man
Kraftmessungen an der Radmitte des gleichen Bezugs-Luftreifens durch,
der auf das gleiche Montagerad montiert ist und auf dem gleichen
Schwungrad mit dem gleichen Belag und dem gleichen Hindernis rollt. 4 zeigt
einen Bezugs-Luftreifen 2',
der auf sein Montagerad 5' montiert
und auf seinen Betriebsluftdruck (2 Bar) entsprechend den Betriebsbedingungen
in der hinteren linken Stellung eines Fahrzeugs aufgepumpt ist,
wobei der Luftreifen 2' gegen ein
Schwungrad 3' gequetscht
wird, das auf seiner Rollfläche
mit einem Hindernis 4' versehen
ist. Die diesem Luftreifen auferlegte Kraft von 284 daN entspricht
ebenfalls der tatsächlichen
Last, die von dem Luftreifen erfahren wird, der sich hinten links
am Fahrzeug befindet, um sich in realistische Fahrbedingungen zu
versetzen. Das Montagerad 5' ist
auf eine dynamometrische Nabe 9' montiert, die es ermöglicht,
die Kräfte
an der Radmitte in drei senkrechten Richtungen aufzuzeichnen, wobei
zwei der Richtungen, die mit X und Z bezeichnet sind, sich in der
Ebene der Figur befinden, während
die dritte parallel zur Drehachse des Schwungrads liegt, auf dem
der Luftreifen rollt.
-
Diese
Messungen werden mit der dynamometrischen Nabe 9' mit den gleichen
Geschwindigkeiten (40, 50, 70 und 80 km/h) durchgeführt, die
um die Bezugsgeschwindigkeit V (60 km/h) herum liegen. Jede Messung
ist das Ergebnis eines Mittelwerts über zwanzig Schwungradumdrehungen.
Die Erfassung wird durch räumliche
Abtastung von 1024 Punkten pro Schwungradumdrehung durchgeführt.
-
Die
gleichen Messungen werden dann beim gleichen Bezugs-Luftreifen unter
Verwendung der Betriebsbedingungen (Druck gleich 2 Bar, Last gleich 483
daN) durchgeführt,
die den Bedingungen der Luftreifen der Vorderachse des gleichen
Fahrzeugs entsprechen.
-
Schließlich geht
man durch Fourier-Transformation (FFT) in den Frequenzbereich über, ehe
eine erneute Abtastung durchgeführt
wird, um für
alle gewählten
Geschwindigkeiten einheitlich zu sein.
-
Alle
mit dem Fahrzeug und mit dem Bezugs-Luftreifen alleine durchgeführten Messungen werden
für zwei
andere Drücke
(1,7 und 2,3 Bar) wiederholt, die um den Betriebsluftdruck von 2
Bar herum liegen.
-
Unter
Verwendung der am mit Bezugs-Luftreifen ausgestatteten Fahrzeug
gemessenen Werte und der am Bezugs-Luftreifen alleine gemessenen Werte
wird dann für
jede Geschwindigkeit eine für das
Fahrzeug charakteristische globale Übertragungsfunktion berechnet,
d.h. eine erste Übertragungsfunktion,
die es ermöglicht,
unter Berücksichtigung
der Kräfte
an der Radmitte den Schalldruck im Fahrzeuginnenraum zu bestimmen,
und eine zweite Übertragungsfunktion,
die es unter Berücksichtigung dieser
gleichen Kräfte
an der Radmitte ermöglicht, die
Vibrationspegel am Lenkrad und am Boden des Fahrzeugs zu erhalten.
Schließlich
wird eine globale Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs mit der Geschwindigkeit V erzeugt, indem ein Mittelwert
der verschiedenen für
jede Geschwindigkeit und jeden Druck erhaltenen globalen Übertragungsfunktionen bestimmt
wird.
-
Nachdem
nun die globale Übertragungsfunktion
eines mit Bezugs-Luftreifen
der Größe 205/65
R 15 MXT bestückten
Fahrzeugs erhalten wurde, kann man auf einfache Weise für dieses
gleiche Fahrzeug den Komfortleistungspegel eines Versuchs-Luftreifens
vorhersagen, der sich vom Bezugs-Luftreifen unterscheidet. Hierzu
genügt
es, die unter Bezug auf 4 beschriebenen Vorgänge zu wiederholen,
um die Kräfte
in der Mitte des Montagerads zu bestimmen, auf das der Versuchs-Luftreifen
montiert ist, dessen Leistungspegel am Fahrzeug man charakterisieren
möchte.
Diese Kräfte
werden in gleicher Weise verarbeitet wie die Kräfte, die mit dem Bezugs-Luftreifen
erhalten werden, und werden dann mit der vorher bestimmten globalen Übertragungsfunktion
des Fahrzeugs multipliziert.
-
8 zeigt
einen Vergleich des im Innenraum eines Personenfahrzeugs, das mit
Versuchs-Luftreifen einer Größe 205/60
R 15 M+S330 ausgestattet ist, beim Rollen über einen Stab aufgezeichneten
Schalldrucks (gestrichelt gezeichnet) mit dem durch das erfindungsgemäße Verfahren
vorhergesagten Geräusch
(durchgezogener Strich) bei der gleichen Geschwindigkeit V von 60
km/h. Auf der Abszissenachse sind die Frequenzen zwischen 0 und 175
Hz eingetragen, während
die Koordinatenachse in Dezibel aufgeteilt ist (von 0 bis 50 dBA).
-
Die 9 und 10 vergleichen
die am Fahrzeug gemessenen und die vom erfindungsgemäßen Modell
vorhergesagten Werte der Vibrationen, die in Höhe des Lenkrads und des Bodens
nach einem Rollen auf einem einen Stab aufweisenden Schwungrad erzeugt
werden. 9 zeigt in durchgezogenen Strichen
die Beschleunigungen in einer Richtung tangential zum Lenkrad des
Fahrzeugs, die vom erfindungsgemäßen Modell
vorhergesagt werden, und in durchgezogenen Strichen die gleichen Beschleunigungen,
die im Versuch erhalten werden. 10 zeigt
in durchgezogenen Strichen die Beschleunigungen in senkrechter Richtung,
die vom erfndungsgemäßen Modell in
Höhe des
Boden des Fahrzeugs vorhergesagt werden, und in gestrichelten Linien
die gleichen, im Versuch erhaltenen Beschleunigungen.
-
Die
mit den beiden beschriebenen Beispielen erhaltenen Ergebnisse zeigen
klar genug, dass das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich des Komfortleistungspegels
für ein
neues Verbindungssystem mit dem Boden oder einen neuen auf ein Fahrzeug
montierten Luftreifen sehr vorhersagend ist, wenn man nicht oder
nicht durchgehend über
dieses Fahrzeug verfügt,
um die Messungen mit neuen Versuchs-Luftreifen zu wiederholen.
-
Was über eine
Rolleinrichtung vom Typ Schwungrad beschrieben wurde, kann natürlich auf einer
Rollmaschine durchgeführt
werden, die Rollbedingungen nahe einem flachen Boden reproduziert (insbesondere
eine Maschine mit "flachem
Band").