NL194247C

NL194247C - Inrichting voor het beproeven van de wielophanging van een voertuig.

Info

Publication number: NL194247C
Application number: NL8802251A
Authority: NL
Original assignee: Garage Equip Maintenance
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 2001-10-02
Also published as: NL8802251A; US5056024A; JPH02141642A; EP0359337A1; JP3044555B2; NL194247B

Description

1 194247

Inrichting voor het beproeven van de wielophanging van een voertuig

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het beproeven van de wielophanging van een voertuig, in het bijzonder van het trillingsdempende element daarin, waarbij het voertuig bij ieder wiel een te 5 beproeven niet-afgeveerde massa bezit, welke inrichting omvat: een meetplaat, een mechanisme voor het in trilling brengen van de meetplaat met een frequentie die varieert in een bepaald gebied, waarbij een te beproeven wiel van het voertuig verticale krachten uitoefent op de meetplaat gedurende de trillingen, 10 een meetinrichting voor het meten van de door de luchtband op de meetplaat uitgeoefende krachten en voor het meten van de bijbehorende trillinsfrequentie.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.981.174.

De trillingsfrequenties, waaraan de wielophanging van een voertuig tijdens normaal gebruik op de weg wordt blootgesteld, liggen In een gebied van 0 tot ongeveer 25Hz. In dit frequentiegebied vertoont de 15 wielophanging in het algemeen twee resonanties, namelijk de resonantie van de afgeveerde massa en die van de niet-afgeveerde massa, welke ongeveer tussen 12 en 17 Hz ligt, kan een minimale remanente verticale kracht, die door het wiel op de meetplaat wordt uitgeoefend, worden bepaald. Bij de bekende inrichtingen van de bovengenoemde soort worden uit deze minimale remanente verticale kracht conclusies getrokken met betrekking tot de werking van het trillingsdempende element De bekende inrichtingen 20 hebben echter het bezwaar, dat deze conclusies niet altijd juist zijn, omdat de minimale remanente verticale kracht, behalve door het trillingsdempende element ook door andere variabelen in de constructie van het voertuig worden beïnvloed.

De uitvinding beoogt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij dit bezwaar is ondervangen.

25 Hiertoe heeft de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat de inrichting verder is voorzien van: een geheugen voor het opslaan van de waarden van de verticale kracht en de bijbehorende trillings-frequentie, middelen voor het opslaan van een mathematisch model van een lineair tweede orde massa-veersysteem omvattende de niet-afgeveerde massa bij ieder te beproeven wiel, een band en het trillingsdempende 30 element, welk mathematische model de eigenschap representeert van het wielophangingssysteem in het gebied rondom de resonantiefrequentie, een logische verwerkingsschakeling voor het bepalen van de minimale verticale krachtwaarde en de bijbehorende trillingsfrequentiewaarde op basis van de genoemde opgeslagen verticale krachtwaarden en bijbehorende trillingsfrequentiewaarden en voor het gebruik van het mathematische model voor het 35 berekenen van een relatieve dempingsfactor als beproevingsresultaat voor de wielophanging uit de genoemde minimale verticale krachtwaarde en de bijbehorende trillingsfrequentiewaarde.

Op deze wijze kan uit het meetresultaat een relatieve dempingsconstante worden berekend, die vervolgens kan worden vergeleken met ontwerpconstanten, die voor de diverse typen voertuigen gangbaar zijn, dat wil zeggen zouden moeten gelden voor fabrieksnieuwe voertuigen.

40 Voorts is het met behulp van het mathematisch model ook mogelijk om voor de diverse typen voertuigen de gemeten minimale remanente verticale kracht bij de resonantie-frequentie van de niet-afgeveerde massa _te vergelijken met de optimale waarden, dat wii zeggen de minimale remanente verticale kracht, die bereikt_ zou kunnen worden indien de wielophanging een gangbare (fabrieksnieuwe) relatieve dempingsconstante zou hebben. Ook is het mogelijk de gemeten waarde uit te drukken als fractie van de optimale waarde.

45 Opgemerkt wordt, dat uit de literatuur mathematische modellen voor de wielophanging van een voertuig op zichzelf bekend zijn. Deze bekende modellen zijn veelal hogere orde systemen, waarvan de analyse te gecompliceerd Is om te kunnen worden toegepast in een eenvoudige logische schakeling in een beproevingsinrichting.

Verrassenderwijs is aanvraagster gebleken, dat de resonantiefrequenties van de afgeveerde massa en 50 de niet-afgeveerde massa ver genoeg uit elkaar liggen om met voldoende nauwkeurigheid voor het bepalen van de relatieve dempingsconstante, de resonantie van de niet-afgeveerde massa mathematisch te beschrijven met een lineair tweede orde massaveersysteem.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin toont, respectievelijk tonen: 55 figuur 1 schematisch de wielophanging van een voertuig; figuur 2 een bekend model voor de wielophanging uit figuur 1; figuur 3 het verloop weer van de door het wiel op de meetplaat uitgeoefende kracht als functie van de 194247 2 frequentie; figuur 4 het onderhavige lineaire tweede orde model; figuren 5 en 6 enkele grafieken ter toelichting van het onderhavige mathematisch model; en figuur 7 toont een stroomdiagram, dat bij de onderhavige inrichting kan worden toegepast.

5

In figuur 1 is sterk schematisch de wielophanging van een voertuig weergegeven. Een wiel 1 met een luchtband 2 is bevestigd aan een draagarm 3, die door middel van een scharnier 4 is bevestigd aan een voertuigcarrosserie 5. Tussen de carrosserie 5 en de draagarm 3 zijn een carrosserie-ondersteuningsveer 6 en een trillingsdemper 7 aangebracht. De veer 6 dient ertoe steeds contact te houden met het wegdek en 10 comfort te verschaffen ondanks oneffenheden in het wegdek. De trillingsdemper 7 absorbeert de overtollige bewegingsenergie van het wiel 1 en de draagarm 3.

De wielophanging kan men in het algemeen mathematisch beschrijven met een model volgens figuur 2.

In figuur 2 is M2 dat deel van de carrosseriemassa, dat door het desbetreffende wiel wordt afgesteund, ook wel de afgeveerde massa genoemd. Met M1 is de massa van het wiel, de luchtband, het remsysteem en 15 een deel van de massa van de veer, de trillingsdemper en de draagarm aangegeven. Deze massa M1 wordt ook wel aangeduld met de niet-afgeveerde massa. K2 is de veer tussen de afgeveerde en de niet-afgeveerde massa en D2 is de trillingsdemper. K1 en D1 zijn eigenschappen van de toegepaste luchtband, de veerstijfheid respectievelijk de inwendige demping. Voor het beproeven van de wielophanging wordt het wiel van het voertuig op een wieiondersteuningsplateau of meetplaat gereden, welke in de figuur 1 20 en 2 met 8 is aangegeven. Deze meetplaat 8 kan met behulp van een niet nader weergegeven aandrijfmechanisme in trilling worden gebracht. Dergelijke aandrijfmechanismen zijn op zichzelf bekend.

De trilling van de meetplaat heeft gewoonlijk een constante amplitude, bijvoorbeeld 3 mm, en doorloopt een frequentiegebied, dat de resonantiefrequenties van zowel de afgeveerde als de niet-afgeveerde massa bevat, bijvoorbeeld het gebied 0 tot 25 Hz. Door de trillend meetplaat wordt de wielophanging in trilling 25 gebracht en zal het wiel een harmonisch variërende kracht op de meetplaat 8 uitoefenen. Bij het beschreven uitvoeringsvoorbeeld is de meetplaat 8 als elektronische weegschaal uitgevoerd, zodat bij verschillende frequenties de amplitude van de uitgeoefende kracht, kan worden gemeten. In figuur 3 is een voorbeeld van de omhullende van een dergelijke amplitude-karakteristiek weergegeven. In het algemeen kan men hierin twee resonantiefrequenties onderscheiden: o>|_ is de resonantiefrequentie van de afgeveerde massa en ligt 30 ongeveer tussen 1 en 2 Hz, ain is de resonantie-frequentie van de niet-afgeveerde massa en ligt ongeveer tussen 12 en 17 Hz.

Zoals uit figuur 3 blijkt treedt bij de resonantiefrequentie ω^, een minimale verticale remanente kracht op, die genormeerd op de gemiddelde waarde van de kracht of de statische kracht, in veel bekende beproevingsinrichtingen wordt gebruikt als maat voor de kwaliteit en de veiligheid van het samenstel der 35 wielophangingsonderdelen in het algemeen en de trillingsdemper in het bijzonder. Zoals hierboven reeds werd opgemerkt, geven de bekende inrichtingen echter niet altijd de gewenste resultaten, omdat deze minimale remanente verticale kracht door het totale voertuigconcept, dat wil zeggen door alle elementen in de wielophanging wordt beïnvloed.

De onderhavige inrichting onderscheidt zich hierdoor, dat met behulp van een vereenvoudigd mathema-40 tisch model van de tweede orde van de wielophanging referentiewaarden kunnen worden afgeleid voor de beoordeling van de wielophanging. Dit model is in figuur 4 weergegeven. Verrassenderwijs is gebleken, dat dit model met voldoende nauwkeurigheid voor het beproeven van de wielophanging, het gedrag van de wielophanging in het gebied rond de resonantiefrequentie Oh beschrijft. In figuur 4 is de carrosserie van het voertuig met B aangeduid, waarvan in het model wordt verondersteld dat deze onbeweeglijk is. M is de 45 niet-afgeveerde massa en T is de meetplaat 8, die harmonisch trilt met een amplitude E en frequentie-a. De in figuur 2 met K2 aangeduide veer tussen de afgeveerde en de niet-afgeveerde massa wordt verwaarloosd ten opzichte van de door de luchtband gevormde veel stijvere veer, die met K is aangeduid. Tenslotte wordt zoals gebruikelijk de kleine demping in de luchtband verwaarloosd ten opzichte van de trillingsdemper D.

Voor dit model volgens figuur 4 kan men afleiden dat voor een harmonische exitatie E.e°ai*) geldt: 50 F(P.Z)|2 P2 + 4Z2 m K.E | = ((1 - P2)2 / P2) + 4 Z2 1 *

Waarbij: 55 F is de amplitude van de verticale kracht die op de meetplaat wordt uitgeoefend; K is de veerconstante van de luchtband; E is de amplitude van de exitatie door de meetplaat; 3 194247 , P = ω/ω0 is de genormeerde frequentie; ω is de cirkelfrequentie; ω0 = SQRT(K/M) is de resonantiefrequentie van het ongedempte tweede orde systeem; Z = D / (2 M tod is de relatieve dempingsfactor van het tweede orde systeem.

5 Uit deze vergelijking (1) kan men afleiden dat voor P = SQRT(2)/2 de vergelijking (1) onafhankelijk is van de relatieve dempingsfactor Z en gelijk is aan 1. Dus voor deze frequentie = cQo/(SQRT(2)) geldt F = K. E . Dit is ook de waarde voor P -> <*>. Alle frequentie-karakteristieken gaan derhalve door dit punt, dat we daarom als referentiewaarde zullen gebruiken.

Tevens kan men uit vergelijking (1) afleiden dat de resonantiepiek verschuift als functie van de relatieve 10 dempingsfactor Z: P(Z) = SQRTO/6 + 'A SQRT(1 +BZ2)). (2)

Een grafiek van de amplitudekarakteristieken van (1) is getekend in figuur 5 voor verschillende waarden van Z.

De meetplaat 8 brengt het wiel in trilling met variërende frequentie, waarbij de amplitude-15 frequentiekarakteristiek van de verticale kracht F (zie figuur 3) wordt gemeten. Uit dit meetresultaat kan met behulp van het bovengenoemde model volgens de vergelijkingen (1) en (2) een benaderde waarde van de relatieve dempingsfactor Z worden berekend.

Deze berekende relatieve dempingsfactor kan dan worden vergeleken met de in de praktijk gangbare relatieve dempingsfactoren voor het type voertuig, waarvan de wielophanging wordt onderzocht. Met gebruik 20 van de grootte van de amplitude K.E in het punt P = 1/è SQRT(2) kunnen we, voor een gekozen (fabrieks-nieuwe) dempingsconstante, de optimale waarde van de minimale remanente verticale kracht tijdens resonantie berekenen, en de werkelijke waarde uitdrukken als fractie van de optimale waarde.

Een voorbeeld van een algoritme om de relatieve dempingsfactor te berekenen uit een gemeten amplitudefrequentie-karakteristiek wordt hierna besproken.

25 Nadat de meetplaat 8 het frequentiegebied van O tot ongeveer 25 Hz heeft doorlopen, heeft de inrichting een meetwaarden-tabel.rnet periodetijden (inverse frequenties) en bijbehorende absolute of relatieve gewichts- of krachtamplituden vastgelegd: T(i) periodetijd van periode i.

F(i) relatieve amplitude van periode i.

30 De meetwaarden-tabel wordt zodanig gerangschikt dat de periodetijden monotoon stijgend zijn.

Tengevolge van de demping ligt de waargenomen resonantiepiek bij een hogere frequentie dan de resonantiefrequentie van het vrije, ongedempte systeem (zie vergelijking (2) en figuur 5).

Bij de bepaling van de relatieve dempingsfactor Z wordt gebruik gemaakt van de bovengenoemde frequentie co^, waarbij de amplitude F onafhankelijk is van de relatieve dempingsfactor.

35 De amplitudeverhouding R(Z) = Ρ(ω^) / F(co^) kan worden berekend voor iedere Z door substitutie van uitdrukking (2) in uitdrukking (1) (zie figuur 6). De frequentieverhouding Q(Z), die gedefinieerd is als: Q(Z) = (üj = P (Z). SQRT(2) kan eveneens voor een aantal waarden van Z worden berekend. Deze waarden R(Z) en Q(Z) worden eenmalig berekend en worden in een tabel in een geheugen vastgelegd voor latere referentie. De berekende waarden zijn in de onderstaande tabel I opgenomen.

40

Tabel I

---z-Q(Z)-R(Z)- 45 .02 1.415 .0400 .04 1.416 .0797 .06 1.419 .1189 .08 1.423 .1575 .10 1.428 .1952 50 .12 1.434 .2319 .14 1.441 .2673 .16 1.448 .3015 .18 1.457 .3344 .20 1.466 .3658 55 .22 1.476 .3957 .24 1.486 .4243

Claims

194247 4 Tabel I (vervolg) Z Q(Z) R(Z) 5 .26 1.497 .4514 .28 1.509 .4770 .30 1.520 .5014 .32 1.533 .5243 .34 1.545 .5461 10 .36 1.558 .5666 .38 1.571 .5859 .40 1.584 .6042 .42 1.598 .6215 .44 1.611 .6377 15 .46 1.625 .6531 .48 1.639 .6676 .50 1.653 .6813 .52 1.667 .6942 .54 1.681 .7064 20 .56 1.695 .7180 .58 1.709 .7289 .60 1.723 .7392 .62 1.737 .7490 .64 1.752 .7583 25 .66 1.766 .7671 .68 1.780 .7755 .70 1.794 .7834 30 De relatieve dempingsfactor Z voor de gemeten amplitude-frequentiekarakteristiek wordt iteratief bepaald met behulp van deze tabel I. Iedere iteratiestap gaat als volgt: Stap 1: Neem een Z-waarde uit tabel I. Stap 2: Bepaal voor de frequentie (üre, de periode Tref (Z) = TH. Q(Z), waarbij Q(Z) wordt opgezocht in tabel I. 35 Stap 3: Zoek in de meetwaarden-tabel de amplitude F(öJreflZ) die hoort bij de in stap 2 bepaalde periode T«,(Z). Stap 4: Bereken de amplitude-verhouding R'(Z) = / F(coh) Stap 5: Vergelijk de gevonden waarde R'(Z) met de waarde R(Z) uit tabel I. 40 Omdat in tabel I de waarden voor Q en R ais functie van Z monotoon stijgend zijn, kan Z bepaald worden door binair zoeken. Het aldus verkregen algoritme is in figuur 7 weergegeven. Met behulp van dit algoritme wordt de Z-waarde als het ware ingesloten tussen twee opeenvolgende waarden uit de tabel I. Uiteindelijk wordt uit Zmln en Z^ die waarde gekozen waarvoor het verschil tussen R(Z) en R'(Z) het kleinst is. 45 Een berekening van een optimale waarde van de minimale remanente verticale kracht bij een relatieve dempingsfactor van bijvoorbeeld 0.4 gaat als volgt: De amplitude F__rt = Fref / Q (0.40), waarbij Fref volgt uit de voorafgaande berekening en Q volgt uit tabel I. De optimale waarde van de minimale remanente verticale kracht wordt dan verkregen door F—p, af te 50 trekken van de gemiddelde gemeten waarde van F.

1. Inrichting voor het beproeven van de wielophanging van een voertuig, in het bijzonder van het trillings-dempende element daarin, waarbij het voertuig bij ieder wiel een te beproeven niet-afgeveerde massa bezit, welke inrichting omvat: 5 194247 een meetplaat, een mechanisme voor het in trilling brengen van de meetplaat met een frequentie die varieert in een bepaald gebied, waarbij een te beproeven wiel van het voertuig verticale krachten uitoefent op de meetplaat gedurende de trillingen, 5 een meetinrichting voor het meten van de door de luchtband op de meetplaat uïtgeoefende krachten en voor het meten van de bijbehorende trillingsfrequentie, met het kenmerk dat de inrichting verder is voorzien van: een geheugen voor het opslaan van de waarden van de verticale kracht en de bijbehorende trillingsfrequentie, 10 middelen voor het opslaan van een mathematisch model van een lineair tweede orde massa-veersysteem omvattende de niet-afgeveerde massa bij ieder te beproeven wiel, een band en het trillingsdempende element, welk mathematische model de eigenschap representeert van het wielophangingssysteem in het gebied rondom de resonantiefrequentiö, een logische verwerkingsschakeling voor het bepalen van de minimale verticale krachtwaarde en de 15 bijbehorende trillingsfrequentiewaarde op basis van de genoemde opgeslagen verticale krachtwaarden en bijbehorende trillingsfrequentiewaarden en voor het gebruik van het mathematische model voor het berekenen van een relatieve dempingsfactor als beproevingsresultaat voor de wielophanging uit de genoemde minimale verticale krachtwaarde en de bijbehorende trillingsfrequentiewaarde.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde logische verwerkingsschakeling is 20 ingericht om een referentiekrachtwaarde en een bijbehorende referentiefrequentiewaarde te bepalen op basis van de genoemde opgeslagen verticale krachtwaarden en bijbehorende frequentiewaarclen, waarbij de genoemde referentie-krachtwaarden en de genoemde referentie-frequentiewaarden in hoofdzaak onafhankelijk zijn van de relatieve dempingsconstante, waarbij de relatieve dempingsconstante wordt bepaald als een verhouding tussen de referentie-krachtwaarde en de gemeten minimale krachtwaarde.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde middelen voor het opslaan van het mathematische model bestaan uit een geheugen voor het opslaan van een tabel van relatieve dempings-constanten en overeenkomstige verhoudingen van referentie-krachtwaarden en minimale krachtwaarden alsmede overeenkomstige verhoudingen van referentie-frequentiewaarden en minimale frequentiewaarden.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn voor het introduceren van 30 een tevoren bepaalde relatieve dempingsconstante, waarbij de genoemde logische verwerkingsschakeling is ingericht om het mathematisch model te gebruiken ter bepaling van een optimale minimale krachtwaarde uit de tevoren bepaalde relatieve dempingsconstante en de referentiekrachtwaarde.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de frequentie van de in trilling gebrachte meetplaat varieert over een gebied tussen 0 en 25 Hz. Hierbij 3 bladen tekening