NO316476B1 - Fremgangsmåte for å bestemme karakteristika for stötdempere i et motorkjöretöy - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bestemme karakteristika for støtdempere som er montert i et motorkjøretøy, ifølge kravinnledningen

Ved gjennomføringen av fremgangsmåten som blir beskrevet i EP 0 226 981 for overprøving av drivverkets tilstand for et motorkjøretøy er man allerede i stand til, ut fra de gjengitte resultatene av hjulkraften mot underlaget med passende kurveanalyser, bl a å komme med uttalelser om dempmngsegenskapene for akselarmene til et motorkjøretøy, om kvaliteten av støtdemperen og om fjærstivheten til motorkjøretøyet Vurderingen av svingebevegelsene fra de diagrammene man får av målingen av hjulopptrykkskreftene mot underlaget gir allikevel ingen absolutte verdier for de karakteristiske dataene til et motorkjøretøy på prøvetidspunktet Her kan det ikke tas hensyn til påvirkninger som er betinget av lufttrykket i dekkene, belastningen av motorkjøretøyet og også av den foreliggende dekkstypen

Det er foreliggende oppfinnelses mål å utvikle en fremgangsmåte som gjør det mulig å bestemme egenskapene til støtdemperne som er montert på motorkjøretøyet, uten å måtte demontere disse, uavhengig av størrelsene lufttrykk i dekkene, dekkstype, belastmngstilstand osv , dvs med andre ord, å angi en fremgangsmåte der alle kreftene som innvirker ved den kjente målemetoden for svingebevegelsene til motorkjøretøyet, etter at dette har truffet underlaget kan elimineres, og hvor de aktuelle verdiene for de foreliggende dempningskonstantene og fjærstivheten eller med andre ord, den aktuelle tilstanden til støtdemperen kan beregnes ut fra måleverdiene

Dette blir hva oppfinnelsen angår oppnådd ved at svingebevegelsene til karosseri og hvert av hjulene blir målt og de måleresultatene man får her, sammen med måleverdiene for hjulopptrykkskraften blir satt inn i den kjente likningen for dempede svingninger de karakteristiske dataene for drivverket til et motorkjøretøy, nemlig karossen- og hjulmassene, fjærstivheten og dempningskonstantene blir beregnet

Den fordelen som kan oppnås ved fremgangsmåten som angår oppfinnelsen, i motsetning til de hittil kjente fremgangsmåtene består i at det oppnådde resultatet er uavhengig av lufttrykket i dekkene, av dekkstype og av belastningstilstanden til motorkjøretøyet som skal undersøkes, og viser de virkelig foreliggende verdiene

Ved bestemmelsen av den samlede svingnigsbevegelsen til karossen og hvert av hjulene får man ikke bare en verdi for dempningen, men også dempmngskaraktenstikken til støtdemperen oppdelt i trekk- og trykkområde En annen fordel ved den nye fremgangsmåten er at den samlede undersøkelsestiden er svært kort og begge sider av en hjulaksel kan undersøkes samtidig etter en støtpåvirkning I tillegg til demperkarakten-stikken kan også fjærstivheten til kjøretøyets fjærer og den virksomme massen bestemmes

Muligheten for innsamlingen av samtlige data som er påkrevet for en vurdering av tilstanden til et motorkjøretøy innen rammen for en eneste rask måling gjør fremgangsmåten godt egnet for gjennomføringen av seneundersøkelser, eksempelvis hos TUV, i bilindustrien ved sluttkontrollen på samlebåndet og ved dnvverksanalyser, men også for diagnose i verkstedet av motorkjøretøyer som er i bruk, da det herved blir mulig å sammenlikne med de forhåndsbestemte verdiene til motorkjøretøyet

Fortrinnsvis lar det seg gjøre å bestemme svingebevegelsene til karossen og hjul for den akselen på et motorkjøretøy som skal undersøkes ved hjelp av en veimåling for hevesvmgningene som oppstår i karossen og hjul på hver side av den undersøkte akselen, hvorved veimålingen blir utført enten ved enkelt bestemmelse av svingeamplituden til karossenet i forhold til underlaget og hjulet i forhold til underlaget eller ved bestemmelse av amphtudedifferansen for begge svingningene Men man kan også gi preferanse for svingeforløpet gjennom en hastighetsmåling for bevegelsen til karossen og hjul eller gjennom en akselerasjonsmåling for bevegelsen til karossen og hjul etter deres møte med underlaget

For gjennomfønngen av disse målingene passer en innretning, som i tillegg til den i og for seg kjente måleinnretningen til måling av forløpet til hjulopptrykkskraften som virker på underlaget, som en oppkjønngsrampe for motorkjøretøyet som er plassert og kan fjernes oppkjønngsrampen som befinner seg i en avstand fra underlaget som tilsvarer restutfjænngsveien til motorkjøretøyet og omfatter en måleinnretnmg til bestemmelse av forløpet over tid for den såkalte hjulopptrykkskraften som virker på underlaget etter at motorkjøretøyet har falt ned på dette, også omfatter et annet målesystem som passer til å bestemme forløpet over tid for svingebevegelsene i karossen og hjul

Et slikt målesystem kan inneholde en induktiv giver, en hastighetsmåler, en akselerasjonsmåler eller en leser eller være utstyrt med et billedopptakssystem

Enkelthetene om forløpet av målingen, oppbygningen av innretningen som passer til dette og vurdenngen av måleresultatene fremgår av den etterfølgende beskrivelsen av utformingseksemplet ved hjelp av tegningen

Her viser figur 1 en skjematisk fremstilling av en prøvestand, hvor det blir arbeidet med et billedopptakersystem, figur 2 en fremstilling av en erstatningmodell for de kreftene som virker i et motorkjøretøy som er i bevegelse, figur 3 forløpet til svingefrekvensen til hjulopptrykkskraften, som blir funnet med forsøksoppstillmgen vist i figur 1, figur 4 forløpet til de ekspenmentelle verdiene som er funnet ved en veimåling for svingeforløpet i karosseri og hjul sammenliknet med de beregnede verdiene, med en forsøksoppstilling ifølge figur 1, figur 5 en nedtegning av karakteristiske linjer som fås ved gjentatte forsøk (forsøksoppstilling ifølge figur 1), figur 6 en fremstilling av karaktenstiske dempningslinjer som ble funnet for et motorkjøretøy med støtdempere av forskjellig kvalitet (forsøksoppstilling ifølge figur 1), figur 7 en målskive som blir plassert på motorkjøretøyets hjul, figur 8 en målskive som blir plassert på karossenet til motorkjøretøyet og figur 9 en målskive som blir plassert på karossenet og som viser bevegelsene i karossenet i så vel vertikal som horisontal retning

En prøvestand forutsatt for gjennomfønngen av en ny målefremgangsmåte omfatter en oppkjønngsrampe 1 med to falldeksler 2a, b plassert omtrent i hjulavstand til hjulakselen på et motorkjøretøy, hvor et motorkjøretøy som skal undersøkes kjører opp over en skrå oppkjørsel 3 med begge hjulene 4 på enten forakselen eller bakakselen Overflaten til falldekslet 2a,b befinner seg omtrent 50 mm over et underlag 5, og som veieenhet 6, som f eks er utformet som et målebånd eller liknende Den valgte avstanden 7 mellom falldekslet 2a,b og underlaget 5 bestemmes ut fra konstruksjonen forhåndsbestemte restutfjænngsvei, dvs avstanden mellom hjulaksel og et bufferanlegg, for å unngå at akselen til hjulene slår an mot anleggsbufferne allerede før underlaget 5 blir truffet, etter nedklappingen av falldekslene 2a, b ved fritt fall for hjulakselen mot underlaget 5, og dermed at svingeresultatene blir gale

Veieenheten 6 tjener til å måle forløpet i tid for kraftinnvirkningen på underlaget 5, som etter sammentreffet mellom hjulene 4 og underlaget 5 er en følge av svinge-forløpet til motorkjøretøyet

Denne kraftinnvirkningen blir i det følgende betegnet som såkalt hjulopptrykkskraft Den utgjør en vesentlig komponent for den videre numenske bestemmelsen av de søkte egenskapene til støtdemperen

I en viss avstand til side for hjulene 4 på forakselen til motorkjøretøyet som befinner seg på prøvestanden befinner det seg på hver et veimålesystem 8a,b som er formet som et billedopptakersystem, som tillater en berønngsløs opptegning av sving-eforløpet til karossen 9 og hjul 4 Forløpet til svingeamphtuden til karosseri 9 og hjul 4 etter å ha falt fallstrekningen 7 danner den andre komponenten, som er nødvendig for den numeriske bestemmelsen av de søkte egenskapene til støtdemperen Til dette blir såkalte målskiver plassert på hjul og karossen og svingeforløpene tatt opp ved hjelp av et billedbearbeidingssystem Her består målskiven for karossenet av et stavmønster og målskiven opptaket av hjulsvingningene av et rotasjonssymmetnsk, mønster av svart-hvitt-overganger

Men ved fall for motorkjøretøyet på underlaget oppstår det ikke bare svingninger i karossenet i vertikal retning, men ved sammenstøtet blir det også fastslått små svingninger av karosseri i kjøretøyets lengderetning Da de målemetodene som er anvendt her gjengir ekstremt nøyaktige verdier for svingeforløpet kan heller ikke disse honsontale svingebevegelsen utelates Men for å måle disse han det vist seg hensiktsmessig å modifisere det i og for seg kjente stavmønsteret til målskiven som består av svarte og hvite honsontale staver, slik at påvisningen av bevegelsen til karosseriet frem og tilbake i fartsretningen blir mulig Denne modifisenngen av målskiven for bare vertikale svingebevegelser til den målskiven som er nødvendig her for en nøyaktigere måling er vist i figur 9

Figur 7 viser målskiven 11, som blir plassert på hjulet og består av konsentriske svarte og hvite ringer Figur 8 en målskive 12 som blir plassert på karosseriet, så lenge man bare vil bestemme dets vertikale svingninger Denne målskiven 12 består av honsontale parallelle svarte og hvite staver I figur 9 er det vist en målskive som gjør det mulig å oppfatte bevegelsen til karossenet så vel i vertikal som i hon son tal retning, dvs i fartsretningen De parallelle svarte og hvite stavene som er vist figur 8 viser ifølge figur 9 i et område et i forhold til det honsontale avbøyd forløp

I det følgende skal det gås inn på vurdenngen av måleresultatene Først må det fastslås at det til grunn for den etterfølgende regnemetoden ble lagt en forenklet modell av et motorkjøretøy Dette er vist i figur 2 Med mi betegnes her massen til hjul 4 og hjulakselen, m2 massen til påbygget, altså karossenet 9, og i gitte tilfeller også en belastning i prøvekjøretøyet Koeffisienten Cj betegner fjærkonstanten som er gitt ved dekkselastisiteten Denne elastisiteten undergår en dempning kjennetegnet dt

Karossenet 9 er med en fjær 10 med fjærkonstanten c2 forbundet med hjulet 4 Svingningen til fjæren 10 blir dempet med en støtdemper med dempningskonstanten d2

Den kjørebanen 12 som er antydet i figur 2 har ujevnheter som her maksimalt tilsvarer restutfjænngsveien, altså fallhøyden 7 i prøvestanden

Den viste modellen tilsvarer et svingesystem hvor massene ni] og m2 er forbundet med hverandre med to dempede fjærer koblet etter hverandre Bevegelseslikningene til et slikt tolegemers-svingesystem lyder som følger når man antar fjær- og dempningskrefter som lineære funksjoner for relativavledning hhv relativhastighet

Her betyr nri] bevegede masser av hjul, hjulaksel og hjuloppheng, m2 beveget andel av oppbygningsmassen til kjøretøyet, Cj dekkselastisiteten, c2 fjærstivheten til kjøretøyets fjærer, d| dekksdempningen og d2 dempningskonstanten til støtdemperen som er montert i kjøretøyet

Hvor Y0(t) er tidsforløpet for hevesvingmngen til underlaget, y'0(t) er tidsforløpet for hastigheten til underlaget, yi(t) er tidsforløpet for hevesvingningene til hjulet, y'[(t) er tidsforløpet for hjulhastigheten, y"^) er tidsforløpet for hjulakselerasjonen, y2(t) er tidsforløpet for hevesvingningene til karossenet, y'2(t) er tidsforløpet for hastigheten til karossenet og y"2(t) er tidsforløpet for akselerasjonen til karosseriet

Begge akselerasjonslikningene kan sammenfattes i en differensiallikning, i det man istedenfor svingeamphtudene for hjul og karossen innfører bevegelsedifferansen Man får da

Her betyr hvor x(t), y2(t) og yi(t) er målestørrelser, nemlig tidsforløpet for veien, karossenet og hjulet (veidifferansen blir beregnet') er målestørrelser fra hjul og karossen

er likedan en målestørrelse, nemlig forløpet over tid for hjulopptrykkskreftene (dynamisk hjullast)

Founerspektrum for hjulopptrykkskraft over frekvensen er nktignok kjent, men er allikevel tegnet ned i figur 3

I diagrammet er frekvensen vist i logantmisk målestokk over abscissen, oppført fra IO"<1> til IO3 Hz, på ordinaten er hjulopptrykkskraften i f(t) ført opp fra 10° til 10<4> Ved ca 1,25 Hz får man et første maksimum som tilsvarer karossen svingningen Ved ca 9,8 Hz får man det andre maksimumet som tilsvarer hjul frekvensen

Før men bestemte seg for den foranstående beskrevne metoden til bestemmelse av de enkelte parametrene, ble det undersøkt om den idealiserte modellen som ligger til grunn for metoden overhode er anvendelig, da f eks også den ikke prøvede hjulakselen blir påvirket til svingninger når kjøretøyet faller ned på underlaget

Først bestykket man derfor testkjøretøyet med i alt 8 målemottakere, som i visse avstander fra hverandre ble anbrakt på karossen og hjulaksler

Men resultatene viser at det knapt opptrer dreiebevegelser om lengdeaksen til kjøretøyet og derfor blir det overført lite svingeenergi til den andre siden av kjøretøyet Også innflytelsen fra den hjulakselen som ikke prøves liten på den hjulakselen som prøves Det blir overført lite svingeenergi på disse akslene

Det synes dermed mulig å betrakte venstre og høyre side av kjøretøyet atskilt fra hverandre i prøveakselens område og uten hensyn til den hjulakselen som ikke prøves Med andre ord, den erstatningsmodellen av et tolegemers-svingesystem som er beskrevet i det foregående kan anvendes uten å måtte frykte for en forfalskning av resultatene

Ved hjelp av det målesystemet som er vist i figur 1 kan derfor forløpet over tid for hjulopptrykkskraften f(t) måles ved hjelp av veieinnretningen 6 og x(t) ved hjelp av veimålesystemet 8a hhv 8b En passende programmering av et regnemaskinsystem (computer), hvor det store antallet målte signaler for veieinnretningen 6 og veimålesystemet 8a, 8b ble matet inn i, tillater å beregne de søkte modellparametrene m, d og c etter de minste feilkvadraters metode

I figur 4 er de beregnede og målte verdiene trukket opp ved hjelp av den induktive metoden for differanseveien over tiden i sekunder Den gode overensstemmelsen for de to kurvene fremgår tydelig

Av dette kan hensiktsmessigheten ved den valgte beregningsmetoden erkjennes

Men etter bestemmelse av modellparametrene m, c og d kan nå også den virksomme størrelsen til hjulmassen mj, karossenmassen m2, fjærstivheten c2 og dempningskonstanten d2 beregnes, da den statiske andelen for hjulopptrykkskraften fst gir en sammenheng mellom disse størrelsene Her gjelder nemlig fs, = m( + m2 + g, hvor g er tyngdeakselerasjonen = 9,8065 m/s<2> Videre gjelder følgende sammenhenger for de valgte modellparametrene m, c og d til mi, m2, d2 og c2

mi = M

m2 = (fst/<g>) - m,

<d>2 = d <m>2 (<g/f>st)

<c>2 = c <m>2 (<g/f>st)

De foranstående overlegningene gjør det mulig å vise en symmetrisk (trekk/trykk = 11) lineær dempningshnje med hensyn til hjulopptrykkspunktet til en støtdemper innebygget i et motorkjøretøy Men vanligvis har de støtdemperne som kommer til bruk en usymmetrisk dempningskaraktenstikk

Her fører enten et områdevis lineært anslag for dempningskreftene eller et kvadratisk anslag med forskjellig store lineære og kvadratiske ledd i trekk- og trykkområdet til målet

I figur 5 er prøveresultatene fra fem forsøk med et motorkjøretøy av merket Mercedes vist Som det fremgår av kurveforløpet i figur 5, viser det seg knapt forskjeller mellom enkeltresultatene De beregnede verdiene for parametrene viser avvikelser fra de målte verdiene på mellom 1 og 2 %

Forsøksoppstilhngen for disse sistnevnte målingene tilsvarte figur 1 Som målesystem ble et induktivt målesystem brukt

Som målemetode ble differanseveisystemet valgt Måleverdiene til veimålesystemet og veieenheten ble matet inn i en computer hvor software ble programmert tilpasset den matematiske svingehkningen

Med samme forsøksoppstilling kan også de enkelte amplitudene til karossen og hjul bestemmes ved hjelp av veimålesystemet Men ved pnnsippet for beregningsmetoden er det ingenting som forandrer seg med dette

Men det er også mulig og i visse tilfeller fordelaktig istedenfor differanseveisystemet for av de ønskede verdiene å velge et målesystem, hvor hastighetsdifferansene til karossen og hjulmassene blir bestemt Tilsvarende kan også en målemetode velges hvor akselerasjonsdifferansene til de nevnte målestørrelsene bestemmes De apparatene som passer til dette er kjent for fagmannen og forsøksoppstillingen behøver derfor ikke å forklares i detalj for denne målemetoden

Til forklaring for effektiviteten til fremgangsmåten som angår oppfinnelsen vises det til figur 6

I dette diagrammet er det vist dempmngskaratenstiske linjer fra forskjellige forsøksserier som ble utført med samme testkjøretøy For å fremskaffe disse karaktenstikkhnjene ble først testkjøretøyet prøvet uten forandringer Deretter ble det på høyre side bak prøvet med den nye støtdemperen som erstattet en 40 % brukt og kjøretøyet ble prøvet enda en gang

En nøyaktig betraktning av dempningskaraktensukklinjene viser at verdiene for restdempningseffekt for trekk- og trykkområdet er av forskjellig størrelse Mens det for trykkområdet viser en restdempningseffekt på ca 13 % er denne i trekkområdet 53%

Ved hjelp av en slik vurdering kan det muligens av arten av forandringen for karaktenstikklinjen sluttes noe om arten av støtdemperskaden

Av det som er sagt i det foregående kan det tydelig merkes at fremgangsmåten for støtdemperprøvning som angår oppfinnelsen setter nye målestokker for bedømmelsen av tilstanden til kjøretøykaraktenstikkhnjene

Claims (5)

1 Fremgangsmåte for å bestemme karakteristika for støtdempere som er montert i et motorkjøretøy, hvor motorkjøretøyet bonges opp på en oppkjørsel (1, 3) som deretter fjernes hurtig slik at kjøretøyet faller ned på et underlag (5), idet underlagets (5) avstand fra oppkjørselen (1, 3) tilsvarer den restbundne fjænngsveien som er fastlagt ved konstruksjonen av motorkjøretøyet, slik at variasjonene av den såkalte kontaktkraft på underlaget (5) bestemmes, og hvor karosseriets (9) og hjulets (5) svingekaraktenstikker måles, karakterisert ved beregne verdier som er karakteristiske for et motorkjøretøys karossen, nemlig karossenets og hjulenes masser, fjærstivheten og dempningskonstanten, beregnes ved hjelp av de måleresultater som oppnås for svingekaraktenstikkene sammen med måleverdiene for hjulkontaktens kraft ved innføring i de kjente differensiallikningene for dempede svingninger

2 Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at karossenets (9) og hjulets (4) svingekaraktenstikker for et kjøretøys akse bestemmes ved måling av en veistrekning for karossenets (9) og hjulets (4) bevegelse på hver side

3 Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at veistrekningen måles enten ved individuell fastleggelse av kjøretøyets (9) svingeamplitude i forhold til underlaget (5), hjulets (4) svingeamphtude i forhold til underlaget eller ved på bestemme differansen mellom de to svingeamplituder

4 Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at svingeforløpet oppnås ved måling av karossenets (9) og hjulets (4) hastighet

5 Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at svingeforløpet påvirkes av målingen av kjøretøyets akselerasjon etter bevegelse av karossenet (9) og hjulet (4) etter slag mot underlaget (5)