DE10332817B3 - Method and vehicle test bench for dynamic driving simulation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Fahrzeugprüfstannd zur Ermittlung der Kenndaten von Rad- und Achssystemen für die Definition und die Ermittlung der Fahreigenschaften und des technischen Zustandes eines mit bereiften Rädern bestückten Fahrzeugs. Das Fahrzeug wird in einer beliebigen Lage festgehalten oder es ist an mindestens einer Achse ortsgefesselt. Jedes der Räder wird auf einer diesem zugeordneten Unterlage abgestützt, die eine unbegrenzte Linearbewegung in einer ersten Richtung und eine begrenzte Linearbewegung in einer zu der ersten Richtung rechtwinkligen zweiten Richtung ausführen kann. Die Räder werden angetrieben, und die Koordinaten der Radaufstandspunkte auf jeder Unterlage werden ermittelt. Eine von einem angetriebenen Rad auf die zugeordnete Unterlage in der zweiten Richtung ausgeübte Kraft wird gemessen, und die Orientierung jeder Unterlage in Bezug auf das darauf abgestützte Rad wird verstellt, bis die gemessene Kraft mit einer in der zweiten Richtung auf die Unterlage ausgeübten Kraft übereinstimmt. Der Winkel zwischen der durch jede Unterlage definierten ersten Richtung und der Längsachse des Fahrzeugs wird gemessen, und aufgrund der Koordinaten der Radaufstandspunkte und der gemessenen Winkel werden die Koordinaten des Wendepunkts für jede Achse des Fahrzeugs ermittelt.The invention relates to a method and a Fahrzeugprüfstannd for determining the characteristics of wheel and axle systems for the definition and determination of the driving characteristics and the technical condition of a vehicle equipped with tires wheels. The vehicle is held in any position or it is tied to at least one axis. Each of the wheels is supported on a base associated therewith, which can perform unlimited linear motion in a first direction and limited linear motion in a second direction perpendicular to the first direction. The wheels are driven and the coordinates of the wheel contact points on each surface are determined. A force exerted by a driven wheel on the associated pad in the second direction is measured, and the orientation of each pad relative to the wheel supported thereon is adjusted until the measured force coincides with a force exerted on the pad in the second direction. The angle between the first direction defined by each pad and the longitudinal axis of the vehicle is measured, and based on the coordinates of the wheel contact points and the measured angles, the coordinates of the point of inflection are determined for each axis of the vehicle.
Description
Die bis heute bekannten mechanischen, optischen und optoelektronischen Vorrichtungen für die Prüfung der Fahrwerksgeometrie eines Fahrzeuges beruhen auf der statischen Messung der Fahrwerks-Kenngrößen, wie Sturz-, Nachlauf- und Lenkwinkel, Spur und vielen anderen Achseinstellwerten (Ref. 1: Seite 101-ff). Diese statischen Achsvermessungen können über das Fahrverhalten eines Fahrzeuges keine sicheren Aussagen liefern. Die dynamischen Reifenprüfstande von kommerziellen Anbietern und diversen fahrzeugtechnischen Instituten ermöglichen zwar die rationelle Vermessung statischer und dynamischer Kennwerte von bereiften Rädern und der Lenkgeometrie und Radaufhängung einer Achse, aber nicht die exakte Beurteilung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs (Ref. 2, Seite 626–632).The known mechanical, optical and optoelectronic Devices for the exam The chassis geometry of a vehicle is based on the static Measurement of chassis parameters, such as Camber, caster and steering angle, track and many other axle settings (ref. 1: page 101-ff). These static axis measurements can be done via the Driving behavior of a vehicle can not provide any reliable information. The dynamic tire test bench from commercial providers and various vehicle technical institutes enable although the rational measurement of static and dynamic characteristics from tired wheels and the steering geometry and suspension an axle, but not the exact assessment of driving behavior of a vehicle (ref 2, pages 626-632).
Die WO 92/20997 A1 offenbart ein Verfahren und einen Fahrzeugprüfstand, bei dem die Räder eines Fahrzeugs jeweils auf zwei zylindrischen Rollen drehbar abgestützt sind. Die beiden Rollen sind in einem Rahmen gelagert. Eine Winkelemesseinrichtung besteht aus einer auf der Felge montierten Befestigungseinheit, Messbolzen, Lenkarm und Signalgeber. Die Winkelemesseinrichtung soll Radsturz, Spreizung und Nachlauf der Räder messen. Zusätzlich werden mit vier Kraftsensoren die von einem Rad auf den zugeordneten Rahmen ausgeübten Lasten erfasst. Eine Vierpunktmessung ist jedoch nicht eindeutig, da statisch unbestimmt.The WO 92/20997 A1 discloses a method and a vehicle test bench, at which the wheels a vehicle are rotatably supported respectively on two cylindrical rollers. The two rollers are stored in a frame. An angle measuring device consists of a mounting unit mounted on the rim, Measuring bolt, steering arm and signal transmitter. The angle measuring device should measure camber, spread and caster of the wheels. In addition will be with four force sensors that from a wheel to the assigned frame exerted Loads recorded. A four-point measurement is not unique, because statically indefinite.
Um die dynamischen Fahreigenschaften eines Fahrzeuges in der Entwicklungsphase zu bestimmen, werden zwar zeitraubende Autodromprüfungen durchgeführt, die optimalen Eigenschaften bei fahrendem Fahrzeug letztlich aber subjektiv ermittelt. Bei den zu dynamischen Prüfvorrichtungen zählenden Spurmessplatten (Radlauf-Tester) (Ref. 1, Seite 143-ff) wird nur die Geradeausfahrt einer Achse auf Spurfehler getestet und als Ergebnis mm/m oder in m/km angezeigt. Die Fahrzeughersteller geben keine Kenndaten für diese Art dynamischer Messungen an, weil die in x-Richtung rollenden Räder einer Achse auf den in y-Richtung frei beweglichen Spurmeßplatten nur eine kurze Strecke (1 m bis 2 m) fahren, während die Räder der anderen Achsen auf festem Boden in eine nicht genau definierbare Richtung nur mit einer halben Umdrehung rollen. Daher ist dieses Prüfverfahren ungenau und eng mit den praktischen Erfahrungen des Prüfers verbunden. Genauere Messungen für die Bestimmung und Einstellung der Fahrwerksgeometrie werden letztendlich mit den bekannten Geräten der statischen Messung durchgeführt.Around the dynamic driving characteristics of a vehicle in the development phase to be determined, although time-consuming Autodromprüfungen be performed, the optimal properties when the vehicle is moving but ultimately subjective determined. In the case of dynamic testers Track gauge (wheel arch tester) (ref 1, page 143-ff) only becomes the straight-ahead travel of an axis is tested for tracking error and as a result mm / m or in m / km. The vehicle manufacturers do not give any Characteristics for this type of dynamic measurements, because the rolling in the x direction Wheels of an axle in the y direction freely movable track measuring plates only a short distance (1 m to 2 m) drive while the wheels of the other axles solid ground in a not exactly definable direction with only one roll half turn. Therefore, this test method is inaccurate and narrow connected with the practical experience of the examiner. More accurate measurements for the Determination and adjustment of the chassis geometry will ultimately with the known devices the static measurement performed.
Die Radaufhängungen eines Fahrzeuges müssen neben einer Vielzahl von Anforderungen (Ref. 3, Seite 13-ff) insbesondere die bereiften Räder auf der Fahrbahn unter allen denkbaren Betriebsbedingungen abrollen lassen. Jede Seitenkraft, (außer durch seitlichen Wind oder bei Kurvenfahrt entstehender Zentrifugalkraft oder wegen geneigter Fahrbahn entstehender Kräfte), die rechtwinklig zur Geradeausrollrichtung des Rades bzw. des Fahrzeuges wirkt, verursacht unnötigen Leistungsverlust und ist in kritischen Fällen sogar ein Sicherheitsrisiko. Bei der Geradeausfahrt eines Fahrzeuges sollen die Räder im Idealfall keine Seitenkräfte bilden oder unter bestimmten Voraussetzungen einen definierten Betrag nicht überschreiten, damit bei einer schnellen Fahrt eine Seite des Fahrzeuges, die sich auf einer mit einer kleinen Reibungszahl behafteten unhomogenen Fahrbahn befindet, nicht die andere Seite der Räder des Fahrzeuges in die Richtung der eigenen Seitenkräfte das Fahrzeug seitlich wegzieht.The suspension of a vehicle in addition to a variety of requirements (Ref. 3, page 13-ff) in particular the tired wheels Roll the road under all conceivable operating conditions to let. Every lateral force, (except by lateral wind or when cornering emerging centrifugal force or due to inclined roadway forces) at right angles to the Straight rolling direction of the wheel or the vehicle acts, causes unnecessary Loss of performance and in critical cases even a security risk. When driving straight ahead of a vehicle, the wheels should ideally no lateral forces form or, under certain conditions, a defined amount do not exceed so that when driving fast one side of the vehicle, which is on a non-homogeneous with a low coefficient of friction Roadway is not the other side of the wheels of the vehicle in the direction the own side forces pull the vehicle sideways.
Die
Radaufstandsfläche
eines Rades soll alle vertikalen Radkräfte, die Traktions-, Brems-
und Seitenkräfte
ohne Schlupf auf die Fahrbahn leiten. Die Radaufstandsfläche ist
bei diesen Anforderungen die kritische Schnittstelle (Interface)
in der Kraftübertragungskette
zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahn. Obwohl der Radaufstandspunkt
W als Kräftemittelpunkt
aller Kräfte,
die auf der Radaufstandsfläche
wirken, definiert ist, sind in der Kraftfahrzeugtechnik keine stationären Vorrichtungen
und Verfahren bekannt, die das Geradeaus- und Kurvenfahrtverhalten
des gesamten Fahrzeuges dynamisch, nämlich bei rollenden Rädern des
Fahrzeuges in bezug auf den Radaufstandspunkt W und die darauf wirkenden
Kräfte
prüfen
und messen. Die heute in der Fahrzeugtechnik für Kurvenfahrten angewandten
Ackermann-Bestimmungen, die sich an ein Ackermann GB-Patent 4212
von 1818 anlehnen, das ursprünglich
auf die Lenkachskonstruktion des Münchener Wagenbauers Georg Lankensperger
aus dem Jahr 1816 bezogen war (Ref. 4), beruhen auf den kinematischen
Zusammenhängen,
um den Schnittpunkt der Achsverlängerungen
aller rollenden Räder
als Wendepunkt Meines Fahrwerks zu definieren. Die Reifenbreiten
bei heutigen Fahrzeugen sind aber größer als die damaligen Reifenbreiten
und die Radaufhängungen
von modernen Fahrzeugen bringen zusätzliche Konstruktionsparameter
wie Sturz-, Nachlauf- und Lenkwinkel und andere Achseinstellwerte
mit sich, um das Fahrverhalten von Fahrzeugen zu optimieren. Ein
bereiftes Rad dreht sich bei der Geradeausfahrt, bei einer mit positivem
Sturzwinkel ε und
Vorspur eingestellten lenkbaren Achse mit seiner Felge um die Radachse,
aber nicht exakt in Fahrtrichtung (
Ein
bereiftes Rad mit seiner Aufhängungskinematik
und dem Fahrwerk bildet gegenüber
der Fahrbahn ein komplexes elastokinematisches System, wobei die
Radaufstandsfläche
mit dem Radaufstandspunkt W eine wichtige Schnittstelle bildet.
Mit der Annahme eines fiktiven, dünnen Rades, das auf dem Radaufstandspunkt
W senkrecht auf der Fahrbahn in Fahrtrichtung (
Aufgrund dieser Überlegungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die Messung aller Kräfte und die Bestimmung der Koordinaten der Radaufstandspunkte W und den effektiven Lenkwinkel δA auf einem stationären Prüfstand bei simulierter dynamischer Fahrt eines Fahrzeuges zu ermöglichen.by virtue of these considerations the invention has the object, a method and a Device to create the measurement of all forces and the determination of the coordinates of the wheel contact points W and effective steering angle δA on a stationary test bench to allow for simulated dynamic drive of a vehicle.
Die
Lösung
dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 bzw. 2 angegeben. Mit der
Erfindung wird ein stationärer,
rechnergestützten
Fahrzeug-Prüfstand
geschaffen, der das Fahrverhalten eines mit Reifen bestückten Fahrzeuges
auf einer durch Flachbänder
simulierten Fahrbahn dynamisch prüft und die erforderlichen Einstellungen
der Radkinematik und Radaufhängung
für das
ideale Abrollen der Räder
(ohne Seitenkraft, oder mit gewollter Seitenkraftbildung zwischen
den Radaufstandspunkten und der Fahrbahn) während des Prüfgangs beim
angetriebenen sowie frei oder gebremst rollenden Rades erlaubt.
Das Prüfverfahren
beruht auf der dynamischen Messung und Bestimmung der Abrollrichtung
(
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to an illustrated in the drawings embodiment explained in more detail. It shows:
Die
Jede
Radmesseinheit (
Der
Bandblock (
Der
Trägerblock
(
Die
mit Linearführungen
(
Die
Basisplatte (
Das
in
Die
Koordinaten des Radaufstandspunktes W1 sind auf das Flachband (
Dabei
verschiebt das auf dem Flachband (
Um
für das
Fahrverhalten eines Fahrzeuges die richtigen Schlussfolgerungen
zu ziehen, müssen die
Koordinaten der Radaufstandspunkte W und der effektive Lenkwinkel δA für jedes
einzelne Rad (
Ein Fahrzeug mit mehr als einem Wendepunkt M verursacht bei Kurvenfahrt unnötiges Reifenschlupfen und neigt bei schneller Kurvenfahrt zum Über- oder Untersteuern.One Vehicle with more than one turning point M causes when cornering unnecessary Tire slippage and tends to turn when cornering faster or over Understeer.
Die an den Fahrzeug-Fahrbahn-Schnittstellen, d.h. an den Radaufstandspunkten W, erfassten dynamischen Messdaten können die Entwicklungs- und Untersuchungsdauer für die Ermittlung der optimalen Fahreigenschaften eines Fahrzeuges erheblich verkürzen. In der Entwicklungsphase kann die Fahrwerkskinematik mit den Zieleigenschaften des Fahrzeuges bei allen möglichen Fahrbahn-, Belastung- und Lagezuständen, wie auch Wankel- und Nickzustände, geprüft und gemessen werden. Auch die optimale Anpassung und Typenfeststellung der diversen Reifenfabrikate kann im Labor ermittelt werden. Auch die das Fahrverhalten stabilisierenden Einrichtungen können auf diesem Prüfstand entwickelt, gemessen und geprüft werden.The at the vehicle lane interfaces, i. at the wheel contact points W, recorded dynamic measurement data can be the development and Duration of examination for the determination of the optimal driving characteristics of a vehicle shorten considerably. In the development phase, the suspension kinematics with the target properties the vehicle at all possible Lane, load and position conditions, as well as Wankel and pitch conditions, tested and measured become. Also the optimal adaptation and type determination of the various Tire makes can be determined in the laboratory. Also the driving behavior stabilizing facilities can on this test bench developed, measured and tested become.
Während dar
Herstellung, der Reparatur und den periodischen Fahrzeugprüfungen können die Koordinaten
der Radaufstandspunkte W bei z = 0 (ebene, horizontale Fahrbahn)
und bei Geradeaus- und bei langsamen Kurvenfahrten getestet und
mit einfacher Fahrzeugfesselung (
Der
in den Zeichnungen dargestellte und vorstehend beschriebene Fahrzeug-Prüfstand ist
grundsätzlich
für alle
Achs- und Radkombinationen von allen denkbaren Fahrzeugtypen geeignet,
wobei pro Rad jeweils eine Radmesseinheit (
Bei der Entwicklung der modernen Fahrwerkskinematik mit erhöhten Anforderungen an die Sicherheit und an die Fahrökonomie von Fahrzeugen bringt der Fahrzeug-Prüfstand die geforderte Präzision und eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis.at the development of modern suspension kinematics with increased requirements to the safety and economy of vehicles the vehicle test bench the required precision and a considerable time and cost savings.
Bei der Herstellung eines Fahrzeuges kann entsprechend der in der Entwicklung ermittelten Fahrzeugkenndaten jedes neue Fahrzeug vor Auslieferung auf die optimale Einstellung der Fahrwerkskinematik hin geprüft und erforderliche Korrekturen können rasch und ohne großen zeitlichen Aufwand durchgeführt werden. Ein mitgeliefertes Messprotokoll für jedes Fahrzeug ist ein Beleg für die Sicherheitsqualität des Produkts.at The manufacture of a vehicle may be commensurate with that in development determined vehicle characteristics of each new vehicle before delivery checked for the optimum setting of the suspension kinematics and required Corrections can quickly and without big ones time required become. A supplied measurement protocol for each vehicle is a receipt for the safety quality of the product.
Bei Reparaturen und periodischen technischen Prüfungen kann der Zustand der Fahrwerkskinematik eines Fahrzeuges für die wichtigen Fahrsituationen anhand der vom Hersteller bereitgestellten Kenndaten schnell, zuverlässig und kostengünstig ermittelt werden. Die Durchführung erforderlicher Korrekturen und die Behebung von Mängeln kann zügig und korrekt auf der Grundlage der Ursprungsdaten des Herstellers für das Fahrzeuges erfolgen und ein Messprotokoll kann den Zustand des Fahrzeuges dokumentieren. Dies bringt für in Betrieb befindliche Fahrzeuge einen wichtigen Sicherheitsfaktor.at Repairs and periodic technical tests can be the condition of the Suspension kinematics of a vehicle for the important driving situations fast, reliable and reliable based on the characteristics provided by the manufacturer determined cost become. The implementation necessary corrections and the rectification of defects fast and easy correctly based on the manufacturer's original data for the vehicle and a measurement protocol can document the condition of the vehicle. This brings for in-service vehicles are an important safety factor.
- Ref. 1: „Fahrwerkdiagnose", Horst Gräter, Vogel Verlag 1997, 1. Auflage, Seite 101–ffRef. 1: "Suspension Diagnosis", Horst Gräter, Vogel Verlag 1997, 1st edition, page 101-ff
- Ref. 2: „Moderne Prüfstandstechnik für das Fahrwerk ", Philip Köhn/Peter Holdmann, aus ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 100 (1998), Seite 626–632Ref. 2: "Modernity test benches for the Suspension ", Philip Koehn / Peter Holdmann, from ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 100 (1998), page 626-632
- Ref. 3: „Fahrwerktechnik: Grundlagen", Jörnsen Reimpell/Jürgen Betzler, Vogel Verlag, 2000, 4. AuflageRef. 3: "Chassis technology: Fundamentals ", Jörnsen Reimpell / Jürgen Betzler, Vogel Verlag, 2000, 4th edition
- Ref. 4: „Die Achsschenkellenkung und andere Fahrzeug-Lenksysteme", Erick Eckermann, Deutsches Museum, ISBN-Nummer: 3-924183-51-1Ref. 4: "The Axle steering and other vehicle steering systems ", Erick Eckermann, German Museum, ISBN number: 3-924183-51-1
- 11
- RadmesseinheitRadmesseinheit
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 33
- 44
- FahrzeugfesselungsvorrichtungVehicle fixing device
- 55
- FahrzeugfesselungspunktVehicle fixing point
- 66
- Rad, bereiftes RadWheel, frosted wheel
- 77
- Flachbandribbon
- 88th
- 99
- Lenkachse (King pin)steering axle (King pin)
- 1010
- Radachsewheel axle
- 1111
- Rechtwinklige horizontale Richtungrectangular horizontal direction
- zur Radachse, auf Felgenebeneto Wheel axle, on rim level
- 1212
- Fahrtrichtung des bereiften Radesdirection of travel of the tired wheel
- 1313
- Bandblocktape block
- 1414
- Trägerblockcarrier block
- 1515
- Drehplatteturntable
- 1616
- Basisplattebaseplate
- 1717
- Trommel, FlachbandtrommelDrum, Flat drum
- 1818
- Flächenlagerarea storage
- 1919
- Stempelstamp
- 2020
- 2121
- KraftmesssensorLoad Sensor
- 2222
- 2323
- Federvorrichtung, einstellbarSpring device adjustable
- 2424
- Begrenzervorrichtung gegen Last-limiter against load
- und Abkippenand Rocking
- 2525
- Linearführungen, in y-RichtungLinear guides, in the y direction
- 2626
- LinearführungswagenLinear guide carriage
- 2727
- 2828
- Linearwegemesssensor, in y-Linear displacement measuring sensor, in y-
- Richtungdirection
- 2929
- Kraftmesssensor fürLoad Sensor For
- Seitenkraftmessung, in y-RichtungLateral force measurement, in the y direction
- 3030
- Aktuator, in y-Richtung wirkendactuator acting in the y direction
- 3131
- 3232
- Winkelmesssensor zur Messung derAngular position sensor for measuring the
- effektive Lenkwinkel δAeffective Steering angle δA
- 3333
- Motorengine
- 3434
- 3535
- 3636
- Geradelinien zwischen demStraight lines between the
- Ackermann-Wendepunkt W undAckermann-turn W and
- dem Radaufstandspunkt Mthe Wheel contact point M
- MM
- Ackermann-WendepunktAckermann-turn
- WW
- Radaufstandspunkt, (center of tyrewheel contact, (center of tire
- contact)contact)
- αα
- Reifenschräglaufwinkel, (slip angleTire slip angle, (slip angle
- of the wheel)of the wheel)
- δδ
- Lenkwinkel, zwischen X-RichtungSteering angle, between X-direction
- und rechtwinklig zur Radachse,and perpendicular to the wheel axle,
- (steer angle)(steer angle)
- δA.DELTA.a
- effektiver Lenkwinkel, zwischen dermore effective Steering angle, between the
- x1- bzw. X-Richtung und derx1 or X-direction and the
- Fahrtrichtung des bereiften Rades,direction of travel the tired wheel,
- bezogen auf Radaufstandspunkt W,based at wheel contact point W,
- (effective steer angle)(effective steer angle)
- εε
- Sturzwinkel, (camber angle)Camber angle, (camber angle)
- σσ
- Spreizungswinkel, (kingpinSpread angle (kingpin
- inclination angle)inclination angle)
- ττ
- Nachlaufwinkel, (caster angle)Caster angle, (caster angle)
- FZ,W F Z, W
- Radlastwheel load
- FY,W F Y, W
- Seitenkraftlateral force
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