AT514006A2 - Bordsteinlastsimulation - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Fahrzeuglastsimulation beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins, wobei für die Fahrzeuglastsimulation ein Rollenprüfstand (20) mit zumindest einer Prüfstandsrolle genutzt wird, der Verdrehwinkel (φ) eines auf der Prüfstandsrolle befindlichen Rads eines Fahrzeugs (1) bestimmt wird, in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel (φ) des Rads eine Position des Rads auf einem virtuellen Bordstein berechnet wird, ein der Position entsprechendes Bordsteinlastmoment (MB) gebildet wird, und ein auf das Rad wirkendes Straßenlastmoment (MA) um das Bordsteinlastmoment (MB) ergänzt wird.

Description

AV-3613 AT

Bordsteinlastsimulation

Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrzeuglastsimulation beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins.

Konventionell werden für diverse Straßenlastsimulationen Rollenprüfstände eingesetzt. Dabei ist bereits eine Reihe von Anwendungen für Zertifizierungsaufgaben, welche beispielsweise den Verbrauch, Emissionen und ähnliches betreffen, bekannt.

Im Zuge der simulierten Fahrzyklen, welche mittels Fahrroboter oder einem trainierten realen Fahrer abgefahren werden, werden beispielsweise Straßenlast, Roll- und Luftwiderstand, Fahrzeugbeschleunigung und Straßenneigung berücksichtigt.

Im Rahmen eines Ausrollversuches mittels realen Fahrzeuges auf einer realen Straße, wird eine sogenannte Ausrollkurve bestimmt, welche die Straßenlast in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert. Regelungssysteme am Rollenprüfstand bilden die Straßenlast unter Verwendung der zuvor ermittelten Ausrollkurve am Rollenprüfstand ab, um so den Ausrollversuch nicht zwangsläufig auf einer realen Straße durchführen zu müssen, sondern auch entsprechende „Laborversuche“ zu ermöglichen.

Ein besonderer Lastfall während des Betriebs eines Fahrzeuges ist das Auffahren bzw. Abfahren eines Bordsteins. Diese Belastung stellt sowohl an den Antrieb und dessen Energieversorgung als auch an das Fahrwerk hohe Anforderungen. Im Zuge der Fahrzeugentwicklung können somit entsprechende Prüfläufe wertvolle Informationen liefern.

Im Zusammenhang mit der Fahrzeugentwicklung und der Belastung in Bezug auf Bordsteine zeigt beispielsweise die DE 10 2007 006 041 A1 ein Verfahren zur Prüfung der im Lenksystem wirkenden Kräfte bei einer Lenkbewegung gegen ein Hindernis. Dazu wird auf einer Grundplatte, die zumindest ein Rad eines Fahrzeuges aufnimmt, ein so genannter Bordsteinadapter befestigt, welcher gegenüber der Grundplatte beweglich ist. Der Bordsteinadapter kann so relativ zum Rad des Fahrzeuges bewegt werden, wodurch jene Kräfte hervorgerufen werden können, welche bei einer Lenkbewegung gegen ein Hindernis auftreten.

Auftretende Kräfte, wie sie beim Auf- oder Abfahren eines Bordsteines auftreten, können jedoch dadurch nicht simuliert werden.

Selbstverständlich können in diesem Zusammenhang auch reale Versuche, bei welchen ein Fahrzeug über einen realen Bordstein gefahren wird, durchgeführt werden. Zumindest ein entscheidender Nachteil ergibt sich jedoch bei einer solchen Versuchsanordnung. Da es sich um eine, von den oben genannten simulierten Fahrzyklen unterscheidende Prüfung handelt 2/161

AV-3613 AT ist das Fahrzeug, zumindest räumlich, auch einem anderen Rollenprüfstand zuzuführen. Ein auf einem Rollenprüfstand befindliches Fahrzeug müsste vom Rollenprüfstand gefahren werden und an einem entsprechenden Randstein positioniert werden. Auch, dass ein bestehender Rollenprüfstand entsprechend umgerüstet bzw. um einen Bordstein ergänzt wird ist denkbar. Dies führt jedoch zwangsläufig zu einem erhöhten Aufwand im Handling und erlaubt kein nahtloses Durchführen sämtlicher Prüfaufgaben.

Die DE 9 405 141 U1 zeigt eine Vorrichtung zur Simulation von Straßenunebenheiten auf einem Rollenprüfstand mit zumindest einer Prüfstandsrolle. Die Prüfstandsrolle weist an ihrem Umfang zumindest eine Schlagleiste auf, welche, um unterschiedliche Fahrbahnunebenheiten simulieren zu können dahingehend verstellt werden kann, dass sie mehr oder weniger aus der zylindrischen Oberfläche der Prüfstandsrolle vorsteht. Zwar werden dadurch entsprechende Kräfte aufgeprägt, wie sie beim Auf - und/oder Abfahren von einem Bordstein auftreten können, jedoch ist ein entsprechender Verstellmechanismus vorzusehen, welcher an bereits vorhandenen Rollenprüfständen nicht ohne weiters nachrüstbar ist.

Vorrangig beziehen sich derartige Tests auf das dynamische Verhalten des Fahrwerks und dessen Verschleißerscheinungen, wobei dabei das Auf- und/oder Abfahren von einem Bordstein nicht direkt in Betracht gezogen wird. Gerade das Auffahren eines Fahrzeugs auf einen Bordstein hat im Zuge der verstärkten Hybrid- und Elektrofahrzeugentwicklung an Stellenwert gewonnen. Fragen wie: „Reicht der verfügbare Strom aus, um das notwendige Moment beim Bordsteinauffahren aufzubringen, ohne Zusammenbruch der Bordnetzspannung und dem Ausfall der elektronischen Komponenten im Fahrzeug?“ können nur durch entsprechende Tests, vorzugsweise während der Entwicklung geklärt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auffahren und/oder Abfahren auf und/oder von einem Bordstein, bei möglichst geringem Mehraufwand während eines Prüflaufes, zu simulieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Fahrzeuglastsimulation ein Rollenprüfstand mit zumindest einer Prüfstandsrolle genutzt wird, dass der Verdrehwinkel eines auf der Prüfstandsrolle befindlichen Rades eines Fahrzeuges bestimmt wird, dass in Abhängigkeit des Verdrehwinkel des Rades eine Position des Rades auf einem virtuellen Bordstein berechnet wird und ein der Position entsprechendes Bordsteinlastmoment gebildet wird, und dass das ein auf das Rad wirkendes Straßenlastmoment um das Bordsteinlastmoment ergänzt wird. Dies erlaubt es, auf einer Prüfstandsrolle ohne mechanische Adaptierungen des Rollenprüfstandes den Lastfall einer Bordstein Auf- und/oder Abfahrt zu simulieren. Der Belastungsfall kann somit in bereits übliche Testläufe auf einem Rollenprüfstand integriert werden. 3 /162'

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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass bei der Berechnung der Position des Rades auf dem virtuellen Bordstein die Fahrzeugdynamik durch zumindest ein Masse-Feder-Dämpfermodell berücksichtigt wird. Dadurch kann der Verlauf der vom Fahrzeug aufgeprägten Kräfte entsprechend realitätsnah berücksichtigt werden und im von der Prüfstandsrolle auf das Rad aufgebachten Moment berücksichtigt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Verformung des Rades beim Auffahren und/oder Abfahren auf oder vom virtuellen Bordstein in der Berechnung der Position des Rades berücksichtig. Dadurch wird jener Anteil der aufgebrachten Kräfte welcher in der Realität in die Verformung des Rades einfließt berücksichtigt und der Lastfall noch realitätsnaher simuliert. Für die Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Rollenprüfstand mit zumindest einer Prüfstandsrolle und einer übergeordneten Regeleinrichtung, einen Funktionsblock zur Bordsteinsimulation beinhaltet, dass mit der Prüfstandsrolle ein Rad eines Fahrzeuges in Kontakt steht, dass der Funktionsblock über Eingänge und zumindest einen Ausgang verfügt, wobei über die Eingänge zumindest ein Radradius und eine Bordsteinhöhe zugeführt ist und der Funktionsblock in Abhängigkeit von einem erfassten Verdrehwinkel des Rades ein Bordsteinlastmoment berechnet und am Ausgang an den Rollenprüfstand ausgibt. Das Zusammenspiel dieser Komponenten bzw. die Erweiterung eines Rollenprüfstands um den Funktionsblock ermöglicht es das Auf- und/oder Abfahren von einem Bordstein auf einen Rollenprüfstand zu simulieren, ohne mechanische Einrichtungen, beispielsweise auf einer der Prüfstandsrollen vorsehen zu müssen.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die den Verdrehwinkel des Rades erfasst. Auf diese Weise muss nicht ein in der übergeordneten Regeleinrichtung bekannter Verdrehwinkel der Prüfstandsrolle genutzt werden und möglicher Schlupf zwischen Rad und Prüfstandsrolle kann berücksichtigt werden.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Rollenprüfstand nach Stand der Technik,

Fig.2 System Struktur eines Rollenprüfstands inkl. Bordsteinsimulation,

Fig.3 ein Rad und die auftretende Kräfte beim Auffahren auf einem Bordstein,

Fig.4 die Struktur der Bordsteinlastsimulation. 4 /163'

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Fig. 1 zeigt lediglich schematisch einen Rollenprüfstand 20 nach Stand der Technik, auf welchem ein Fahrzeug 1 angeordnet ist. Der Rollenprüfstand 20 wird beispielsweise von einer übergeordneten Regeleinrichtung 21 geregelt und umfasst zumindest eine Prüfstandsrolle 10. Für Tests auf einem Rollenprüfstand 20, so wie sie im Zuge der Fahrzeugenwicklung durchgeführt werden, ist üblicherweise eine so genannte Straßenlastsimulation 3 vorgesehen. Diese kann, entgegen der Darstellung in Fig.1 auch innerhalb der übergeordneten Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 vorgesehen sein. Die übergeordnete Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 gibt beispielsweise entsprechende Größen aus, anhand derer, durch die Straßenlastsimulation 3, eine Belastung errechnet wird, welche durch den Rollenprüfstand 20 bzw. die Prüfstandsrolle 10 auf das Fahrzeug 1 aufgeprägt wird. Als von der übergeordneten Regeleinrichtung 21 ausgegebenen Größen können beispielsweise eine Geschwindigkeit v und eine Beschleunigung a für ein zu testendes Fahrzeug 1 vorgegeben werden. Diese Größen sind selbstverständlich lediglich beispielhaft gewählt, und können durch andere Größen ergänzt oder ersetzt werden.

Das Fahrzeug 1 ist dazu mit zumindest einem Rad 9 auf der Prüfstandsrolle 10 so angeordnet, dass Kräfte bzw. Momente sowohl vom Fahrzeug 1 auf die Prüfstandsrolle 10, als auch in umgekehrter Weise von der Prüfstandsrolle 10 auf das Fahrzeug 1 aufgeprägt werden können. Eine vom Rollenprüfstand 20 bzw. der Prüfstandsrolle 10 aktuell übertragene Kraft bzw. übertragenes Moment wird über eine Messeinrichtung 5 bestimmt. Diese kann in Form einer Kraftmessdose oder eines Momentenmessflansches ausgeführt sein, deren Verwendung und Eigenschaften hinlänglich bekannt sind. Weiters kann die Messeinrichtung 5 auch eine Positionsbestimmung beinhalten, die den Verdrehwinkel φ des Rades 9 erfasst. Wird der Verdrehwinkel des Rades 9 durch die Messeinrichtung 5 erfasst, muss nicht ein in der übergeordneten Regeleinrichtung 21 bekannter Verdrehwinkel der Prüfstandsrolle 10 genutzt und dem Verdrehwinkel φ des Rades 9 gleichgesetzt werden. Möglicher Schlupf zwischen Rad 9 und Prüfstandsrolle 10 wird somit berücksichtigt.

Als Rad 9 wird ein übliches Fahrzeugrad, also eine Kombination einer Felge mit gewisser Steifigkeit und einem elastisch verformbaren Reifen gesehen, welcher auf die Felge aufgezogen ist. Die Umfangsfläche des Reifens bildet die Kontaktoberfläche zur Straßenoberfläche bzw. zur Prüfstandsrolle 10 wenn sich das Fahrzeug 1 auf einem Rollenprüfstand 20 befindet. Ein Rad 9 ist jedoch auf diese Art der Ausführung nicht beschränkt und kann auch in anderer Form, beispielsweise ohne elastischen Reifen ausgeführt sein.

Die zuvorgenannten, exemplarisch gewählten Größen können beispielsweise durch einen vorgegebenen Fahrzyklus, welcher entsprechende Phasen mit unterschiedlicher Geschwindigkeiten v und Beschleunigungen a vorsieht, auch in Kombination mit einer simulierten Testumgebung, für das Fahrzeug 1 und dem Rollenprüfstand 20 vorgegeben werden. Bei- -4- 5/16

AV-3613 AT spielsweise kann eine negative Beschleunigung a bzw. der Widerstand den eine Prüfstandsrolle 10 einem Rad 9 des Fahrzeuges 1 entgegensetzt erhöht werden, um eine Bergauffahrt zu simulieren. Die Straßenlastsimulation 3 erzeugt in diesem Zusammenhang, unter Heranziehung der von der übergeordneten Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 vorgege-5 benen Größen, eine vom Rollenprüfstand 20 bzw. der Prüfstandsrolle 10 aufzubringende Straßenlast FA, wobei die die vom Rollenprüfstand 20 aufgebrachte, aktuelle Prüfstandslast Fist bzw. Mist, wie in Fig.1 erkennbar, in einem klassischen Regelkreis berücksichtigt wird. Im eben erwähnten Regelkreis wird der Rollenprüfstand 20 und das Fahrzeug 1 über einen Kraftregler 2 geregelt. Dadurch wird die tatsächlich von der Prüfstandsrolle 10 aufzubringen-10 de Kraft unter Berücksichtigung der aktuellen Prüfstandslast Fist bzw. Mist auf das Rad 9 des Fahrzeuges 1 übertragen.

Im in Fig.2, dargestellten Schema ist ein Funktionsblock 4 zur Bordsteinsimulation integriert. Dem Funktionsblock 4 werden, beispielsweise von der bereits erwähnten übergeordneten Regeleinrichtung 21, entsprechende Daten zur Verfügung gestellt. Diese beinhalten neben 15 dem Radradius R des Fahrzeuges 1 und der Bordsteinhöhe H auch den Initialwinkel (po.

Selbstverständlich kann der Funktionsblock 4 auch über eine eigene Eingabemöglichkeit für die entsprechenden Daten verfügen. Für die Definition des Initialwinkel cp0 betrachtet man ein Rad 9, welches soeben mit einem Bordstein in Kontakt kommt von jener Seite, von der das Rad 9 als Kreis erscheint, so wie es auch in Fig.3 ansatzweise dargestellt ist. Wird zwischen 20 Radachse, also dem Zentrum des Kreises, und dem Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K, also dem Kontaktpunkt des Rades 9 zum Bordstein, eine Linie gezogen, so ist der Initialwinkel (p0 jener Winkel zwischen dieser Linie und der Lotrechten durch die Radachse im Moment des ersten Kontaktes zwischen Rad 9 und Bordstein.

Der Initialwinkel cp0 muss nicht zwangsläufig von der übergeordneten Regeleinrichtung 21 25 des Rollenprüfstands 20 oder über eine separate Eingabemöglichkeit zur Verfügung gestellt werden, sondern kann unter Heranziehen des Radradius R und der Bordsteinhöhe H innerhalb des Funktionsblocks 4 zur Bordsteinsimulation errechnet werden. Der dazu, unter Berücksichtigung von Fig.3, leicht ersichtliche trigonometrische Zusammenhang lautet: φο = arccos

V

R-H R 30 Mithilfe dieser Daten wird die Bordsteinlast FB berechnet, welche notwendig ist, um beispielsweise auf den Bordstein aufzufahren. Beispielsweise, deshalb da natürlich auch das Abfahren von einem Bordstein denkbar ist. Die erforderlichen Kräfte, also die Straßenlast FA welche zum Befahren der simulierten Straße notwendig ist und die Bordsteinlast FB werden summiert und sind vom Rollenprüfstand 20 aufzubringen. Wie bereits für Fig.1 erwähnt, wird 6 /165'

AV-3613 AT die aktuelle Prüfstandslast Fist dabei, wie auch in Fig.2 erkennbar, in einem klassischen Regelkreis berücksichtigt.

Das Summieren der Straßenlast FA zur Bordsteinlast FB führt dazu, dass entsprechende Gegebenheiten bezüglich der simulierten Straße berücksichtigt werden die das Auf- oder Abfahren auf einem Bordstein erleichtern oder auch erschweren können. Beinhaltet die Simulation der Straßenlast FA beispielsweise das Befahren einer Steigung und währenddessen das Überfahren eines Bordsteines, so ist klar, dass die Straßenlast FA das Auffahren auf den Bordstein zusätzlich erschwert. In umgekehrterWeise ist natürlich ein Erleichtern des Auffahrens auf dem Bordstein im Zuge einer Bergabfahrt ebenfalls zu berücksichtigen. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich die Straßenlast unberücksichtigt zu lassen und in diesem Zusammenhang die Straßenlast FA gleich Null zu setzen.

Im eben erwähnten Regelkreis wird der Rollenprüfstand 20 und das Fahrzeug 1 übereinen, bereits für Fig. 1 erwähnten, Kraftregler 2 geregelt. Das Fahrzeug 1 bringt jene Kraft auf, die zum Auffahren auf den Bordstein notwendig ist. Der Rollenprüfstand 20 wirkt mit der Straßenlast Fa und einer dem Widerstand des Bordsteins entsprechenden Bordsteinlast FB dagegen. Ist, wie zuvor angemerkt die Straßenlast FA gleich Null gesetzt wirkt lediglich die Bordsteinlast FB dagegen. Der Kraftregler 2 kann beispielsweise in der bereits erwähnten, übergeordneten Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 integriert sein und regelt z.B. das Drehmoment der Prüfstandsrolle 10, mit welchem der Rollenprüfstand 20 dem Fahrzeug 1 entgegenwirkt.

Wie in Fig.2 erkennbar, wird der aktuelle Verdrehwinkel φ des Rades 9 eines Fahrzeuges 1 vom Rollenprüfstand 20 ausgelesen und dem Funktionsblock 4 für weitere Berechnungen zugeführt, welche im Folgenden näher erläutert werden. Das Auslesen des aktuellen Verdrehwinkel φ des Rades 9 erfolgt beispielsweise, wie bereits erwähnt, mittels einer Positionsmessung der Prüfstandsrolle 10, wodurch sich der aktuelle Verdrehwinkel φ eines darauf befindlichen Rades 9 bestimmen lässt. Dies kann einerseits mit entsprechenden Sensoren an der Prüfstandsrolle 10 erfolgen, andererseits sind solche Sensoren nicht zwingend notwendig, da der bereits erwähnten, übergeordneten Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 infolge der Regelung der entsprechende Verdrehwinkel φ ebenfalls bekannt ist. Dabei wird vorerst davon ausgegangen, dass zwischen dem Rad 9 des Fahrzeuges 1 und Prüfstandsrolle 10 kein Schlupf besteht und somit der an der Prüfstandsrolle 10 gemessene Verdrehwinkel auch dem aktuellen Verdrehwinkel φ des Rades 9 entspricht.

Selbstverständlich ist über die Messeinrichtung 5 auch die vom Rollenprüfstand 20 aufgebrachte aktuelle Prüfstandslast Fist bekannt und wird, wie bereits erwähnt, im Regelkreis von der Summe aus Straßenlast FA und Bordsteinlast FB subtrahiert. -6- 7/16

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Unter Berücksichtigung der Fig.3 werden im Weiteren die geometrischen Zusammenhänge zwischen Rad 9 des Fahrzeuges 1 und dem Bordstein beschrieben. Da in der folgenden Beschreibung sowohl Kräfte als auch Momente angeführt sind, ist zu beachten, dass diese physikalischen Größen unter Berücksichtigung der entsprechenden Kraftarme als äquivalent 5 anzusehen sind. In den meisten Fällen wirkt, wenn nicht anders angegeben, der Radradius R als Kraftarm wodurch aus den entsprechenden Kräften zugehörige Momente gebildet werden.

Die vertikale Auslenkung h(cp) der Radachse, welche sich im Zentrum des Rades 9 befindet, ist abhängig von der Lage der Radachse relativ zum Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K. In der 10 ersten Betrachtung wird die Dynamik bzw. die Deformation des Rades 9, oder dessen zuvor erwähnten Reifens, vernachlässigt und der Radradius R als Konstante angenommen.

Die vertikale Auslenkung h(cp) kann in Abhängigkeit des aktuellen Verdrehwinkel φ des Rades 9 des Fahrzeuges 1, der zu Beginn des Auf- oder Abfahrens vom Bordstein als Null angenommen wird, wie folgt beschrieben werden: 15 Κφ) =

0 (cos(<p - φο) - l)i? + H H φ < 0 0<φ<φο φο<φ

Wird auch die Fahrzeugdynamik berücksichtigt, so stellt die vertikale Auslenkung h(cp) der Radachse eine Eingangsgröße für die Berechnung des dynamischen Verhaltens dar. Dabei ist vorgesehen, dass bei der Berechnung der Position des Rades 9 auf dem virtuellen Bordstein die Fahrzeugdynamik durch zumindest ein Masse-Feder-Dämpfermodell berücksichtigt 20 wird. Dieses bildet die Schwingungsdynamik der Räder, Stoßdämpfer usw. ab. Zur einfachen Parametrierung eines Fahrzeugdynamikmodells kann vorab ein einfaches Feder-Masse-System zur Bestimmung der, durch die vertikale Auslenkung h(cp), verursachten Kräfte herangezogen werden. Eine Verfeinerung des Systems in Form eines Mehrmassen-Schwingsystems ist natürlich möglich, wobei ein erhöhter Rechenaufwand zu berücksichti-25 gen ist.

Zusätzlich entsteht durch das Gewicht des Fahrzeuges 1 bzw. durch die Gewichtskraft Fg beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins ein Gewichtsmoment Mg an der Radachse. Dieses kann in erster Näherung durch die Masse m und dem horizontalen Abstand x(cp) zwischen Radachse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K beschrieben werden. Der hori-30 zontale Abstand χ(φ) zwischen Radachse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K kann in Abhängigkeit des aktuellen Verdrehwinkel φ des Rades 9 und dessen Radradius R beschrieben 8 /167 5

AV-3613 AT werden. Für ein Rad 9, wird bei einem vierrädrigen Fahrzeug 1 naturgemäß ein Viertel des Fahrzeuggewichtes für die Masse m angenommen.

Es gilt für den horizontalen Abstand χ(φ) zwischen Radachse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K und das Gewichtsmoment Mg an der Radachse:

Mg = Ρ,,χ(φ) = mgx((p)

Der Großteil der aufzubringenden Kraft bei der Bordsteinlastsimulation, wird zum Überwinden dieses, vom Normalabstand x(cp) zwischen der Radachse und der Bordsteinkante verursachten, Gewichtsmoments Mg benötigt. 10 Eine weitere Kraft wird über die Dynamik des Fahrzeuges 1, das von der vertikalen Auslenkung h(cp) angeregt wird, verursacht. Aus der Dynamik des Fahrzeuges 1 ergibt sich eine vertikale Kraftkomponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1.

Diese kann herangezogen werden, um eine Nomalkraft Fn aus der Dynamik des Fahrzeuges 1 (welche normal zur Radoberfläche steht) und eine horizontale Kraftkomponente Fx aus der 15 Dynamik des Fahrzeuges 1 zu bestimmen:

Fy <p < 0

Fn = <--- 0 < <p < <po bzw. Fx = yjFF- Fy2 cos(<po-<p)

Fy φο<φ

Natürlich kann die horizontale Kraftkomponente Fxauch direkt aus der vertikale Kraftkomponente Fy und dem Verdrehwinkel φ des Rades 9 berechnet werden, ohne die Nomalkraft Fn bestimmen zu müssen. 20 Diese Kräfte wirken im Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K auf das Rad 9 des Fahrzeuges 1. Über den Normalabstand der horizontalen Kraftkomponente Fx und der vertikalen Komponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1 zur Radachse, lassen sich die auf das Rad 9 wirkenden Momente nachbilden. Dabei wird als Normalabstand für die vertikale Kraftkomponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1 der horizontale Abstand χ(φ) zwischen Rad- 25 achse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K herangezogen. Für die horizontale Kraftkomponente Fxaus der Dynamik des Fahrzeuges 1, wird als Normalabstand ein vertikaler Abstand y(cp) zwischen Radachse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K benötigt, der sich aus dem aktuellen Verdrehwinkel φ des Rades 9 des Fahrzeuges 1 und dem Radradius R ergibt. 9 /168'

AV-3613 AT Für diesen vertikalen Abstand gilt:

γ(φ) = R + h(q>) - H

Die Summe der Momente bzw. die daraus resultierende Kraft am Rad 9 ist das Bordsteinlastmoment Mb bzw. die Bordsteinlast FB, also das notwendige Moment bzw. die notwendige 5 aufzubringende Kraft, um den Bordstein zu befahren.

Es gilt für MB bzw. FB:

Mb = Mg + My + Mx = mgx(q>) + Fy:c(<p) + Fxy((p)

Fb = Fg + Fy + Fx = mg + Fy + Fx

Vom Rollenprüfstand 20 wird daher im Zuge der Bordsteinlastsimulation die Summe aus 10 Straßenlast FA bzw. dem entsprechenden Straßenlastmoment MA und Bordsteinlast FB bzw. dem Bordsteinlastmoment MB auf das Rad 9 des Fahrzeuges 1 aufgebracht. Wiederum sei angemerkt, dass die Straßenlast FA bzw. das entsprechende Straßenlastmoment MA nicht zwangsläufig berücksichtigt werden muss. Die Straßenlast FA bzw. das entsprechende Straßenlastmoment MA werden in diesem Fall gleich Null gesetzt. 15 Durch das Einbeziehen der oben genannten Bordsteinlast FB bzw. des Bordsteinlastmoments MB, wird eine Fahrzeuglastsimulation auf einem Rollenprüfstand 20 mit zumindest einer Prüfstandsrolle 10 ermöglicht, die das Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins berücksichtigt. Wie beschrieben wird der Verdrehwinkel φ eines auf der Prüfstandsrolle 10 befindlichen Rades 9 eines Fahrzeuges 1 bestimmt und in Abhängigkeit des Verdrehwinkels 20 φ des Rades 9 eine Position des Rades 9 auf einem virtuellen Bordstein berechnet. Entsprechend der Position, wird eine neue Bordsteinlast FB gebildet um die die Straßenlast FA ergänzt wird. Ergänzen heißt dabei nicht zwangsläufig addieren. Auch ein Subtrahieren der Bordsteinlast FB von der Straßenlast FA ist möglich, beispielsweise wenn das Fahrzeug 1 von einem Bordstein herunter rollt und dadurch beschleunigt wird. Dabei weist die Bordsteinlast 25 Fb ein negatives Vorzeichen auf. Der Rollenprüfstand 20 bringt durch das Herabrollen vom Bordstein eine geringere aktuelle Prüfstandslast Fist auf, da ja das Herabrollen „unterstützend“ wirkt. Weitere rechnerische Unterschiede zwischen Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins, insbesondere bezüglich des dynamischen Verhaltens, werden der Einfachheit halber nicht weiter ausgeführt. 30 Die Bordsteinsimulation kann in unterschiedlicher Komplexität implementiert werden. Obige Formeln können auch weiter ausdetailliert werden, insbesondere in Bezug auf die horizontale Kraftkomponente Fx und die vertikale Kraftkomponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeu- 10 / i<?'

AV-3613 AT ges 1. Diese können beispielsweise auch aus realitätsnäheren Mehrmassenschwingsystemen gebildet werden. Auch das Einbeziehen bestimmter Reibungsverhältnisse zwischen Rad 9 des Fahrzeuges 1 und Prüfstandsrolle 10 bzw. entsprechender Schlupf ist denkbar. Dazu wird der tatsächliche aktuelle Verdrehwinkel φ des Rades 9 dem gemessenen Ver-5 drehwinkel an der Prüfstandsrolle 10 entsprechend angepasst.

Ein Umstand, welcher in der Realität ebenfalls nicht unerheblich ist, ist die Verformung des Rades 9 beim Auffahren auf den Randstein, wenn dieses, wie bereits erwähnt, einen elastischen Reifen beinhaltet. Ein Teil der wirkenden Kräfte wird also, je nach Verformung, in entsprechende Verformungsarbeit umgewandelt. Da dies jedoch bedeutet, dass die entspre-10 chenden Anteile der wirkenden Kräfte keinen Beitrag zur Änderung der vertikale Auslenkung h((p) leisten, kann in einer präzisierten Variante der Fahrzeuglastsimulation die Verformung des Rades 9 beim Auffahren und/oder Abfahren auf oder vom virtuellen Bordstein in der Berechnung der Position des Rades 9 berücksichtig werden.

Die Fig.4 zeigt die Struktur innerhalb der Bordsteinlastsimulation wie eben beschrieben. 15 In Abhängigkeit des aktuellen Verdrehwinkel φ, dem Radradius R, der Bordsteinhöhe H und des Initialwinkel cp0 wird in einem ersten Schritt A die aktuelle vertikale Auslenkung h(cp) der Radachse ermittelt. Die dazu erforderliche Berechnung wurde bereits bei der Beschreibung der Fig.3 erläutert.

Diese dient, wie ebenfalls bereits erwähnt, als Eingangsgröße für die Simulation der Fahr-20 zeugdynamik, welche im nächsten Schritt B erfolgt. Wie bereits erwähnt kann für die Simulation der Fahrzeugdynamik die Modellierung eines Feder-Masse-Systems herangezogen werden. Unter Berücksichtigung der Fahrzeugdynamik ergeben sich so die horizontale Kraftkomponente Fx und die vertikale Kraftkomponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1. In einem weiteren Schritt C wird weiters die Masse m des Fahrzeuges 1 berücksichtigt. Durch 25 diese ergibt sich die Gewichtskraft Fg, welche einen Großteil der aufzubringenden Kraft bei der Bordsteinlastsimulation bildet. Wie bereits erwähnt, ist für die Gewichtskraft Fg, welche bei einem Fahrzeug 1 mit vier Rädern auf ein Rad 9 wirkt, naturgemäß nur ein Viertel der Masse m des Fahrzeuges 1 zu berücksichtigen.

Aus diesen Kräften ergibt sich eine Bordsteinlast FB welche zum Überfahren des Bordsteines 30 notwendig ist, bzw. welche sich beim Abfahren vom Bordstein ergibt.

Programmablauf der Fahrzeuglastsimulation in einzelnen Schritten: • Beim Start der Simulation wird der Initialwinkel φ0 des Rades 9 bestimmt. -10- 11/16

AV-3613 AT • Aufbauend darauf kann die vertikale Auslenkung h(cp) der Radachse berechnet werden. • Die vertikale Auslenkung h(cp) dient als Eingangsgröße des Feder-Masse-System welches die Dynamik des Fahrzeuges 1 beschreibt. • Aus den resultierenden Kräften wird die vom Rollenprüfstand 20 aufzubringende Bordsteinlast FB bzw. das Bordsteinlastmoment MB berechnet. • Die aufzubringende Bordsteinlast FB ist jene Kraft die wirken muss, um sowohl das Befahren der Straße als auch das Auffahren auf, oder Abfahren von einem Bordstein zu simulieren. • Anschließend wird der aktuelle Verdrehwinkel φ des Rades 9 des Fahrzeuges 1 bzw. der Prüfstandsrolle 10 ermittelt und zur Bestimmung der neuen vertikalen Auslenkung h(cp), also die momentane Position des Rades 9 am Randstein, zurückgeführt.

Wie bereits aus der Beschreibung und der Fig.2 ersichtlich ist, ist es für die beschriebene Fahrzeuglastsimulation ausreichend, dass ein Rollenprüfstand 20 mit zumindest einer Prüfstandsrolle 10 und einer übergeordneten Regeleinrichtung 21 einen Funktionsblock 4 zur Bordsteinsimulation beinhaltet. Der Funktionsblock 4 verfügt über entsprechende Eingänge 41, über welche zumindest der aktuelle Verdrehwinkel φ des Rades 9, ein Radradius R und eine Bordsteinhöhe H zugeführt wird. Weiters verfügt der Funktionsblock 4 über einen Ausgang 42 über welchen in Abhängigkeit von einem erfassten Verdrehwinkel φ des Rades 9 eine Bordsteinlast FB bzw. das Bordsteinlastmoment MBan den Rollenprüfstand 20 ausgegeben wird. Die zumindest eine Prüfstandsrolle 10 weist, wie bereits ausgeführt, eine Messeinrichtung 5 auf, welche beispielsweise die aktuelle Prüfstandslast Fistbzw. ein entsprechendes aktuelles Prüfstandslastmoment Mist misst.

Es ist erkennbar, dass es die Erweiterung eines Rollenprüfstands 20 um den Funktionsblock 4 ermöglicht, das Auf- und/oder Abfahren von einem Bordstein auf einem „klassischen“ Rollenprüfstand 20 zu simulieren, ohne aufwendige Umbauten am Rollenprüfstand 20 und/oder den Prüfstandsrollen 10 vornehmen zu müssen.

Im Folgenden eine Auflistung der genutzten Variablen: φ0...Initialwinkel φ... aktuelle Verdrehwinkel des Rades H... Bordsteinhöhe R...Radradius

AV-3613 AT h((p)... vertikale Auslenkung K...Rad-Bordstein-Kontaktpunkt

Fg... Gewichtskraft χ(φ)...horizontaler Abstand Radachse zu K

Mg...Gewichtsmoment y((p)...vertikaler Abstand Radachse zu K

Fx...horizontale Kraftkomponente aus der Dynamik des Fahrzeuges 5 Fy.. .vertikale Kraftkomponente aus der Dynamik des Fahrzeuges

Fn...Normalkraft aus der Dynamik des Fahrzeuges

Fa... Straßenlast (aufzubringende Kraft um eine simulierte Straße zu befahren)

Ma... Straßenlastmoment (aufzubringendes Moment um eine simulierte Straße zu befahren) 10 FB... Bordsteinlast (Kraft die aktuell notwendig ist, um den Bordstein zu befahren) MB... Bordsteinlastmoment (Moment das aktuell notwendig ist, um den Bordstein zu befahren) -12- 13/16

Claims (5)

1. AV-3613 AT Patentansprüche 1. Verfahren zur Fahrzeuglastsimulation beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fahrzeuglastsimulation ein Rollenprüfstand 5 (20) mit zumindest einer Prüfstandsrolle (10) genutzt wird, dass der Verdrehwinkel (φ) eines auf der Prüfstandsrolle (10) befindlichen Rades (9) eines Fahrzeuges (1) bestimmt wird, dass in Abhängigkeit des Verdrehwinkel (φ) des Rades (9) eine Position des Rades (9) auf einem virtuellen Bordstein berechnet wird und ein der Position entsprechendes Bordsteinlastmoment (Mb) gebildet wird, und dass das ein auf das Rad (9) wirkendes Straßenlast-10 moment (MA) um das Bordsteinlastmoment (MB) ergänzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Position des Rades (9) auf dem virtuellen Bordstein die Fahrzeugdynamik durch zumindest ein Masse-Feder-Dämpfermodell berücksichtigt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung 15 des Rades (9) beim Auffahren und/oder Abfahren auf oder vom virtuellen Bordstein in der Berechnung der Position des Rades (9) berücksichtig wird.
4. 4. Vorrichtung zur Fahrzeuglastsimulation beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rollenprüfstand (20) mit zumindest einer Prüfstandsrolle (10) und einer übergeordneten Regeleinrichtung (21), einen Funktionsblock (4) 20 zur Bordsteinsimulation beinhaltet, dass mit der Prüfstandsrolle (10) ein Rad (9) eines Fahrzeuges (1) in Kontakt steht, dass der Funktionsblock (4) über Eingänge (41) und zumindest einen Ausgang (42) verfügt, wobei über die Eingänge (41) zumindest ein Radradius (R) und eine Bordsteinhöhe (H) zugeführt ist und der Funktionsblock (4) in Abhängigkeit von einem erfassten Verdrehwinkel (cp) des Rades (9) ein Bordsteinlastmoment (MB) berechnet und am 25 Ausgang (42) an den Rollenprüfstand (20) ausgibt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (5) vorgesehen ist, die den Verdrehwinkel (φ) des Rades (9) erfasst. -13- 14/16