AT514006B1 - 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

Beschreibung

BORDSTEINLASTSIMULATION

[0001] Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrzeug¬lastsimulation beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins.

[0002] Konventionell werden für diverse Straßenlastsimulationen Rollenprüfstände eingesetzt.Dabei ist bereits eine Reihe von Anwendungen für Zertifizierungsaufgaben, welche beispiels¬weise den Verbrauch, Emissionen und ähnliches betreffen, bekannt.

[0003] Im Zuge der simulierten Fahrzyklen, welche mittels Fahrroboter oder einem trainiertenrealen Fahrer abgefahren werden, werden beispielsweise Straßenlast, Roll- und Luftwiderstand,Fahrzeugbeschleunigung und Straßenneigung berücksichtigt.

[0004] Im Rahmen eines Ausrollversuches mittels realen Fahrzeuges auf einer realen Straße,wird eine sogenannte Ausrollkurve bestimmt, welche die Straßenlast in Abhängigkeit der Fahr¬zeuggeschwindigkeit repräsentiert. Regelungssysteme am Rollenprüfstand bilden die Straßen¬last unter Verwendung der zuvor ermittelten Ausrollkurve am Rollenprüfstand ab, um so denAusrollversuch nicht zwangsläufig auf einer realen Straße durchführen zu müssen, sondernauch entsprechende „Laborversuche“ zu ermöglichen.

[0005] Ein besonderer Lastfall während des Betriebs eines Fahrzeuges ist das Auffahren bzw.Abfahren eines Bordsteins. Diese Belastung stellt sowohl an den Antrieb und dessen Energie¬versorgung als auch an das Fahrwerk hohe Anforderungen. Im Zuge der Fahrzeugentwicklungkönnen somit entsprechende Prüfläufe wertvolle Informationen liefern.

[0006] Im Zusammenhang mit der Fahrzeugentwicklung und der Belastung in Bezug auf Bord¬steine zeigt beispielsweise die DE 10 2007 006 041 A1 ein Verfahren zur Prüfung der im Lenk¬system wirkenden Kräfte bei einer Lenkbewegung gegen ein Hindernis. Dazu wird auf einerGrundplatte, die zumindest ein Rad eines Fahrzeuges aufnimmt, ein so genannter Bordstein¬adapter befestigt, welcher gegenüber der Grundplatte beweglich ist. Der Bordsteinadapter kannso relativ zum Rad des Fahrzeuges bewegt werden, wodurch jene Kräfte hervorgerufen werdenkönnen, welche bei einer Lenkbewegung gegen ein Hindernis auftreten.

[0007] Auftretende Kräfte, wie sie beim Auf- oder Abfahren eines Bordsteines auftreten, könnenjedoch dadurch nicht simuliert werden.

[0008] Selbstverständlich können in diesem Zusammenhang auch reale Versuche, bei welchenein Fahrzeug über einen realen Bordstein gefahren wird, durchgeführt werden. Zumindest einentscheidender Nachteil ergibt sich jedoch bei einer solchen Versuchsanordnung. Da es sichum eine, von den oben genannten simulierten Fahrzyklen unterscheidende Prüfung handelt, istdas Fahrzeug, zumindest räumlich, auch einem anderen Rollenprüfstand zuzuführen. Ein aufeinem Rollenprüfstand befindliches Fahrzeug müsste vom Rollenprüfstand gefahren werdenund an einem entsprechenden Randstein positioniert werden. Auch, dass ein bestehenderRollenprüfstand entsprechend umgerüstet bzw. um einen Bordstein ergänzt wird ist denkbar.Dies führt jedoch zwangsläufig zu einem erhöhten Aufwand im Handling und erlaubt kein naht¬loses Durchführen sämtlicher Prüfaufgaben.

[0009] Die DE 9 405 141 U1 zeigt eine Vorrichtung zur Simulation von Straßenunebenheitenauf einem Rollenprüfstand mit zumindest einer Prüfstandsrolle. Die Prüfstandsrolle weist anihrem Umfang zumindest eine Schlagleiste auf, welche, um unterschiedliche Fahrbahnuneben¬heiten simulieren zu können dahingehend verstellt werden kann, dass sie mehr oder wenigeraus der zylindrischen Oberfläche der Prüfstandsrolle vorsteht. Zwar werden dadurch entspre¬chende Kräfte aufgeprägt, wie sie beim Auf - und/oder Abfahren von einem Bordstein auftretenkönnen, jedoch ist ein entsprechender Verstellmechanismus vorzusehen, welcher an bereitsvorhandenen Rollenprüfständen nicht ohne weiteres nachrüstbar ist.

[0010] Vorrangig beziehen sich derartige Tests auf das dynamische Verhalten des Fahrwerks und dessen Verschleißerscheinungen, wobei dabei das Auf- und/oder Abfahren von einemBordstein nicht direkt in Betracht gezogen wird. Gerade das Auffahren eines Fahrzeugs aufeinen Bordstein hat im Zuge der verstärkten Hybrid- und Elektrofahrzeugentwicklung an Stel¬lenwert gewonnen. Fragen wie: „Reicht der verfügbare Strom aus, um das notwendige Momentbeim Bordsteinauffahren aufzubringen, ohne Zusammenbruch der Bordnetzspannung und demAusfall der elektronischen Komponenten im Fahrzeug?" können nur durch entsprechendeTests, vorzugsweise während der Entwicklung geklärt werden.

[0011] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auffahren und/oder Abfahrenauf und/oder von einem Bordstein, bei möglichst geringem Mehraufwand während einesPrüflaufes, zu simulieren.

[0012] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Fahrzeuglastsimulati¬on ein Rollenprüfstand mit zumindest einer Prüfstandsrolle genutzt wird, dass der Verdrehwin¬kel eines auf der Prüfstandsrolle befindlichen Rades eines Fahrzeuges bestimmt wird, dass inAbhängigkeit des Verdrehwinkel des Rades eine Position des Rades auf einem virtuellen Bord¬stein berechnet wird und ein der Position entsprechendes Bordsteinlastmoment gebildet wird,und dass das ein auf das Rad wirkendes Straßenlastmoment um das Bordsteinlastmomentergänzt wird. Dies erlaubt es, auf einer Prüfstandsrolle ohne mechanische Adaptierungen desRollenprüfstandes den Lastfall einer Bordstein Auf- und/oder Abfahrt zu simulieren. Der Belas¬tungsfall kann somit in bereits übliche Testläufe auf einem Rollenprüfstand integriert werden.

[0013] Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass bei der Berechnung der Position des Rades aufdem virtuellen Bordstein die Fahrzeugdynamik durch zumindest ein Masse-Feder-Dämpfermodell berücksichtigt wird. Dadurch kann der Verlauf der vom Fahrzeug aufgeprägtenKräfte entsprechend realitätsnah berücksichtigt werden und im von der Prüfstandsrolle auf dasRad aufgebachten Moment berücksichtigt werden.

[0014] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Verformung des Rades beimAuffahren und/oder Abfahren auf oder vom virtuellen Bordstein in der Berechnung der Positiondes Rades berücksichtigt. Dadurch wird jener Anteil der aufgebrachten Kräfte welcher in derRealität in die Verformung des Rades einfließt berücksichtigt und der Lastfall noch realitätsna¬her simuliert.

[0015] Für die Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Rollenprüfstand mitzumindest einer Prüfstandsrolle und einer übergeordneten Regeleinrichtung, einen Funktions¬block zur Bordsteinsimulation beinhaltet, dass mit der Prüfstandsrolle ein Rad eines Fahrzeugesin Kontakt steht, dass der Funktionsblock über Eingänge und zumindest einen Ausgang verfügt,wobei über die Eingänge zumindest ein Radradius und eine Bordsteinhöhe zugeführt ist undder Funktionsblock in Abhängigkeit von einem erfassten Verdrehwinkel des Rades ein Bord¬steinlastmoment berechnet und am Ausgang an den Rollenprüfstand ausgibt. Das Zusammen¬spiel dieser Komponenten bzw. die Erweiterung eines Rollenprüfstands um den Funktionsblockermöglicht es das Auf- und/oder Abfahren von einem Bordstein auf einen Rollenprüfstand zusimulieren, ohne mechanische Einrichtungen, beispielsweise auf einer der Prüfstandsrollenvorsehen zu müssen.

[0016] In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die denVerdrehwinkel des Rades erfasst. Auf diese Weise muss nicht ein in der übergeordneten Re¬geleinrichtung bekannter Verdrehwinkel der Prüfstandsrolle genutzt werden und möglicherSchlupf zwischen Rad und Prüfstandsrolle kann berücksichtigt werden.

[0017] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausge¬staltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt [0018] Fig.1 einen Rollenprüfstand nach Stand der Technik, [0019] Fig.2 Systemstruktur eines Rollenprüfstands inkl. Bordsteinsimulation, [0020] Fig.3 ein Rad und die auftretende Kräfte beim Auffahren auf einem Bordstein, [0021] Fig.4 die Struktur der Bordsteinlastsimulation.

[0022] Fig.1 zeigt lediglich schematisch einen Rollenprüfstand 20 nach Stand der Technik, aufwelchem ein Fahrzeug 1 angeordnet ist. Der Rollenprüfstand 20 wird beispielsweise von einerübergeordneten Regeleinrichtung 21 geregelt und umfasst zumindest eine Prüfstandsrolle 10.Für Tests auf einem Rollenprüfstand 20, so wie sie im Zuge der Fahrzeugenwicklung durchge¬führt werden, ist üblicherweise eine so genannte Straßenlastsimulation 3 vorgesehen. Diesekann, entgegen der Darstellung in Fig. 1 auch innerhalb der übergeordneten Regeleinrichtung21 des Rollenprüfstands 20 vorgesehen sein. Die übergeordnete Regeleinrichtung 21 desRollenprüfstands 20 gibt beispielsweise entsprechende Größen aus, anhand derer, durch dieStraßenlastsimulation 3, eine Belastung errechnet wird, welche durch den Rollenprüfstand 20bzw. die Prüfstandsrolle 10 auf das Fahrzeug 1 aufgeprägt wird. Als von der übergeordnetenRegeleinrichtung 21 ausgegebenen Größen können beispielsweise eine Geschwindigkeit v undeine Beschleunigung a für ein zu testendes Fahrzeug 1 vorgegeben werden. Diese Größen sindselbstverständlich lediglich beispielhaft gewählt, und können durch andere Größen ergänzt oderersetzt werden.

[0023] Das Fahrzeug 1 ist dazu mit zumindest einem Rad 9 auf der Prüfstandsrolle 10 so an¬geordnet, dass Kräfte bzw. Momente sowohl vom Fahrzeug 1 auf die Prüfstandsrolle 10, alsauch in umgekehrter Weise von der Prüfstandsrolle 10 auf das Fahrzeug 1 aufgeprägt werdenkönnen. Eine vom Rollenprüfstand 20 bzw. der Prüfstandsrolle 10 aktuell übertragene Kraftbzw. übertragenes Moment wird über eine Messeinrichtung 5 bestimmt. Diese kann in Formeiner Kraftmessdose oder eines Momentenmessflansches ausgeführt sein, deren Verwendungund Eigenschaften hinlänglich bekannt sind. Weiters kann die Messeinrichtung 5 auch einePositionsbestimmung beinhalten, die den Verdrehwinkel φ des Rades 9 erfasst. Wird der Ver¬drehwinkel des Rades 9 durch die Messeinrichtung 5 erfasst, muss nicht ein in der übergeord¬neten Regeleinrichtung 21 bekannter Verdrehwinkel der Prüfstandsrolle 10 genutzt und demVerdrehwinkel φ des Rades 9 gleichgesetzt werden. Möglicher Schlupf zwischen Rad 9 undPrüfstandsrolle 10 wird somit berücksichtigt.

[0024] Als Rad 9 wird ein übliches Fahrzeugrad, also eine Kombination einer Felge mit gewis¬ser Steifigkeit und einem elastisch verformbaren Reifen gesehen, welcher auf die Felge aufge¬zogen ist. Die Umfangsfläche des Reifens bildet die Kontaktoberfläche zur Straßenoberflächebzw. 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 andererForm, beispielsweise ohne elastischen Reifen ausgeführt sein.

[0025] Die zuvor genannten, exemplarisch gewählten Größen können beispielsweise durcheinen vorgegebenen Fahrzyklus, welcher entsprechende Phasen mit unterschiedlichen Ge¬schwindigkeiten v und Beschleunigungen a vorsieht, auch in Kombination mit einer simuliertenTestumgebung, für das Fahrzeug 1 und dem Rollenprüfstand 20 vorgegeben werden. Bei¬spielsweise kann eine negative Beschleunigung a bzw. der Widerstand den eine Prüfstandsrolle10 einem Rad 9 des Fahrzeuges 1 entgegensetzt erhöht werden, um eine Bergauffahrt zusimulieren. Die Straßenlastsimulation 3 erzeugt in diesem Zusammenhang, unter Heranziehungder von der übergeordneten Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 vorgegebenen Grö¬ßen, eine vom Rollenprüfstand 20 bzw. der Prüfstandsrolle 10 aufzubringende Straßenlast FA,wobei die die vom Rollenprüfstand 20 aufgebrachte, aktuelle Prüfstandslast Fist bzw. Mist, wie inFig.1 erkennbar, in einem klassischen Regelkreis berücksichtigt wird. Im eben erwähnten Re¬gelkreis wird der Rollenprüfstand 20 und das Fahrzeug 1 über einen Kraftregler 2 geregelt.Dadurch wird die tatsächlich von der Prüfstandsrolle 10 aufzubringende Kraft unter Berücksich¬tigung der aktuellen Prüfstandslast Fist bzw. Mist auf das Rad 9 des Fahrzeuges 1 übertragen.

[0026] Im in Fig.2 dargestellten Schema ist ein Funktionsblock 4 zur Bordsteinsimulation inte¬griert. Dem Funktionsblock 4 werden, beispielsweise von der bereits erwähnten übergeordnetenRegeleinrichtung 21, entsprechende Daten zur Verfügung gestellt. Diese beinhalten neben demRadradius R des Fahrzeuges 1 und der Bordsteinhöhe H auch den Initialwinkel φ0. Selbstver¬ständlich kann der Funktionsblock 4 auch über eine eigene Eingabemöglichkeit für die entspre¬ chenden Daten verfügen. Für die Definition des Initialwinkel φ0 betrachtet man ein Rad 9, wel¬ches soeben mit einem Bordstein in Kontakt kommt von jener Seite, von der das Rad 9 alsKreis erscheint, so wie es auch in Fig.3 ansatzweise dargestellt ist. Wird zwischen Radachse,also dem Zentrum des Kreises, und dem Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K, also dem Kontaktpunktdes Rades 9 zum Bordstein, eine Linie gezogen, so ist der Initialwinkel φ0 jener Winkel zwi¬schen dieser Linie und der Lotrechten durch die Radachse im Moment des ersten Kontakteszwischen Rad 9 und Bordstein.

[0027] Der Initialwinkel φ0 muss nicht zwangsläufig von der übergeordneten Regeleinrichtung21 des Rollenprüfstands 20 oder über eine separate Eingabemöglichkeit zur Verfügung gestelltwerden, sondern kann unter Heranziehen des Radradius R und der Bordsteinhöhe H innerhalbdes Funktionsblocks 4 zur Bordsteinsimulation errechnet werden. Der dazu, unter Berücksichti¬gung von Fig.3, leicht ersichtliche trigonometrische Zusammenhang lautet:

[0028] Mithilfe dieser Daten wird die Bordsteinlast FB berechnet, welche notwendig ist, umbeispielsweise auf den Bordstein aufzufahren. Beispielsweise, deshalb da natürlich auch dasAbfahren von einem Bordstein denkbar ist. Die erforderlichen Kräfte, also die Straßenlast FAwelche zum Befahren der simulierten Straße notwendig ist und die Bordsteinlast FB werdensummiert und sind vom Rollenprüfstand 20 aufzubringen. Wie bereits für Fig.1 erwähnt, wird dieaktuelle Prüfstandslast Fist dabei, wie auch in Fig.2 erkennbar, in einem klassischen Regelkreisberücksichtigt.

[0029] Das Summieren der Straßenlast FA zur Bordsteinlast FB führt dazu, dass entsprechendeGegebenheiten bezüglich der simulierten Straße berücksichtigt werden die das Auf- oder Ab¬fahren auf einem Bordstein erleichtern oder auch erschweren können. Beinhaltet die Simulationder Straßenlast FA beispielsweise das Befahren einer Steigung und währenddessen das Über¬fahren eines Bordsteines, so ist klar, dass die Straßenlast FA das Auffahren auf den Bordsteinzusätzlich erschwert. In umgekehrterWeise ist natürlich ein Erleichtern des Auffahrens auf demBordstein im Zuge einer Bergabfahrt ebenfalls zu berücksichtigen. Grundsätzlich ist es natürlichauch möglich die Straßenlast unberücksichtigt zu lassen und in diesem Zusammenhang dieStraßenlast FA gleich Null zu setzen.

[0030] 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 Stra¬ßenlast Fa und einer dem Widerstand des Bordsteins entsprechenden Bordsteinlast FB dage¬gen. Ist, wie zuvor angemerkt die Straßenlast FA gleich Null gesetzt wirkt lediglich die Bordstein¬last FB dagegen. Der Kraftregler 2 kann beispielsweise in der bereits erwähnten, übergeordne¬ten Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 integriert sein und regelt z.B. das Drehmo¬ment der Prüfstandsrolle 10, mit welchem der Rollenprüfstand 20 dem Fahrzeug 1 entgegen¬wirkt.

[0031] Wie in Fig.2 erkennbar, wird der aktuelle Verdrehwinkel φ des Rades 9 eines Fahrzeu¬ges 1 vom Rollenprüfstand 20 ausgelesen und dem Funktionsblock 4 für weitere Berechnungenzugeführt, welche im Folgenden näher erläutert werden. Das Auslesen des aktuellen Verdreh¬winkel φ des Rades 9 erfolgt beispielsweise, wie bereits erwähnt, mittels einer Positionsmes¬sung der Prüfstandsrolle 10, wodurch sich der aktuelle Verdrehwinkel φ eines darauf befindli¬chen Rades 9 bestimmen lässt. Dies kann einerseits mit entsprechenden Sensoren an derPrüfstandsrolle 10 erfolgen, andererseits sind solche Sensoren nicht zwingend notwendig, dader bereits erwähnten, übergeordneten Regeleinrichtung 21 des Rollenprüfstands 20 infolge derRegelung der entsprechende Verdrehwinkel φ ebenfalls bekannt ist. Dabei wird vorerst davonausgegangen, dass zwischen dem Rad 9 des Fahrzeuges 1 und Prüfstandsrolle 10 keinSchlupf besteht und somit der an der Prüfstandsrolle 10 gemessene Verdrehwinkel auch demaktuellen Verdrehwinkel 9 des Rades 9 entspricht.

[0032] Selbstverständlich ist über die Messeinrichtung 5 auch die vom Rollenprüfstand 20aufgebrachte aktuelle Prüfstandslast Fist bekannt und wird, wie bereits erwähnt, im Regelkreisvon der Summe aus Straßenlast FA und Bordsteinlast FB subtrahiert.

[0033] Unter Berücksichtigung der Fig.3 werden im Weiteren die geometrischen Zusammen¬hänge zwischen Rad 9 des Fahrzeuges 1 und dem Bordstein beschrieben. Da in der folgendenBeschreibung sowohl Kräfte als auch Momente angeführt sind, ist zu beachten, dass diesephysikalischen Größen unter Berücksichtigung der entsprechenden Kraftarme als äquivalentanzusehen sind. In den meisten Fällen wirkt, wenn nicht anders angegeben, der Radradius Rals Kraftarm wodurch aus den entsprechenden Kräften zugehörige Momente gebildet werden.

[0034] Die vertikale Auslenkung h((p) der Radachse, welche sich im Zentrum des Rades 9befindet, ist abhängig von der Lage der Radachse relativ zum Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K. Inder ersten Betrachtung wird die Dynamik bzw. die Deformation des Rades 9, oder dessen zuvorerwähnten Reifens, vernachlässigt und der Radradius R als Konstante angenommen.

[0035] Die vertikale Auslenkung h((p) kann in Abhängigkeit des aktuellen Verdrehwinkel φ desRades 9 des Fahrzeuges 1, der zu Beginn des Auf- oder Abfahrens vom Bordstein als Nullangenommen wird, wie folgt beschrieben werden:

[0036] Wird auch die Fahrzeugdynamik berücksichtigt, so stellt die vertikale Auslenkung h(cp)der Radachse eine Eingangsgröße für die Berechnung des dynamischen Verhaltens dar. Dabeiist vorgesehen, dass bei der Berechnung der Position des Rades 9 auf dem virtuellen Bordsteindie Fahrzeugdynamik durch zumindest ein Masse-Feder-Dämpfermodell berücksichtigt wird.Dieses bildet die Schwingungsdynamik der Räder, Stoßdämpfer usw. ab. Zur einfachen Para¬metrierung eines Fahrzeugdynamikmodells kann vorab ein einfaches Feder-Masse-System zurBestimmung der, durch die vertikale Auslenkung h(cp), verursachten Kräfte herangezogen wer¬den. Eine Verfeinerung des Systems in Form eines Mehrmassen-Schwingsystems ist natürlichmöglich, wobei ein erhöhter Rechenaufwand zu berücksichtigen ist.

[0037] Zusätzlich entsteht durch das Gewicht des Fahrzeuges 1 bzw. durch die GewichtskraftFg beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins ein Gewichtsmoment Mg an der Rad¬achse. Dieses kann in erster Näherung durch die Masse m und dem horizontalen Abstand χ(φ)zwischen Radachse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K beschrieben werden. Der horizontaleAbstand χ(φ) zwischen Radachse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K kann in Abhängigkeit desaktuellen Verdrehwinkel φ des Rades 9 und dessen Radradius R beschrieben werden. Für einRad 9 wird bei einem vierrädrigen Fahrzeug 1 naturgemäß ein Viertel des Fahrzeuggewichtesfür die Masse m angenommen.

[0038] Es gilt für den horizontalen Abstand x(cp) zwischen Radachse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K und das Gewichtsmoment Mg an der Radachse:

[0039] Der Großteil der aufzubringenden Kraft bei der Bordsteinlastsimulation, wird zum Über¬winden dieses, vom Normalabstand χ(φ) zwischen der Radachse und der Bordsteinkante verur¬sachten, Gewichtsmoments Mg benötigt.

[0040] Eine weitere Kraft wird über die Dynamik des Fahrzeuges 1, das von der vertikalenAuslenkung h(cp) angeregt wird, verursacht. Aus der Dynamik des Fahrzeuges 1 ergibt sich einevertikale Kraftkomponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1.

[0041] Diese kann herangezogen werden, um eine Nomalkraft Fn aus der Dynamik des Fahr¬zeuges 1 (welche normal zur Radoberfläche steht) und eine horizontale Kraftkomponente Fxaus der Dynamik des Fahrzeuges 1 zu bestimmen:

[0042] Natürlich kann die horizontale Kraftkomponente Fx auch direkt aus der vertikalen Kraft¬komponente Fy und dem Verdrehwinkel cp des Rades 9 berechnet werden, ohne die NomalkraftFn bestimmen zu müssen.

[0043] Diese Kräfte wirken im Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K auf das Rad 9 des Fahrzeuges 1.

[0044] Über den Normalabstand der horizontalen Kraftkomponente Fx und der vertikalen Kom¬ponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1 zur Radachse, lassen sich die auf das Rad 9wirkenden Momente nachbilden. Dabei wird als Normalabstand für die vertikale Kraftkomponen¬te Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1 der horizontale Abstand χ(φ) zwischen Radachse undRad-Bordstein-Kontaktpunkt K herangezogen. Für die horizontale Kraftkomponente Fx aus derDynamik des Fahrzeuges 1, wird als Normalabstand ein vertikaler Abstand y(q>) zwischen Rad¬achse und Rad-Bordstein-Kontaktpunkt K benötigt, der sich aus dem aktuellen Verdrehwinkel φdes Rades 9 des Fahrzeuges 1 und dem Radradius R ergibt.

[0045] Für diesen vertikalen Abstand gilt:

y(<p) = R + h(<p)-H

[0046] Die Summe der Momente bzw. die daraus resultierende Kraft am Rad 9 ist das Bord¬steinlastmoment Mb bzw. die Bordsteinlast FB, also das notwendige Moment bzw. die notwendi¬ge aufzubringende Kraft, um den Bordstein zu befahren.

[0047] Es gilt für MBbzw. FB: mb =Mg +My+Mx = mgx((p)+ Fyx{<p)+ Fxy(<p) fb =Fg+Fy +Fx =mg + Fy+Fx [0048] Vom Rollenprüfstand 20 wird daher im Zuge der Bordsteinlastsimulation die Summe ausStraßenlast FA bzw. dem entsprechenden Straßenlastmoment MA und Bordsteinlast FB bzw.dem Bordsteinlastmoment MB auf das Rad 9 des Fahrzeuges 1 aufgebracht. Wiederum seiangemerkt, dass die Straßenlast FA bzw. das entsprechende Straßenlastmoment MA nichtzwangsläufig berücksichtigt werden muss. Die Straßenlast FA bzw. das entsprechende Stra¬ßenlastmoment Ma werden in diesem Fall gleich Null gesetzt.

[0049] Durch das Einbeziehen der oben genannten Bordsteinlast FB bzw. des Bordsteinlast¬moments Mb, wird eine Fahrzeuglastsimulation auf einem Rollenprüfstand 20 mit zumindesteiner Prüfstandsrolle 10 ermöglicht, die das Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteinsberücksichtigt. Wie beschrieben wird der Verdrehwinkel φ eines auf der Prüfstandsrolle 10befindlichen Rades 9 eines Fahrzeuges 1 bestimmt und in Abhängigkeit des Verdrehwinkelsdes Rades 9 eine Position des Rades 9 auf einem virtuellen Bordstein berechnet. Entsprechendder 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 FBvon der Straßenlast FA ist möglich, beispielsweise wenn das Fahrzeug 1 von einem Bordsteinherunter rollt und dadurch beschleunigt wird. Dabei weist die Bordsteinlast FB ein negativesVorzeichen auf. Der Rollenprüfstand 20 bringt durch das Herabrollen vom Bordstein eine gerin¬gere aktuelle Prüfstandslast Fis, auf, da ja das Herabrollen „unterstützend“ wirkt. Weitere rech¬nerische Unterschiede zwischen Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins, insbesonderebezüglich des dynamischen Verhaltens, werden der Einfachheit halber nicht weiter ausgeführt.

[0050] Die Bordsteinsimulation kann in unterschiedlicher Komplexität implementiert werden.Obige Formeln können auch weiter ausdetailliert werden, insbesondere in Bezug auf die hori¬zontale Kraftkomponente Fx und die vertikale Kraftkomponente Fy aus der Dynamik des Fahr¬zeuges 1. Diese können beispielsweise auch aus realitätsnäheren Mehrmassenschwingsyste¬men gebildet werden. Auch das Einbeziehen bestimmter Reibungsverhältnisse zwischen Rad 9des Fahrzeuges 1 und Prüfstandsrolle 10 bzw. entsprechender Schlupf ist denkbar. Dazu wirdder tatsächliche aktuelle Verdrehwinkel φ des Rades 9 dem gemessenen Verdrehwinkel an derPrüfstandsrolle 10 entsprechend angepasst.

[0051] Ein Umstand, welcher in der Realität ebenfalls nicht unerheblich ist, ist die Verformungdes Rades 9 beim Auffahren auf den Randstein, wenn dieses, wie bereits erwähnt, einen elasti¬schen Reifen beinhaltet. Ein Teil der wirkenden Kräfte wird also, je nach Verformung, in ent¬sprechende Verformungsarbeit umgewandelt. Da dies jedoch bedeutet, dass die entsprechen¬den Anteile der wirkenden Kräfte keinen Beitrag zur Änderung der vertikale Auslenkung h((p)leisten, kann in einer präzisierten Variante der Fahrzeuglastsimulation die Verformung desRades 9 beim Auffahren und/oder Abfahren auf oder vom virtuellen Bordstein in der Berech¬nung der Position des Rades 9 berücksichtigt werden.

[0052] Die Fig.4 zeigt die Struktur innerhalb der Bordsteinlastsimulation wie eben beschrieben.

[0053] In Abhängigkeit des aktuellen Verdrehwinkel φ, dem Radradius R, der Bordsteinhöhe Hund des Initialwinkel φ0 wird in einem ersten Schritt A die aktuelle vertikale Auslenkung h(q>) derRadachse ermittelt. Die dazu erforderliche Berechnung wurde bereits bei der Beschreibung derFig.3 erläutert.

[0054] Diese dient, wie ebenfalls bereits erwähnt, als Eingangsgröße für die Simulation derFahrzeugdynamik, welche im nächsten Schritt B erfolgt. Wie bereits erwähnt kann für die Simu¬lation der Fahrzeugdynamik die Modellierung eines Feder-Masse-Systems herangezogen wer¬den. Unter Berücksichtigung der Fahrzeugdynamik ergeben sich so die horizontale Kraftkom¬ponente Fx und die vertikale Kraftkomponente Fy aus der Dynamik des Fahrzeuges 1. In einemweiteren Schritt C wird weiters die Masse m des Fahrzeuges 1 berücksichtigt. Durch dieseergibt sich die Gewichtskraft Fg, welche einen Großteil der aufzubringenden Kraft bei der Bord¬steinlastsimulation bildet. Wie bereits erwähnt, ist für die Gewichtskraft Fg, welche bei einemFahrzeug 1 mit vier Rädern auf ein Rad 9 wirkt, naturgemäß nur ein Viertel der Masse m desFahrzeuges 1 zu berücksichtigen.

[0055] Aus diesen Kräften ergibt sich eine Bordsteinlast FB welche zum Überfahren des Bord¬steines notwendig ist, bzw. welche sich beim Abfahren vom Bordstein ergibt.

[0056] Programmablauf der Fahrzeuglastsimulation in einzelnen Schritten: [0057] · Beim Start der Simulation wird der Initialwinkel φ0 des Rades 9 bestimmt.

[0058] · Aufbauend darauf kann die vertikale Auslenkung h((p) der Radachse berechnet wer¬ den.

[0059] · Die vertikale Auslenkung h((p) dient als Eingangsgröße des Feder-Masse-System welches die Dynamik des Fahrzeuges 1 beschreibt.

[0060] · Aus den resultierenden Kräften wird die vom Rollenprüfstand 20 aufzubringende

Bordsteinlast FB bzw. das Bordsteinlastmoment MB berechnet.

[0061] · 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 Bordsteinzu simulieren.

[0062] · Anschließend wird der aktuelle Verdrehwinkel φ des Rades 9 des Fahrzeuges 1 bzw. der Prüfstandsrolle 10 ermittelt und zur Bestimmung der neuen vertikalen Auslenkungh(<p), also die momentane Position des Rades 9 am Randstein, zurückgeführt.

[0063] Wie bereits aus der Beschreibung und der Fig.2 ersichtlich ist, ist es für die beschriebe¬ne Fahrzeuglastsimulation ausreichend, dass ein Rollenprüfstand 20 mit zumindest einer Prüf¬ standsrolle 10 und einer übergeordneten Regeleinrichtung 21 einen Funktionsblock 4 zur Bord¬steinsimulation beinhaltet. Der Funktionsblock 4 verfügt über entsprechende Eingänge 41, überwelche zumindest der aktuelle Verdrehwinkel cp des Rades 9, ein Radradius R und eine Bord¬steinhöhe H zugeführt wird. Weiters verfügt der Funktionsblock 4 über einen Ausgang 42 überwelchen in Abhängigkeit von einem erfassten Verdrehwinkel φ des Rades 9 eine BordsteinlastFB bzw. das Bordsteinlastmoment MB an den Rollenprüfstand 20 ausgegeben wird. Die zumin¬dest eine Prüfstandsrolle 10 weist, wie bereits ausgeführt, eine Messeinrichtung 5 auf, welchebeispielsweise die aktuelle Prüfstandslast Fist bzw. ein entsprechendes aktuelles Prüfstands¬lastmoment Mist misst.

[0064] Es ist erkennbar, dass es die Erweiterung eines Rollenprüfstands 20 um den Funktions¬block 4 ermöglicht, das Auf- und/oder Abfahren von einem Bordstein auf einem „klassischen“Rollenprüfstand 20 zu simulieren, ohne aufwendige Umbauten am Rollenprüfstand 20 und/oderden Prüfstandsrollen 10 vornehmen zu müssen.

[0065] Im Folgenden eine Auflistung der genutzten Variablen: [0066] φ0... Initialwinkel φ... aktuelle Verdrehwinkel des Rades [0067] H...Bordsteinhöhe R...Radradius [0068] h(cp)... vertikale Auslenkung K...Rad-Bordstein-Kontaktpunkt

[0069] Fg... Gewichtskraft χ(φ)...horizontaler Abstand Radachse zu K

[0070] Mg...Gewichtsmoment γ(φ)...vertikaler Abstand Radachse zu K

[0071] Fx...horizontale Kraftkomponente aus der Dynamik des Fahrzeuges [0072] Fy...vertikale Kraftkomponente aus der Dynamik des Fahrzeuges [0073] Fn...Normalkraft aus der Dynamik des Fahrzeuges [0074] FA...Straßenlast (aufzubringende Kraft um eine simulierte Straße zu befahren) [0075] MA...Straßenlastmoment (aufzubringendes Moment um eine simulierte Straße zu befah¬ ren) [0076] FB...Bordsteinlast (Kraft die aktuell notwendig ist, um den Bordstein zu befahren) [0077] Mb...Bordsteinlastmoment (Moment das aktuell notwendig ist, um den Bordstein zu be¬ fahren)

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Fahrzeuglastsimulation beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bordsteins,dadurch gekennzeichnet, dass für die Fahrzeuglastsimulation ein Rollenprüfstand (20)mit zumindest einer Prüfstandsrolle (10) genutzt wird, dass der Verdrehwinkel (φ) eines aufder Prüfstandsrolle (10) befindlichen Rades (9) eines Fahrzeuges (1) bestimmt wird, dassin Abhängigkeit des Verdrehwinkel (φ) des Rades (9) eine Position des Rades (9) auf ei¬nem virtuellen Bordstein berechnet wird und ein der Position entsprechendes Bordstein¬lastmoment (Mb) gebildet wird, und dass das ein auf das Rad (9) wirkendes Straßenlast¬moment (Ma) um das Bordsteinlastmoment (MB) ergänzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung derPosition des Rades (9) auf dem virtuellen Bordstein die Fahrzeugdynamik durch zumindestein Masse-Feder-Dämpfermodell berücksichtigt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung desRades (9) beim Auffahren und/oder Abfahren auf oder vom virtuellen Bordstein in der Be¬rechnung der Position des Rades (9) berücksichtigt wird.
4. 4. Vorrichtung zur Fahrzeuglastsimulation beim Auffahren und/oder Abfahren eines Bord¬steins, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rollenprüfstand (20) mit zumindest einer Prüf¬standsrolle (10) und einer übergeordneten Regeleinrichtung (21), einen Funktionsblock (4)zur Bordsteinsimulation beinhaltet, dass mit der Prüfstandsrolle (10) ein Rad (9) einesFahrzeuges (1) in Kontakt steht, dass der Funktionsblock (4) über Eingänge (41) und zu¬mindest einen Ausgang (42) verfügt, wobei über die Eingänge (41) zumindest ein Radradi¬us (R) und eine Bordsteinhöhe (H) zugeführt ist und der Funktionsblock (4) in Abhängigkeitvon einem erfassten Verdrehwinkel (φ) des Rades (9) ein Bordsteinlastmoment (MB) be¬rechnet und am Ausgang (42) an den Rollenprüfstand (20) ausgibt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (5)vorgesehen ist, die den Verdrehwinkel (9) des Rades (9) erfasst. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen