CN101957262B - 试验台装置 - Google Patents
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Abstract
一种试验台装置,包括用于驱动和/或加载试验目标(1)的电机(4),其中试验目标通过具有连接器法兰(3)的连接轴(2)与电机(4)连接。为了能够建立传动系和车辆模拟的连接,其中所述车辆模拟具有真正的特殊的车辆燃烧和发动机的瞬时行为,由连接轴(2)和驱动加载电机(4)组成的试验台装置具有恒定的预定转动惯量,并且以这样的方式选定连接器法兰(3)的质量和转动惯量,即由试验目标(1)、连接器法兰(3)、连接轴(2)和电机(4)组成的系统的共振频率介于试验目标(1)的怠速频率和部分加载频率之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验台装置,其带有通过连接轴与电机相连的试验目标和用于电机的反馈控制装置,其中连接轴具有连接器法兰和扭矩测量法兰,电机用于驱动和/或加载试验目标。
背景技术
日益上涨的燃料价格和针对排放物和CO2的法规连同高消费者对舒适度期望一起导致对具有高创新性传动系的成本优化的车辆有不断增长的需求。为此,车辆制造商正面临着以快速和目标定位方式研发出高度复杂传动系的挑战。为了应付这些挑战,已经研究出不同的策略,其中基于策略方法“道路试验数学”的“前加载”研发过程被证实是核心策略。这里,之前仅仅在昂贵的原型环境中进行的研发任务将要转变为早期处理阶段,例如下列文献中所述:Gschweitlk.,EllingerR.,Loibner E.:″Werkzeuge und Methoden im HybridEntwicklungsprozess″,19.″Motor und Umelt″conference Grza 2007,inSchyr C.,Gschweitl K.:″Methodische Validierung von hybriden″,2.Internationales Symposium fürEntwicklungsmethodik,Darmstadt,2007,or in Beidl C.,RainerG.,Schoeggl P.,Martini E.:″Enabling Future Powertrain Solutions byinnovative Simulation & Testing Toolchains″,32nd FISITA WorldAutomotive Congress,Munich,2008。原型环境可以被模拟替代。但是,这个策略需要对研发者而言有持续的研发环境,在这样的环境中,研发者能够将车辆看成完整系统,而且车辆具有与环境的交互作用。
为了能够转移主题,例如以高质量的形式在发动机试验台上进行驾驶性能校准,需要随后能够绘出与消费者舒适度相关的效果。目前的试验台系统能够绘出传动系的模拟仅能达到8-10赫兹,这是不够的。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种试验台装置,特别是发动机试验台装置,通过消除如上所述的缺点,它能够建立传动系和车辆模拟与车辆特定的燃烧行为和发动机的瞬时行为的联系。特别的,它可以详细地表示内燃机的周期不规则性,这在当前技术中是不可能的,并且可以将达到40赫兹的感应频率从传动系传送到内燃机。
为了解决这个目标,根据本发明提供的设备包括连接轴和驱动加载机构,它具有恒定的预定转动惯量,并且以如下所述的方式选择连接器法兰的质量和转动惯量,即由试验目标、连接器法兰、连接轴和用于驱动和/或加载试验目标的电机组成的系统的共振频率介于试验目标的怠速频率和部分负载频率之间。通过该系统结构,例如,不点火的“实际”燃烧脉冲或混合动力相关的启动/停止操作与高度研发车辆模拟相结合的现实表现在该试验台装置上实现。因此,该试验台装置构造非常适合于在需要对实际的瞬时车辆行为有高度相关性的发动机和传动系区域中的工作。
一个特别重要的主题是传动系振动的表现达到40赫兹,在这一频率范围内,即在试验台装置组件的机械共振频率介于发动机运行范围内,并且具有机械振荡系统的发动机-轴-载荷单元的安全性和精确调节。根据本发明的优选示范性实施例,以下面的方式选择连接器法兰的转动惯量,即共振频率介于10赫兹至100赫兹之间,优选在20赫兹至60赫兹之间。
优选地,连接轴被设计为恒定速度连接轴。
为了能够通过模拟再现车辆行为中的实际的瞬时反馈效果,需要加载单元,该加载单元的特征在于尽可能小的飞轮质量和较高的调节速度。因此,本发明进一步的示范性实施例的特征在于用于驱动和/或加载试验目标的电机具有尽可能低的转动惯量。
优选地,用于驱动和/或加载试验目标的电机具有尽可能高的扭矩/转动惯量之比。所述两个特征表明用于驱动和/或加载试验目标的电机具有较高的加速/减速性能。
根据本发明的特别优选的结构,用于驱动和/或加载试验目标的电机,特别是电机的转子被制成用于角同步仿冲击的高扭矩负载。
如果驱动和加载电机被构造为三相电机,优选被构造为异步电机,或他励同步电动机或永磁激励的同步电机,那么如上所述的需求就能够以特别良好的方式实现。
附图说明
图1为示出根据本发明的试验台装置的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中,基于优选示范性实施例和附图对本发明进行更详细的说明。
附图1示意性地示出了试验台装置,例如带有内燃机的发动机试验台装置,内燃机作为试验目标1由其曲轴象征性地表示。所述试验目标1通过轴2和连接器法兰3与用于驱动和/或加载试验目标1的电机4连接。控制和评价单元5可以是高级试验台装置自动化系统的一部分,它包括用于电机4的反馈控制装置6。尽管试验目标1实际上已经组装好,但可连接到试验目标1上的部件能够由模拟替代,在反馈控制装置6中可以实现至少一个模型,用于与试验目标1连接的这种部件的模拟,根据这个模型,确定用于电机4的反馈控制请求。
由连接轴2和电机4组成的试验台装置具有恒定的预定转动惯量。此外,以这样一种方式选定连接器法兰3的质量和转动惯量,即由试验目标1、连接器法兰3、连接轴2和电机4组成的系统的共振频率介于试验目标1的怠速频率和部分载荷频率之间,即优选在大约20至60赫兹之间。在这一频率范围内,试验目标1的内燃机的周期不规则性的现实表现是可能的,这是因为感应频率能够被从传动系或其他模型传递给内燃机。在这里,连接轴2用作具有低通频率的低通滤波器,其相对于之前的试验台装置向上移动。
有利的是,通过适当的反馈控制策略,能够在一频率范围内维持由试验目标1、连接器法兰3、连接轴2和电机4组成的机械振荡系统的安全和精确调节,该频率范围为处于发动机的运行范围内的试验台装置的机械共振频率。为此,反馈控制装置6包括例如控制器和设置在反馈支路中的实际值计算单元。在实际值计算单元中,能够基于前一工作周期的实际值来处理反馈控制装置的当前实际值和即将出现的系统的无延迟的实际值的预测,以形成被反馈回反馈控制装置的修订实际值。
有利的是,连接轴2被设计成恒定速度连接轴。在具有适当硬度和扭矩传递性能的钢管8的两端部具有两个恒定速度接头7。由于具有恒定速度接头7,试验目标1和电机4的几何对准不是非常关键,并且能够与传统采用的扭力杆相比以更加简单的方式实现对准。而且,连接轴2能够用于许多不同的试验目标1,而此前,连接轴2被设计成必须针对每个试验目标1重新进行计算,并且必须装配经过特定调整的轴。
为了通过与试验目标1连接的部件的反馈效果的模拟来获得良好的再现,驱动和/或加载单元4具有尽可能小的转动惯量和优选尽可能高的扭矩/转动惯量之比。这两个特征确保了必要的高加速/减速性能,其由为“每单位时间的转数”(rpm/sec)的值表示,优选不低于30,000rpm/sec,它是由电机的标定力矩、潜在过载和转动惯量计算得到的。
根据本发明的特别优选结构,电机4(特别是其转子)被制成用于角同步且仿冲击的高扭矩负载。此外,防止涡流并由此防止形成过热的措施对于上述是有帮助的,特别是在电机4的安装环的区域中。
如果电机4被构造为三相电机,优选构造为异步电机或他励同步电机或永磁激励的同步电机,就能够以特别良好的方式实现上述需求。
根据本发明的试验台装置,例如,在作为试验目标1的内燃机的整个速度段的范围内可以实现旋转不规则性的实际映射。这是用于将SOP导向(SOP-oriented)研发和校准任务从车辆转变到发动机试验台装置的(例如,驾驶性能、OBD、启动/停止、车辆辅助驱动系统的研发、结构-运载噪音分析等)的基础。此外还涉及对汽油发动机中不点火的检测,借此通过根据本发明的试验台装置,能够在车辆中获得关于OBD的旋转不规则信号,到目前为止这在任何发动机试验台上都无法实现,这是因为传统的试验台装置系统以及传统的反馈控制把这一特性滤除掉了。并且,能够在不依赖得到原型的情形下模拟多质量飞轮的特性,所述特性对混合驱动而言是特别必要的,特性的特征具有对于发动机不断增加的旋转不规则性。通过根据本发明的特征,现在能够以系统且高效的方式研究内燃机上的多质量飞轮的效果。
此外,对于诸如以高品质方式转换在发动机试验台装置上的驾驶性能校准之类的任务,必定能够测绘出关于随后的用户舒适度的效果。应当理解的是,驾驶性能是司机在与车辆相互作用过程中主观的感受。在传送系研发过程中,对于研发目标的操纵性能、燃料消耗、排放和驾驶性能之间区分是标准的。通常,各个目标的建立和最佳化在不同的平台进行:例如发生在传动系试验台装置上的传动性能和消耗,发生在辊式测功机计上的消耗和排放。基于测试司机的主观评价,驾驶性能的设置仅发生在车辆中。但是,如果没有设置获得令人满意的驾驶性能,则不能避免研发过程中的重复循环。由于研究目标的设定是单独的,因此很难发现完全通用的最优化。
通过在传动系研发过程中采用驾驶性能模拟和客观评定的方法,可以避免上述问题。通过在发动机试验台装置上的整合,现在许多设定任务能够在研发过程初期完成。这里,根据本发明的试验台装置,将系统的共振频率设定在10赫兹至100赫兹之间,优选在20赫兹至60赫兹之间是有利的,这是因为许多驾驶性能操纵都在这一频率范围内产生振动。例如,驾驶性能操纵“翻倾(tip in)”(由加速踏板引起的正Bonanza效果)的振动能够达到40赫兹。
此外,根据本发明的试验台装置通过在所述的频率范围内模拟它们的反馈效果允许针对不同连接部件的效果的节约时间和节省材料的分析,例如当启动或停止时,不需要使用多个实际部件执行测验。此外,不需要昂贵的试验车辆或部件原型,可以在很短的时间内实现部件的变化或其变型,在实际车辆中其他的部件能够被快速替换,试验能够容易与其它试验进行对比,因为研发环境总是保持不变,并且需要时能够采用全面的测量设备。
Claims (10)
1.一种用于发动机的试验台装置,其具有通过连接轴(2)与电机(4)相连的试验目标(1)和用于所述电机(4)的反馈控制装置,其中所述连接轴(2)具有连接器法兰(3),所述电机(4)用于驱动和/或加载所述试验目标(1),其特征在于,包括所述连接轴(2)和用于驱动和/或加载的所述电机(4)的所述试验台装置具有恒定的预定转动惯量,并且所述连接器法兰(3)的质量和转动惯量被选定成使得由所述试验目标(1)、所述连接器法兰(3)、所述连接轴(2)和所述电机(4)组成的系统的共振频率介于所述试验目标(1)的怠速频率和部分加载频率之间。
2.根据权利要求1所述的试验台装置,其特征在于,所述连接器法兰(3)的转动惯量被选定成使得所述系统(1,2,3,4)的共振频率介于10赫兹至100赫兹之间。
3.根据权利要求1所述的试验台装置,其特征在于,所述连接轴(2)被设计为恒定速度的连接轴。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的试验台装置,其特征在于,用于驱动和/或加载所述试验目标(1)的所述电机(4)具有尽可能低的转动惯量。
5.根据权利要求4所述的试验台装置,其特征在于,用于驱动和/或加载所述试验目标(1)的所述电机(4)具有尽可能高的扭矩与转动惯量之比。
6.根据权利要求4所述的试验台装置,其特征在于,用于驱动和/或加载所述试验目标(1)的所述电机(4)被制成用于角同步且仿冲击的高扭矩负载。
7.根据权利要求4所述的试验台装置,其特征在于,所述电机(4)被构造为三相电机。
8.根据权利要求2所述的试验台装置,其特征在于,所述共振频率在20赫兹至60赫兹之间。
9.根据权利要求6所述的试验台装置,其特征在于,所述电机(4)的转子被制成用于角同步且仿冲击的高扭矩负载。
10.根据权利要求7所述的试验台装置,其特征在于,所述三相电机为异步电机、他励同步电机或永磁激励的同步电机。
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