-
Die
Erfindung betrifft eine Prüfstandseinrichtung
zur dynamischen Funktionsüberprüfung wenigstens
eines Bauteiles eines Kraftfahrzeugs.
-
In
der
WO 88/06283 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dynamischen Prüfen eines Fahrzeug-Stabilisators
mit Masseelementen beschrieben, die jeweils mit einem Endbereich
eines zugeordneten Schenkels des um seinen Mittelabschnitt schwenkbaren
Stabilisators verbunden sind. Zur Schwingungsanregung des Stabilisators
ist ein Schwingerreger vorgesehen, der mit seinem Rotor drehfest
mit einem Masseelement gekoppelt ist und in einer Resonanzfrequenz
ein gegenphasiges Schwingen der Schenkel des Stabilisators bewirkt. Durch
diese Anordnung führt
der über
ein Masseelement mit dem Rotor gekoppelte Schenkel des Stabilisators
immer eine Winkelbewegung um die von dem Mittelabschnitt des Stabilisators
gebildete Schwenkachse aus, die dem jeweiligen Schwenkwinkel des angekoppelten
Masseelements und damit dem Schwenkwinkel des Rotors entspricht.
Die feste Verbindung des Rotors des Schwingungserregers über ein
Masseelement mit einem Schenkel des Stabilisators bewirkt eine Erhöhung des
rotatorischen Trägheitsmoments
des Stabilisators und der damit verbundenen Bauteile durch den Rotor,
wodurch sich die Eigenfrequenz der Versuchsanordnung entsprechend
vermindert bzw. eventuell derart verändert, dass die Versuchsbedingungen
den im Fahrbetrieb eines mit dem Stabilisator ausgerüsteten Fahrzeugs zu
erwartenden Belastungen des Stabilisators nicht mehr entsprechen.
Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, dass bei einer bevorzugten
symmetrische Versuchsanordnung insbesondere an dem vom Rotor abgewandten
Schenkel des Stabilisators zumindest eine zusätzliche Abstimmmasse anzubringen ist,
die auf dieser Seite des Stabilisators das rotatorische Trägheitsmoment
der drehbaren Teile der Versuchs anordnung etwa wie der axial auf
der anderen Seite des Stabilisators vorgesehene Rotor erhöht. Sollten
sich die entgegen gesetzten Schwingungen der Schenkel des Stabilisators
derart aufschaukeln, dass mit einer Beschädigung des Stabilisators oder damit
verbundener Bauteile zu rechnen ist, so können diese Schwingungen lediglich
durch ein Abschalten des Antriebsmotors vermindert werden. Für eine dynamische
Untersuchung anderer Bauteile sind das Verfahren und die Vorrichtung
nicht geeignet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Prüfstandseinrichtung zur dynamischen
Funktionsüberprüfung wenigstens
eines Bauteiles eines Kraftfahrzeugs anzugeben, mit der das Bauteil
auf einem Prüfstand
unter Bedingungen, die möglichst
einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entsprechen, auf seine Funktionsfähigkeit
und Haltbarkeit getestet werden kann.
-
Diese
Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
-
Durch
eine kraft- oder weggesteuerte Höhenverstellbewegung
der den Massen zugeordneten Verstellelemente oder eines gemeinsamen
Verstellelements können
die Massen zu etwa vertikalen Schwingbewegungen angeregt werden,
bei denen beispielsweise die zwischen den Massen und dem betreffenden
Verstellelement angeordneten Federn und/oder Dämpfer auf Ihre Funktion und
Haltbarkeit getestet werden können.
Ebenso kann mit der Prüfstandseinrichtung
auch ein anderes Bauteil, beispielsweise ein regelbares Feder- oder
Dämpfungselement
oder ein aktiver Drehstab-Stabilisator getestet werden. Ein beispielsweise
in Draufsicht U- oder Z-förmiger aktiver
Drehstab-Stabilisator kann mit seinem Basiselement an einem gemeinsamen
Verstellelement um eine Schwenkachse verdrehbar angeordnet sein
und mit seinen Schenkelenden direkt oder über jeweils eine Pendelstange
an der zugeordneten Masse gelenkig befestigt sein. Sind die Schenkelenden
motorisch beispielsweise von einem Schwenkmotor entgegengesetzt
verdrehbar, so können
von dem Drehstab-Stabilisator an den Massen Kräfte bewirkt werden, die unterschiedliche
Bewegungen der Massen in Höhenrichtung
ausgleichen bzw. eine Annäherung
der Massen auf eine gemeinsame Höhenlage
bewirken können.
Die Verstellelemente oder das gemeinsame Verstellelement können weitgehend
realistisch verstellt bzw. belastet werden, wenn der Verstellweg
des betreffenden Verstellelements bzw. die daran wirkende Kraftanregung den
im Fahrbetrieb auftretenden Wegen bzw. Kräften entspricht, die von entsprechenden
Sensoren erfasst und aufgezeichnet werden können.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung mit einer einzigen Figur
näher erläutert, die
eine Schnittansicht von den wesentlichen Teilen der Prüfstandseinrichtung
und zeitliche Verläufe
der Höhendifferenz
der Massen sowie der Winkeldifferenzen der Stabilisatorschenkel
und der Höhenveränderung
des gemeinsamen Verstellelements darstellt.
-
Die
in der einzigen Figur dargestellte Prüfstandseinrichtung dient zur
dynamischen Funktionsüberprüfung der
nachfolgend beschriebenen Bauteile eines Kraftfahrzeugs und weist
zwei zumindest teilweise voneinander unabhängig verstellbare Massen 1, 2 auf,
die in vertikaler Richtung, in der die Schwerkraft der Massen 1, 2 wirkt, über ortsfeste
Führungsbolzen 3, 4 oder
dergleichen vertikal verstellbar geführt sind. Hierzu greifen die
Führungsbolzen 3, 4 in entsprechend
angepasste Führungsausnehmungen 5, 6 in
den Massen 1, 2 ein. Die beiden Massen 1, 2 sind
jeweils über
eine zugeordnete Feder 7, 8 und einen Dämpfer 9, 10 an
einem zugeordneten Stützteil 11, 12 abgestützt, die
von einem gemeinsamen Verstellelement 13 zu den Massen 1, 2 abstehen.
Die Dämpfer 9, 10 sind
dabei jeweils koaxial und parallel zu der zugeordneten Feder 7, 8 angeordnet.
Von dem gemeinsamen Verstellelement 13 stehen außerdem Stützelemente 14, 15 zu
den Massen 1, 2 ab, wobei an den vorstehenden
Bereichen der Stützelemente 14, 15 das
mehrteilige Basiselement 16 eines in Draufsicht U-förmigen Drehstab-Stabilisators 35 um
eine mit der Längsachse
des Basiselements 16 fluchtende Schwenkachse verdrehbar
angeordnet ist. Die seitlichen Endbereiche des Basiselements 16 sind
jeweils mit einem zugeordneten Stabilisatorarm 17, 18 verbunden,
der etwa senkrecht zur Schwenkachse eines Basiselements 16 absteht.
Die Stabilisatorarme 17, 18 sind mit der betreffenden
Masse 1, 2 jeweils über eine zugeordnete Pendelstange 19, 20 verbunden,
die jeweils an ihren Enden gelenkig einerseits an dem betreffenden
Schenkelende 21, 22 eines Stabilisatorarmes 17, 18 und
andererseits an der zugeordneten Masse 1, 2 befestigt
sind.
-
Die
beiden Stabilisatorarme 17, 18 sind von einer
durch einen Schwenkmotor 23 gebildeten Verstelleinrichtung
motorisch gegeneinander verdrehbar. Der Schwenkmotor 23 weist
hierzu zwei motorisch gegeneinander verdrehbare Motorteile 24, 25 auf,
die jeweils drehfest mit einem zugeordneten Basisteil 26, 27 des
Basiselements 16 verbunden sind.
-
Die
beiden Massen 1, 2 sind in vertikaler Richtung über einen
mit Gas, beispielsweise Luft, oder mit einer Hydraulikflüssigkeit
gefüllten
Koppelzylinder 28 jeweils gelenkig verbunden, der über eine nicht
dargestellte Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ansteuerbar
ist und je nach Ansteuerung voneinander unabhängige Verstellbewegungen der beiden
Massen 1, 2 freigegeben oder verhindern kann.
Die beiden von einem Kolben getrennten Arbeitskammern des Koppelzylinders 28 sind
jeweils über
eine Gas- oder Hydraulikleitung 29, 30 wahlweise
mit einer Druckleitung oder einer Rückleitung zu verbinden.
-
In
dazu vergleichbarer Weise sind die beiden Arbeitskammern eines Hydraulikzylinders 31 jeweils über eine
Hydraulikleitung 32, 33 wahlweise mit einer Hydraulikdruckleitung
oder einer Hydraulikrückleitung
zu verbinden. Dabei ist der Kolben des Hydraulikzylinders 31 über eine
nach außen
vorstehende Kolbenstange 34 mit dem Verstellelement 13 fest
verbunden.
-
Die
den Koppelzylinder 28 ansteuernde Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung erfasst die Höhenlagen Z2 und Z1 der Massen 1, 2 sowie
die Verdrehwinkel α2 und α1 der Stabilisatorarme 17, 18 und
die Höhenlage
S des gemeinsamen Verstellelements 13.
-
Bei
der Versuchdurchführung,
bei der die Federn 7, 8 sowie die Dämpfer 9, 10 und
der Drehstab-Stabilisator 35 sowie der Schwenkmotor 23 jeweils
auf ihre Funktion und Haltbarkeit untersucht werden, wird der vertikale
Weg des gemeinsamen Verstellelements 13 von dem Hydraulikzylinder 31 so verstellt,
dass gemäß dem im
rechten unteren Bereich der Figur als S-t-Diagramm dargestellten Weg-Zeit-Diagramm
das über
einen Sensor aufgenommene und gespeicherte Straßenprofil mit seinen Fahrbahnunebenheiten
nachgefahren wird.
-
Entweder
durch unbeabsichtigte Bauteiltoleranzen und/oder durch eine Anregung über den
Koppelzylinder 28, der die Massen 1, 2 gegeneinander nach
einem vorgebbaren Differenzweg verstellt, werden die Massen 1, 2 zu
vertikalen Schwingungen angeregt, die von den eventuell in der Druck-
und/oder Zugstufe einstellbaren Dämpfern 9, 10 gedämpft und von
dem Drehstab-Stabilisator 35 stabilisiert werden. Der Drehstab-Stabilisator 35 kann
beispielsweise bei der Simulation einer Geradeausfahrt eines Kraftfahrzeugs
freigeschaltet werden, wodurch die Motorteile 24, 25 ohne
Kraftübertragung
um die Längsachse des
Basiselements 16 des Drehstab-Stabilisators 35 gegeneinander
verdrehbar sind. Bei der Simulation einer Kurvenfahrt können die
beiden Motorteile 24, 25 des Schwenkmotors 23 starr
miteinander verbunden oder durch entsprechendes Verstellen des Schwenkmotors 23 motorisch
gegeneinander verdreht werden, um die beiden in unterschiedliche
Höhenlagen
verstellten Massen 1, 2 auf eine gleiche Höhenlage
anzunähern,
die beispielsweise der Normallage des Kraftfahrzeugs entspricht.
Sollten die beiden Massen 1, 2, deren Höhenlagen
Z1 und Z2 von Sensoren erfasst werden, eine vorgegebene maximale
Höhendifferenz
Z2 – Z1
erreichen oder überschreiten,
so kann durch entsprechende Ansteuerung des Koppelzylinders 28 ein
beispielsweise kurzzeitiges Rückstellen
der beiden Massen 1, 2 auf eine beispielsweise
gleiche Höhenlage
erreicht werden. Der zeitliche verlauf einer möglichen Höhendifferenz Z2 – Z1 der
beiden Massen 1, 2 ist in dem oberen rechten Diagramm
der einzigen Figur dargestellt. Im rechten, in Höhenrichtung mittleren Diagramm
ist ein zeitlicher Verlauf der Winkeldifferenzen α2 – α1 der beiden
Stabilisatorarme 17, 18 dargestellt, der sich bei
der Prüfstandsuntersuchung
durch eine stabilisierende Aktivierung des Schwenkmotors 23 ergibt.
-
Mit
der Prüfstandseinrichtung
können
beispielsweise einzelne Bauteile beispielsweise einer Einrichtung
zur Wahrungsstabilisierung des Aufbaus eines Kraftfahrzeugs untersucht
werden. Dabei können
die zu untersuchenden Bauteile nacheinander oder gleichzeitig getestet
werden. Die beiden Massen können
den Anforderungen entsprechend gewählt werden, die beispielsweise
einer linken und rechten oder vorderen und hinteren Hälfte des
Aufbaus eines Kraftfahrzeugs entsprechen sollen. Die beiden Massen
können
wie bei dem Ausführungsbeispiel
vertikal oder auf andere Weise geradlinig oder auf einer Kreisbahn
oder in beliebiger Weise verstellbar angeordnet sein. Grundsätzlich können die
Massen ein- oder mehrdimensional frei verstellbar oder in der einen
oder anderen Bewegungsrichtung geführt sein. Mit der Prüfstandseinrichtung
können
lineare und/oder nichtlineare aktive oder passive Federn und/oder
Dämpfer
oder Stellelemente wie beispielsweise hydraulische Stellzylinder
unter weitgehend realistischen Bedingungen untersucht werden. Die
den beiden Massen zugeordneten Verstellelemente oder ein den beiden
Massen zugeordnetes gemeinsames Verstellelement können geradlinig
oder auf einer beliebigen Kurvenbahn verstellbar sein. Sind den
beiden Massen jeweils ein Verstellelement zugeordnet, so können beide
Verstellelemente oder lediglich ein Verstellelement von einer zugeordneten
Antriebseinrichtung verstellbar sein. Wenigstens ein Bauteil des Kraftfahrzeugs
kann auch auf seine Funktion und Haltbarkeit getestet werden, wenn
eine Masse kurzzeitig oder für
eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise für die Dauer des Versuches,
festgehalten ist. Das Bauteil kann beispielsweise in einem Bereich, der
nicht untersucht wird, festgehalten sein. Dies kann beispielsweise
dann sinnvoll sein, wenn das Bauteil symmetrisch gebildet und/oder
belastet ist. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn das Bauteil
lediglich in einem der symmetrischen Bereiche auf seine Funktion
und/oder Haltbarkeit geprüft
wird.