DE102008025730A1

DE102008025730A1 - Verfahren zur Simulation von Schwingungsprüfungen

Info

Publication number: DE102008025730A1
Application number: DE102008025730A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Büchler
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation von Schwingungsprüfungen eines Kraftfahrzeugs auf einem Computer-System, wobei auf ein simuliertes Kraftfahrzeug Kräfte und Winkeldaten aufgebracht werden, die beim Fahren eines realen Kraftfahrzeugs auf einer realen Teststrecke aufgezeichnet wurden. Um Berechnungszeiten zu verkürzen, wird vorgeschlagen, dass die gemessenen Winkeldaten ein geführtes Inertialsystem für das simulierte Kraftfahrzeug bilden, wobei das entstehende Kräfteungleichgewicht durch eine simulierte Gewichtskraft ausgeglichen wird, die sich an dem Inertialsystem orientiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation von Schwingungsprüfungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, Schwingungsprüfstände, wie beispielsweise einen Betriebsfestigkeitsprüfstand vollständig virtuell abzubilden und einem virtuellen Straßensimulationstest zu unterziehen. Ein virtuell abgebildetes Kraftfahrzeug wird dazu auf den virtuellen Prüfstand gebracht und anhand von Daten, die beim Fahren eines realen Kraftfahrzeugs auf einer realen Teststrecke aufgezeichnet wurden, werden Kräfte virtuell auf das Fahrzeug aufgebracht.
Die DE 10 2004 046 912 A1 zeigt ein Verfahren zur Simulation und Bewertung der Lebensdauer oder Betriebsfestigkeit von Bauteilen eines Verkehrsmittels mittels einer Finiten-Elemente-Methode. Dabei werden für die Simulation die Finite-Elemente-Modelle der einzelnen Bauteile an Schnittstellen zusammengesetzt. An diesen Schnittstellen oder an bestimmten Punkten innerhalb der Bauteile des Verkehrsmittels werden von extern virtuelle Kräfte auf das Verkehrsmittel eingeleitet, um die bezogen auf die Betriebsfestigkeit schlechten Punkte im Gesamtmodell zu ermitteln.
Das in der DE 10 2004 046 912 A1 beschriebene Verfahren ist auf Grund der Iterationsschritte, die mehrfach wiederholt werden müssen, um elastokinematische Kennwerte für mehrere Schnittstellen oder mehrere Punkte innerhalb der Baureihe optimal anzupassen, relativ aufwendig und langwierig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine wirklichkeitsnahe Simulation einer Schwingungsprüfung zu schaffen, bei der der Rechenaufwand reduziert ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Schwingungsprüfungen für Kraftfahrzeuge können Betriebsfestigkeitsprüfungen, Komfortprüfungen oder fahrdynamische Prüfungen sein. Ein reales Fahrzeug wird mit so genannten Messrädern auf einer entsprechenden Teststrecke gefahren. Bei dieser Testfahrt wird neben den an den Messrädern aufgenommenen Radnabenkräften auch die Fahrzeuglage im Raum mit einem in Fahrzeug angeordneten Kreiselsystem erfasst. Die Fahrzeuglage ist definiert durch den aktuellen Nick-, Wank- und Gierwinkel. Diese Winkeldaten bilden erfindungsgemäß ein so genanntes geführtes Inertialsystem. Unter einem Inertialsystem wird ein Koordinatensystem verstanden, in dem sich ein Masseobjekt, auf das zunächst keine Kraft wirkt, gleichförmig geradlinig bewegt oder in Ruhe bleibt. Ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem, in dem die Trägheitskräfte uneingeschränkt wirken. Im Sinne der Erfindung wird darunter ein Koordinatensystem verstanden, dass sich in Intervallen, in denen die Winkeldaten aufgenommen wurden, ständig entsprechend verändert. Das hat zur Folge, dass die auf die Radnabe angreifenden Kräfte ein Kräfteungleichgewicht mit sich bringen. Dieses Kräfteungleichgewicht wird durch das Nachziehen der Gewichtskraft ausgeglichen. D. h., die Kräfte wirken allein gegen die Trägheit des Systems, was ein Mitführen des Gravitationsfeldes erforderlich macht. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik, wo die vertikale Anregung im virtuellen Prüfstand durch einen definierten Weg iterativ ermittelt wird und die horizontale Anregung durch eine Kraft erfolgt, kann das neue Verfahren ohne Simulation der Haltekräfte auskommen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können dynamische Lastdaten in Form von Schnittkraft-Zeitreihen erzeugt werden, die zur Weiterverarbeitung in der virtuellen Schwingungsauslegung genutzt werden. Die direkte Beaufschlagung des simulierten Kraftfahrzeugs mit den gemessenen Radnabenkräften reduziert den Einfluss von Momenten. Durch das direkte Aufbringen der Radnabenkräfte können die iterativen Prozesse zur Identifizierung der Weganregung entfallen. Die Winkeldaten werden zur Orientierung des geführten Inertialsystems, das sich relativ zur Karosserie bewegt, verwendet. Die für die Betriebsfestigkeit heran zu ziehenden Schnittkraftzeitreihen können bei einem einmaligen Simulationslauf ohne iterative Prozesse schnell ermittelt werden. Darüber hinaus wird eine höhere Genauigkeit erreicht, wenn ein inverses Modell des Übertragungsverhaltens vermieden wird. Alle inneren Momente im Antriebsstrang können durch die aufgezeichneten Momente in der Radachse am Rad generiert werden.
Das geführte Inertialsystem kann durch Verwendung eines Modells, das als Regelstrecke ausgeführt sein kann, oder über Steifigkeiten zwischen einem korrigierten Inertialsystem und dem geführten Inertialsystem stabilisiert werden.
Für die jeweiligen Schwingungsprüfungen kann die Teststrecke eine Komfortfahrstrecke oder eine Betriebsfestigkeitsfahrstrecke sein.
Vorzugsweise kann das Inertialsystem in dem Berechnungskoordinatensystem geführt sein, in dem die Daten des virtuellen Fahrzeugs gespeichert sind.
Wenn während der Testfahrt auf der realen Teststrecke ein Fahrgeschwindigkeitsverktor aufgezeichnet wird, können zusammen mit den Daten zur Lage im Raum die aerodynamischen Kräfte mit einem aerodynamischen Kennfeld simuliert werden.
Durch Einbinden der aufgezeichneten Raddrehzahlen wenigstens eines Rades lassen sich Rotationsträgheiten ermitteln und in die Simulation einbeziehen.
Zur Berücksichtigung der Einstellung der Vorderachse kann vorgesehen sein, dass während der Testfahrt auf der realen Teststrecke der Lenkradwinkel, der Lenkwinkel und/oder der Zahnstangenweg aufgezeichnet wird.
Die einzige Figur zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein virtuelles Fahrzeug 1 wird aus seiner definierten Normallage, die strichliert dargestellt ist, durch Einwirken von Kräften F_Y bzw. F_Z in Y- bzw. Z-Richtung in die mit durchgezogener Linie dargestellten Lage gebracht. Dabei wirken auf das Rad links in der Darstellung deutlich geringere Kräfte ein als auf das Rad rechts in der Darstellung, was durch die Länge der Kraftpfeile symbolisiert ist. Durch Korrektur des geführten Inertialsystems 2 gegenüber einer Basis B über das Nachziehen der Gewichtskraft F_G wird das virtuelle Fahrzeug 1 gegen die wirkenden Kräfte in dieser Lage gehalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004046912 A1 [0003, 0004]

Claims

Verfahren zur Simulation von Schwingungsprüfungen eines Kraftfahrzeugs auf einem Computer-System, wobei auf ein simuliertes Kraftfahrzeug (1) Kräfte und Winkeldaten aufgebracht werden, die beim Fahren eines realen Kraftfahrzeugs auf einer realen Teststrecke aufgezeichnet wurden, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Winkeldaten ein geführtes Inertialsystem (2) für das simulierte Kraftfahrzeug bilden, wobei das entstehende Kräfteungleichgewicht durch eine simulierte Gewichtskraft (F_G) ausgeglichen wird, die sich an dem Inertialsystem orientiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teststrecke eine Komfortfahrstrecke ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teststrecke eine Betriebsfestigkeitsfahrstrecke ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertialsystem in dem Berechnungskoordinatensystem geführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Testfahrt auf der realen Teststrecke ein Fahrgeschwindigkeitsverktor aufgezeichnet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Testfahrt auf der realen Teststrecke die Raddrehzahl wenigstens eines Rades aufgezeichnet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Testfahrt auf der realen Teststrecke der Lenkradwinkel, der Lenkwinkel und/oder der Zahnstangenweg aufgezeichnet wird.