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Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zum Simulieren von im Fahrbetrieb in ein Kraftfahrzeug oder in Teile eines Kraftfahrzeuges eingeleiteten Kräfte und Momente.
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Prüfstände der gattungsgemäßen Art dienen in der Regel dazu, insbesondere am Ende eines betriebsfestigkeitsbezogenen Absicherungsprozesses die im realen Fahrbetrieb auftretenden und auf ein zu prüfendes Fahrzeug bzw. auf Teile eines zu prüfenden Fahrzeuges wirkenden Kräfte und Belastungen möglichst wirklichkeitsgetreu nachzubilden. Hierzu werden reale Betriebslastennachfahrversuche auf Achs- bzw. Gesamtfahrzeugprüfständen durchgeführt, um Rückschlüsse der Auswirkungen bestimmter Belastungen vor allem auf die Betriebsfestigkeit und das Schwingverhalten des Fahrzeuges ziehen zu können.
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In der Regel kommen hierzu Achs- bzw. Gesamtfahrzeugprüfständen (nachfolgend auch allgemein als „Prüfstände” bezeichnet) zum Einsatz, bei denen über servohydraulische Aktuatoren mehraxiale Kraftzeitverläufe am Radmittelpunkt realisiert werden. Die Vorgaben für die zu realisierenden Kraftzeitverläufe stammen dabei aus Teststreckenmessungen, bei denen über spezielle Messräder die im realen Betrieb auftretenden Radmittelpunktskräfte gemessen werden. In einem aufwendigen iterativen Prozess werden dann entsprechende in der Regel hochdynamische Ansteuer- oder Anregungssignale für die servo-hydraulische Aktuatoren des Prüfstandes derart bestimmt, dass die auf der Teststrecke gemessenen Radmittelpunktskräfte auf dem Prüfstand möglichst exakt reproduziert werden. Dieser auch als „Drive-Signal-Iteration” bezeichnete Prozess kann bis zu einer Woche dauern.
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Beispielsweise ist aus der Druckschrift
US 5,610,330 A ein Verfahren zum Bestimmen eines Anregungssignals für die am Radmittelpunkt eines zu prüfenden Kraftfahrzeuges angreifenden Aktuatoren eines Straßensimulationsprüfstandes bekannt. Dabei ist zum Bestimmen des Anregungssignals vorgesehen, dass zunächst im Rahmen einer Fahrbetriebsmessung ein mit einem Messrad ausgerüstetes Fahrzeug über eine Teststrecke gefahren wird, um mit Hilfe der über das Messrad gewonnen Daten eine Anregungsfunktion für den Aktuator des Prüfstandes zu gewinnen. Danach wird ein zweites Fahrzeug desselben Bautyps auf einem Prüfstand angeordnet und die Aktuatoren des Prüfstandes gemäß einem Start-Anregungssignal betrieben. Die bei dem auf dem Prüfstand angeordneten Fahrzeug auftretenden Antwortparameter werden gemessen und mit den beim ersten Fahrzeug während des Fahrens über die Teststrecke gemessenen Soll-Antwortparametern verglichen. Abhängig von den Abweichungen zwischen den auf dem Prüfstand gemessenen Antwortparametern und den Soll-Antwortparameter wird dann die Anregungsfunktion für die Aktuatoren des Prüfstandes derart verändert, bis die gemessene Antwortfunktion konsistent mit im Rahmen der Fahrbetriebsmessung gemessenen Sollwerten ist.
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Eine derartige aus dem Stand der Technik bekannte und übliche Vorgehensweise weist den Nachteil auf, dass zum Übertragen der für einen Fahrzeugtyp iterativ gewonnen Anregungssignale auf die Anregungssignale für ein Fahrzeug unterschiedlichen Typs in der Regel erneut im Rahmen einer Fahrbetriebsmessung Lasteingangsdaten von beiden Achsen des zweiten Fahrzeugtyps gewonnen werden müssen. Insbesondere ist in der Regel – ausgehend von der Anregungsfunktion für einen ersten Fahrzeugtyp – eine zuverlässige Berechnung oder Übertragung der Anregungsfunktion für einen zweiten Fahrzeugtyp nicht möglich.
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Insbesondere sind die Ansteuer- bzw. Anregungssignale für den Aktuator bzw. die Aktuatoren des Prüfstandes nicht nur von dem Fahrzeugtyp, sondern auch von der Fahrzeugvariante abhängig. Das heißt, soll beispielsweise aus einer Limousine ein Kombi oder ein Minivan abgeleitet werden, so ist es bisher notwendig, dass der gesamte Prozess zur Bestimmung der Anregungsfunktion einschließlich der Teststreckenmessung wiederholt wird. Da die Variantenvielfalt, aber auch der Druck zur Verkürzung der Entwicklungszeiten immer mehr zunimmt, werden von den Fahrzeugherstellern Prüfstandskonzepte gefordert, bei denen die Ansteuersignale weitgehend invariant gegenüber Designänderungen am Fahrzeug sind. Derartige vom Fahrzeugtyp oder der Fahrzeugvariante invariante Ansätze sind derzeit nicht bekannt.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Betriebsfestigkeitsprüfung für Kraftfahrzeuge ist darin zu sehen, dass bei den herkömmlichen Ansätzen in der Regel nur Betriebslastnachfahrversuche möglich sind, d. h. die bei Fahrbetriebsmessungen für einen Prüfling gewonnenen Lasteingangsdaten müssen in der Regel reproduziert werden. Dies setzt in nachteiliger Weise voraus, dass bereits voll fahrtüchtige Fahrzeuge vorhanden sind. Bei den bekannten Prüfstandskonzepten kann die Prüfstanderprobung somit erst relativ spät im Entwicklungsprozess erfolgen. Das hat den Nachteil, dass Änderungen in dieser späten Phase der Fahrzeugentwicklung nur mehr schwer und folglich mit hohen Kosten durchzuführen sind.
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Ausgehend von diesen bei den existierenden Prüfstandskonzepte auftretenden Problemen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstand der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine weitestgehend realistische Simulation von Straßenfahrten, insbesondere von intensiv schädigenden Strecken, möglich ist, wobei gleichzeitig der Prüfstand so konstruiert sein soll, dass für die Aktuatoren des Prüfstandes auf fahrzeugindividuelle Anregungs- bzw. Ansteuersignale verzichtet werden kann, so dass der Prüfstand insgesamt weitgehend invariant gegenüber Designänderungen am Fahrzeug ist. Insbesondere soll der Prüfstand ausgelegt sein soll, für unterschiedliche Fahrzeugtypen oder Fahrzeugvarianten die im Fahrbetrieb auftretenden und auf das Fahrzeug bzw. auf Teile des Fahrzeugs einwirkenden Kräfte und Belastungen möglichst realistisch simulieren zu können, wobei hierzu kein für den speziellen Fahrzeugtyp oder für die spezielle Fahrzeugvariante vorab bestimmtes Anregungssignal erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.
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Demnach wird insbesondere ein Prüfstand zum Simulieren von im realen Fahrbetrieb in ein Kraftfahrzeug oder in Teile eines Kraftfahrzeuges eingeleiteten Kräfte und Momente vorgeschlagen, wobei der Prüfstand mindestens eine Radaufstandsplatte zum Aufnehmen eines Fahrzeugrades sowie mindestens einen mit dem Fundament des Prüfstandes einerseits und der Radaufstandsplatte andererseits verbundenen ersten Aktuator zum Bewegen der Radaufstandsplatte entlang einer ersten Achse, vorzugsweise entlang der Vertikalachse, relativ zu dem Fundament des Prüfstandes aufweist, wobei der mindestens eine erste Aktuator mit der Radaufstandsplatte derart verbunden ist, dass die Radaufstandsplatte um eine erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse drehbar ist, und wobei der Prüfstand ferner mindestens einen zweiten an der Radaufstandsplatte angreifenden Aktuator aufweist zum Drehen der Radaufstandsplatte um die erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse.
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Bei dem gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Konzept ist der Prüfstand derart konzipiert, dass die Krafteinleitung in das zu prüfende Fahrzeug bzw. das zu prüfende Fahrzeugteil derart erfolgt, dass die Anregungszustände des Fahrzeuges bzw. des Fahrzeugteils wirklichkeitstreu nachgebildet werden können, so dass auf dem Prüfstand die Einflüsse der Straße auf das Fahrzeug bzw. das Fahrzeugteil realitätsnah simuliert werden können. Insbesondere wurde hier erkannt, dass sich die bei der Simulation der im realen Fahrbetrieb auftretenden und auf das Fahrzeug bzw. Fahrzeugteil wirkenden Kräfte und Belastungen nachzubildenden Lastzustand-Ereignisfolgen aus der im Berührungspunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Fahrbahnoberfläche auftretenden Gesamtkraft nach Betrag und Richtung und deren zeitabhängiger Änderung ergeben. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit Hilfe der Aktuatoren des Prüfstandes die entsprechenden Anregungskräfte über das Fahrzeugrad und nicht – wie üblich – über den Radmittelpunkt in das zu prüfende Fahrzeug einzuleiten sind. Da der Radmittelpunkt nicht fahrzeuginvariant ist, eignen sich die herkömmlichen und vorab beschriebenen Ansätze, bei denen die Prüfkräfte über ein oder mehrere mit den Radflanschen verbundenen Radersatzkörpern eingetragen werden, nicht zur Ausbildung eines variantentauglichen Prüfstandes.
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Vielmehr ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass das Fahrzeugrad bzw. die Fahrzeugräder mit in den Prüfstand einbezogen werden, da vorliegend erkannt wurde, dass zur Realisierung eines hinsichtlich Fahrzeugvarianten invarianten Prüfstandkonzept die Straßen selber als Anregung dienen sollte.
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Indem erfindungsgemäß bewusst von einem radmittelpunktgekoppelten Straßensimulationsprüfstand Abstand genommen wird und die Einleitung der Prüfkräfte und Prüfmomente über den bzw. die Fahrzeugreifen erfolgt, ist der erfindungsgemäße Simulationsprüfstand geeignet, variantentauglich zu sein. Mit anderen Worten, mit ein und demselben Anregungssignal, welches eine fahrzeugunabhängige Straßenprofilfunktion darstellt, können bei dem hierin vorgeschlagenen Prüfstand unterschiedliche Fahrzeugtypen bzw. Fahrzeugvarianten geprüft werden, wobei insbesondere auf fahrzeugindividuelle Anregungsfunktionen für ein spezielles Fahrzeug verzichtet werden kann.
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Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass der Prüfstand mindestens eine Radaufstandsplatte aufweist, welche dazu dient, ein Fahrzeugrad des zu prüfenden Fahrzeuges aufzunehmen. Demnach erfolgt bei der erfindungsgemäßen Lösung die Krafteinleitung nicht über den Radmittelpunkt bzw. die Radmittelpunkte, sondern über den Radaufstandspunkt selber. Andererseits greifen die Aktuatoren des Prüfstandes an der Radaufstandsplatte an, so dass bei dem erfindungsgemäßen Prüfstand das Fahrzeugrad und die Straßenanregung mit einbezogen werden. Dies erfolgt deshalb, weil bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen bzw. Fahrzeugvarianten die Straßen die eigentliche Invariante darstellt. Mit anderen Worten, bei dem erfindungsgemäßen Prüfstand wird von den an der Radaufstandsplatte angreifenden Aktuatoren der Kraftfluss über den Radaufstandspunkt in das das Fahrzeugrad und von dort in das Fahrzeug eingeleitet, so dass bei dem Prüfstand der reale Einleitungsmechanismus von Straße/Fahrzeugrad/Fahrzeug realisiert ist.
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Unter dem hierin verwendeten Begriff „Radmittelpunkt” (engl.: wheel centre) ist der Schnittpunkt der Raddrehachse mit der Radmittelebene zu verstehen. Unter dem Begriff „Radaufstandspunkt” (engl.: centre of tyre contact) hingegen ist der Schnittpunkt der Radmittelebene mit der vertikalen Projektion der Raddrehachse auf die Fahrbahnebene bzw. die Radaufstandsplatte zu verstehen.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung steht somit das bereits bereifte und zu prüfende Fahrzeug auf den jeweiligen Radaufstandsplatten, wobei jede Radaufstandsplatte mit Hilfe von Aktuatoren in dezidierter Weise relativ zu dem Fundament des Prüfstandes bewegt werden kann. Dabei ist für jede Radaufstandsplatte des Prüfstandes ein erster Aktuator vorgesehen, welcher einerseits mit dem Fundament des Prüfstandes und andererseits mit der Radaufstandsplatte verbunden ist, um die Radaufstandsplatte entlang einer ersten Achse, vorzugsweise entlang der Vertikalachse, relativ zu dem Fundament des Prüfstandes bewegen zu können. Demnach ist mit Hilfe des ersten Aktuators eine dezidierte vertikale Verschiebung der zugehörigen Radaufstandsplatte und somit ein Anheben des auf der Radaufstandsplatte stehenden Fahrzeugrades möglich. Insbesondere ist somit ein unterschiedlich hohes Anheben der einzelnen Fahrzeugräder erreichbar, wenn der Prüfstand für jedes Fahrzeugrad eine Radaufstandsplatte mit einem zugehörigen ersten Aktuator aufweist.
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Unter dem hierin verwendeten Begriff „Aktuator” ist jedwede an der mindestens einen Radaufstandsplatte angreifende Bewegungseinheit zu verstehen, welche ausgelegt ist, die Radaufstandsplatte gemäß einem vorab festgelegten oder festlegbaren Ereignisablauf relativ zu dem Fundament des Prüfstandes zu bewegen. Insbesondere kommen als Aktuatoren servo-hydraulische oder servo-pneumatische Bewegungseinheiten in Frage, also solche Einheiten, bei denen ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Kolben an der Radaufstandsplatte angreift. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, dass die Bewegungseinheit einen elektrisch betätigbaren Kolben oder dergleichen aufweist.
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Um mit dem erfindungsgemäßen Prüfstand die Wirkung von über einen Radaufstandspunkt in das zu prüfende Fahrzeug eingeleitete Längs- und Seitenkräften auf das Fahrzeug simulieren zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Radaufstandsplatte des Prüfstandes nicht nur in vertikaler Richtung relativ zum Fundament des Prüfstandes beweglich ist, sondern auch um mindestens eine vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse drehbar ist. In einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Radaufstandsplatte um eine erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse sowie auch um eine zweite ebenfalls vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse drehbar ist, wobei die erste Kippachse schräg, d. h. nicht parallel, und bevorzugt senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Kippachse verläuft.
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Das Kippen bzw. Verdrehen der Radaufstandsplatte um die erste bzw. zweite Kippachse relativ zu dem Fundament des Prüfstandes kann beispielsweise mit Hilfe von geeignet angeordneten und ausgebildeten Aktuatoren bewirkt werden, welche zusätzlich zu dem ersten Aktuator vorgesehen sind, der – wie bereits dargelegt – dazu dient, die Radaufstandsplatte entlang einer ersten Achse, vorzugsweise entlang der Vertikalachse, relativ zu dem Fundament des Prüfstandes zu bewegen. Diese weiteren Aktuatoren greifen vorzugsweise direkt an der entsprechenden Radaufstandsplatte an.
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In einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Prüfstandes ist vorgesehen, dass zum einem an der mindestens einen Radaufstandsplatte der erste Aktuator angreift, mit welchem die Radaufstandsplatte relativ zu dem Fundament des Prüfstandes in vertikaler Richtung bewegbar ist, und dass zum anderen an der Radaufstandsplatte mindestens ein zweiter Aktuator angreift, welcher dazu dient, die Radaufstandsplatte relativ zu dem Fundament des Prüfstandes um eine erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse zu drehen. Diese erste Kippachse kann beispielsweise parallel zur Längsachse des auf dem Prüfstand gestellten Fahrzeuges verlaufen. Denkbar ist hierbei selbstverständlich aber auch, dass es sich bei der ersten, vorzugsweise horizontal verlaufenden Kippachse um eine Achse handelt, die senkrecht zur Längsachse des Fahrzeuges verläuft.
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Um bei der zuletzt genannten bevorzugten Realisierung des Prüfstandes erreichen zu können, dass die Radaufstandsplatte mit Hilfe des mindestens einen zweiten Aktuators relativ zu dem Fundament des Prüfstandes um die erste Kippachse gedreht werden kann, ist vorgesehen, dass der erste Aktuator, über den die Radaufstandsplatte in vertikaler Richtung relativ zu dem Fundament des Prüfstandes bewegt werden kann, mit der Radaufstandsplatte derart verbunden ist, dass die Radaufstandsplatte mit Hilfe des mindestens einen zweiten Aktuators um die erste Kippachse drehbar ist.
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Für den Fall, dass die erste Kippachse, um welche die Radaufstandsplatte mit Hilfe des mindestens einen zweiten Aktuators drehbar ist, parallel zur Längsachse des Fahrzeuges verläuft, können somit in das Fahrzeugrad Seitenkräfte und -momente eingeleitet werden. Wenn andererseits die erste horizontal verlaufende Kippachse senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeuges verläuft, sind durch ein Verkippen der Radaufstandsplatte Längskräfte über den Radaufstandspunkt in das Fahrzeugrad einleitbar.
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Um zu erreichen, dass mit dem erfindungsgemäßen Prüfstand die Wirkung von Längskräften, Seitenkräften und vertikalen Kräften auf das Fahrzeug simuliert werden kann, ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Radaufstandsplatte des Prüfstandes einerseits vertikal relativ zu dem Fundament des Prüfstandes und andererseits sowohl um eine erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse als auch um eine zweite vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse drehbar ist, wobei die erste Kippachse schräg, d. h. nicht parallel, und insbesondere senkrecht zu der zweiten Kippachse verläuft. Hierbei ist in einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Prüfstandes vorgesehen, dass der Prüfstand zusätzlich zu dem ersten Aktuator, welcher zum Bewegen der Radaufstandsplatte vorzugsweise entlang der Vertikalachse dient, mindestens einen zweiten an der Radaufstandsplatte angreifenden Aktuator sowie mindestens einen dritten ebenfalls an der Radaufstandsplatte angreifenden Aktuator aufweist. Der mindestens eine zweite an der Radaufstandsplatte angreifende Aktuator ist ausgelegt, die Radaufstandsplatte um eine erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse relativ zu dem Fundament des Prüfstandes zu drehen, während der mindestens eine dritte Aktuator dazu dient, die Radaufstandsplatte um eine zweite vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse zu drehen, wobei die zweite Kippachse schräg zu der ersten Kippachse, und vorzugsweise senkrecht zu der ersten Kippachse verläuft.
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Mit der zuletzt genannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes ist insbesondere eine phasen- und amplitudentreue Reproduktion der im realen Fahrbetrieb auftretenden Vertikalkräfte, Longitudinalkräfte und Lateralkräfte möglich. Darüber hinaus spiegelt der Kraftfluss von dem Prüfstand über den Radaufstandspunkt des Fahrzeugrades in das Fahrzeug die realen Einleitungsmechanismen von der Straße über den Fahrzeugreifen in das Fahrzeug wieder. Durch die kippbar ausgeführte Radaufstandsplatte werden keine außenseitigen Betätigungseinrichtungen (Aktuatoren) benötigt, um Longitudinalkräfte bzw. Lateralkräfte in das Fahrzeug einzuleiten. Dadurch ergibt sich ein kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, weshalb bereits bekannte Prüfstände, wie beispielsweise Vier- oder Mehrstempelanlagen, ohne größeren Aufwand nachgerüstet werden können.
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In einer bevorzugten Realisierung ist vorgesehen, das der erste Aktuator einen hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbaren Kolben aufweist, welcher relativ zu dem Fundament des Prüfstandes entlang der ersten Achse (vorzugsweise Vertikalachse) bewegbar ist, wobei der mindestens eine zweite und – falls vorhanden – auch der mindestens eine dritte Aktuator mit dem Kolben einerseits und der Radaufstandsplatte andererseits verbunden sind. Auf diese Weise können eine sehr große Korrelation des ersten Aktuators in der Vertikalkraft und zugleich eine entsprechend große Korrelation des Kippwinkels mit der Longitudinal- bzw. Lateralkraft realisiert werden. Demnach ist es möglich, den eingangs erwähnten „Drive-Signal-Iteration”-Prozess einfacher und schneller auszuführen und dabei die Ansteuersignale zumindest weitgehend unabhängig von der Fahrzeugvariante zu gestalten. Insbesondere kann die Verkippbewegung der Radaufstandsplatte um die Längs- bzw.
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Querachse der Fahrzeugräder direkt mit einer Betätigung des mindestens einen zweiten bzw. des mindestens einen dritten Aktuators korreliert werden. Damit sind die Ansteuersignale der Aktuatoren direkt als abstrahiertes Teststreckenprofil interpretierbar.
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Denkbar ist es, dass der erste Aktuator mit der Radaufstandsplatte über eine Gelenkanordnung verbunden ist, welche eine rotatorische Bewegung der Radaufstandsplatte relativ zu dem Fundament des Prüfstandes ermöglicht. Auf diese Weise kann die Radaufstandsplatte in beliebige Richtungen bezüglich der Fahrzeugräder verkippt werden und ist dabei nicht nur auf die Längs- und Querachse der Fahrzeugräder beschränkt. Folglich ist es möglich, die Richtung der in das Fahrzeug eingeleiteten Kräfte präzise einzustellen und damit Teststreckencharakteristika auf einfache Weise verlässlich zu reproduzieren.
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Als Gelenkanordnung eignet sich dabei beispielsweise ein Kugelgelenk oder ein Kardangelenk. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Gelenkanordnung ein erstes Drehgelenk aufweist, welches eine rotatorische Bewegung der Radaufstandsplatte um die erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse relativ zu dem Fundament des Prüfstandes ermöglicht, wobei die Gelenkanordnung vorzugsweise ferner ein zweites Drehgelenk aufweist, welches eine rotatorische Bewegung der Radaufstandsplatte um die zweite vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse relativ zu dem Fundament des Prüfstandes ermöglicht.
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In einer Realisierung des erfindungsgemäßen Prüfstandes sind die zweiten und dritten Aktuatoren jeweils als Kippzylinder ausgeführt und gelenkig mit dem ersten Aktuator, insbesondere mit dem ein- und ausfahrbaren Kolben des ersten Aktuators verbunden. Demnach ist die Neigung der Radaufstandsplatte direkt über die Differenz der Zylinderwege der Kippzylinder (zweite und dritte Aktuatoren) definiert.
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In bevorzugter Weise sind die zweiten und dritten Aktuatoren derart ausgeführt und im Hinblick auf die Radaufstandsplatte angeordnet, dass der Kreuzungspunkt der ersten und zweiten Kippachse im unausgelenkten Zustand der Radaufstandsplatte senkrecht unter einem Auflagepunkt des Fahrzeugrades liegt, so dass beim Verkippen um die erste und/oder zweite Kippachse bzw. um die Längsachse und/oder Querachse des Fahrzeugs der Auflagepunkt in seiner Position nicht oder nur minimal versetzt wird, insbesondere bezüglich der ersten Achse (Vertikalachse). Fallen die erste und zweite Kippachse in eine Ebene, wie es beispielsweise dann der Fall wäre, wenn der erste Aktuator mit der Radaufstandsplatte über ein Kugelgelenk verbunden ist, so befindet sich der Schnittpunkt der ersten und zweiten Kippachse im unausgelenkten Zustand der Radaufstandsplatte exakt senkrecht unter dem Auflagepunkt des Fahrzeugrades.
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Auf diese Weise sind Kippwinkel um die erste und zweite Kippachse und eine Auslenkung entlang der ersten Vertikalachse voneinander entkoppelt. Daher ist die Festlegung der vorbestimmten Auslenkung entlang der ersten Achse und der Kippung um die Kippachsen aus Messdaten einer realen Teststrecke wesentlich vereinfacht.
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Um mit dem erfindungsgemäßen Prüfstand die Wirkung von über einen Radaufstandspunkt in das zu prüfende Fahrzeug eingeleiteten Lenkkräften auf das Fahrzeug simulieren zu können, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Radaufstandsplatte des Prüfstandes auch um eine Drehachse D relativ zu dem Fundament des Prüfstandes drehbar ausgeführt ist, wobei die Drehachse D schräg zu der ersten Kippachsen und schräg zu der zweiten Kippachse verläuft und wobei der Prüfstand ein drittes Drehgelenk aufweist. Bevorzugter Weise ist die Drehachse D im Wesentlichen in Richtung der Vertikalachse des Prüfstands ausgerichtet.
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Die Rotation der Radaufstandsplatte um die Drehachse D relativ zu dem Fundament des Prüfstandes kann beispielsweise mit Hilfe von geeignet angeordneten und ausgebildeten vierten Aktuatoren bewirkt werden, welche zusätzlich zu den ersten, zweiten und dritten Aktuatoren vorgesehen sind. Diese vierten Aktuatoren greifen vorzugsweise direkt an der entsprechenden Radaufstandsplatte an.
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Diese Rotation um die Drehachse D erlaubt es vorteilhafter Weise, eine Drehmoment um die Hochachse des Rades in den Radaufstandspunkt einzuleiten und somit auch Lenkkräfte zu simulieren, welche während des Fahrzeugbetriebs auftreten können.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes weisen die Trägerelemente an ihren Randbereichen, in Richtung der Querachse sowie in Richtung der Längsachse der Fahrzeugräder, Anschlagelemente auf. Das Verkippen des Trägerelements kann unter Umständen zu einem Verrutschen des Fahrzeugrads auf dem Trägerelement führen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, Anschlagelemente an den Randbereichen des Trägerelements vorzusehen um den Bewegungsspielraum der Fahrzeugräder bzw. des Fahrzeuges zu begrenzen.
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Zur Regelung der in das Fahrzeug eingeleiteten Anregungen ist jeder einzelne Aktuator vorzugsweise mit einem beispielsweise induktiv wirkenden Wegsensor versehen.
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In einer Ausführungsform weist der Prüfstand Sensoren auf, welche ausgelegt sind, die Auslenkung entlang der ersten Achse und die Kippwinkel um die zweite und dritte Achse zu messen und die Messwerte als entsprechendes Signal auszugeben. Es ist eine Steuerung mit einer Signalverbindung zu den Sensoren vorhanden, welche dazu dient, die gemessenen Werte mit vorbestimmten Sollwerten zu vergleichen und die Betätigungseinrichtungen derart anzusteuern, dass die Abweichung auf einen minimalen Wert geregelt wird.
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Die Steuerung ist in vorteilhafter Weise ausgelegt, dass die vorbestimmten Werte für die Auslenkung und die Kippung unabhängig von lastbedingten Eigenschaften der Aktuatoren angenommen werden.
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Sollen auf dem Prüfstand verschiedene Fahrzeugmodelle untersucht werden, so ist es erstrebenswert, den Prüfstand schnell und einfach auf die unterschiedlichen Fahrzeugtypen umstellen zu können. Um dies zu gewährleisten, ist in einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung jede Radaufstandsplatte zusammen mit den zur Anregung dieser Radaufstandsplatte gehörigen Bewegungseinheiten (Aktuatoren) auf einer Basisplatte angeordnet, welche verschiebbar gegenüber dem Fundament gelagert ist. Jede Radaufstandsplatte kann also durch Verschieben der entsprechenden Basisplatte als Ganzes schnell und einfach ohne systembedingte Widersprüche an die gewünschte Position verschoben werden, um so den Prüfstand auf die benötigten Radstände und Spurweiten einzustellen.
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In einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung ist für jedes Fahrzeugrad eine Radaufstandsplatte mit einer Aufnahmeschale zur Aufnahme des jeweiligen Fahrzeugrades vorgesehen. Jede Radaufstandsplatte ist mit Bewegungseinheiten (Aktuatoren) versehen, mit Hilfe derer schnelle Wegänderungen je Zeiteinheit in Vertikal-, Längs- und Querrichtung des Fahrzeuges in die Radaufstandsplatte eingeleitet werden können. Diese eingeleiteten Kräfte und Momente werden dann über die zugehörige Aufnahmeschale auf das Fahrzeugrad übertragen. Der erfindungsgemäße Prüfstand gestattet somit translatorische Anregungen des Fahrzeuges in alle drei Raumrichtungen sowie die Einleitung von Antriebs- und Bremsmomenten, wobei diese Anregungen über den Radaufstandspunkt des Fahrzeugrades bzw. die Radaufstandspunkte der Fahrzeugräder in das Fahrzeug eingeleitet werden.
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Durch Verwendung einer geeigneten Steuerapplikation können mit Hilfe des Prüfstandes neben den translatorischen Reaktionen des Fahrzeuges in allen drei Raumrichtungen auch die Wank-Nick-Gier-Reaktionen auf beliebigen Straßenzuständen realitätsnah dargestellt werden. Somit eignet sich der Prüfstand beispielsweise zur zeitlich gerafften Untersuchung eines Komplettfahrzeuges auf partielle Betriebsfestigkeitsmängel, auf Mängel beim Einsatz von Verbindungselementen und auf nicht ausreichende Bauteil-Freiräume. Insbesondere eignet sich der Prüfstand somit als Hilfsmittel bei der Fahrzeugentwicklung, um eine Optimierung des Fahrzeug-Eigengewichts ohne Einbußen der Langzeit-Fahrzeugqualität und der Robustheit im realen Fahrbetrieb zu erreichen.
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Die Aufnahmeschalen, welche die Fahrzeugräder auf dem Prüfstand aufnehmen und die Übertragung der Anregungszustände von den Radaufstandsplatten über die jeweiligen Radaufstandspunkte auf die Fahrzeugräder bewirken, sind an ihren Grund- und Seitenflächen zweckmäßigerweise mit drehbar gelagerten Wälzkörpern oder drehbar gelagerten Kugeln oder dergleichen versehen, um zu erreichen, dass die Fahrzeugräder einerseits zwar sicher in den Aufnahmeschalen gehalten sind, andererseits aber frei in ihren Aufnahmeschalen schwingen können. Dadurch wird ein gleichbleibender Reibungszustand auf niedrigem Niveau erreicht.
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Um eine möglichst hohe Flexibilität in Bezug auf die verschiedenen auf dem Prüfstand zu untersuchenden Fahrzeugtypen zu erreichen, ist es von Vorteil, die Radaufstandsplatten mit einem drei-dimensionalen, mechanischen Raster-Spannsystem zu versehen, was eine Verschiebung der Grund- und Seitenflächen und somit einer Adaption der Aufnahmeschalen auf Fahrzeugräder unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Breite (und beispielsweise auch auf eine Zwillingsanordnung von Reifen) gestattet.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, dass die Aufnahmeschalen austauschbar ausgeführt sind, um die Radaufstandsplatten abhängig von dem Durchmesser und/oder der Breite der Fahrzeugräder mit entsprechend angepassten Aufnahmeschalen zu versehen.
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Die Aufnahmeschalen können entweder vorzugsweise lösbar auf den entsprechenden Radaufstandsplatten montiert oder direkt mit den jeweiligen Aktuatoren verbunden sein. Im letzteren Fall wären also die Radaufstandsplatten selber als Aufnahmeschalen ausgebildet.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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1a eine Seitenansicht auf ein Fahrzeugrad, welches auf eine Radaufstandsplatte eines Prüfstandes gemäß einer ersten Ausführungsform gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte in einem nicht ausgelenkten Zustand vorliegt;
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1b eine Seitenansicht auf das Fahrzeugrad, welches auf die Radaufstandsplatte des Prüfstandes gemäß 1a gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte relativ zu dem Fundament des Prüfstandes ausgelenkt ist;
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1c eine Frontalansicht auf das Fahrzeugrad, welches auf die Radaufstandsplatte des Prüfstandes gemäß 1a gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte in einem nicht ausgelenkten Zustand vorliegt;
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1d eine Frontalansicht auf das Fahrzeugrad, welches auf die Radaufstandsplatte des Prüfstandes gemäß 1a gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte relativ zu dem Fundament des Prüfstandes ausgelenkt ist;
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2a eine Seitenansicht auf ein Fahrzeugrad, welches auf eine Radaufstandsplatte eines Prüfstandes gemäß einer zweiten Ausführungsform gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte in einem nicht ausgelenkten Zustand vorliegt;
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2b eine Seitenansicht auf das Fahrzeugrad, welches auf die Radaufstandsplatte des Prüfstandes gemäß 2a gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte relativ zu dem Fundament des Prüfstandes ausgelenkt ist;
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2c eine Frontalansicht auf das Fahrzeugrad, welches auf die Radaufstandsplatte des Prüfstandes gemäß 2a gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte in einem nicht ausgelenkten Zustand vorliegt;
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2d eine Frontalansicht auf das Fahrzeugrad, welches auf die Radaufstandsplatte des Prüfstandes gemäß 2a gestellt ist, wobei die Radaufstandsplatte relativ zu dem Fundament des Prüfstandes ausgelenkt ist;
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3a eine Seitenansicht auf ein Fahrzeugrad, welches auf eine Radaufstandsplatte eines Prüfstandes gemäß einer dritten Ausführungsform gestellt ist; und
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3b eine Teilschnittansicht entlang der Linie A-A in 3a von unten auf die Radaufstandsplatte.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind gleiche oder gleich wirkende Bauteile des Prüfstandes mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen exemplarische Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prüfstandes näher beschrieben. In den Zeichnungen ist jeweils nur eine Radaufstandsplatte mit den zugehörigen Aktuatoreinheiten dargestellt. Selbstverständlich ist es aber denkbar, dass der Prüfstand mehr als nur eine einzige Radaufstandsplatte aufweist. Sollen auf dem Prüfstand komplette Fahrzeuge untersucht werden, so ist es erstrebenswert, dass der Prüfstand für jedes Fahrzeugrad eine Radaufstandsplatte aufweist, wobei jeder Radaufstandsplatte entsprechende Aktuatoren zugeordnet sind, um die einzelnen Radaufstandsplatten unabhängig voneinander relativ zu dem Fundament des Prüfstandes bewegen zu können.
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Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes 100 ist in den 1a bis 1d gezeigt. Wie dargestellt, weist der Prüfstand 100 mindestens eine Radaufstandplatte 2 zum Aufnehmen eines Fahrzeugrades 1 auf. Des Weiteren ist für jede Radaufstandsplatte 2 ein erster Aktuator 3a, 3b vorgesehen, welcher einerseits mit dem Fundament 101 des Prüfstandes 100 und andererseits mit der Radaufstandsplatte 2 verbunden ist. Der erste Aktuator 3a, 3b dient zum Bewegen der Radaufstandsplatte 2 entlang einer ersten Achse L1 relativ zu dem Fundament 101 des Prüfstandes 100. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Achse L1 um die Vertikalachse.
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Der erste Aktuator 3a, 3b weist einen hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbaren Kolben 3b auf, welcher aus einem Zylinder 3a aus- bzw. einfahrbar ist. Der obere Endbereich des Kolbens 3b ist mit dem Mittelpunkt der Radaufstandsplatte 2 verbunden. Im Einzelnen kommt hierfür eine Gelenkanordnung 9 zum Einsatz, welche derart ausgelegt ist, dass die mit dem oberen Endbereich des Kolbens 3b verbundene Radaufstandsplatte 2 um eine erste, in den Zeichnungen horizontal verlaufende Kippachse K1 drehbar ist.
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Andererseits ist die Gelenkanordnung 9, über welche der obere Endbereich des Kolbens 3b mit der Radaufstandsplatte 2 verbunden ist, derart ausgeführt, dass die Radaufstandsplatte 2 auch um eine zweite, in den Zeichnungen horizontal verlaufende Kippachse K2 drehbar ist. Wie dargestellt, verläuft die zweite Kippachse K2 vorzugsweise senkrecht zu der ersten Kippachse K1.
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Um eine Kippbewegung der Radaufstandsplatte 2 relativ zu dem Fundament 101 des Prüfstandes 100 bewirken zu können, ist mindestens ein zweiter an der Radaufstandsplatte 2 angreifender Aktuator 4, 5 vorgesehen, welcher dazu dient, die Radaufstandsplatte 2 um die erste Kippachse K1 zu drehen. Zusätzlich kommt mindestens ein dritter an der Radaufstandsplatte 2 angreifender Aktuator 6, 7 zum Einsatz, welcher dazu dient, die Radaufstandsplatte 2 um die zweite Kippachse K2 drehen zu können.
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Im Einzelnen ist bei der in den 1a bis 1d dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass insgesamt zwei zweite Aktuatoren 4, 5 zum Einsatz kommen, wobei diese beiden Aktuatoren 4, 5 an beiden Seiten der ersten Achse L1 angeordnet sind und jeweils an der Radaufstandsplatte 2 angreifen. Gleichwohl kommen bei der in den 1a bis 1d dargestellten Ausführungsform auch zwei dritte Aktuatoren 6, 7 zum Einsatz, die ebenfalls zu beiden Seiten der ersten Achse L1 angeordnet sind und jeweils an der Radaufstandsplatte angreifen.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen sind die zweiten und dritten Aktuatoren jeweils als pneumatisch oder hydraulisch betätigbare Kolben-Zylinder-Anordnungen ausgeführt. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, dass doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Anordnungen zum Einsatz kommen, die sowohl Zug- als auch Druckkräfte auf die Radaufstandsplatte 2 übertragen können. In diesem Fall genügt es, wenn an der Radaufstandsplatte 2 jeweils nur ein zweiter bzw. ein dritter Aktuator angreift.
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Die erste Ausführungsform gemäß den 1a bis 1d unterscheidet sich von der in den 2a bis 2d dargestellten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass bei der ersten Ausführungsform die zweiten und dritten Aktuatoren 4, 5 bzw. 6, 7 jeweils über ein Brückenelement 11 mit dem Kolben 3b des ersten Aktuators verbunden sind. Im Einzelnen sind die jeweiligen zweiten und dritten Aktuatoren 4, 5 bzw. 6, 7 jeweils mit Hilfe eines Gelenks 10 um eine horizontale Achse schwenkbar mit dem Brückenelement 11 verbunden, so dass beim Verkippen der Radaufstandsplatte 2 die Aktuatoren 4, 5 bzw. 6, 7 relativ zu dem Fundament 101 des Prüfstandes 100 in einer vertikalen Ebene schwenkbar sind.
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Die in den 2a bis 2d dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes 100 entspricht im Wesentlichen der zuvor unter Bezugsnahme auf die 1a bis 1b beschriebenen Ausführungsform, wobei allerdings hier die zweiten und dritten Aktuatoren 4, 5 bzw. 6, 7 nicht mit dem Kolben 3b des ersten Aktuators verbunden sind. Vielmehr ist bei der zweiten Ausführungsform zu sehen, dass die Aktuatoren 4, 5 bzw. 6, 7 direkt mit dem Fundament 101 des Prüfstandes 100 einerseits und der Radaufstandsplatte 2 andererseits verbunden sind.
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Bei den dargestellten exemplarischen Ausführungsformen ist der erste Aktuator 3a, 3b in Gestalt einer doppeltwirkenden Zylinder-Kolben-Anordnung ausgeführt, wobei der Kolben 3b des ersten Aktuators pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch aus dem mit dem Fundament 101 des Prüfstandes 100 fest verbundenen Zylinder 3b in vertikaler Richtung aus- bzw. einfahrbar ist, um über den Radaufstandspunkt Vertikalkräfte in das auf der Radaufstandsplatte positionierte Fahrzeugrad 1 einleiten zu können.
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Im Einzelnen ist bei den dargestellten exemplarischen Ausführungsformen der Kolben 3b des ersten Aktuators mit der Radaufstandsplatte 2 über eine Gelenkanordnung 9 verbunden ist, welche eine rotatorische Bewegung der Radaufstandsplatte 2 relativ zu dem Fundament 101 des Prüfstandes 100 ermöglicht. Die Gelenkanordnung 9 ist dabei als Kugelgelenk ausgeführt, wobei es selbstverständlich aber auch denkbar ist, beispielsweise zwei miteinander verbunden Drehgelenke oder ein Kardangelenk etc. zu verwenden.
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Das Verkippen der Radaufstandsplatte 2 um zweite Kippachse K2 (hier die Längsachse des Fahrzeugrades 1) erfolgt durch ein geeignetes Ansteuern der dritten Aktuatoren 6, 7. Andererseits kann die Radaufstandsplatte 2 um die erste Kippachse K1 (hier die Querachse des Fahrzeugrades 1) gedreht werden, indem die zweiten Aktuatoren 4, 5 geeignet angesteuert werden. Bei den dargestellten Ausführungsformen sind die zweiten und dritten Aktuatoren jeweils als einfach wirkende hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Zylinder-Kolben-Anordnungen ausgeführt. Die jeweiligen Kippzylinderpaare sind an gegenüberliegenden Enden an der Unterseite der Radaufstandsplatte 2 angebracht. Demnach ist die Neigung der Radaufstandsplatte 2 direkt über die Differenz der Zylinderwege der Kippzylinder definiert. Bei Betätigung der jeweils als Zylinder-Kolben-Anordnung ausgeführten zweiten und dritten Aktuatoren 4, 5 bzw. 6, 7 wird die Radaufstandsplatte 2 entsprechend der Differenz der Kolbenwege der Zylinder-Kolben-Anordnungen geneigt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der Paare von zweiten und dritten Aktuatoren einzelne, in beide Richtungen wirkende Betätigungseinrichtungen zu verwenden, wie beispielsweise doppeltwirkende Hydraulikzylinder.
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Im Einzelnen sind bei den dargestellten Ausführungsformen die zweiten Aktuatoren 4, 5 über eine Gelenkanordnung 8, vorzugsweise über ein Kardangelenk, mit der Radaufstandsplatte 2 verbunden ist. Ferner sind die dritten Aktuatoren 6, 7 ebenfalls über eine Gelenkanordnung 8', vorzugsweise über ein Kardangelenk, mit der Radaufstandsplatte 2 verbunden.
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Andererseits sind – wie bereits erwähnt – bei der ersten Ausführungsform gemäß den 1a bis 1d die zweiten und dritten Aktuatoren gelenkig mit einem Verbindungselement 11 verbunden, welches wiederum mit dem Kolben 3b des ersten Aktuators verbunden ist. Dies gestattet es, dass das hierin vorgeschlagene Prüfstandkonzept ohne größeren Aufwand auf herkömmliche Vier- oder Mehrstempelanlagen übertragen werden kann.
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In bevorzugter Weise liegt der Radaufstandspunkt, d. h. der Schnittpunkt der Radmittelebene mit der vertikalen Projektion der Raddrehachse auf die Radaufstandsplatte 2, oberhalb eines Kreuzungspunktes der ersten und zweiten Kippachse K1, K2. Daher ändert sich beim Verkippen der Radaufstandsplatte 2 die Position des Radaufstandspunktes entlang der Vertikalachse (erste Achse L1) nicht oder nur minimal und die Bewegung entlang der Vertikalachse L1 ist von den Kippbewegungen um die Kippachsen K1, K2 entkoppelt. Handelt es sich – wie in den Zeichnungen dargestellt – bei der ersten Achse L1 um die vertikale Achse, so werden durch ein Kippen der Radaufstandsplatte 2 um die Längs- oder Querachse zwar über den Radaufstandspunkt Kraftkomponenten entlang dieser Achsen in das Fahrzeugrad 1 eingeleitet, das Fahrzeugrad 1 aber nicht entlang der ersten Achse L1 bewegt, da die Amplitude für diese Bewegung proportional zum Abstand vom dem Kreuzungspunkt in der durch die Kippachsen K1, K2 aufgespannten Ebene ist. Ist dieser Abstand der Auflagefläche zu dem Kreuzungspunkt null, so ist folglich auch die Amplitude in Richtung der ersten Achse L1 null. Liegen die beiden Kippachsen K1, K2 in einer Ebene, was beispielsweise dann der Fall wäre, wenn der Kolben 3b des ersten Aktuators über ein Kugelgelenk mit der Radaufstandsplatte 2 verbunden ist, so tritt anstelle des Kreuzungspunktes der Schnittpunkt der beiden Kippachsen K1, K2.
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3a und 3b stellen eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In dieser Ausführungsform wird zusätzlich zu der vertikalen Bewegung entlang der Achse L1 und den Kippbewegungen um die im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Kippachsen K1 und K2 eine Rotation der Radaufstandsplatte 2 um eine Drehachse D ermöglicht, welche im Wesentlichen parallel zu der Vertikalachse L1 verläuft.
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Im Einzelnen tritt in dieser Ausführungsform anstelle der Radaufstandsplatte 2 der 1 und 2 eine Sockelplatte 14, welche, wie bereits beschrieben, durch den Prüfstand 100 entlang der Achse L1 vertikal verfahren und um die Achsen K1 und K2 verkippt werden kann. Die Sockelplatte 14 ist bezüglich einer Rotation um die Vertikalachse L1 gegenüber dem ersten Aktuator 3a, 3b und damit auch relativ zum Fundament 101 fixiert. Diese Sockelplatte 14 ist wiederum durch ein drittes Drehgelenk 15 mit der Radaufstandsplatte 2 derart verbunden, dass die Sockelplatte 14 und die Radaufstandsplatte 2 um eine Drehachse D, die senkrecht zu den durch die Sockelplatte 14 und die Radaufstandsplatte 2 aufgespannten Ebenen ausgerichtet ist, gegeneinander rotatorisch bewegt werden können. Beispielsweise können Sockelplatte 14 und Radaufstandsplatte durch eine Achse bzw. einen Schaft oder eine Welle miteinander verbunden sein.
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Die rotatorische Bewegung kann, wie in 3a und 3b dargestellt, durch vierte Aktuatoren 15, 16 ausgeführt werden, welche als einfach wirkende Hydraulikzylinder ausgelegt sind. Die Aktuatoren 15, 16 stehen an einem Ende mit einem Befestigungsbolzen 18 in Eingriff, welcher an der Sockelplatte 14 angebracht ist. Das andere Ende der Aktuatoren steht mit einem Befestigungsbolzen 19 in Eingriff, welcher an der Radaufstandsplatte 2 angebracht ist. Da die Aktuatoren 16, 17 seitlich zu der Drehachse D bzw. dem dritten Drehgelenk 15 angeordnet sind, verursacht eine durch einen der vierten Aktuatoren 16, 17 aufgebrachte Kraft ein Drehmoment um die Drehachse D, und eine Längenänderungen der Aktuatoren 16, 17 wird in eine rotatorische Bewegung der Radaufstandsplatte 2 gegenüber der Sockelplatte 14 und damit gegenüber dem Fundament 101 umgesetzt.
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Die Aktuatoren 16, 17 können, wie bereits für die anderen Aktuatoren beschrieben, als hydraulische, elektrische oder pneumatische Aktuatoren ausgeführt sein. Wird einer der Aktuatoren 16 als doppeltwirkender Zylinder ausgelegt, so kann der zweite der vierten Aktuatoren 17 entfallen. Auch ist es möglich, Aktuatoren zu verwenden, welche unmittelbar eine Drehbewegung erzeugen. Dies sind beispielsweise elektrische, hydraulische oder pneumatische Motoren sein, welche direkt oder über ein Getriebe eine Drehmoment und eine rotatorische Bewegung auf die Radaufstandsplatte 2 bewirken.
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Es ist vorteilhaft, wie beschrieben, die Sockelplatte 14 unmittelbar mit der Radaufstandsplatte 2 zu verbinden, das heißt, nur die für die rotatorische Bewegung um die Drehachse D notwendigen Elemente zwischen Sockelplatte 14 und Radaufstandsplatte 2 anzuordnen. Die rotatorischen Kräfte sind üblicherweise im Vergleich zu den Vertikal- und den Kippkräften geringer, da diese nicht durch die Gewichtskraft des Fahrzeugs bestimmt werden. Daher können die vierten Aktuatoren 16, 17 im Vergleich zu den anderen Aktuatoren 3a, 3b, 4, 5, 6, 7 kleiner ausfallen und verursachen eine geringere zusätzliche zu bewegende Masse für die ersten, zweiten und dritten Aktuatoren. Darüber hinaus ist bei dieser Anordnung die Drehbewegung um die Drehachse D von den anderen Bewegungen entkoppelt und ermöglicht eine einfachere Simulation, da die Drehbewegung um D keinen Einfluss auf die anderen Bewegungen um K1, K2 oder entlang L1 hat.
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Aus konstruktiven Überlegungen kann es jedoch auch sinnvoll sein, die Sockelplatte 14 und die zur Drehung um die Drehachse D erforderlichen Elemente zwischen Fundament und erstem Aktuator 3a, 3b anzuordnen oder zwischen erstem Aktuator 3a, 3b und den zweiten Aktuatoren 4, 5 sowie dritten Aktuatoren 6, 7. In diesem Falle muss die Verkopplung der Drehbewegung um die Drehachse D mit den Kipp- und Longitudinalbewegungen durch eine geeignete Ansteuerung der anderen Aktuatoren kompensiert werden.
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Wie in den Zeichnungen angedeutet, kann die Radaufstandsplatte 2 an ihrem Randbereich Anschlagelemente aufweisen. Die Anschlagelemente verlaufen vorzugsweise in Richtung der Längsachse bzw. der Querachse des Fahrzeugrades 1 und dienen dazu, während des Betriebes des Prüfstandes 100 das Fahrzeugrad 1 vor einem Abrutschen von den Radaufstandsplatte 2 zu bewahren. Selbstverständlich handelt es sich bei den Anschlagelementen nicht um Radfixierungen, so dass das dynamische Eigenschwingverhalten des Systems Fahrbahn/Reifen/Fahrwerk realitätsgetreu nachgestellt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Prüfstand 100 zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweiligen Radaufstandsplatten 2 um die Querachse K1 und die Längsachse K2 des Fahrzeugrades 1 relativ zu dem Fundament 101 des Prüfstandes 100 gekippt werden können. Über die Kippbewegung um die Querachse (= erste Kippachse K1) kann dabei eine Längskraft erzeugt werden, durch das Kippen um die Längsachse (= zweite Kippachse K2) hingegen eine Seitenkraft.
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Insbesondere ist es mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich, in das Fahrzeugrad 1 direkt signifikante longitudinale und laterale Krafteinträge einzuleiten, infolgedessen eine phasen- und amplitudentreue Reproduktion von Längs- und Seitenkräften möglich ist. Indem die Anregungskräfte von der Radaufstandsplatte 2 über das Fahrzeugrad 1 in das Fahrzeug eingeleitet werden, wird ein realer Einleitungsmechanismus wiedergespiegelt.
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Die Mittelposition der Radaufstandsplatte 2 ist direkt mit dem Verschiebeweg bzw. Zylinderweg des ersten Aktuators 3a, 3b (Vertikalzylinder) und die Neigung der Radaufstandsplatte direkt mit der Differenz der Zylinderwege der Kippzylinder (zweite und dritte Aktuatoren) korreliert. Damit sind die Ansteuersignale der Aktuatoren direkt als abstrahiertes Straßenprofil interpretierbar. Eine Übertragbarkeit der Ansteuersignale von einem ersten Fahrzeugtyp auf ein geändertes zweites Fahrzeugtyp ist somit ohne weiteres möglich. Demnach ist das hierin offenbarte Prüfstandsprinzip variantentauglich.
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Da die für die Realisierung des kippbaren Radkontaktes erforderlichen Komponenten relativ klein ausgeführt sind, und da insbesondere keine zusätzlichen von außen einwirkenden Aktuatoren notwendig sind, eignet sich der erfindungsgemäße Prüfstand 100 auch für Fahrzeuge mit mehr als zwei Achsen. Des Weiteren können eventuell bereits bestehende Vier- oder Mehrstempelanlagen leicht nachgerüstet werden, da sich die erfindungsgemäße Lösung einerseits durch ihren modularen Aufbau und andererseits durch die Trennung des Kippmechanismus von dem Vertikalzylinder (= erster Aktuator 3a, 3b) auszeichnet. Umgekehrt kann durch Ausschalten der Kippbewegung eine konventionelle Vierstempelanlage adaptiert werden.
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Des Weiteren ist als zusätzlicher Vorteil zu nennen, dass eine starke Entkopplung der Anregungen vorliegt, da eine große Korrelation des Zylinderweges des Vertikalzylinders (= erster Aktuator 3a, 3b) einerseits und eine große Korrelation des Kippwinkels mit der Längs- bzw. Seitenkraft andererseits vorliegt.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die zuvor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sonder ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.
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Insbesondere ist in den Zeichnungen jeweils nur eine einzige Radaufstandsplatte 2 mit einem einzigen darauf positionierten Fahrzeugrad 1 dargestellt. Der erfindungsgemäße Prüfstand 100 kann hingegen eine Vielzahl von Radaufstandsplatten 2 mit zugehörigen Aktuatoreinheiten aufweisen, wobei die Anzahl der Radaufstandsplatten 2 vorzugsweise der Anzahl der Räder 1 des zu prüfenden Fahrzeuges entspricht. Es wäre jedoch auch möglich, einen erfindungsgemäßen Prüfstand 100 beispielsweise nur für eine einzelne Fahrzeugachse oder eine Radaufhängung vorzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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