-
Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zum Testen eines Kraftfahrzeugfahrwerks, wobei das Kraftfahrzeugfahrwerk zumindest eine Fahrwerksachse mit zwei Radträgern und eine mit der Fahrwerksachse verbundene Struktur aufweist.
-
Gattungsgemäße Prüfstände sind im Stand der Technik bekannt. So geht beispielsweise aus der
DE 31 48 615 A1 ein Fahrwerksprüfstand mit einem Drehmoment-Messgerät hervor, das das von den Antriebsrädern eines zu prüfenden Kraftfahrzeugfahrwerks an Rollen des Fahrwerks-Prüfstandes übertragene Drehmoment exakt misst.
-
Aus der
DE 10 2011 120 171 A1 geht einem Fahrzeugprüfstand zur Prüfung eines Fahrzeugs hervor, mit zumindest zwei Fahrzeugaufnahmen, die jeweils zumindest ein um eine Raddrehachse drehbar gelagertes Radträgeranbindungselement aufweist, das dazu vorgesehen ist, koaxial zu einem Radträger des Fahrzeugs angeordnet zu werden und drehfest mit dem Radträger verbunden zu werden. Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass zumindest eine der Fahrzeugaufnahmen zumindest einen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad aufweist, durch den das entsprechende Radträgeranbindungselement bewegbar ist.
-
Aus der
DE 10 2011 109 357 A1 geht ein Rollenprüfstand hervor, bei dem Signale wenigstens eines zur Positionserfassung des Fahrzeugs ausgebildeten Sensors an eine Regelungseinrichtung übermittelbar sind, mittels welcher ein Lenkaktuator des Fahrzeugs ansteuerbar ist. Eine Erkennungseinrichtung des Prüfsystems ist dabei dazu ausgelegt, anhand eines durch den Lenkaktuator eingestellten Lenkwinkels ein Vorliegen einer Fehlfunktion wenigstens einer Komponente des Fahrzeugs zu erkennen.
-
Aus der
DE 10 2010 034 850 A1 geht einen Prüfstand zum Simulieren von im Fahrbetrieb in ein Kraftfahrzeug oder in Teile eines Kraftfahrzeuges eingeleiteten Kräfte und Momente hervor. Um eine weitestgehend realistische Simulation von Straßenfahrten zu ermöglichen, wobei gleichzeitig auf fahrzeugindividuelle Anregungs- bzw. Ansteuersignale verzichtet werden kann, ist dabei vorgesehen, dass der Prüfstand mindestens eine Radaufstandsplatte zum Aufnehmen eines Fahrzeugrades und 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. Der mindestens eine erste Aktuator ist dabei mit der Radaufstandsplatte derart verbunden, dass die Radaufstandsplatte um eine erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse drehbar ist. Ferner weist der Prüfstand mindestens einen zweiten an der Radaufstandsplatte angreifenden Aktuator auf zum Drehen der Radaufstandsplatte um die erste vorzugsweise horizontal verlaufende Kippachse.
-
Aus der
DE 10 2004 063 041 A1 geht ein Fahrzeugfunktionsprüfstand hervor, bei dem Belastungseinrichtungen form- und/oder kraftschlüssig mit den Rädern, den Radflanschen, den Radnaben bzw. daran angebrachten Adapterscheiben verbindbar sind, wobei zumindest einzelne Teile zumindest einzelner Belastungseinrichtungen, die lenkbaren Rädern des Fahrzeugs zugeordnet sind, während des Prüfvorgangs bewegbar sind, derart, dass die zumindest einzelnen Teile Lenkbewegungen folgen können.
-
Aus der
DE 3040355 C2 geht ein Prüfstand zur Ermittlung der Betriebsfestigkeit von Kraftfahrzeugen bzw. Fahrwerksteilen mittels Simulation von Betriebsbeanspruchungen, bei dem jedes Rad des zu prüfenden Kraftfahrzeuges bzw. Fahrwerksteiles auf einem diesem zuzuordnenden, separat antreib- und abbremsbaren Abrollelement in Form eines endlos umlaufenden Bandes aufliegt, das einen als Lauffläche ausgebildeten ebenen Bereich aufweist, wobei die Abrollelemente mittels voneinander unabhängig ansteuerbarer beweglicher Stützorgane gehaltert sind, über die eine zusätzliche Kraft vorgebbarer Größe und Richtung auf das Kraftfahrzeug bzw. Fahrwerksteil ausübbar ist.
-
Aus der
DE 299 20 168 U1 geht ein Prüfstand für Kraftfahrzeuge zur Straßenfahrtsimulation in Form eines Rollenprüfstands mit vier walzenförmigen Rollen zur Aufnahme jeweils eines Rads eines zu testenden Fahrzeugs hervor, wobei die jeweils die Antriebsräder des Fahrzeugs abstützenden Rollen von diesen antreibbar sind und diese mit den jeweils die nicht angetriebenen Fahrzeugräder abstützenden Rollen zur im wesentlichen synchronen Übertragung der Drehbewegung gekuppelt sind, und wobei jede der Rollen in einer Rolleneinheit angeordnet ist, die einen Hubmechanismus zum unabhängigen Heben und Senken betreffende Rolle aufweist.
-
Bekannte Fahnwerksprüfstände sind, wie sich aus den vorstehenden Beispielen zum Stand der Technik ergibt, typischerweise auf konkrete Teilaspekte bei der Fahrwerksuntersuchung fokussiert und optimiert, wie beispielsweise: den Antriebsstrang und die Längsdynamik (Rollenprüfstände, Antriebs-/Bremsprüfstände), die Vertikaldynamik (Hydropulsanlagen), die Reifen (Reifenprüfstände als Rollen-, Flachband- oder mobiler Prüfstand), oder Achsmessprüfstände.
-
Bei Änderung der Test-Rahmenbedingungen (z. B. Prüfanforderungen, Lastfälle, Prüfzweck) ist ein im Stand der Technik bekannter Fahrwerksprüfstand aufgrund seiner Spezialisierung unter Umständen nur bedingt oder überhaupt nicht nutzbar. Die Anpassung der Prüfumgebung auf eine neue Prüfanordnung (Änderungen in Abmaßen, Spurweite etc.) ist dabei in der Regel mit hohen Rüstzeiten und -kosten verbunden. Mit den bekannten Prüfständen sind neuartige Achskonzepte wie: Achsen mit einem erweitertem Lenkwinkelbereich (> 120° Lenkwinkel), mechatronische Fahrwerke als Gesamtsystem, Faserverbundachsen, etc. nicht zufriedenstellend prüfbar.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Prüfstand zum Testen eines Kraftfahrzeugfahrwerks anzugeben, der Tests für eine Vielzahl von unterschiedlichen Teilaspekten des Kraftfahrzeugfahrwerks ermöglicht, und der kostengünstig in der Herstellung und im Betrieb sowie flexibel und einfach einsetzbar ist.
-
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
-
Die Aufgabe ist mit einem Prüfstand zum Testen eines Kraftfahrzeugfahrwerks gelöst, wobei das Kraftfahrzeugfahrwerk zumindest eine Fahrwerksachse mit zwei Radträgern und eine mit der Fahrwerksachse verbundene Struktur aufweist. Der Begriff „Struktur” ist vorliegend breit gefasst zu verstehen. Die Struktur kann bspw. ein mit der Fahrwerksachse verbundener Rahmen oder aber auch die komplette Kraftfahrzeugstruktur bezeichnen.
-
Erfindungsgemäß umfasst der Prüfstand einen ersten Manipulator mit mindestens drei Freiheitsgraden und einem mit der Struktur verbindbaren Endeffektor, wobei mittels des ersten Manipulators die räumliche Lage der Struktur (insbesondere relativ zum Prüfstand) einstellbar ist, und Kräfte und/oder Momente in die Struktur einleitbar sind.
-
Erfindungsgemäß umfasst der Prüfstand weiterhin zumindest zwei zweite Manipulatoren mit jeweils einer seriellen Kinematik und einem Endeffektor, wobei der Endeffektor mittels der seriellen Kinematik jeweils in allen sechs räumlichen Freiheitsgraden unabhängig bewegbar ist, der Endeffektor jeweils mit einem der Radträger verbindbar ist, und mittels der zweiten Manipulatoren die räumlichen Lagen der Radträger jeweils einstellbar und Kräfte und/oder Momente in die Radträger einleitbar sind. Für den Fall, dass ein Kraftfahrzeugfahrwerk mit mehr als einer Fahrwerksachse, beispielsweise mit Vorder- und Hinterachse getestet werden soll, so umfasst der entsprechende erfindungsgemäße Prüfstand bevorzugt vier zweite Manipulatoren.
-
Der Begriff „Endeffektor” bezeichnet vorliegend insbesondere eine aktive oder passive mechanische Schnittstelle, mittels der der Manipulator mit der Struktur bzw. dem Radträger verbindbar ist.
-
Der Begriff „Lage” bezeichnet vorliegend die Position und die räumliche Orientierung.
-
Der erste und die zweiten Manipulatoren sind bevorzugt (Standard-)Industrieroboter.
-
Schließlich umfasst der Prüfstand erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung, mit einem ersten Modul, mit dem zeitlich veränderliche Sollvorgaben für die räumlichen Lagen der Endeffektoren, und/oder Sollvorgaben für die mittels der Endeffektoren in die Struktur und/oder die Radträger eingeleiteten Kräfte und/oder Momente bereitgestellt werden, und einem zweiten Modul, mit dem Aktuatoren der Manipulatoren, d. h. des ersten zweiten und dritten Manipulators) koordiniert derart ansteuert werden, dass auftretende Fehler zwischen den Sollvorgaben und Ist-Werten der Lage der Endeffektoren und/oder auftretende Fehler zwischen den Sollvorgaben und Ist-Werten der mittels der Endeffektoren in die Struktur und/oder die Radträger eingeleiteten Kräfte und/oder Momente korrigiert werden, wobei das zweite Modul diese Korrekturen auf Basis von mathematisch-physikalischen Modellen, die die kinematischen, elastischen und dynamischen Übertragungseigenschaften der Manipulatoren einschließlich ihrer Aktuatoren beschreiben, und/oder eines mathematisch-physikalischen Modells, das die die kinematischen, elastischen und dynamischen Übertragungseigenschaften der Fahrwerkachse beschreibt, ermittelt.
-
Die zeitlich veränderlichen Sollvorgaben können auf unterschiedlichste Art generiert werden. So können die Sollvorgaben beispielsweise auf Basis eines Fahrdynamiksimulationsprogramms, eines Zufallsprozesses, von Messdaten etc. generiert und bereitgestellt werden.
-
Die Aktoren der Manipulatoren sind bevorzugt Elektromotoren, die bevorzugt über Getriebe die Gelenke der Manipulatoren antreiben.
-
Mathematisch-physikalische Modelle, die die kinematischen, elastischen und dynamischen Übertragungseigenschaften der Manipulatoren einschließlich ihrer Aktuatoren, bzw. die die kinematischen, elastischen und dynamischen Übertragungseigenschaften der Fahrwerkachse beschreiben, bzw. die Erstellung ebensolcher Modelle sind dem Fachmann bekannt. Es wird hierzu auf den Stand der Technik verwiesen.
-
Der erfindungsgemäße Prüfstand ist bevorzugt modular aufgebaut und ermöglicht auf Basis des Einsatzes von kooperierend angesteuerten Manipulatoren ein bisher unerreichtes Maß an Flexibilität und Leistungsfähigkeit, sodass eine Vielzahl verschiedenartiger Last- und Prüffälle zum Testen neuartiger und künftiger Kraftfahrzeugachsen und -fahrwerke abgedeckt werden kann. Die Modularität des Aufbaus drückt sich bevorzugt dadurch aus, dass weitere erste und/oder zweite Manipulatoren und/oder zusätzliche Sensoren/aktive und passive Mechaniken/etc. für bestimmte Testanforderungen in den erfindungsgemäßen Prüfstand integriert werden können. Weiterhin kann die relative Anordnung der Manipulatoren zueinander bevorzugt je nach Anforderung variabel verändert werden.
-
Die ersten und zweiten Manipulatoren weisen durch die spezifisch begrenzten Kräfte, Gelenkwinkel (bzw. den begrenzten Arbeitsraum der Manipulatoren), Leistungen, (Frequenz-)Bandbreiten und Steifigkeiten individuelle Leistungsdaten auf. Durch die Verwendung von in einem großen Arbeitsraum beliebig steuerbaren Manipulatoren und durch die Modularität des Prüfstandes lässt sich eine einzigartige Flexibilität und Vielseitigkeit von Prüfstandsanwendungen von der Vermessung der (Elasto-)Kinematik bis hin zu Dauerversuchen erreichen. Auch sind für den erfindungsgemäßen Prüfstand bevorzugt unterschiedliche erste und zweite Manipulatoren unterschiedlicher Leistungsklassen bzw. unterschiedlicher Spezifikationen als Module einsetzbar.
-
Die Steifigkeiten und die übertragbaren Kräfte und Momente der vorgeschlagenen Manipulatoren sind mit Aktuatoren von bekannten Prüfständen nicht grundsätzlich vergleichbar. Die Steifigkeiten der für den vorgeschlagenen Prüfstand vorgeschlagenen Manipulatoren sind bspw. aufgrund deren erfindungsgemäßer Eigenschaften geringer als bei Aktuatoren heute bekannter Prüfstände. Bei dem erfindungsgemäßen Prüfstand ist es jedoch möglich, diese Nachteile durch eine kooperative Steuerung der Manipulatoren und durch die beschriebenen Fehlerkorrekturen zwischen Soll-Vorgaben und Ist-Werten auszugleichen. Bevorzugt werden zur kooperativen Ansteuerung der Manipulatoren heute bekannte und innovative Steuer- und Regelungsverfahren verwendet. Dabei kommen bevorzugt (auch invertierte bzw. teilinvertierte) mathematisch-physikalische Modelle zur Beschreibung der kinematischen, elastischen und dynamischen Übertragungseigenschaften der Manipulatoren einschließlich ihrer Aktuatoren, bzw. der kinematischen, elastischen und dynamischen Übertragungseigenschaften der Fahrwerkachse zum Einsatz. Hierzu sei ebenfalls auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
-
Weiterhin bevorzugt ist an dem Prüfstand zur Überwachung der Ist-Werte ein hoher Ausstattungsgrad mit entsprechenden Messsensoren vorhanden. Der erfindungsgemäße Prüfstand realisiert insgesamt einen hoch flexiblen Fahrwerksprüfstand zu vergleichsweise geringen Kosten („Low-Cost/High-Tech”-Fahrwerksprüfstand), da insbesondere vergleichsweise günstige Standard-Industrieroboter genutzt werden können und aufwändige Hydraulikanlagen (Pumpen, Druckspeicher, etc.) entfallen.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass erste Sensoren zur Erfassung der räumlichen Lage, der zeitlichen Veränderung und/oder daraus ableitbarer Größen der zwei Radträger und/oder der Struktur und/oder der Fahrwerksachse vorhanden sind. Die ersten Sensoren können dazu an den Radträgern bzw. der Fahrwerksachse bzw. der Struktur angeordnet oder zumindest damit verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Sensoren am Prüfstand selbst angeordnet sein. Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass zweite Sensoren zur Erfassung von an den Radträgern und/oder an der Struktur wirkenden Kräften und/oder Momenten vorhanden sind. Geeignete erste bzw. zweite Sensoren sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Bevorzugt ist das zweite Modul zur Korrektur von auftretenden Fehlern zwischen den Soll-Vorgaben und Ist-Werten derart ausgebildet, dass es Daten der ersten und/oder zweiten Sensoren berücksichtigt.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass die serielle Kinematik zumindest eines zweiten Manipulators einen Aktuator aufweist, mit dem ein redundanter Freiheitsgrad des Manipulators ansteuerbar ist. Bevorzugt ist dies ein Aktuator, der eine Längsbewegung entlang eines prismatischen Gelenks des Manipulators ermöglicht. Bevorzugt ist dieser Aktuator derart ausgeführt, dass er vergleichsweise (zu den restlichen Aktoren des Manipulators) größere Kräfte erzeugen und/oder hochfrequentere Bewegungen ausführen kann. Damit kann bspw. die Vertikalanregung der Radträger einer Fahrwerksachse durch die Straße nachgebildet werden.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Flachbandlaufwerk vorhanden ist, wobei ein antreibbares Band des Flachbandlaufwerks in mechanischen Kontakt mit einer Lauffläche eines auf einem der Radträger angebrachten Rades mit Reifen bringbar ist, und das Flachbandlaufwerk eine erste Mechanik aufweist, mittels der das Band relativ zum Spurwinkel des Rades in einem vorgegebenen Schräglaufwinkel angeordnet werden kann. Bevorzugt ist das zumindest eine Flachbandlaufwerk als Modul bei Bedarf in den Prüfstand integrierbar. Bevorzugt ist für jedes an einem Radträger des Kraftfahrzeugfahrwerks angeordnete Rad mit Reifen ein solches Flachbandlaufwerk am Prüfstand vorhanden oder zumindest als Modul bereitstellbar bzw. integrierbar. Gattungsgemäße Flachbandlaufwerke sind bspw. aus der
DE 3040355 C2 bekannt.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass das Flachbandlaufwerk eine zweite Mechanik aufweist, mittels der das Band in vertikaler Richtung verfahrbar ist, so dass bspw. eine Vertikalanregung der Radträger einer Fahrwerksachse durch die Straße nachgebildet werden kann.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Modul zeitlich veränderliche Sollvorgaben für die Ansteuerung des Bandes und/oder der ersten Mechanik und/oder der zweiten Mechanik des Flachbandlaufwerks bereitstellt, und das zweite Modul zusätzlich zur koordinierten Steuerung eines Antriebs des Bandes und/oder der ersten Mechanik und/oder der zweiten Mechanik des Flachbandlaufwerks ausgebildet ist. Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass das Flachbandlaufwerk dritte Sensoren zur Ermittlung von zwischen der Lauffläche und dem Band übertragenen Kräften und Momenten aufweist, und die Steuereinrichtung Daten der dritten Sensoren berücksichtigt. Diese Ausgestaltungen bieten flexible, vielgestaltige und realitätsnahe Möglichkeiten bspw. zur Simulation von Betriebsbeanspruchungen des Kraftfahrzeugfahrwerks.
-
Eine bevorzugte Betriebsart des Prüfstandes sieht bspw. vor, dass der Prüfstand zumindest ein Flachbandlaufwerk aufweist und zumindest ein Rad des Fahrwerks mittels des ersten Manipulators in Kontakt mit dem Band des dem jeweiligen Rad zugeordneten Flachbandlaufwerks gebracht wird, wobei der dem jeweiligen Rad zugeordnete zweite Manipulator nicht mit dem Radträger verbunden ist. Insofern sind Betriebsarten des erfindungsgemäßen Prüfstandes möglich, bei denen einzelne Elemente des erfindungsgemäßen Prüfstandes nicht aktiv oder nicht mit dem Prüfling verbunden sind.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfstandes zeichnet sich dadurch aus, dass ein oder mehrere Mikrofone zur Erfassung von Schall und/oder Körperschall vorhanden sind. Die Mikrofone können am Kraftfahrzeugfahrwerk zu Erfassung des Körperschalls oder am Prüfstand zur Erfassung eines Umgebungsschalls angeordnet sein.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Prüfstandes.
-
1 zeigt einen Prüfstand 100 zum Testen eines Kraftfahrzeugfahrwerks, wobei das Kraftfahrzeugfahrwerk zumindest eine Fahrwerksachse 101 mit zwei Radträgern 102 und eine mit der Fahrwerksachse 101 verbundene Struktur 103 aufweist, umfassend: einen ersten Manipulator 104 mit mindestens drei Freiheitsgraden und einem mit der Struktur 103 verbindbaren Endeffektor 105a, wobei mittels des ersten Manipulators 104 die räumliche Lage der Struktur 103 einstellbar ist, und Kräfte und/oder Momente in die Struktur 103 einleitbar sind, zumindest zwei zweite Manipulatoren 106 mit jeweils einer seriellen Kinematik und einem Endeffektor 105b, wobei der Endeffektor 105b mittels der seriellen Kinematik jeweils in allen sechs räumlichen Freiheitsgraden unabhängig bewegbar ist, der Endeffektor 105b jeweils mit einem der Radträger 102 verbindbar ist, und mittels der zweiten Manipulatoren 106 die räumlichen Lagen der Radträger 102 jeweils einstellbar und Kräfte und/oder Momente in die Radträger 102 einleitbar sind, und eine Steuereinrichtung 107, mit einem ersten Modul 108, mit dem zeitlich veränderliche Sollvorgaben für die: räumlichen Lagen der Endeffektoren 105a, 105b, und/oder mittels der Endeffektoren 105a, 105b in die Struktur und/oder die Radträger 102 eingeleiteten Kräfte und/oder Momente bereitgestellt werden, und einem zweiten Modul 109, mit dem Aktuatoren der Manipulatoren 104, 106 koordiniert derart ansteuert werden, dass auftretende Fehler zwischen den Sollvorgaben und Istwerten der Lage der Endeffektoren 105a, 105b und/oder auftretende Fehler zwischen den Sollvorgaben und Istwerten der mittels der Endeffektoren 105a, 105b in die Struktur 103 und/oder die Radträger 102 eingeleiteten Kräfte und/oder Momente korrigiert werden, wobei das zweite Modul 108 diese Korrekturen auf Basis von mathematisch-physikalischen Modellen, die die kinematischen, elastischen und dynamischen Übertragungseigenschaften der Manipulatoren 104, 106 einschließlich ihrer Aktuatoren beschreiben, und/oder eines mathematisch-physikalischen Modells, das die Übertragungseigenschaften der Fahrwerkachse 102 beschreibt, ermittelt.
-
Der in 1 dargestellte erfindungsgemäße Prüfstand 100 verwendet zum Stellen von Fahrwerk-(bzw. Prüflings-)-Freiheitsgraden (Positionen, Geschwindigkeiten) als auch zum Aufbringen von Lasten (Kräfte, Momente) bevorzugt Industrieroboter als Manipulatoren 104, 106. Da sich die Endeffektoren 105a, 105b der Manipulatoren 104, 106 innerhalb ihres begrenzten Arbeitsraums frei im Raum bewegen können, sind sie in der Lage, eine Mannigfaltigkeit von Bewegungen auszuführen und Kräfte/Momente in allen sechs Raumrichtungen aufzubringen, wo immer sie mit dem Prüfling mechanisch verbunden (angeflanscht oder gegriffen) werden können.
-
In bevorzugten Ausführungsformen des Prüfstandes 100 weisen die Manipulatoren 104, 106 Messeinrichtungen auf, beispielsweise zur Bestimmung der an den Endeffektoren 105a, 105b wirksamen Kräfte und Momente und/oder der Lage der Endeffektoren 105a, 105b. Weiterhin bevorzugt weist der erfindungsgemäße Prüfstand 100 anderweitige Messeinrichtungen auf, welche einerseits beispielsweise zur Durchführung von Fahrwerk- oder Achsvermessungen verwendet und/oder andererseits für die regelungstechnische Verarbeitung zur Verbesserung der Prüfstandseigenschaften genutzt werden können.
-
Durch den kombinierten bzw. kooperierenden Einsatz der ersten und zweiten Manipulatoren 104, 106 und zusätzlichen, modularen Flachbandlaufwerken 112 lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmodi verwirklichen. Nachfolgend werden drei von ihnen exemplarisch vorgestellt.
- A. Untersuchungen bezüglich der Achskinematik und der Vertikaldynamik erfolgen bevorzugt im Radkraftroboter-Betriebsmodus. Dazu wird jeweils der Endeffektor 105b eines zweiten Manipulators 106 mit dem Radträger 102 der Fahrwerksachse 101 verbunden. In diesem Betriebsmodus ist zumindest einer der zweiten Manipulatoren mit einem speziellen Linearaktuator als Gelenk vor dem Endeffektor angeordnet, so dass eine Bewegung in vertikaler Richtung möglich ist. Andernfalls bestehen möglicherweise Einschränkungen in der Dynamik, vergleichbar mit Untersuchungen auf den bereits vorgestellten Hydropulsanlagen oder Achsmessständen. Der Fokus legt dabei entweder auf Untersuchungen der Vertikaldynamik, bspw. der Nachbildung von Schlechtwegstrecken für Dauerversuche, oder der Messung, Einstellung und/oder Optimierung von Fahrwerksparametern. Die Simulation der Radlastverteilung ermöglicht Steifigkeitsuntersuchungen an neuartigen, elastischen Verbundlenkerachsen, z. B. an Achsen aus biegeweichen Faserverbundwerkstoffen. Der Reifenkontakt mit einer Straße wird mit Hilfe von Reifenmodellen simuliert.
- B. Durch den Betrieb von um die Hochachse drehbaren Flachbandlaufwerken 112 zusammen mit einem ersten Manipulator 104, welcher mittels seines Endeffektors 105a mit der Struktur 103 (Fahrwerkbasis, welche beispielsweise den Fahrzeugaufbau oder einen Achsträger repräsentiert) verbunden ist, lässt sich zusätzlich das reale Reifenverhalten unter Schräglauf abbilden. In diesem Betriebsmodus können ebene, standardisierte Fahrmanöver wie z. B. die stationäre Kreisfahrt, oder der doppelte Spurwechsel gefahren werden weiche klassisch den Einsatz eines realen Versuchsfahrzeugs auf einer Fahrdynamikfläche erfordern. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt hier auf der Fahrzeuglängs- und Querdynamik. Durch die Einbeziehung des realen Reifenschräglaufs werden zudem die Einflüsse der Querkräfte auf das Fahrwerk sehr realitätsnah abgebildet. In diesem Fall sind die zweiten Manipulatoren 106 außer Betrieb.
- C. Messroboter-Betriebsmodus: Der erste Manipulator 104 prägt quasi-stationär Fahrwerkeinfederbewegung auf, dabei sind die Reifen auf Hallenboden bzw. Flachbandlaufwerken abgestützt und bevorzugt horizontal kräftefrei. Die Ist-Lagen der Radträger 102 und der Struktur 103 werden bestimmt bspw. mittels der Manipulatoren 104 und 106 und/oder Signalen von geeigneten Messsensoren. Durch eine Aufzeichnung von Raderhebungskurven ist auf diese Weise eine vollautomatische Vermessung der Fahrwerkskinematik und/oder -elastokinematik möglich.
-
Mit diesem Prüfstandskonzept lässt sich die komplette Abstimmung eines Kraftfahrzeugfahrwerks von der Vermessung bis hin zu simulierten Fahrmanövern auf einem einzigen Prüfstand 100 umsetzen. Es können Iterationsschleifen zwischen Längs-, Quer-, und Vertikaldynamik auf einem Prüfstand 100 durchgeführt werden, ohne kosteninterisive Umrüstzeiten bzw. komplette Prüfstandswechsel. Durch den Einsatz weiterer Manipulatoren ist auch eine automatisierte Rüstung oder Parameterverstellung an geeigneten Schnittstellen zu Fahrwerkskomponenten denkbar.
-
Als allgemeiner Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist die Flexibilität des Prüfstandskonzepts anzuführen, mit dem eine Vielzahl verschiedener Prüf- und Messanwendungen realisiert werden kann, von denen einige im Folgenden stichwortartig aufgeführt sind:
- – Funktionsnachweis für neuartige Achskonzepte z. B. mit radnahen- oder radintegrierten Antrieben und/oder strukturintegrierten Aktuatoren (Dämpfung)
- – Komponententests im Fahrwerk-Kontext, z. B. von Leichtbau-Fahrwerksbauteilen, Antriebskomponenten etc.
- – Vollautomatische Identifikation von Fahrwerkseigenschaften, Modellvalidierung
- – Vermessung der Fahrwerks-(Elasto-)Kinematik
- – Gefahrlose Hardware-in-the-Loop Simulation (HIL) zukunftsweisender Fahrwerke zur Entwicklung und Validierung von: effizienzoptimalen Betriebsstrategien, integrierter Fahrwerkregelung, Rekonfiguration, funktionaler Sicherheit, und/oder Zuverlässfgkeit, Koordination der elektrischen und hydraulischen Bremse (Blending), Health Monitoring von Bauteilen oder -gruppen, Ableitung und Validierung von Berechnungsgrundlagen für Faserverbund-Werkstoffe in Fahrwerk-Funktionsbauteilen
- – Akustische Untersuchungen: zum Thema: Noise, Vibration, Harshness; Untersuchung von Lärmquellen wie Antriebe, Getriebe, Bremsen, Umrichter; Untersuchung von Transferpfaden (Körperschall); Straßenanregung
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Prüfstand
- 101
- Fahrwerksachse
- 102
- Radträger
- 103
- Struktur
- 104
- erste Manipulator(en)
- 105a, b
- Endeffektoren
- 106
- zweite Manipulatoren
- 107
- Steuereinrichtung
- 108
- erstes Modul
- 109
- zweites Modul
- 112
- Flachbandlaufwerk
- 113
- Band
- 114
- Rad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3148615 A1 [0002]
- DE 102011120171 A1 [0003]
- DE 102011109357 A1 [0004]
- DE 102010034850 A1 [0005]
- DE 102004063041 A1 [0006]
- DE 3040355 C2 [0007, 0029]
- DE 29920168 U1 [0008]
