DE102013223132A1

DE102013223132A1 - Systeme und Verfahren für das Bestimmen von Masse-Eigenschaften von Fahrzeugkomponenten

Info

Publication number: DE102013223132A1
Application number: DE102013223132.6A
Authority: DE
Inventors: Pankaj K. Jha; Praveenkumar Panuganti; Michael D. Nienhuis
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: US9170168B2; CN103837348B; CN103837348A; DE102013223132B4; US20140144256A1

Abstract

Es wird ein System bereitgestellt, um eine Masseeigenschaft eines Objektes zu messen. Das System beinhaltet eine erste Welle, welche ein erstes Ende und ein zweites Ende und eine Tafel bzw. einen Tisch besitzt, welche in einer ersten Ebene angeordnet ist und an die erste Welle unter einem festgelegten Winkel gekoppelt ist, um das Objekt zu stützen. Die Tafel ist konfiguriert, um sich um eine Achse senkrecht zu der ersten Ebene zwischen wenigstens einer ersten Drehposition und einer zweiten Drehposition zu drehen. Das System beinhaltet ferner einen Drehmomentsensor, welcher konfiguriert ist, eine erste Drehmomentmessung an der ersten Welle, wenn die Tafel in der ersten Drehposition ist, und eine zweite Drehmomentmessung an der ersten Welle, wenn die Tafel in der zweiten Drehposition ist, zu sammeln bzw. aufzunehmen.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Der technische Bereich bezieht sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren, um Masseverhalten bzw. -eigenschaften zu bestimmen, und spezieller ausgedrückt bezieht er sich auf Systeme und Verfahren, um Masseverhalten von unregelmäßigen Objekten, wie zum Beispiel Fahrzeugkomponenten, zu bestimmen.
HINTERGRUND
Das Bestimmen des Masseverhaltens eines Fahrzeugs um alle drei Achsen ist wichtig bei der Gestaltung und der Implementierung von Sicherheits- und Stabilitätsmechanismen. Derartige Masseeigenschaften, welche zu einem Fahrzeug gehören, können das Zentrum der Schwerkraft und Momente der Trägheit beinhalten. Während das Schätzen der Masseeigenschaften von regelmäßig geformten Objekten relativ einfach sein kann, ist es problematischer bei ungleichmäßigen Objekten, wie zum Beispiel Fahrzeugkomponenten und dem Fahrzeug selbst. Dies ist speziell bezüglich der Fahrzeugkomponenten wahr, welche durch Dritthersteller bereitgestellt werden, wobei Design- bzw. Gestaltungsänderungen für eine Komponente die dazugehörigen Masseeigenschaften für die Komponente, das Fahrzeugsystem und das zusammengebaute Fahrzeug modifizieren können.
Techniken für das Schätzen von Masseeigenschaften von unregelmäßigen Objekten können ein trifilares Pendelsystem und ein Trägheits-Tisch- bzw. Tafelsystem beinhalten. Das trifilare Pendelsystem beinhaltet eine flache Platte, welche an Kabeln aufgehängt ist. Die Fahrzeugkomponente ist an der Platte gesichert, und die Platte wird verdreht und freigegeben. Die Masseeigenschaften um eine einzelne Achse können basierend auf Charakteristika der resultierenden Oszillationen und den Charakteristika des Pendels berechnet werden. Das Trägheits-Tafelsystem beinhaltet eine flache Platte, welche durch eine Torsionsfeder gestützt wird. Die Fahrzeugkomponente wird an der Platte gesichert, und die Platte wird gedreht und freigegeben. Die Masseeigenschaften um eine einzelne Achse können basierend auf den Charakteristika der resultierenden Oszillationen und der Charakteristika der Torsionsfeder berechnet werden. Unglücklicherweise muss in jedem dieser Systeme die Fahrzeugkomponente sorgfältig in eine orthogonale Anordnung relativ zu der ersten Abschätzung zurückpositioniert werden, um die Masse-Charakteristika um eine zweite Achse erneut zu berechnen, und wieder in eine andere orthogonale Anordnung zurückpositioniert werden, um die Massecharakteristika um eine dritte Achse erneut zu berechnen. Das Repositionieren und Wiederbefestigen der Fahrzeugkomponente in die drei wechselseitig orthogonalen Orientierungen kann problematisch sein und nimmt im Allgemeinen einen wesentlichen Zeitbetrag in Anspruch.
Entsprechend ist es wünschenswert, genaue und verhältnismäßig brauchbare Systeme und Verfahren bereitzustellen, um die Masseeigenschaften von unregelmäßigen Komponenten, speziell von Fahrzeugkomponenten, zu bestimmen. Außerdem werden andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System für das Messen einer Masseeigenschaft eines Objektes bereitgestellt. Das System beinhaltet eine erste Welle, welche ein erstes Ende und ein zweites Ende und eine Tafel besitzt, welche in einer ersten Ebene angeordnet ist und an die erste Welle unter einem vorher festgelegten Winkel gekoppelt ist, um das Objekt zu stützen. Die Tafel ist konfiguriert, um sich um eine Achse senkrecht zu der ersten Ebene zwischen wenigstens einer ersten Drehposition und einer zweiten Drehposition zu drehen. Das System beinhaltet ferner einen Drehmomentsensor, welcher konfiguriert ist, eine erste Drehmomentmessung an der ersten Welle zu sammeln bzw. aufzunehmen, wenn die Tafel in der ersten Drehposition ist, und ein zweites Drehmoment an der ersten Welle aufzunehmen, wenn die Tafel in der zweiten Drehposition ist.
Entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, um eine Masseeigenschaft eines Objektes zu bestimmen. Das Verfahren beinhaltet das Befestigen des Objektes an einer Tafel, welche an einem ersten Ende einer vertikalen Welle an einer ersten Drehposition zentriert ist, wobei das zweite Ende der vertikalen Welle auf einer geneigten Welle befestigt ist, welche sich ungefähr 54° von der Vertikalen erstreckt; Aufnehmen einer ersten Drehmomentmessung an der ersten Welle; Drehen der Tafel von der ersten Drehposition in eine zweite Drehposition, wobei die zweite Drehposition 120° von der ersten Drehposition weg ist; Aufnehmen einer zweiten Drehmomentmessung an der ersten Welle; Drehen der Tafel von der zweiten Drehposition in eine dritte Drehposition, wobei die dritte Drehposition 120° von der ersten Drehposition und der zweiten Drehposition weg ist; Aufnehmen einer dritten Drehmomentmessung an der ersten Welle; und Berechnen der Masseeigenschaft des Objektes basierend auf der ersten Drehmomentmessung, der zweiten Drehmomentmessung und der dritten Drehmomentmessung.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsformen werden hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und worin:
1 eine schematische Seitenansicht eines Systems ist, um Masseeigenschaften einer Fahrzeugkomponente entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu bestimmen;
2 eine schematische Ansicht von oben des Systems der 1 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist;
3 eine teilweise schematische Seitenansicht des Systems der 1 in einer ersten Position ist, um Momente der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu berechnen;
4 eine teilweise schematische Ansicht von oben des Systems der 1 in der ersten Position ist, um Momente der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu berechnen;
5 eine teilweise schematische Seitenansicht des Systems der 1 in einer zweiten Position ist, um Momente der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu berechnen;
6 eine teilweise schematische Ansicht von oben des Systems der 1 in der zweiten Position ist, um Momente der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu berechnen;
7 eine teilweise schematische Seitenansicht des Systems der 1 in einer dritten Position ist, um Momente der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu berechnen;
8 eine teilweise schematische Ansicht von oben des Systems der 1 in der dritten Position ist, um Momente der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu berechnen;
9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens ist, um Momente der Trägheit einer Fahrzeugkomponente entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu bestimmen;
10 eine teilweise schematische Seitenansicht des Systems der 1 ist, um die Bestimmung der Produkte der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu beschreiben;
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens ist, um Produkte der Trägheit einer Fahrzeugkomponente entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu bestimmen;
12 eine teilweise schematische Seitenansicht des Systems der 1 ist, um die Bestimmung der Masse und des Zentrums der Schwerkraft entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu beschreiben;
13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens ist, um die Masse und das Zentrum der Schwerkraft einer Fahrzeugkomponente entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu bestimmen; und
14 eine teilweise schematische Ansicht von oben des Systems der 1 ist, um die orthogonalen Achsen, welche benutzt werden, die Momente der Trägheit entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform zu berechnen, zu bestimmen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft, und es ist nicht beabsichtigt, die Anwendung und das Gebrauchen des hier beschriebenen Gegenstandes zu begrenzen. Außerdem gibt es keine Absicht, an irgendeine ausgedrückte oder beinhaltete Theorie gebunden zu sein, welche in dem vorhergegangenen technischen Bereich, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung beinhaltet ist.
In breitem Maße beziehen sich beispielhafte Ausführungsformen, welche hier diskutiert werden, auf Systeme und Verfahren, um die Masseeigenschaften von Fahrzeugkomponenten zu bestimmen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Komponente, welche zu evaluieren ist, an einer Tafel fixiert, welche auf einer vertikalen Welle befestigt ist, welche an eine geneigte Welle gekoppelt ist. Statische und/oder dynamische Drehmomentmessungen relativ zu der geneigten Welle werden aufgenommen.
Die Tafel wird dann um die vertikale Welle zweimal gedreht, und die statischen und/oder dynamischen Drehmomentcharakteristika werden wieder in jeder Drehposition beobachtet. Die Masseeigenschaften können aus diesen Messungen bezüglich der drei Achsen und ohne das Repositionieren der Komponente relativ zu der Tafel berechnet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die geneigte Welle um 54° von der vertikalen Welle geneigt, und die Drehpositionen sind 120° relativ zueinander.
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Systems 100, um die Masseeigenschaften eines Objektes entsprechend einer Ausführungsform zu bestimmen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das System 100 Messungen bestimmen oder auf andere Weise sammeln, welche zu den Masseeigenschaften einer Fahrzeugkomponente 102 gehören, obwohl jede Art von Objekt oder Spezies evaluiert werden kann, wobei ein gesamtes Fahrzeug beinhaltet ist. Diese Information kann für jeden geeigneten Zweck benutzt werden, wobei das Vorhersagen der gesamten Masse des Fahrzeugs in einem frühen Stadium des Designs ebenso beinhaltet ist wie das Bereitstellen von Eingangssignalen für dynamische Simulationen, in welchen Trägheitseigenschaften wichtig sind.
Wie in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das System 100 einen Motor 110, eine erste Welle 120, eine zweite Welle 130, eine Tafel bzw. einen Tisch 140, einen Drehmomentsensor 150, Luftlager 152, Messfühler 154, 156 und ein Steuerglied 159. Das System 100 kann auf einer Befestigung oder einem Gehäuse 104 befestigt sein.
Die erste Welle 120 besitzt ein erstes Ende 122 und ein zweites Ende 124. Das erste Ende 122 ist an der Befestigung 104 befestigt, und zwar entweder direkt oder über den Motor 110. Die erste Welle 120 erstreckt sich im Allgemeinen bei einem Winkel (β) relativ zur Horizontalen, so dass die erste Welle 120 als die geneigte Welle 120 bezeichnet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Winkel (β) relativ zur Horizontalen ungefähr 35°, oder in einer spezielleren beispielhaften Ausführungsform ungefähr 35,27°. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann der Winkel (β) der komplementäre Winkel (α) sein (z. B. β = 90° – α).
Wie in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird, ist die erste Welle 120 konfiguriert, dass sie um eine longitudinale Achse (gekennzeichnet O'O) durch den Motor 110 in Schwingung versetzt wird. Der Winkel der Oszillation bzw. Schwingung wird mit dem Winkel (θ) bezeichnet. Im Allgemeinen kann der Oszillationsmechanismus ein hydraulischer oder elektromechanischer Dreh-Shaker sein, welcher so zugeschnitten ist, dass er ein adäquates Drehmoment bereitstellt, um die erste Welle 120 in Schwingung zu versetzen.
Die zweite Welle 130 besitzt ein erstes Ende 132 und ein zweites Ende 134. Das erste Ende 132 der zweiten Welle 130 ist an das zweite Ende 124 der ersten Welle 120 gekoppelt. Wie in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform gezeigt wird, besitzt die zweite Welle 130 im Allgemeinen eine vertikale Anordnung mit einer longitudinalen Achse (bezeichnet OB*). Demnach ist die zweite Welle 130 bei einem Winkel (α) relativ zu der ersten Welle 120 positioniert. Wie in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird, kann dieser Winkel (α) zum Beispiel ungefähr 54° sein, oder in einer spezielleren beispielhaften Ausführungsform ungefähr 54,73° sein. Der Winkel (α) kann ungefähr gleich zu dem Hypotenusewinkel eines Kubus bzw.
Würfels sein, z. B. der Winkel einer Würfeldiagonale relativ zu einer vertikalen Achse.
Die Tafel 140 ist an dem zweiten Ende 134 der zweiten Welle 130 befestigt. Im Allgemeinen kann die Tafel 140 jegliche Oberfläche sein, welche die Komponente 102 auf der zweiten Welle 130 stützt bzw. trägt. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Tafel 140 in einer horizontalen Ebene angeordnet. Es wird kurz auf 2 Bezug genommen, welche eine Ansicht von oben des Systems 100 ist. Wie am besten durch 2 gezeigt wird, ist die Tafel 140 in einer beispielhaften Ausführungsform kreisförmig und auf der zweiten Welle 130 befestigt. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Tafel 140 um die zweite Welle 130 im Punkt (B*) zentriert. Wie in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird, kann die Tafel 140 konfiguriert sein, um sich um einen Punkt (B*) bei einem Winkel (δ) zu drehen oder zu rotieren. Zum Beispiel kann die Tafel 140 von Hand oder mit einem Aktuator (nicht gezeigt) gedreht werden. Die Fahrzeugkomponente 102, welche zu evaluieren ist, wird durch die Tafel 140 gestützt und an dieser festgelegt. Im Allgemeinen kann die Komponente 102 an irgendeinem Ort und in irgendeiner Orientierung auf der Tafel 140 positioniert werden, und die Komponente 102 verbleibt bei der Position und Orientierung relativ zu der Tafel 140 während der Evaluierung.
Kehrt man zu 1 zurück und, wie oben Bezug genommen, ist die erste Welle 120 relativ zu der Horizontalen um den Winkel (β) geneigt, die zweite Welle 130 ist vertikal und die Tafel 140 ist im Allgemeinen horizontal. Jedoch können andere Ausführungsformen alternative Konfigurationen besitzen. Zum Beispiel kann die zweite Welle 130 weggelassen werden, und die Tafel 140 kann direkt an der ersten Welle 120 befestigt sein.
Der Drehmomentsensor 150 und der erste Messgeber 154 sind auf einer oder benachbart zu der ersten Welle 120 positioniert. Der Drehmomentsensor 150 ist konfiguriert, um das statische Drehmoment auf der ersten Welle 120 oder das dynamische Drehmoment auf der ersten Welle 120 zu messen, wenn die erste Welle 120 oszilliert bzw. in Schwingung gebracht ist. Der erste Messgeber 154 ist konfiguriert, den Winkel der Oszillation (θ) zu messen.
Der zweite Messgeber 156 ist auf oder nahe an der Tafel 140 befestigt und ist konfiguriert, den Drehwinkel (δ) der Tafel 140 relativ zu der zweiten Welle 130 um den Punkt (B*) zu messen. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Messgeber 154, 156 drehbare variable Differential-Messgeber (RVDTs). Die Luftlager 152 stützen die erste Welle 120, wenn die erste Welle 120 oszilliert, um die Reibung während der Messung zu reduzieren. In anderen Ausführungsformen können andere Arten von Lageranordnungen bereitgestellt werden.
Der Motor 110, der Drehmomentsensor 150, die Luftlager 152 und die Messgeber 154, 156 können an das Steuerglied (oder die Bearbeitungseinheit) 158 gekoppelt sein. Im Allgemeinen kann das Steuerglied 158 den Betrieb des Systems 100 steuern, und spezieller ausgedrückt kann es auch Messungen von dem Drehmomentsensor 150 und den Messgebern 154, 156 während des Betriebes empfangen. Zum Beispiel kann das Steuerglied 158 eine Verarbeitungs- und/oder Speichereinheit sein, welche die Messungen von dem Drehmomentsensor 150 und von den Messgebern 154, 156 speichert. Das Steuerglied 158 kann auch die Masseeigenschaften der Fahrzeugkomponente 102 basierend auf diesen Messungen berechnen, wie in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird. In anderen Ausführungsformen kann das Steuerglied 158 die Messungen für einen Nachprozessor bereitstellen, um die Masseeigenschaften zu berechnen.
Im Allgemeinen kann das Steuerglied 158 jegliche Art von Prozessor oder viele Prozessoren, einzelne integrierte Schaltungen, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, oder jede geeignete Anzahl von integrierten Schalteinrichtung und/oder Schaltplatinen beinhalten, welche in Kooperation arbeiten, um die Funktionen einer Verarbeitungseinheit zu erfüllen. Während des Betriebes führt das Steuerglied 158 selektiv eines oder mehrere Programme aus, welche innerhalb des Speichers gespeichert sein können, und demnach steuert es den allgemeinen Betrieb des Systems 100. Demnach kann das Steuerglied 158 beinhalten, oder einen Zugriff besitzen auf jegliche Art von Speicher, wobei RAM-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher und nichtflüchtige RAM-(NVRAM-)Speicher beinhaltet sind. Im Allgemeinen kann ein derartiger Speicher jegliche Information speichern, welche für die beispielhaften Ausführungsformen, welche hier diskutiert sind, benötigt wird, wobei Daten der Masseeigenschaft-Berechnungen beinhaltet sind. Obwohl nicht gezeigt, kann das Steuerglied 158 eine Benutzerschnittstelle mit einer Anzeige beinhalten, um eine graphische Repräsentation der Daten und der nachfolgend diskutierten Ergebnisse bereitzustellen.
Eine Anzahl von Masseeigenschaften kann durch das System 100 berechnet werden, wobei die Momente der Trägheit (MOI), Produkte der Trägheit (POI), die Hauptmomente der Trägheit (PMOI), die Masse (M) und das Zentrum der Schwerkraft (CG) beinhaltet sind. Die Masseeigenschaften können speziell ohne das Repositionieren oder erneute Fixieren der Fahrzeugkomponente 102 relativ gegenüber der Tafel 140 bestimmt werden. Weitere Details über das Bestimmen jeder der zuvor erwähnten Masseeigenschaften wird nachfolgend diskutiert.
Im Allgemeinen bezieht sich das Moment der Trägheit auf die Rotationsträgheit der Fahrzeugkomponente 102 mit einer speziellen Rotationsachse, z. B. die Fahrzeugkomponente 102 besitzt ein Moment der Trägheit bezüglich der drei orthogonalen Achsen. 3–8 sind teilweise schematische Zeichnungen, welche benutzt werden, um die Orientierung des Systems 100 in unterschiedlichen Positionen zu beschreiben. Zum Beispiel sind 3 und 4 jeweils Ansichten von der Seite und von oben, welche die erste Welle 120, die zweite Welle 130 und die Tafel 140 in einer Anfangsposition zeigen. Die Anfangsposition bezieht sich auf die Anfangsdrehposition (δ = δ₀) der Tafel 140 um die Achse (OB*). 5 und 6 sind jeweils Ansichten von der Seite und von oben, welche die erste Welle 120, die zweite Welle 130 und die Tafel 140 in einer zweiten Drehposition (δ = δ₀ + 120°) zeigen. Die zweite Position ist 120° von der Anfangsposition weg. In ähnlicher Weise sind 7 und 8 jeweils Ansichten von der Seite und von oben, welche die erste Welle 120, die zweite Welle 130 und die Tafel 140 in einer dritten Drehposition (δ = δ₀ + 240°) zeigen. Die dritte Position ist 120° von der zweiten Position und 240° von der Anfangsposition (oder –120° von der Anfangsposition) weg.
Ein erstes Koordinatensystem (xyz) wurde in 1 auf dem System 100 im Punkt (O) zur Betrachtung überlagert. Die xy-Ebene ist horizontal, und die z-Achse ist vertikal. 3–8 stellen die Überlagerung eines anderen, zweiten Koordinatensystems (z₁, z₂, z₃) dar, überlagert auf dem System 100 im Punkt (B*) auf der Tafel 140. Das zweite Koordinatensystem (z₁, z₂, z₃) ist so angeordnet, dass es eine jeweilige Achse parallel zu der longitudinalen Achse (O'O) der ersten Welle 120 besitzt. Zum Beispiel ist in 3 eine erste Achse (z₁) des zweiten Koordinatensystems (z₁, z₂, z₃) parallel zu der longitudinalen Achse (O'O) der ersten Welle 120. In 5 ist eine zweite Achse (z₂) des zweiten Koordinatensystems (z₁, z₂, z₃) parallel zu der longitudinalen Achse (O'O) der ersten Welle 120. In 7 ist eine dritte Achse (z₃) des zweiten Koordinatensystems (z₁, z₂, z₃) parallel zu der longitudinalen Achse (O'O) der ersten Welle 120. Zusätzliche Details über die orthogonale Eigenschaft des Koordinatensystems (z₁, z₂, z₃) werden nachfolgend bereitgestellt.
In Anbetracht dessen, dass die Achsen des zweiten Koordinatensystems (z₁, z₂, z₃) orthogonal zueinander sind, können die ersten, zweiten und dritten Achsen (z₁, z₂, z₃) angeordnet werden, dass sie parallel zu der longitudinalen Achse (O'O) der ersten Welle 120 sind, indem die Tafel 140 zwischen den Drehpositionen gedreht wird, z. B. durch Drehen der Tafel 140 von 0° auf 120° und auf 240° und ohne das erneute Fixieren der Fahrzeugkomponente 192 relativ zu der Tafel 140.
Um die Art zusammenzufassen, in welcher die in 1–8 beschriebene Struktur im Kontext der vorliegenden Offenbarung benutzt werden kann, ist 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900, um die Momente der Trägheit einer Fahrzeugkomponente zu bestimmen. Das Verfahren 900 kann mit dem System 100 und einer Komponente 102 implementiert sein. Demnach wird auf 1–9 nachfolgend Bezug genommen.
In einem ersten Schritt 905 ist die Komponente 102 auf der Tafel 140 des Systems 100 fixiert, und die erste Welle 120 wird als parallel zu der ersten Achse (z₁) des Koordinatensystems (z₁, z₂, z₃) betrachtet, wie dies teilweise in 3 gezeigt wird. Die Tafel 140 besitzt eine Anfangsdrehposition (δ = δ₀), wie dies teilweise in 4 gezeigt wird. In einem Schritt 910 wird das System 100 (z. B. die Welle 130, die Tafel 140 und die Komponente 102) um die erste Welle 120 oszilliert bzw. in Schwingung versetzt. In einem Schritt 915 werden dynamische Drehmomentmessungen von dem Drehmomentsensor 150 und Winkelbeschleunigungsmessungen von dem Messgeber 154 gesammelt. In einem Schritt 920 werden diese Messungen benutzt, um das Moment der Trägheit um die erste Achse (z₁) zu berechnen.
In einem Schritt 925 kann die Tafel 120 in die zweite Drehposition (δ = δ₀ + 120°), welche durch 5 und 6 gezeigt wird, gedreht werden, so dass die zweite Achse (z₂) parallel zu der ersten Welle 120 ist. In einem Schritt 930 wird das System 100 um die erste Welle 120 in Schwingung versetzt. In einem Schritt 935 werden die Messungen von dem Drehmomentsensor 150 und dem Messgeber 154 gesammelt. In einem Schritt 940 werden diese Messungen benutzt, um das Moment der Trägheit um die zweite Achse (z₂) zu berechnen.
In einem Schritt 945 kann die Tafel 140 in die zweite Drehposition (δ = δ₀ + 240°), welche in 7 und 8 gezeigt wird, gedreht werden, so dass die dritte Achse (z₃) parallel zu der ersten Welle 120 ist. In einem Schritt 950 wird das System 100 um die erste Welle 120 in Schwingung versetzt. In einem Schritt 955 werden die Messungen von dem Drehmomentsensor 150 und dem Messgeber 154 gesammelt (z. B. abgetastet und für nachfolgendes Bearbeiten gespeichert). In einem Schritt 960 werden diese Messungen benutzt, um das Moment der Trägheit um die dritte Achse (z₃) zu berechnen, so dass ein vollständiger Satz der Momente der Trägheit für die Fahrzeugkomponente 102 erhalten wird. Eine detaillierte Beschreibung des Momentes der Trägheitsberechnung wird nachfolgend bereitgestellt.
Im Allgemeinen wird das Moment der Trägheit durch das Messen des dynamischen Drehmoments und der Winkelbeschleunigung des Systems um die erste Welle 120 evaluiert, wie dies durch Gleichung (1) ausgedrückt wird. Γ = Γ_g + IΘ .. Gl. (1) wobei

Γ: das gesamte dynamische Drehmoment des Systems ist;
Γ_g: das Schwerkraftdrehmoment ist (aufgrund von CG, wobei dieses von der Achse der Drehung versetzt ist);
I: das Moment der Trägheit um die Achse der Drehung für das System ist; und
Θ ..: die Winkelbeschleunigung ist.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann es von Vorteil sein, das Schwerkraftdrehmoment (Γ_g) zu minimieren und die Winkelbeschleunigung (Θ ..) zu maximieren. Dies kann durch anfängliches Neigen des Systems 100 auf einen speziellen Wert der Winkelposition (θ) erreicht werden, so dass das System ausgeglichen ist, z. B. das Schwerkraftdrehmoment (Γ_g) ist bei oder nahe null und schwingt um diesen Balance-Punkt mit nur kleinen Versetzungen bei einer verhältnismäßig hohen Frequenz, so dass dies damit zu einer maximierten Winkelbeschleunigung (Θ ..) führt. Bei diesen Bedingungen kann die Gleichung (1) als Gleichung (2) vereinfacht werden.

wobei

I_U: das berechnete Moment der Trägheit um die Achse der Rotation für das System über eine Reihe von Datenpunkten (x) ist;
Γ_n: das gesamte dynamische Drehmoment des Systems für einen jeweiligen Datenpunkt ist; und
Θ .._n: die Winkelbeschleunigung für einen jeweiligen Datenpunkt ist.

Entsprechend beinhaltet das Gesamtmoment der Trägheit (I_U) das zentrale Moment der Trägheit des Systems um eine parallele Achse (z. B. z₁, z₂ oder z₃), wobei diese durch das Systemzentrum der Schwerkraft läuft und um den Parallel-Achsenterm (Md²), wobei der Term (M) die Gesamtmasse des Systems ist und der Term (d) der minimale Abstand (z. B. der senkrechte Abstand) zwischen der einen Parallelachse (z. B. z₁, z₂ oder z₃) und der Achse (O'O) ist. Demnach können die Momente der Trägheit für die Fahrzeugkomponente 102 durch das Subtrahieren der Leergewicht-Terme (z. B. der unbelasteten Systemträgheit) aus den jeweiligen Gesamtmomenten der Trägheit, bestimmt werden, wie dies durch Gleichung (3) ausgedrückt wird.
wobei

I_Zn: das Moment der Trägheit für die Fahrzeugkomponente um die jeweilige Achse (z₁, z₂ oder z₃) ist;
Γ_Zn: das gesamte dynamische Drehmoment des Systems um die jeweilige Achse (z₁, z₂ oder z₃) ist;
Θ .._Zn: die Winkelbeschleunigung um die jeweilige Achse (z₁, z₂ oder z₃) ist; und
I_{U_TARE_Zn}: das Moment der Trägheit für das unbelastete System um die jeweilige Achse (z₁, z₂ oder z₃) ist.

Entsprechend misst, wenn das System 100 in Schwingung versetzt wird, der Drehmomentsensor 150 das gesamte dynamische Drehmoment (Γ_Zn) an der ersten Welle 120, und der Messgeber 154 stellt Information über den Winkel (θ) der Oszillation bzw. Schwingung bereit, aus welcher die Winkelbeschleunigung (Θ .._Zn) berechnet werden kann. Basierend auf diesen Werten kann das Steuerglied 158 das Moment der Trägheit (I) für eine jeweilige Achse (z. B. z₁) und beim Drehen der Tafel 140 berechnen, die Messungen für die Berechnung der anderen beiden Achse (z. B. z₂ und z₃) wiederholen, wie oben festgestellt, so dass damit das Moment der Trägheit (I_z1, I_z2, I_z3) aus den drei Sätzen der dynamischen Drehmomentmessung (Γ_Z1, Γ_Z2, Γ_Z3) und den dynamischen Positionsmessungen (Θ .._Z1, Θ .._Z2, Θ .._Z3) erhalten wird.
Wie oben festgestellt, kann das System 100 auch die Produkte der Trägheit (POI) evaluieren, welche benutzt werden können, um das dynamische Ungleichgewicht eines Prüfkörpers, wie zum Beispiel einer Fahrzeugkomponente 102, zu messen und zu berechnen. Gleichung (4) wird benutzt, um die Produkte der Trägheit zu evaluieren. I_zi = I 2 / i·I_x' + m 2 / i·I_y' + n 2 / i·I_z' – 2I_i·m_i·I_x'y' – 2I_i·n_i·I_x'y' – 2m_i·n_i·I_y'z' Gl. (4) wobei

I_x', I_y', I_z': Momente der Trägheit um jeweils die x'-, y'-, z'-Achsen sind;
I_x'y', I_x',z', I_y',z': Produkte der Trägheit in dem x'-, y'-, z'-Koordinatensystem sind; und
I_zi: die i-te Trägheit um eine willkürliche Achse z_i ist, welche Richtungs-Cosinus-Funktionen l_i, m_i und n_i von den x'-, y'- bzw. z'-Achsen jeweils besitzt.

10 stellt die Beziehung zwischen x'-, y'-, z'-Achsen und der z_i-Achse dar. Wie gezeigt wird, sind die x'-, y'-, z'-Achsen drei orthogonale Achsen mit einem Ursprung (B*) und parallel zu den x-, y-, z-Achsen mit einem Ursprung (O). Die Produkte der Trägheit (I_x',y', I_x'z', I_y'z') und die Momente der Trägheit (I_x', I_y', I_z') können durch das Messen der sechs Momente der Trägheit um eine willkürliche Achse (z_i) bestimmt werden, welche die Richtungs-Cosinus-Funktionen (l_i, m_i, n_i) aus jeweils der x'-, y'-, z'-Achse besitzen.
Um eine beispielhafte Ausführungsform zusammenzufassen, ist 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 für das Bestimmen der Produkte der Trägheit einer Fahrzeugkomponente. Das Verfahren 1100 kann mit dem System 100 implementiert werden. Demnach wird auf 1, 10 und 11 nachfolgend Bezug genommen.
In einem ersten Schritt 1105 wird die Komponente 102 auf der Tafel 140 des Systems 100 fixiert. In einem Schritt 1110 werden die Messungen, welche zu den Momenten der Trägheit gehören, berechnet, wie dies oben im Verfahren 900 der 9 diskutiert ist. In einem Schritt 1115 wird die Tafel 140 um einen willkürlichen Winkel (δ_n) gedreht, so dass die erste Welle 120 parallel zu einer willkürlichen Achse (z_i = z_n1) ist. In einem Schritt 1120 wird das System 100 um die erste Welle 120 in Schwingung versetzt. In einem Schritt 1125 werden die Messungen von dem Drehmomentsensor 150 und dem Messgeber 154 gesammelt (z. B. abgetastet und für die nachfolgende Bearbeitung gespeichert). In einem Schritt 1130 kann die Tafel 120 in eine zweite Drehposition (δ_n + 120°) gedreht werden. In einem Schritt 1135 wird das System 100 um die erste Welle 120 in Schwingung versetzt. In einem Schritt 1140 werden die Messungen von dem Drehmomentsensor 150 und dem Messgeber 154 gesammelt. In einem Schritt 1145 kann die Tafel 120 in eine dritte Drehposition (δ_n + 240°) gedreht werden. In einem Schritt 1150 wird das System 100 um die erste Welle 120 in Schwingung versetzt. In einem Schritt 1155 werden die resultierenden Messungen und Momente der Trägheit (I_x', I_y', I_z') in Gleichung (4) benutzt, um die Produkte der Trägheit (I_x'y', I_x'z', I_y'z') zu berechnen. Die Genauigkeit der Messung kann durch das Durchführen zusätzlicher Sätze von Messungen verbessert werden.
Wie oben festgestellt, kann das System 100 auch die hauptsächlichen oder Hauptmomente der Trägheit (PMI) eines Prüfobjekts evaluieren, wie zum Beispiel die Fahrzeugkomponente 102, wobei die Werte benutzt werden, welche in dem Verfahren 1100 der 11 berechnet sind. Im Allgemeinen können die Hauptmomente der Trägheit (PMI) als der Satz der Trägheitswerte um die drei wechselseitig senkrechten Achsen betrachtet werden, in welchen die Produkte der Trägheit null sind. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Hauptmomente der Trägheit durch das Benutzen eines Ellipsoids der Trägheit und/oder einer Eigenwert-Technik geschätzt werden.
Die allgemeine Gleichung für ein Ellipsoid der Trägheit für ein gegebenes Moment der Trägheit und das Produkt der Trägheit kann durch Gleichung (5) ausgedrückt werden: I_x'·x'² + I_y'·y'² + I_z'·y'² + I_z'·z'² – 2I_x'y'·x'y' – 2I_x'z'x'z' – 2I_y'z'y'z' = 1 Gl. (5) wobei

I_x', I_y', I_z': Momente der Trägheit um jeweils die x'-, y'-, z'-Achsen sind;
I_x'y', I_x'z', I_y'z': Produkte der Trägheit in dem x'-, y'-, z'-Koordinatensystem sind; und
x', y', z': die Hauptdurchmesser des Ellipsoids der Trägheit sind und den Hauptmomenten der Trägheit entsprechen.

Entsprechend können die Momente der Trägheit (I_x', I_y', I_z') und die Produkte der Trägheit (I_x', I_x'z', I_y'z'), wie oben beschrieben, bestimmt werden, und Gleichung (5) kann benutzt werden, um die Hauptmomente der Trägheit (x', y', z') zu lösen.
Wie oben festgestellt, können die Hauptmomente der Trägheit auch durch das Lösen der Determinante geschätzt werden, welche durch Gleichung (6) repräsentiert wird.
wobei

I_x', I_y', I_z': Momente der Trägheit um jeweils die x'- y'-, z'-Achsen sind;
I_x'z', I_y'z': Produkte der Trägheit in dem x'-, y'-, z'-Koordinatensystem sind.

Eine Expansion bzw. Erweiterung der Determinante der Gleichung (6) liefert eine kubische Gleichung mit |P. Das Lösen der drei Wurzeln (|P₁, |P₂, |P₃) liefert die Hauptmomente der Trägheit.
Zusätzlich zu den Masseeigenschaften, welche oben diskutiert sind, kann das System 100 benutzt werden, die Masse und das Zentrum der Schwerkraft eines Prüfkörpers zu messen, zum Beispiel der Fahrzeugkomponente 102. Die Fähigkeit, die Masse und das Zentrum der Schwerkraft mit dem System 100 zu messen, kann dafür nützlich sein, dass es ein unnötiges Handhaben der Fahrzeugkomponente 102 reduziert.
Im Prinzip misst das System 100 den Masse-Momentvektor mit dem Drehmomentsensor 150 an der ersten Welle 120 für verschiedene Kombinationen der Winkelpositionen (θ) und der Drehpositionen (δ) bei statischen Zuständen. Das Berechnen der Masse und des Zentrums der Schwerkraft wird mit Bezug auf 2 beschrieben, welche die Komponente 102, auf der Tafel 140 bei einem Abstand (r) von einem Ursprung (O) positioniert, darstellt. Der Masse-Momentvektor (mgr) ist das Gewicht (mg) der Fahrzeugkomponente 102 multipliziert mit dem Abstand (r) vom Ursprung (O) zum Zentrum der Schwerkraft. Jeder Messungssatz beinhaltet Abtastwerte des statischen Drehmoments entlang der (OO')-Achse und Abtastwerte der statischen Winkelpositionen (θ) und Drehpositionen (δ).
Um eine beispielhafte Ausführungsform zusammenzufassen, ist 13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1300, um die Masse und das Zentrum der Schwerkraft einer Fahrzeugkomponente zu bestimmen. Das Verfahren 1300 kann mit dem System 100 implementiert werden. Demnach wird auf 1, 12 und 13 nachfolgend Bezug genommen.
In einem ersten Schritt 1305 ist die Komponente 102 an der Tafel 140 des Systems 100 fixiert. In einem Schritt 1310 wird das statische Drehmoment (T₁) in einer ersten Drehposition (δ = δ₀) und einer ersten Winkelposition (θ = 0°) gemessen. In einem Schritt 1315 wird die Tafel 140 zu einer zweiten Drehposition (δ₁) gedreht, und in einem Schritt 1320 wird das statische Drehmoment (T₂) bei der zweiten Drehposition (δ₁) und der ersten festgelegten Winkelposition (θ = 0°) gemessen. In einem Schritt 1325 wird die Tafel 140 zu einer dritten Drehposition (δ₂) gedreht, und in einem Schritt 1330 wird das statische Drehmoment (T₃) in der dritten Drehposition (δ₂) und der ersten festgelegten Winkelposition (θ = 0°) gemessen. In einem Schritt 1335 wird die Tafel 140 zu der ersten Drehposition (δ₀) gedreht. Im Schritt 1340 wird die Welle 120 zu einer zweiten festgelegten Winkelposition (θ = θ₁) gedreht, und im Schritt 1345 wird das statische Drehmoment (T₄) in der ersten Drehposition (δ₀) und der zweiten festgelegten Winkelposition (θ = θ₁) gemessen. Im Schritt 1350 kann die Masse und das Zentrum der Schwerkraft aus den vier statischen Drehmomenten (T₁, T₂, T₃, T₄) berechnet werden, wie dies in größerem Detail nachfolgend diskutiert wird.
Die mathematischen Ausdrücke können für jede Drehmomentmessung geschrieben werden, wobei eine Vektornäherung benutzt wird. Mit Bezug auf 12 ist das Zentrum der Schwerkraft für das gesamte System und das Prüfobjekt (M) bei der Position (O) in dem Koordinatensystem (x, y, z), wenn die Winkelposition (θ) und die Drehposition (δ) jeweils bei 0° und 0° sind. Die Einheitsvektoren entlang der x-, y-, z-Achsen können nachfolgend als i ^, j ^ bzw. k ^ bezeichnet werden.
Nachfolgend mit Bezug auf Gleichung (7) kann der Masse-Momentvektor (T →) im Punkt (O) für einen gegebenen Positionsvektor (r →) und einen Kraftvektor (F →) durch ein Vektorprodukt von (r →) und (F →) geschätzt werden, wie es durch Gleichung (7) ausgedrückt wird. T → = r → ⊗ F → Gl. (7) wobei r → = xi ^ + yj ^ +zk ^; und F → = –Mgk ^
Demnach kann Gleichung (7) wie folgt in Gleichung (8) ausgedrückt werden. T → = (xi ^ + yj ^ +zk ^) ⊗ (–Mgk ^) Gl. (8)
Die Gleichung (8) kann wie folgt in Gleichung (9) vereinfacht werden. T → = Mg(yj ^ – xi ^) Gl. (9)
Das Drehmoment (T_U), welches durch den Drehmomentsensor 150 an der ersten Welle 120 gemessen ist, kann wie folgt in Gleichung (10) ausgedrückt werden.
wobei

T_U: das gemessene Drehmoment an der ersten Welle ist;
T →: der Masse-Momentvektor ist; und
U →: der Einheitsvektor entlang der Wellenachse ist.

Der Einheitsvektor U entlang der Wellenachse kann wie folgt in Gleichung (11) ausgedrückt werden.
Das Kombinieren der Gleichungen (10) und (11) führt zu Gleichung (12).
Das Kombinieren der Gleichungen (9) und (12) führt zu Gleichung (13).
Demnach können die vier Drehmomentmessungen wie folgt in den Gleichungen (14)–(17) ausgedrückt werden.
Entsprechend sind in den Gleichungen (14)–(17) die Punkte (x, y), (x₁, y₁), (x₂, y₂) und (x₃, y₃) die Koordinaten des Zentrums der Schwerkraft des Systems 100 bei (θ = 0°, δ = δ₀), (0°, δ1), (0°, δ2) und (θ1, δ0), welche in einem (x, y, z)-Koordinatensystem normiert werden können. Das Lösen der Gleichungen (14)–(17) für die vier Unbekannten (M, x, y, z) liefert die Masse (M) und das Zentrum der Schwerkraft (x, y, z) des Systems 100.
Nachfolgend nun mit Bezug auf die Gleichungen (18)–(21) kann das Zentrum der Masse (x_SC, y_SC, z_SC) der Komponente 102 und die Masse (M_SC) der Komponente 102 aus der Masse des Systems 100 (M oder M_tot), welche mit der Komponente 102 belastet ist, und die Masse des Systems 100 (M_tar) ohne die Komponente 102 bestimmt werden.
wobei

M_SC, M_tot, M_tar: die Massen jeweils der Komponente, des belasteten Systems bzw. des nicht belasteten Systems sind;
x_SC, y_SC, z_SC: die Koordinaten des Zentrums der Schwerkraft der Komponente sind;
s_tot, y_tot, z_tot: die Koordinaten des Zentrums der Schwerkraft des belasteten Systems sind; und
x_tar, y_tar, z_tar: die Koordinaten des Zentrums der Schwerkraft des unbelasteten Systems sind.

In den Gleichungen (18)–(21) beinhaltet das unbelastete System 100 alle Komponenten des Systems 100, welche oben diskutiert sind, ebenso jegliche zusätzliche Elemente, Befestigungen und Zubehörteile, welche mit der Komponente 102 integriert sein können, während der Messung des gesamten belasteten Systems 100. Entsprechend ist das System 100 in der Lage, die Masse und das Zentrum der Schwerkraft der Fahrzeugkomponente 102 ohne erneutes Fixieren und Rekonfigurieren der Komponente 102 relativ zu dem System 100 zu bestimmen.
Wie oben festgestellt, wurde bei der Beschreibung des Systems 100 oben angenommen, dass die Achsen (z1, z2, z3) orthogonal zueinander waren. Eine Erklärung einer Vektoranalyse, welche die orthogonale Eigenschaft der Achsen (z₁, z₂, z3) demonstriert, wird nachfolgend mit Bezug auf 14 bereitgestellt, welche eine schematische Darstellung der Tafel 140 der 1 ist.
Im Speziellen stellt 14 die Achsen (z₁, z₂, z₃) dar, welche als Vektoren (B*A), (B*B) und (B*C) parallel zu der ersten Welle 120 repräsentiert sind, wenn die Tafel 140 zu den Drehpositionen (δ0), (δ0 + 120°) bzw. (δ0 – 240°) gedreht sind. Die Projektion der Achsen (z₁, z₂, z₃) auf die Ebene der Tafel 140 wird durch die Vektoren (B*A¹), (B*B¹) und (B*C¹) repräsentiert, welche um 120° relativ zueinander platziert sind.
Wenn die Achsen (z₁, z₂, z₃) orthogonal zueinander sind, sollten die folgenden Bedingungen angewendet werden: (B*A)·(B*B) = 0 (B*A)·(B*C) = 0 (B*C)·(B*B) = 0 Winkel zwischen (B*A) und (B*B) = 90°
Winkel zwischen (B*A) und (B*C) = 90°
Winkel zwischen (B*C) und (B*B) = 90°
Da der Vektor (B*A) parallel zu der ersten Welle 120 ist, kann der Vektor (B*A) wie folgt in Gleichung (22) ausgedrückt werden. B*A = ai ^ + aj ^ + ak ^ Gl. (22)
Deshalb kann die Projektion von B*A auf die Tafel 140 wie folgt durch Gleichung (23) repräsentiert werden. B*A¹ = ai ^ + aj ^ Gl. (23)
Der Vektor (B*A1) kann um 120° gedreht werden, um den Vektor (B*B1) zu bestimmen, wie dies durch Gleichung (24) repräsentiert wird. B*B¹ = √2·a(cos165i ^ + sin165j ^) Gl. (24)
Da der Vektor (B*B1) die Projektion des Vektors (B*B) auf die Tafel 140 ist, kann der Vektor B*B wie folgt in Gleichung (25) ausgedrückt werden. B*B = √2·a(cos165i ^ + sin1653j ^)+ ak ^ Gl. (25)
In ähnlicher Weise können die Vektoren (B*C1) und (B*C) wie folgt in den Gleichungen (26) und (27) ausgedruckt werden. B*C¹ = √2·a(cos285i ^ + sin285j ^) Gl. (26) B*C = √2·a(cos285i ^ + sin285j ^) + ak ^ Gl. (27)
Der Winkel zwischen den Vektoren (B*A) und (B*B) kann wie folgt in den Gleichungen (28) und (29) ausgedrückt werden. (B*A)·(B*B) = |B*A|·|B*B|·cos(φ) Gl. (28) cos(φ) = (B*A)·(B*B) / |B+A|·|B*B| Gl. (29) wobei

ϕ: der Winkel zwischen den Vektoren (B*A) und (B*B) ist; und
|B*A| und |B*B|: die Größen der Vektoren (B*A) und (B*B) sind.

Demnach, indem die Gleichungen (22) und (25) benutzt werden, kann die Gleichung (29) gelöst werden, wie dies in den Gleichungen (30) und (31) gezeigt wird.
Demnach erfüllen die Vektoren (B*A) und (B*B) die oben diskutierten Bedingungen, und die Achsen (z₁) und (z₂) sind orthogonal. In ähnlicher Weise können Beweise für die Vektoren (B*B) und (B*C) und die Vektoren (B*C) und (B*A) bereitgestellt werden, um darzustellen, dass die Achsen (z₂) und (z₃) und die Achsen (z₃) und (z₁) orthogonal sind.
Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergegangenen detaillierten Beschreibung präsentiert worden ist, sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und dass nicht beabsichtigt ist, dass diese den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Veröffentlichung in irgendeiner Weise begrenzen. Vielmehr wird die vorhergegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform und beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Veröffentlichung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon dargelegt ist.
WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN

1. System für das Messen einer Masseeigenschaft eines Objektes, welches aufweist: eine erste Welle, welche ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzt; eine Tafel bzw. einen Tisch, welcher in einer ersten Ebene angeordnet ist und an die erste Welle unter einem vorher festgelegten Winkel gekoppelt ist, um das Objekt zu stützen, wobei die Tafel konfiguriert ist, um eine Achse senkrecht zu der ersten Ebene zwischen wenigstens einer ersten Drehposition und einer zweiten Drehposition gedreht zu werden; und einen Drehmomentsensor, welcher konfiguriert ist, eine erste Drehmomentmessung an der ersten Welle, wenn die Tafel in der ersten Drehposition ist, und eine zweite Drehmomentmessung an der ersten Welle, wenn die Tafel in der zweiten Drehposition ist, zu sammeln bzw. aufzunehmen.
2. System nach Ausführungsform 1, wobei die erste Ebene im Allgemeinen horizontal ist und die erste Welle relativ zu der Tafel bei dem vorher festgelegten Winkel geneigt ist.
3. System nach Ausführungsform 2, wobei das erste Ende der ersten Welle an einer Befestigung befestigt ist, und wobei das System ferner eine zweite Welle aufweist, welche das zweite Ende der ersten Welle an die Tafel koppelt.
4. System nach Ausführungsform 3, wobei die zweite Welle eine vertikale Orientierung besitzt.
5. System nach Ausführungsform 4, wobei der vorher festgelegte Winkel ungefähr 54° von einer vertikalen Achse ist.
6. System nach Ausführungsform 4, wobei die Tafel konfiguriert ist, in eine dritte Drehposition zu drehen, wobei der Drehmomentsensor konfiguriert ist, eine dritte Drehmomentmessung an der ersten Welle aufzunehmen, wenn die Tafel in der dritten Drehposition ist.
7. System nach Ausführungsform 6, wobei die zweite Drehposition 120° von der ersten Drehposition weg ist und die dritte Drehposition 120° von der zweiten Drehposition weg ist.
8. System nach Ausführungsform 7, welches ferner aufweist: ein Steuerglied, welches an den Drehmomentsensor gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Masseeigenschaft des Objektes basierend auf der ersten Drehmomentmessung, der zweiten Drehmomentmessung und der dritten Drehmomentmessung zu berechnen.
9. System nach Ausführungsform 8, welches ferner aufweist: einen Motor, welcher an die erste Welle gekoppelt ist, welche konfiguriert ist, die erste Welle, die zweite Welle und die Tafel um eine longitudinale Achse der ersten Welle in Schwingung zu versetzen, wobei der Drehmomentsensor so konfiguriert ist, dass die erste Drehmomentmessung, die zweite Drehmomentmessung und die dritte Drehmomentmessung jeweils eine dynamische Drehmomentmessung beinhalten.
10. System nach Ausführungsform 9, welches ferner einen ersten Messgeber aufweist, welcher an die erste Welle gekoppelt ist, welcher konfiguriert ist, Daten, welche zu einer Winkelbeschleunigung der ersten Welle gehören, während der ersten Drehmomentmessung, der zweiten Drehmomentmessung und der dritten Drehmomentmessung zu sammeln.
11. System nach Ausführungsform 10, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, Momente der Trägheit, welche zu dem Objekt gehören, um drei wechselseitige orthogonale Achsen als die Masseeigenschaft zu berechnen.
12. System nach Ausführungsform 10, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, Produkte der Trägheit, welche zu dem Objekt gehören, als die Masseeigenschaft zu berechnen.
13. System nach Ausführungsform 10, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, Hauptmomente der Trägheit, welche zu dem Objekt gehören, als die Masseeigenschaft zu berechnen.
14. System nach Ausführungsform 8, wobei der Drehmomentsensor so konfiguriert ist, dass die erste Drehmomentmessung eine erste statische Drehmomentmessung an einer ersten fixierten bzw. festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der ersten Drehmomentposition der Tafel beinhaltet, die zweite Drehmomentmessung eine zweite statische Drehmomentmessung an der ersten festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der zweiten Drehposition der Tafel beinhaltet, die dritte Drehmomentmessung eine dritte statische Drehmomentmessung an der ersten festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der dritten Drehposition der Tafel beinhaltet, und der Drehmomentsensor ferner konfiguriert ist, eine vierte statische Drehmomentmessung bei einer zweiten festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der ersten Drehposition zu sammeln.
15. System nach Ausführungsform 14, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, eine Masse des Objektes als die Masseeigenschaft basierend auf der ersten statischen Drehmomentmessung, der zweiten statischen Drehmomentmessung, der dritten statischen Drehmomentmessung und der vierten statischen Drehmomentmessung zu berechnen.
16. System nach Ausführungsform 14, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, ein Zentrum der Schwerkraft des Objektes als die Masseeigenschaft basierend auf dem ersten statischen Drehmoment, dem zweiten statischen Drehmoment, dem dritten statischen Drehmoment und dem vierten statischen Drehmoment zu berechnen.
17. Verfahren für das Bestimmen einer Masseeigenschaft eines Objektes, welches die folgenden Schritte aufweist: Fixieren des Objektes auf einem Tisch bzw. einer Tafel, welche an einem ersten Ende einer vertikalen Welle bei einer ersten Drehposition zentriert ist, wobei das zweite Ende der vertikalen Welle auf einer geneigten Welle, welche sich ungefähr 54° von der Vertikalen erstreckt, befestigt ist; Sammeln einer ersten Drehmomentmessung an der geneigten Welle; Drehen der Tafel von der ersten Drehposition in eine zweite Drehposition, wobei die zweite Drehposition 120° von der ersten Drehposition weg ist; Sammeln einer zweiten Drehmomentmessung an der geneigten Welle; Drehen der Tafel von der zweiten Drehposition in eine dritte Drehposition, wobei die dritte Drehposition 120° von der ersten Drehposition und der zweiten Drehposition weg ist; Sammeln einer dritten Drehmomentmessung an der geneigten Welle; und Berechnen der Masseeigenschaft des Objektes basierend auf der ersten Drehmomentmessung, der zweiten Drehmomentmessung und der dritten Drehmomentmessung.
18. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei der Schritt des Drehens der Tafel von der ersten Drehposition in die zweite Drehposition beinhaltet: Beibehalten einer Anfangsposition des Objektes relativ zu der Tafel, und wobei der Schritt des Drehens der Tafel von der zweiten Drehposition in die dritte Drehposition beinhaltet: Beibehalten der Anfangsposition des Objektes relativ zu der Tafel, so dass die erste Drehmomentmessung, die zweite Drehmomentmessung und die dritte Drehmomentmessung in der Anfangsposition des Objektes relativ zu der Tafel gesammelt werden.
19. Verfahren nach Ausführungsform 18, welches ferner aufweist: nach dem Fixierungsschritt, einen ersten Schritt des In-Schwingung-Versetzens der vertikalen Welle, der Tafel und des Objektes um eine longitudinale Achse der geneigten Welle, wobei der Schritt des Sammelns der ersten Drehmomentmessung das Sammeln einer ersten dynamischen Drehmomentmessung nach dem ersten Oszillationsschritt bzw. des In-Schwingung-Versetzens beinhaltet; und nach dem Schritt des Drehens der Tafel von der ersten Drehposition in die zweite Drehposition, einen zweiten Schritt des In-Schwingung-Versetzens der vertikalen Welle, der Tafel und des Objektes um die longitudinale Achse der geneigten Welle, wobei der Schritt des Sammelns der zweiten Drehmomentmessung das Sammeln einer zweiten dynamischen Drehmomentmessung nach dem zweiten Oszillationsschritt beinhaltet; und nach dem Schritt des Drehens der Tafel von der zweiten Drehposition in die dritte Drehposition einen dritten Schritt des In-Schwingung-Versetzens der vertikalen Welle, der Tafel und des Objektes um die longitudinale Achse der geneigten Welle, wobei der Schritt des Sammelns der dritten Drehmomentmessung das Sammeln einer dritten dynamischen Drehmomentmessung nach dem dritten Oszillationsschritt beinhaltet.
20. System für das Messen von Momenten der Trägheit um drei Achsen einer Fahrzeugkomponente mit einer ungleichmäßigen Form, wobei das System aufweist: eine erste Welle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende auf einer Befestigung befestigt ist, so dass die erste Welle um einen Winkel von ungefähr 54,73° relativ zur Vertikalen geneigt ist; eine zweite Welle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende der zweiten Welle an das zweite Ende der ersten Welle gekoppelt ist, so dass die zweite Welle vertikal ist; eine Tafel bzw. einen Tisch, welcher an dem zweiten Ende der zweiten Welle in einer allgemein horizontalen Ebene befestigt ist und wobei das Objekt gestützt wird, wobei die Tafel konfiguriert ist, sich um die zweite Welle zwischen einer ersten Drehposition, einer zweiten Drehposition, welche 120° von der ersten Drehposition weg ist, und einer dritten Drehposition, welche 120° von der zweiten Drehposition weg ist, zu drehen, wobei die Fahrzeugkomponente eine konstante Position relativ zu der Tafel in der ersten Drehposition, der zweiten Drehposition und der dritten Drehposition beibehält; einen Motor, welcher an die erste Welle gekoppelt ist und konfiguriert ist, die erste Welle in jeder der ersten Drehposition, der zweiten Drehposition und der dritten Drehposition in Schwingung zu versetzen; einen Drehmomentsensor, welcher an die erste Welle gekoppelt ist und konfiguriert ist, um aufzunehmen: eine erste dynamische Drehmomentmessung an der ersten Welle bei der Oszillation der ersten Welle, wenn die Tafel in der ersten Drehposition ist, eine zweite dynamische Drehmomentmessung an der ersten Welle bei Oszillation der ersten Welle, wenn die Tafel in der zweiten Drehposition ist, und eine dritte dynamische Drehmomentmessung an der ersten Welle bei Oszillation der ersten Welle, wenn die Tafel in der dritten Drehposition ist; einen Messgeber, welcher an die erste Welle gekoppelt ist und konfiguriert ist, um aufzunehmen: eine erste Winkelbeschleunigungsmessung der ersten Welle bei Oszillation der ersten Welle, wenn die Tafel in der ersten Drehposition ist, eine zweite Winkelbeschleunigungsmessung der ersten Welle bei der Oszillation der ersten Welle, wenn die Tafel in der zweiten Drehposition ist, und eine dritte Winkelbeschleunigungsmessung der ersten Welle bei Oszillation der ersten Welle, wenn die Tafel in der dritten Drehposition ist; und ein Steuerglied, welches an den Drehmomentsensor und den Messgeber gekoppelt ist, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, die Momente der Trägheit der Fahrzeugkomponente zu berechnen, basierend auf der ersten dynamischen Drehmomentmessung, der zweiten dynamischen Drehmomentmessung, der dritten dynamischen Drehmomentmessung, der ersten Winkelbeschleunigungsmessung, der zweiten Winkelbeschleunigungsmessung und der dritten Winkelbeschleunigungsmessung.

Claims

System für das Messen einer Masseeigenschaft eines Objektes, welches aufweist: eine erste Welle, welche ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzt; eine Tafel bzw. einen Tisch, welcher in einer ersten Ebene angeordnet ist und an die erste Welle unter einem vorher festgelegten Winkel gekoppelt ist, um das Objekt zu stützen, wobei die Tafel konfiguriert ist, um eine Achse senkrecht zu der ersten Ebene zwischen wenigstens einer ersten Drehposition und einer zweiten Drehposition gedreht zu werden; und einen Drehmomentsensor, welcher konfiguriert ist, eine erste Drehmomentmessung an der ersten Welle, wenn die Tafel in der ersten Drehposition ist, und eine zweite Drehmomentmessung an der ersten Welle, wenn die Tafel in der zweiten Drehposition ist, zu sammeln bzw. aufzunehmen.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Ebene im Allgemeinen horizontal ist und die erste Welle relativ zu der Tafel bei dem vorher festgelegten Winkel geneigt ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Ende der ersten Welle an einer Befestigung befestigt ist, und wobei das System ferner eine zweite Welle aufweist, welche das zweite Ende der ersten Welle an die Tafel koppelt.
System nach Anspruch 3, wobei die zweite Welle eine vertikale Orientierung besitzt.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Tafel konfiguriert ist, in eine dritte Drehposition zu drehen, wobei der Drehmomentsensor konfiguriert ist, eine dritte Drehmomentmessung an der ersten Welle aufzunehmen, wenn die Tafel in der dritten Drehposition ist und wobei die zweite Drehposition 120° von der ersten Drehposition weg ist und die dritte Drehposition 120° von der zweiten Drehposition weg ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, welches ferner aufweist: ein Steuerglied, welches an den Drehmomentsensor gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Masseeigenschaft des Objektes basierend auf der ersten Drehmomentmessung, der zweiten Drehmomentmessung und der dritten Drehmomentmessung zu berechnen, und/oder einen Motor, welcher an die erste Welle gekoppelt ist, welche konfiguriert ist, die erste Welle, die zweite Welle und die Tafel um eine longitudinale Achse der ersten Welle in Schwingung zu versetzen, wobei der Drehmomentsensor so konfiguriert ist, dass die erste Drehmomentmessung, die zweite Drehmomentmessung und die dritte Drehmomentmessung jeweils eine dynamische Drehmomentmessung beinhalten, und/oder einen ersten Messgeber, welcher an die erste Welle gekoppelt ist, welcher konfiguriert ist, Daten, welche zu einer Winkelbeschleunigung der ersten Welle gehören, während der ersten Drehmomentmessung, der zweiten Drehmomentmessung und der dritten Drehmomentmessung zu sammeln.
System nach Anspruch 6, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, Momente der Trägheit, welche zu dem Objekt gehören, um drei wechselseitige orthogonale Achsen als die Masseeigenschaft zu berechnen, und/oder Produkte der Trägheit, welche zu dem Objekt gehören, als die Masseeigenschaft zu berechnen, und/oder Hauptmomente der Trägheit, welche zu dem Objekt gehören, a 1 s die Masseeigenschaft zu berechnen.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Drehmomentsensor so konfiguriert ist, dass die erste Drehmomentmessung eine erste statische Drehmomentmessung an einer ersten fixierten bzw. festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der ersten Drehmomentposition der Tafel beinhaltet, die zweite Drehmomentmessung eine zweite statische Drehmomentmessung an der ersten festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der zweiten Drehposition der Tafel beinhaltet, die dritte Drehmomentmessung eine dritte statische Drehmomentmessung an der ersten festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der dritten Drehposition der Tafel beinhaltet, und der Drehmomentsensor ferner konfiguriert ist, eine vierte statische Drehmomentmessung bei einer zweiten festgelegten Winkelposition der ersten Welle und bei der ersten Drehposition zu sammeln.
System nach Anspruch 8, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um: eine Masse des Objektes als die Masseeigenschaft basierend auf der ersten statischen Drehmomentmessung, der zweiten statischen Drehmomentmessung, der dritten statischen Drehmomentmessung und der vierten statischen Drehmomentmessung zu berechnen, und/oder ein Zentrum der Schwerkraft des Objektes als die Masseeigenschaft basierend auf dem ersten statischen Drehmoment, dem zweiten statischen Drehmoment, dem dritten statischen Drehmoment und dem vierten statischen Drehmoment zu berechnen.
Verfahren für das Bestimmen einer Masseeigenschaft eines Objektes, spezieller ausgedrückt, durch das Benutzen eines Systems nach einem der Ansprüche 1–9, welches die folgenden Schritte aufweist: Fixieren des Objektes auf einem Tisch bzw. einer Tafel, welche an einem ersten Ende einer vertikalen Welle bei einer ersten Drehposition zentriert ist, wobei das zweite Ende der vertikalen Welle auf einer geneigten Welle, welche sich ungefähr 54° von der Vertikalen erstreckt, befestigt ist; Sammeln einer ersten Drehmomentmessung an der geneigten Welle; Drehen der Tafel von der ersten Drehposition in eine zweite Drehposition, wobei die zweite Drehposition 120° von der ersten Drehposition weg ist; Sammeln einer zweiten Drehmomentmessung an der geneigten Welle; Drehen der Tafel von der zweiten Drehposition in eine dritte Drehposition, wobei die dritte Drehposition 120° von der ersten Drehposition und der zweiten Drehposition weg ist; Sammeln einer dritten Drehmomentmessung an der geneigten Welle; und Berechnen der Masseeigenschaft des Objektes basierend auf der ersten Drehmomentmessung, der zweiten Drehmomentmessung und der dritten Drehmomentmessung.