DE102016007474A1 - Verfahren und Prüfvorrichtung zur Ermittlung eines Gierträgheitsmoments eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Gierträgheitsmoments eines Fahrzeugs (1). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Fahrzeug (1) relativ zu einer Prüfvorrichtung (2) bewegt wird und mit einer Seitenwindkraft beaufschlagt wird, die aus einer mittels der Prüfvorrichtung (2) generierten Seitenwindstörung (s) resultiert, wobei – zu einem zeitlichen Beginn der Seitenwindkraftbeaufschlagung eine Gierbeschleunigung des Fahrzeugs (1) ermittelt wird und – anhand der ermittelten Gierbeschleunigung ein Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs (1) ermittelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Prüfvorrichtung (2) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Gierträgheitsmoments eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Prüfvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
• Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein Gierträgheitsmoment eines Fahrzeugs mittels eines sogenannten Pendelprüfstands ermittelbar ist. Hierbei wird das Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs anhand einer Drehschwingungsdauer des Fahrzeugs ermittelt.
• Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung eines Gierratenwertes, wie z. B. in der DE 10 2011 119 462 A1 beschrieben, bekannt. Hierbei wird ein Gierratensensor zur Erfassung des Gierratenwertes verwendet, um eine auf das Fahrzeug wirkende Seitenwindstörung zu erfassen und um auf diese zumindest beim Überschreiten einer Eingriffsschwelle mit der Durchführung eines der Seitenwindstörung entgegenwirkenden Seitenwindkompensationseingriffs zu reagieren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines Gierträgheitsmoments eines Fahrzeugs sowie eine Prüfvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
• Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Prüfvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung eines Gierträgheitsmoments eines Fahrzeugs wird das Fahrzeug relativ zu einer Prüfvorrichtung bewegt und mit einer Seitenwindkraft beaufschlagt, die aus einer mittels der Prüfvorrichtung generierten Seitenwindstörung resultiert, wobei zu einem zeitlichen Beginn der Seitenwindkraftbeaufschlagung eine Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt wird und anhand der ermittelten Gierbeschleunigung ein Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs ermittelt wird.
• Mittels des Verfahrens ist die Ermittlung des Gierträgheitsmoments eines Fahrzeugs mit einer hohen Genauigkeit und mit gegenüber bekannten Verfahren reduzierten Kosten und verringertem Zeitaufwand möglich. Dies ist insbesondere dadurch begründet, dass aufgrund der Beaufschlagung des Fahrzeugs mit einer Seitenwindkraft die Ermittlung des Gierträgheitsmoments des Fahrzeugs unabhängig von Fahrzeugabmessungen erfolgen kann, so dass ein nur geringer Rüstaufwand zum Aufbau einer Prüfvorrichtung, mittels welcher das Verfahren durchführbar ist, erforderlich ist. Zudem kann mittels des Verfahrens eine sehr schnelle Ergebnisgenerierung erfolgen. Streckenkosten des Fahrzeugs bei der Durchführung des Verfahrens sind ebenfalls gegenüber bekannten Verfahren reduzierbar.
• Das zu ermittelnde Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs ist hierbei ein Trägheitsmoment des Fahrzeugs um dessen Hochachse, d. h. der Widerstand des Fahrzeugs gegenüber einer Änderung einer Rotationsbewegung des Fahrzeugs um dessen Hochachse. Die Gierbeschleunigung ist die zeitliche Ableitung einer Giergeschwindigkeit, welche als eine Winkelgeschwindigkeit einer Rotation des Fahrzeugs um dessen Hochachse definiert ist. Das aus dieser Gierbeschleunigung ermittelte Gierträgheitsmoment kann beispielsweise in einem Seitenwindassistenten des Fahrzeugs verwendet werden, mittels welchem z. B. ein einer Seitenwindstörung im Betrieb des Fahrzeugs entgegenwirkender Seitenwindkompensationseingriff durchführbar ist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
• Dabei zeigt:
• 1 schematisch ein Fahrzeug und eine Prüfvorrichtung aus einer Vogelperspektive.
• Die einzige 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 aus einer Vogelperspektive sowie eine vereinfachte Darstellung einer Prüfvorrichtung 2 zur Durchführung eines Verfahrens, bei dem ein Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs 1 ermittelt wird. Das Fahrzeug 1 ist ein Kraftfahrzeug und beispielhaft als ein zweiachsiger, vierrädriger Personenkraftwagen gezeigt. Das Fahrzeug 1 wird durch ein Fahrzeug-Koordinatensystem mit einer Längsachse x, einer Querachse y und einer Hochachse z aufgespannt.
• Zur Ermittlung eines Gierträgheitsmoments des Fahrzeugs 1, welches ein Trägheitsmoment des Fahrzeugs 1 um dessen Hochachse z beschreibt, wird das Fahrzeug 1 relativ zur Prüfvorrichtung 2 in Richtung dessen Längsachse x bewegt. Diese Bewegung beschreibt ein Fahrmanöver, welches beispielsweise als ”Vorbeifahrt an einer Seitenwindanlage” definiert werden kann.
• Die Prüfvorrichtung 2 umfasst eine nicht näher dargestellte Seitenwindanlage, die beispielsweise mehrere Gebläse aufweist, mittels derer eine Seitenwindstörung s generierbar ist, die mit einer resultierenden Anstromgeschwindigkeit auf das Fahrzeug 11 in einem seitlichen Frontbereich des Fahrzeugs 1, insbesondere in einem bestimmten zwischen der Querachse y und der Längsachse x, auftrifft. Dabei wird ein Bereich B des Fahrzeugs 1 mit einer bestimmten, vorgebbaren Seitenwindkraft beaufschlagt, welcher in Bezug auf die Querachse y parallel zu einem Fahrzeugschwerpunkt SP und in Richtung der Längsachse x beabstandet zum Fahrzeugschwerpunkt SP ist.
• Zum zeitlichen Beginn der Kraftbeaufschlagung kann eine Gierbeschleunigung des Fahrzeugs 1 ermittelt werden, welche als eine zeitliche Ableitung einer Giergeschwindigkeit definiert ist, wobei die Giergeschwindigkeit eine Winkelgeschwindigkeit einer Rotation des Fahrzeugs 1 um dessen Hochachse z ist. Die Ermittlung der Gierbeschleunigung erfolgt beispielsweise mittels Sensoren, z. B. ESP-Sensoren (ESP = elektronisches Stabilitätsprogramm). Anhand der Gierbeschleunigung kann das Gierträgheitsmoments des Fahrzeugs 1 mit folgender Gleichung ermittelt werden:

  

  mit:

J_Z

= Gierträgheitsmoment,

M_Z

= äußeres Drehmoment des Fahrzeugs 1

φ ..

= Gierbeschleunigung.

• Das äußere Drehmoment des Fahrzeugs 1 kann anhand bekannter Größen wie folgt ermittelt werden:

  

  mit:

ρ

= Luftdichte,

A_yz

= Fahrzeugstirnfläche,

c_so

= aerodynamischer Seitenkraftbeiwert (linearisiert)

β

= Schiebewinkel = resultierender Windanströmwinkel,

v_res

= resultierende Anströmgeschwindigkeit der Seitenwindstörung s und

e_s

= Hebelarm der Seitenwindkraft in Bezug auf den Fahrzeugschwerpunkt SP.

• Der Hebelarm der Seitenwindkraft in Bezug auf den Fahrzeugschwerpunkt SP kann wie folgt ermittelt werden: e_s = e₀ + l_v – L / 2 (3), mit:

e₀

= Hebelarm der Seitenwindkraft in Bezug auf einen Fahrzeugmittelpunkt und

l_v

= Abstand Vorderachse zu Schwerpunkt in Längsrichtung und

L / 2

= Fahrzeugmittelpunkt.

• Der Hebelarm der Seitenwindkraft in Bezug auf einen Fahrzeugmittelpunkt ist mit folgender Gleichung ermittelbar:

  

  mit:

c_N(β)

= aerodynamischer Giermomentbeiwert,

c_S(β)

= aerodynamischer Seitenkraftbeiwert und

L

= Radstand.

• Die Parameter aus Gleichung (4) sind zweckmäßigerweise bekannt. Damit kann durch Einsetzen der Gleichung (4) in Gleichung (3) der Hebelarm der Seitenwindkraft in Bezug auf den Fahrzeugschwerpunkt SP ermittelt werden. Ist dieser Hebelarm bekannt, kann dieser in Gleichung (2) eingesetzt werden. Alternativ kann auch Gleichung (3) in Gleichung (2) eingesetzt werden. Die verbleibenden Parameter in Gleichung (2) sind ebenfalls bekannt, so dass sich nach Ermittlung des äußeren Drehmoments des Fahrzeugs 1 nach Gleichung (2) das Gierträgheitsmoment nach Gleichung (1) ermitteln lässt.
• Das derart ermittelte Gierträgheitsmoment kann anschließend in einem Seitenwindassistenten des Fahrzeugs 1 hinterlegt werden, mittels welchem z. B. ein einer Seitenwindstörung s im Betrieb des Fahrzeugs 1 entgegenwirkender Seitenwindkompensationseingriff durchführbar ist, wie es in der eingangs aufgeführten DE 10 2011 119 462 A1 beschrieben ist.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Prüfvorrichtung

B

Bereich

SP

Fahrzeugschwerpunkt

s

Seitenwindstörung

x

Längsachse

y

Querachse

z

Hochachse

• 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 102011119462 A1 [0003, 0021]

Claims (3)

1. Verfahren zur Ermittlung eines Gierträgheitsmoments eines Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) relativ zu einer Prüfvorrichtung (2) bewegt wird und mit einer Seitenwindkraft beaufschlagt wird, die aus einer mittels der Prüfvorrichtung (2) generierten Seitenwindstörung (s) resultiert, wobei – zu einem zeitlichen Beginn der Seitenwindkraftbeaufschlagung eine Gierbeschleunigung des Fahrzeugs (1) ermittelt wird und – anhand der ermittelten Gierbeschleunigung ein Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs (1) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gierträgheitsmoment als Produkt aus der ermittelten Gierbeschleunigung und einem Giermoment des Fahrzeugs (1) ermittelt wird.
3. Prüfvorrichtung (2) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Seitenwindanlage zur Generierung einer Seitenwindstörung (s) mit einer vorgebbaren resultierenden Anströmgeschwindigkeit.

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