DE102016103579A1 - Verfahren zum separierten Erfassen von Störgrößen - Google Patents

Abstract

Zum Erfassen von Störgrößen, die eine über eine verformbare Schnittstelle (2) an einem Fundament (3) abgestützte Hauptmasse (1) zu Schwingungen anregen und die eine fußpunktpunktseitige Weganregung durch Bewegungen des Fundaments (3) und eine direkte Kraftanregung (F _K) der Hauptmasse (1) umfassen, werden eine Schnelle (v) der Hauptmasse (1), eine zwischen der Hauptmasse (1) und einem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende Kraft (F) und eine Schnelle (v _F) an einem der Hauptmasse (1) abgekehrten Ende der Schnittstelle (2) dann gemessen, wenn mit einem parallel zu der Schnittstelle (2) wirkenden Aktuator (5) eine Zusatzkraft (F _S) derart aufgebracht wird, dass die gemessene Schnelle (v) der Hauptmasse (1) zu null wird, und/oder wenn mit dem parallel zu der Schnittstelle (2) angeordneten Aktuator (5) die Zusatzkraft (F _S) derart aufgebracht wird, dass die zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende gemessene Kraft (F) oder eine andere an anderer Stelle zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende Kraft (F) zu null wird

Description

• TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Störgrößen, die eine über eine verformbare Schnittstelle an einem Fundament abgestützte Hauptmasse zu Schwingungen anregen und die eine fußpunktpunktseitige Weganregung durch Bewegungen des Fundaments und eine direkte Kraftanregung der Hauptmasse umfassen.
• STAND DER TECHNIK
• Verschiedene technische Bauteile werden in ihrer Verwendung sowohl durch aerodynamische Lasten als auch durch strukturdynamische Lasten zu unerwünschten Schwingungen angeregt. Zu diesen Bauteilen zählen Außenspiegel von Kraftfahrzeugen. Die Spiegelgläser der Außenspiegel schwingen während der Fahrt der Kraftfahrzeuge aufgrund einer doppelten Anregung. Auf das jeweilige Spiegelglas wirken sich sowohl Schwingungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs als auch Umströmungen eines das Spiegelglas teilweise umgebenden Spiegelgehäuses aus, letztere insbesondere in Form von sich von dem Spiegelgehäuse ablösenden Wirbeln, die direkt mit dem Spiegelglas wechselwirken. Die Schwingungen der Karosserie wirken über den Sockel des Spiegels, der das Spiegelglas an der Karosserie abstützt. Sie stellen daher fußpunktseitige Weganregungen dar, während es sich bei den aerodynamischen Wechselwirkungen mit den Wirbeln um Kraftanregungen handelt. Es treten also mehrere Störgrößen auf, die unabhängig voneinander auf das Spiegelglas einwirken.
• Schwingungen eines Spiegelglases bewirken nicht nur eine Komfortreduktion, sondern auch eine Reduktion der Funktionalität bis hin zu einem erheblichen Sicherheitsrisiko. Sowohl Spiegellieferanten als auch Fahrzeughersteller versuchen daher, das Auftreten derartiger Schwingungen von Spiegelgläsern von Außenspiegeln von Kraftfahrzeugen soweit als möglich zu verhindern, und zwar sowohl durch kraftfahrzeugseitige als auch spiegelseitige Maßnahmen. Es erweist sich jedoch als sehr schwierig, die auftretenden und die Schwingungen verursachenden Störgrößen messtechnisch zu separieren. Dies ist aber Voraussetzung dafür, gezielte fahrzeugseitige und spiegelseitige Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Die Schwierigkeiten beim Separieren der Störgrößen beruhen auf an den bilateral, strukturdynamischen und aerodynamischen Wechselwirkungen zwischen den Systemkomponenten Außenspiegel einerseits und übriges Kraftfahrzeug andererseits.
• Ähnliche Problematiken treten bei Antennensystemen, Aufstellflächen, z. B. für Schiebedächer, und Windschutzflächen sowie aerodynamischen Verkleidungen von Kraftfahrzeugen auf. Auch auf anderen technischen Gebieten treten verschiedene Störgrößen auf, die nicht ohne weiteres messtechnisch zu separieren sind. Dies sind beispielsweise aerodynamische und aeroelastische Anregungen von schwingungsfähigen Systemen bei Windkanaluntersuchungen oder Fundamentschwingungen und direkte Kraftanregungen durch aerodynamische Lasten oder Kopplungen an externe schwingende Systeme.
• Grundsätzlich sollte es möglich sein, Störgrößen, die eine über eine verformbare Schnittstelle an einem Fundament abgestützte Hauptmasse zu Schwingungen anregen und die eine fußpunktseitige Weganregung durch Bewegung des Fundaments und eine direkte Kraftanregung der Hauptmasse umfassen, aus Messungen von Schnellen der Hauptmasse und des Fundaments zu ermitteln. Dazu müssen allerdings alle Systemparameter bekannt sein, und das System muss absolut linear sein. Auch dann lassen sich nur die Spektren der Störgrößen ermitteln, nicht jedoch ihre Zeitsignale.
• Aus der DE 100 63 535 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer veränderlichen Zustandsgröße eines elastischen Systems bekannt, in das ein elektrisch-mechanischer Wandler integriert ist. Bei diesem Verfahren wird der Wandler mit elektrischen Signalen beaufschlagt und wird die elektrische Impedanz des Wandlers gemessen. Aus der gemessenen elektrischen Impedanz und zuvor ermittelten Kenngrößen des Wandlers, des restlichen elastischen Systems und der elektrischen Ansteuerung des Wandler wird die Zustandsgröße ermittelt. Dabei wird von einem elektrischen Ersatzschaltbild des elastischen Systems Gebrauch gemacht, das sich nach der Kraft-Spannungsanalogie ergibt.
• Aus der DE 10 2011 000 656 A1 ist eine Vorrichtung zur schwingungsfreien Lagerung eines Außenspiegels an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs bekannt. Eine elastische Anordnung stützt den Außenspiegel in den Richtungen eines translatorischen Freiheitsgrads parallel zur Fahrzeuglängsachse und von rotatorischen Freiheitsgraden um die Fahrzeugquerachse und die Fahrzeughochachse weich und in den Richtungen der drei anderen translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade steif an der Karosserie ab. Dabei weisen Hauptbewegungsmoden des Objekts in den Richtungen der steifen Abstützungen um mindestens einen Faktor 10 höhere Eigenfrequenzen als Hauptbewegungsmoden des Objekts in den Richtungen der weichen Abstützungen auf. Die weiche Abstützung ist als solche ungedämpft, aber für die Hauptbewegungsmoden des Objekts in den Richtungen der weichen Abstützung ist eine Schwingungstilgungseinrichtung vorgesehen. Konkret weist die elastische Anordnung mindestens zwei in einer Blattebene spiralförmig ineinander gewundenen Blattfedern auf. Auf den Blattfedern sind ansteuerbare Funktionsmaterialien angeordnet, die beim Ansteuern Bewegungen und/oder Kräfte in den Richtungen der weichen Abstützung zwischen dem Objekt und der Struktur hervorrufen. Diese Funktionsmaterialien werden von der Tilgungseinrichtung im Sinne einer aktiven Dämpfung des Objekts in den Richtungen der Hauptmoden der weichen Abstützung angesteuert.
• Aus der DE 20 2012 105 031 U1 ist eine Vorrichtung zur Lagerung eines Objekts an einer Struktur mit mindestens zwei in Richtung einer Achse untereinander beabstandeten elastischen Elementen bekannt, die in Richtung der Achse weich und quer zu der Achse steif sind. Jedes elastische Elemente weist mindestens zwei Blattfederarme auf, die sich in einer Ebene erstrecken und spiralförmig ineinander gewunden sind. Dabei ist mindestens ein Blattfederarm mindestens eines elastischen Elements durch Ansteuerung eines daran angeordneten aktiven Materials deformierbar, um Bewegungen des Objekts gegenüber der Struktur aktiv zu dämpfen.
• AUFGABE DER ERFINDUNG
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem Störgrößen separierbar erfassbar sind, die eine über eine verformbare Schnittstelle an einem Fundament abgestützte Hauptmasse zur Schwingung anregen und die eine fußpunktseitige Weganregung durch Bewegungen des Fundaments und eine direkte Kraftanregung der Hauptmasse umfassen.
• LÖSUNG
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen von Störgrößen, die eine über eine verformbare Schnittstelle an einem Fundament abgestützte Hauptmasse zu Schwingungen anregen und die eine fußpunktseitige Weganregung durch Bewegungen des Fundaments und eine direkte Kraftanregung der Hauptmasse umfassen, werden eine Schnelle der Hauptmasse, eine zwischen der Hauptmasse und einem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende Kraft und eine Schnelle an einem der Hauptmasse abgekehrten Ende der Schnittstelle unter bestimmten Randbedingungen gemessen. Diese Randbedingungen werden mit einem parallel zu der Schnittstelle wirkenden Aktuator eingestellt, indem mit diesem Aktuator eine Zusatzkraft aufgebracht wird. Unter den derart eingestellten Randbedingungen sind die interessierenden Störgrößen aus den gemessenen Größen einzeln ermittelbar, und zwar nicht nur bezüglich ihrer Frequenz sondern auch als Zeitsignale. Konkret kann die durch das Aufbringen der Zusatzkraft mit dem parallel zu der Schnittstelle wirkenden Aktuator eingestellte Randbedingung sein, dass die gemessene Schnelle der Hauptmasse zu null wird. Alternativ oder zusätzlich kann die durch das Aufbringen der Zusatzkraft mit dem parallel zu der Schnittstelle angeordneten Aktuator eingestellte Randbedingung sein, dass die zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende gemessene Kraft oder eine andere an anderer Stelle zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende Kraft zu null wird. Das gerade diese Randbedingungen die separierte Erfassung der Störgrößen ermöglichen, und wie die Störgrößen unter diesen Randbedingungen ebenso wie weitere Systemparameter berechnet werden können, wird in der folgenden Figurenbeschreibung dargelegt werden.
• Zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung sind einerseits Messsensoren für die zu messenden Größen vorzusehen und andererseits ist der Aktuator parallel zu der Schnittstelle anzuordnen, wobei es auf eine Wirkung des Aktuator parallel zu der Schnittstelle ankommt. Der Aktuator kann beispielsweise auf Deformation von Teilen der Schnittstelle angesteuert werden und muss nicht parallel zu der Gesamtheit der Teile der Schnittstelle zwischen deren Enden angeordnet werden. Zudem ist der Aktuator in geeigneter Weise zur Einstellung der jeweiligen Randbedingungen anzusteuern.
• Der Messsensor zum Messen der zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkenden Kraft kann konkret zwischen der Hauptmasse und einem die Hauptmasse an die Schnittstelle anschließenden Adapter gemessen werden, der eine Adaptermasse aufweist. Diese Adaptermasse ist bei der Auswertung der gemessenen Größen zu berücksichtigen, sie erlaubt dann eine Vernachlässigung einer Schnittstellenmasse der Schnittstelle.
• Die andere an anderer Stelle zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende Kraft, die mit der von dem parallel zu der Schnittstelle angeordneten Aktuator aufgebrachten Zusatzkraft unter einer der genannten Randbedingungen zu null gemacht wird, kann die Kraft zwischen der Adaptermasse und der als masselos betrachteten Schnittstelle sein.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zusätzlich zu der Schnelle der Hauptmasse, der zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse abgekehrten Ende der Schnittstelle wirkenden Kraft und der Schnelle an dem der Hauptmasse abgekehrten Ende der Schnittstelle die mit dem Aktuator aufgebrachte Zusatzkraft erfasst und beim Bestimmen der einzelnen Störgrößen als Zeitsignale berücksichtigt werden.
• Im einfachsten Fall werden die Störgrößen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Annahme einer direkten Abstützung der Hauptmasse an dem der Hauptmasse abgekehrten Ende der als masselos betrachteten Schnittstelle aus den gemessenen Größen bestimmt. Wenn dann beim Messen der Größen die Randbedingung eingestellt wird, dass die gemessene Schnelle der Hauptmasse null ist, ist die zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende gemessene Kraft gleich der Kraftanregung der Hauptmasse.
• Wenn zudem angenommen wird, dass das der Hauptmasse abgekehrte Ende der als masselos betrachteten Schnittstelle direkt an dem Fundament abgestützt ist, ist die gemessene Schnelle an dem der Hauptmasse abgekehrten Ende der Schnittstelle gleich der gesuchten fußpunktseitigen Weganregung. Unter der hier betrachteten Randbedingung und den hier betrachteten Annahmen werden die Störgrößen also unmittelbar getrennt gemessen und müssen nicht erst im Rahmen ihrer Bestimmung aus den gemessenen Größen separiert werden.
• Alternativ können die Störgrößen unter Annahme einer Untergrundmasse an dem der Hauptmasse abgekehrten Ende der Schnittstelle des Untergrunds und einer gedämpft-elastischen Abstützung der Untergrundmasse an dem Fundament bestimmt werden. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bevorzugt sein, um relevante Eigenschaften eines gegebenen Gesamtsystems mit den getroffenen Annahmen besser zu berücksichtigen, beispielsweise eine Abstützung der Hauptmasse sowohl über die Schnittstelle als auch eine damit in Reihe geschaltete schwingungsfähige Struktur, die eine durch die Untergrundmasse berücksichtigte Strukturmasse aufweist, an dem Fundament.
• Bei letzterer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Störgrößen zudem unter Annahme einer zusätzlichen direkten Kraftanregung der Untergrundmasse bestimmt werden, wobei auch diese Kraftanregung als Zeitsignal erfassbar ist.
• Um die Randbedingung einzustellen, dass die gemessene Schnelle der Hauptmasse null ist, kann der Aktuator über einen Regler angesteuert werden, dessen Eingangswerte die zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende gemessene Kraft und die gemessene Schnelle an dem der Hauptmasse abgekehrten Ende der Schnittstelle sind. Als weiterer optionaler Eingangswert, insbesondere als zu minimierendes Fehlersignal, kann die gemessene Schnelle der Hauptmasse dem Regler zugeführt werden. Eine solche Berücksichtigung eines zu minimierenden Fehlersignals ist aber bei geeigneter Einstellung des Reglers nicht erforderlich.
• Um die Randbedingung einzustellen, dass die zwischen der Hauptmasse und dem Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende gemessene Kraft oder die andere an anderer Stelle zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende Kraft null ist, kann der Aktuator über einen Regler angesteuert werden, dessen Eingangswerte die gemessene Schnelle der Hauptmasse und die gemessene Schnelle an dem der Hauptmasse abgekehrten Ende der Schnittstelle sind. Hier kann optional die zwischen der Hauptmasse und dem der Hauptmasse zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende gemessene Kraft zusätzlich als zu minimierendes Fehlersignal dem Regler zugeführt werden.
• Sämtliche hier angesprochenen Schnellen sind Schnellen in einem Frequenzbereich oberhalb einer Grenzfrequenz. Das heißt, konstante Geschwindigkeiten oder Schnellen mit nur sehr kleiner Frequenz sind nicht gemeint. So kann jede gemessene Schnelle ausschließlich in einem Frequenzbereich oberhalb einer solchen Grenzfrequenz gemessen werden. Diese Grenzfrequenz kann in einem Bereich von 1–5 Hz oder von 2–3 Hz liegen.
• Zum Messen jeder Schnelle kann konkret eine Änderung eines Orts an einem Inertialsystem mit der Zeit gemessen werden. Weiterhin kann eine Geschwindigkeit in einem solchen Inertialsystem gemessen werden, oder es wird eine absolute Beschleunigung, d. h. eine Beschleunigung gegenüber einem Inertialsystem gemessen und integriert.
• Soweit die Schnittstelle nicht ihrerseits begrenzte Freiheitsgrade hat, können die beiden Enden der Schnittstelle in Richtung von mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad, optional allen drei Rotationsfreiheitsgraden, und von zwei Translationsfreiheitsgraden steif aneinander geführt werden. Hierdurch werden die auftretenden Kräfte und Schnellen auf einzelne oder auch nur eine Richtung eingeschränkt und damit besonders einfach messbar und auswertbar.
• Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar, um Störgrößen separiert zu erfassen, die eine direkte aerodynamische Kraftanregung umfassen. Ganz besonders ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, die Störgrößen zu separieren, die ein Spiegelglas eines Außenspiegels eines Kraftfahrzeugs zu Schwingungen anregen, wobei die Schnittstelle ein Sockel des Außenspiegels ist, der das Spiegelglas an einem Träger einer Karosserie des Kraftfahrzeugs abstützt.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
• Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Aktuator die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Aktuator, zwei Aktuatoren oder mehr Aktuatoren vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.
• Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
• KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
• 1 zeigt ein vereinfachtes mechanisches Modell einer über eine verformbare Schnittstelle an einem Fundament abgestützten Hauptmasse mit aktiver Schwingungsreduktion bei fußpunktpunktseitiger Weganregung und direkter aerodynamischer Kraftanregung.
• 2 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild der aktiven Schwingungsreduktion und der beidseitiger Störanregungen bei dem mechanischen Modell gemäß 1.
• 3 zeigt ein gegenüber 1 um eine Adaptermasse und eine Untergrundmasse erweitertes mechanisches Modell.
• 4 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild der aktiven Schwingungsreduktion und der beidseitiger Störanregungen bei dem mechanischen Modell gemäß 3.
• 5 zeigt das erweiterte mechanische Modell gemäß 3 mit zusätzlicher aerodynamischer Kraftanregung der Untergrundmasse.
• 6 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild der aktiven Schwingungsreduktion und der beidseitiger Störanregungen bei dem mechanischen Modell gemäß 5.
• 7 ist eine Prinzipskizze einer Regelung zur Einstellung eines Betriebszustands mit einer Schnelle null der Hauptmasse und anschließender Störgrößen-Separation bei dem mechanischen Modell gemäß 1 oder 3.
• 8 ist eine Prinzipskizze einer adaptiven Regelung zur Einstellung eines Betriebszustands mit einer Schnelle null der Hauptmasse und anschließender Störgrößen-Separation bei dem mechanischen Modell gemäß 1 oder 3.
• 9 ist eine Prinzipskizze einer Regelung zur Einstellung eines Betriebszustands mit einer Schnelle null der Hauptmasse und anschließender Störgrößen-Separation bei dem mechanischen Modell gemäß 5.
• 10 zeigt bei einem realen mechanischen Aufbau gemäß 3 an einem Kraftsensor gemessene Spektren; und
• 11 ist eine Prinzipskizze einer adaptiven Regelung zur Einstellung eines Betriebszustands mit einer Schnelle null der Hauptmasse und anschließender Störgrößen-Separation bei dem mechanischen Modell gemäß 5.
• FIGURENBESCHREIBUNG
• 1 zeigt ein vereinfachtes mechanisches Modell mit einer Hauptmasse 1, die über eine Schnittstelle 2 an einem Fundament 3 abgestützt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Schwingungen der durch eine fußpunktseitige Weganregung x _F, v _F und eine direkte Kraftanregung F _K angeregten Hauptmasse 1, bei einem Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs ist dies das Spiegelglas, aktiv (möglichst vollständig) reduziert. Dadurch werden die Störgrößen x _F, v _F und F _K direkt messbar. Die von einem Kraftsensor 4, der zwischen der Hauptmasse 1 und dem der Hauptmasse 1 zugekehrten Ende der Schnittstelle 2 angeordnet ist, gemessene Kraft F ist im idealen Fall einer vollständigen Schwingungsreduktion exakt die – im Falle des Außenspiegels aerodynamische – Kraftanregung F _K. Bewegungssensoren am fußpunktseitigen Ende der Schnittstelle 2 messen in diesem Fall direkt die fußpunktseitige Weganregung x _F, v _F ohne Einflüsse durch die Kraftanregung F _K. Sowohl die Kraftanregung F _K als auch die fußpunktseitige Weganregung x _F, v _F liegen somit separiert vor und können im Zeit- und/oder im Frequenzbereich direkt aufgezeichnet werden. Ein weiterer Kraftsensor 6 zwischen dem fußpunktseitigen Ende der Schnittstelle 2 und dem Fundament 3 misst die hier wirkende Kraft F _F.
• Die aktive Schwingungsreduktion wird mit einer Zusatzkraft F _S eines Aktuators 5 erreicht, der zwischen den Enden der Schnittstelle 2 wirksam ist. Die Schnittstelle 2 mit dem Aktuator 5 kann dabei so ausgeführt sein, wie in der DE 10 2011 000 656 B4 oder der DE 20 2012 105 031 U1 beschrieben ist.
• Eine vollständige Schwingungsreduktion bedeutet, dass an der Hauptmasse trotz gleichzeitiger Wirkung der externen Kraftanregung F _K der Hauptmasse und der fußpunktseitigen Weganregung x _F, v _F alle Bewegungen verschwinden, d. h. die Schnelle und die Auslenkung der Hauptmasse 1 null sind: v = x = 0 (1)
• Als Schnittstelle 2 ist in 1 zur Vereinfachung ein einfaches Einfreiheitsgradsystem dargestellt, wobei mit dem parallel wirkenden Aktuator 5 die Zusatzkraft F _S auf die Hauptmasse 1 ausgeübt werden kann. Das sich mit x _F, v _F bewegende Fundament entspricht bei einem Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs dem Spiegelsockel einschließlich der Fahrzeugkarosserie.
• Die elektrische Ersatzschaltung gemäß 2 lässt sich gemäß der Kraft-Spannungsanalogie herleiten. Sie sieht für die fußpunktseitige Weganregung v _F eine ideale Stromquelle 7 mit einem unendlich hohen Innenwiderstand R_i vor. Für die Kraftanregung ist eine ideale Spannungsquelle 8 mit verschwindendem Innenwiderstand R_i vorgesehen. Der die Schwingungen reduzierende Aktuator wird ebenfalls durch eine Spannungsquelle 9 repräsentiert.
• In den nachfolgenden Formeln bedeuten Unterstreichungen von Größen ihre Komplexwertigkeit. Derartige Größen sind dispersiv (frequenzabhängig). Eine Ausnahme hiervon ist lediglich die komplexe Frequenz s = jω. Des Weiteren wird für Parallelschaltungen von Impedanzen, wie etwa Z ₁ und Z ₂ bzw. Z ₁, Z ₂ und Z ₃, die folgende Nomenklatur verwendet:

  
• Aus der elektrischen Ersatzschaltung gemäß 2 ergeben sich nun die folgenden Impedanzen, nämlich diejenige
• • der passiven Komponenten der Schnittstelle 2 und der Hauptmasse 1: Z _k = K / s, Z _d = d, Z _m = s·m (4) dazu gebe es die beiden Substitutionen: Z _kd := Z _k + Z _d und Z _kdm := Z _k + Z _d + Z _m (5)
• • der Kraftanregung (elektrisch: Spannungsquelle 8 mit verschwindendem Innenwiderstand R_i), die auch zugleich die kraftanregungsseitige Eingangsimpedanz des Systems ist:
  
• • der fußpunktseitigen rückwirkungsfreien Weganregung (elektrisch: Stromquelle 7 mit unendlichem Innenwiderstand R_i), die auch zugleich die fußpunktseitige Eingangsimpedanz ist:
  
• • die Impedanz der aktiven Komponente des Aktuators 5, die nur durch eine von null verschiedene F _s der Spannungsquelle 9 von null verschieden ist (die passiven Eigenschaften des Aktuators 5 seien bereits in Z _kd enthalten):
  
• • und die Impedanz des Ankoppelpunktes, an dem der Kraftsensor 4 angeordnet ist:
  
• Für die in der Ersatzschaltung gemäß 2 auftretenden Größen ergeben sich die Abhängigkeiten von allen primären und sekundären Anregungen gemäß den Gleichungen in der folgenden Tabelle 1:
• Tabelle 1: Übersicht über die physikalischen Größen und deren Abhängigkeiten.

  
• Für eine Reihe von Anwendungsbeispielen weist das Fundament jedoch eine Elastizität auf und ist ebenfalls schwingungsfähig. Bei dem Anwendungsbeispiel des Außenspiegels eines Kraftfahrzeugs betrifft dies den Spiegelsockel und die Fahrzeugkarosserie, die in mehreren Freiheitsgraden zu Schwingungen anregbar ist. In einem erweiterten Modell gemäß 3 wird daher eine Untergrundmasse 10 mit einer physikalischen Masse m_u sowie einer Dämpfung d_u und einer Steifigkeit k_u gegenüber dem Fundament 3 exemplarisch für einen Freiheitsgrad vorgesehen. Die rückwirkungsfreie Weg- bzw. Schnelleanregung ist nun durch die Schnelle v _u des Fundaments 3 gegeben.
• Um zwischen der Hauptmasse 1 und der Schnittstelle 2 den Kraftsensor 4 zu integrieren, sind in der Realität mechanische Adapterstücke erforderlich. In dem erweiterten Modell gemäß 3 werden sie als Adaptermasse 11 mit einer physikalischen Masse m_a geführt. Im Fall einer dortigen Impedanzmessung F _a/v wird die mitschwingende Masse des Kraftsensors 4, der die Kraft F _a misst, der Schnittstelle 2 zugeordnet, wenn die Eingangsimpedanz des Systems aus Sicht der Kraftanregung gemessen wird. Andererseits wird die Adaptermasse 11 zusammen mit der dann mitschwingenden Masse des Kraftsensors 4 und der Hauptmasse 1 geführt, wenn die Impedanzmessung F _a/v aus Sicht der Weganregung erfolgt.
• In dem erweiterten mechanischen Modell gemäß 3 und dem zugehörigen elektrischen Ersatzschaltbild gemäß 4 sind
• • die Impedanz der Untergrundmasse 10 aus Sicht des Systems:
  
• • die Impedanz der Adapterstücke, d. h. der Adaptermasse 11: Z _ma = s·m_a, (11)
• • und die Impedanz der Gesamtmasse mit der Adaptermasse 11 und der Hauptmasse 1: Z _m,ges := Z _ma + Z_m = s·(m_a + m), (12)
• • und die Impedanz des Systems mit der Schnittstelle 2 und der Hauptmasse 1: Z _kdmm := Z _kd + Z _m,ges, (13)
• • die mechanische Impedanz am fußpunktseitigen Ankoppelpunkt am Primärsystem:
  
• • die Impedanz am eigentlichen Ankoppelpunkt, der aber messtechnisch häufig nicht erfassbar ist:
  
• • die mechanische Impedanz zwischen Untergrundmasse 10 und Schnittstelle 2:
  
• • die fußpunktseitige Eingangsimpedanz der Untergrundmasse 10:
  
• • und die kraftanregungsseitige Eingangsimpedanz:
  
• In Tabelle 2 sind die relevanten Größen für das erweiterte Modell aufgeführt.
• Tabelle 2: Übersicht über die physikalischen Größen im erweiterten Modell und deren Abhängigkeiten

  
• Auf ein Fahrzeug wirken aerodynamische Kräfte. Die Kräfte, die direkt auf das Spiegelglas wirken, werden bislang mit F _K angenommen. Die Karosserie wird jedoch ebenfalls durch aerodynamische Kräfte zu Schwingungen angeregt. Interessanterweise sorgen auch oder sogar insbesondere die beiden Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs für Karosserieanregungen. In einer weiteren Modellerweiterung gemäß 5 werden diese Kräfte zusammengefasst mit F _KU bezeichnet. Es ergibt sich die Ersatzschaltung gemäß 6.
• Die mathematischen Zusammenhänge entsprechen dem erweiterten Modell ergänzt um die zweite fußpunktseitige Kraftanregung.
• In Tabelle 3 sind die relevanten Größen für das derart nochmals erweiterte Modell aufgeführt.
• Tabelle 3: Übersicht über die physikalischen Größen im nochmals erweiterten Modell und deren Abhängigkeiten

  
• Um eine separate Messung der externen Störgrößen zu ermöglichen, sind mit Hilfe des Aktuators 5 spezielle Randbedingungen beim Messen der messbaren Größen einzustellen. Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, wie diese Zielsetzung erreicht werden kann.
• In solchen Anwendungsfällen, die dem vereinfachten Modell gemäß 1 entsprechen, sind die separiert zu messenden Störgrößen:
  die direkte Kraftanregung der Hauptmasse 1 durch die Kraft F _K
  und die fußpunktseitige Weganregung v _F.
• Für den Fall, dass die Systemimpedanzen Z _kd und Z _m bekannt und zeitinvariant sind und dass sich das System auch bei größeren Schwingungsamplituden linear verhält, ist die Ermittlung wie folgt möglich: Man misst die Kraft F und die Schnelle v, bildet die Laplace-Transformierten und ermittelt gemäß der nachfolgenden beiden Gleichungen die Spektren der Störgrößen

  

  und F _K = F – Z _m·v. (20)
• Häufig kann die fußpunktseitige Anregung v _F·am Fundament 3 sensorisch direkt erfasst werden. Dann lässt sich das Spektrum der zweiten Störgröße F _K über die Gleichung F _K = Z _kd·v _F – Z _kdm v (21) erfassen. Zur Erfassung der Zeitsignale der Störgrößen können normalerweise Faltungs- und inverse Laplace-Transformationsberechnungen zielführend sein, bei denen die Übertragungsfunktionen 1/Z _kd, Z _m, Z _kd und Z _kdm entsprechend repräsentiert werden, also:

  

  F _K(t) = F(t) – L^–1{Z _m}·v(t). (23) und F _K(t) = L^–1{Z _kd}v _F(t) – L^–1{Z _kdm}·v(t) (24)
• Doch ist die Darstellung der inversen Laplace-Transformierten nicht praktikabel, denn es gilt:

  
• Zum Zeitpunkt t = 0 nimmt sie unendlich große Werte an (δ(t) ist die Dirac-Impuls-Funktion); und zudem gilt: L^–1{Z _m} = L^–1{ms} = mδ'(t) (26)
• Diese Funktion ist null bis auf den Zeitpunkt t = 0, zu dem sie wieder unendliche Werte hat. Ähnliche Probleme treten bei den anderen beiden Notwendigkeiten auf: L^–1{Z _kd} = L^–1{ 1 / sk + d} = k + dδ(t) (27) L^–1{Z _kdm} = L^–1{ms + 1 / sk + d} = k + dδ(t) + mδ'(t) (28)
• Erfindungsgemäß wird daher das System mit Hilfe des Aktuators 5 in einen oder mehrerer bestimmte Betriebszustände zu überführen, um die Störgrößen unter vereinfachten Randbedingungen aus den gemessenen Größen ermitteln zu können.
• Wird das System mit dem Aktuator 5 in den Betriebszustand v = 0 überführt, kann die Störgröße F _K direkt als die mit dem am Kraftsensor 4 gemessene Kraft F abgelesen werden, denn es gilt dann:

  
• Das Signal v _F wird ebenfalls direkt gemessen.
• Je nach Ausführung des realen Systems messen die Sensoren die Kraft F, die Schnellen v und v _F und ggf. v _l. Zusätzlich steht auch das zur Ansteuerung des Aktuators verwendete Signal und damit die resultierende Zusatzkraft F _s des Aktuators 5 zur Verfügung.
• Der Aktuator 5 kann durch in den Außenspiegel eingebaute Stellglieder realisiert sein, z. B. durch Piezoaktuatoren gemäß der DE 10 2011 000 656 B4 , mit denen die Zusatzkraft F _S derart auf das Spiegelglas aufgebracht werden kann, dass die gewünschten Betriebszustände erreicht werden.
• Ein Regler zum Ansteuern des Aktuators 5, um die gewünschten Betriebszustände zu erreichen, kann unterschiedlich ausgeführt sein. Eine in 7 illustrierte Ausführungsform des Reglers 12 zur Ansteuerung des Aktuators des Systems 13 ist eine Kombination eines Feedback- und eines Feedforward-Reglers. Die Feedback-Komponente hat das Signal F als Eingang und bewertet dieses Signal wie ein P-Regler. Die Feedforward-Komponente hat das Signal v _F als Eingangssignal und gewichtet es wie ein PI-Regler. Beide Anteile werden dann zu der Zusatzkraft F _s des Aktuators 5 addiert. In Simulationen wurde mit einem derartigen Regler eine perfekte Übereinstimmung der Signale F und F _K errechnet. Sobald der Regler den Betriebszustand v = 0 eingestellt hat, entspricht F der Kraft F _K.
• Eine andere Ausführungsform ist der adaptive Regler 14 gemäß 8. Die P- und PI-Komponente des adaptiven Regler1 14 werden mit Hilfe eines Adaptionsalgorithmus adaptiv eingestellt. Die Schnelle v dient hierbei als das durch die Adaptierung zu nominierende Fehlersignal. Die Adaptionsalgorithmen sind abhängig von einem Filtertyp einer Signalfilterung vorzusehen.
• In solchen Anwendungsfällen, die dem erweiterten Modell gemäß 3 entsprechen, sind die separiert zu messenden Störgrößen:
  die direkte Kraftanregung der Hauptmasse 1 durch die Kraft F _K
  und die fußpunktseitige Weganregung v _U.
• Beide Störgrößen sind nicht direkt zugänglich. Messbar sind aber die Größen v _F, v, F _a und ggf. v _i.
• Im passiven Fall ohne Ansteuerung des Aktuators 5 (F _s = 0) können mit Hilfe von zwei Schnellesensoren für v _F und v zwei Störgrößen (F _K und v _U) ermittelt werden, da aus den beiden Gleichungen

  

  die Spektren der Störgrößen

  

  und F _K = Z _kd·v _F – (Z _kd + Z _m,ges)·v. (33) folgen. Dazu müssen allerdings
• • alle Systemparameter bekannt
• • und zeitinvariant
• • und das System absolut linear sein.
• Zudem liegen auch dann nur die Spektren der Störgrößen vor, nicht jedoch die Zeitsignale, es sei denn, dass beide Signale noch entsprechend digital gefiltert werden. Es ist bislang kein Verfahren bekannt, das in der praktischen Anwendung eine Separation von Störgrößen vornimmt und das nicht die Kenntnis der Parameter, insbesondere die des Untergrunds Z _kdu, voraussetzt.
• Auch in solchen Anwendungsfällen, die dem erweiterten Modell gemäß 3 entsprechen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren das Messen der messbaren Größen in speziellen Betriebszuständen des Systems vor, die mit Hilfe einer Zusatzkraft F _S des Aktuators eingestellt werden.
• Einer der speziellen Betriebszustände ist wieder durch eine gegen null minimierte Schnelle v der Hauptmasse 1, d. h. bei einem Außenspiegel des Spiegelglases, definiert.
• Mit Sensoren werden die Kraft F _a (oder auch F, falls möglich), die Schnellen v und v _F und ggf. v _l gemessen. Zusätzlich steht die Zusatzkraft F _s von der Ansteuerung des Aktuators zur Verfügung.
• Der Aktuator 5 kann auch hier durch in den Außenspiegel eingebaute Stellglieder realisiert sein, z. B. durch Piezoaktuatoren gemäß der DE 10 2011 000 656 B4 , mit denen die Zusatzkraft F _s derart auf das Spiegelglas aufgebracht werden kann, dass die gewünschten Betriebszustände erreicht werden.
• Die zur Detektion der Störgrößen geeigneten Betriebszuständen sind:
  die Schwingungsberuhigung des Spiegelglases mit dem Ziel: v = 0
  eine Kraftreduktion an dem Spiegelglas mit dem Ziel: F _a = 0 und
  eine Kraftreduktion an dem Spiegelglas inkl. Adaptermasse mit dem Ziel: F = 0.
• Ein hierfür geeigneter Regler 15 gemäß 9 umfasst zwei Feedback-Schleifen, die diejenigen Ansteuersignale an den Aktuator in dem System 13 geben, welche für die Einstellung des jeweiligen Betriebszustands erforderlich sind. In 9 ist das Ziel v = 0 angegeben.
• Eine in 9 wiedergegebene Auswerteeinheit 16 ist ebenfalls abhängig von dem jeweiligen Betriebszustand ausgeführt.
• Um den Betriebszustand mit der Schnelle null des Spiegelglases („v = 0”) einzustellen, kann der Regler 15, der die Zusatzkraftz F _s vorgibt, eine Differenz zwischen dem Signals F _a und dem PI-Regler-gewichteten Signal v _F bilden. Sobald die Schnelle verschwindet (v = 0), misst der Kraftsensor für F _a separiert die Störgröße F _K:

  
• Das Spektrum der anderen Störgröße v _U kann dann aus der gleichzeitigen Messung der Schnelle v _F ermittelt werden:

  
• Die in dieser Gleichung auftretenden Impedanzgrößen Z _kdmu und Z _kdu können zuvor durch übliche mechanische Impedanzmessungen ermittelt werden und stehen somit zur Verfügung.
• Grundsätzlich kann die Störgröße v _U auch durch gleichzeitige Messung der Schnelle v _I des Aktuators 5 und der Kraft F _a ermittelt werden. Dann gilt für das Spektrum der Störgröße v _U:

  
• Die Kombination der beiden Störgrößen liefert die sog. Störimpedanz

  
• Sobald eine Störgröße separiert wurde, lässt sich die jeweils andere auch durch Ermittlung der Impedanz Z _St ermitteln. Dies geschieht durch Messung der Impedanz Z _s:

  
• Es ist dann entweder
• 
• In Simulationen und mit einem experimentellen Aufbau wurde das erfindungsgemäße Verfahren überprüft. Die Simulationen unter Matlab/Simulink zeigten perfekte Übereinstimmungen mit den obigen Sachverhalten. Messungen an dem experimentellen Aufbau, bei dem die Schnittstelle 2 Blattfedern zur Realisation der Steifigkeit k und darauf angeordnete Piezoaktuatoren zur Realisation der Dämpfung d gemäß 3 umfasste, bei dem der Aktuator 5 ein Tauchspulenaktuator war und bei dem die direkte Kraftanregung der Hauptmasse 1 in Form eines Spiegelglases durch einen weiteren Tauchspulenaktuator simuliert wurde, bestätigten die obigen Sachverhalte ebenfalls.
• 10 zeigt in dem experimentellen Aufbau mit dem Kraftsensor 4 gemessene Spektren der Kraft F _a. Die Kurve 17 zeigt das Spektrum der Kraft F _a bei aktiver Schwingungsreduktion im Falle gleichzeitiger direkter Kraft- und fußpunktseitiger Weganregung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt der Kraft F _K entspricht. Die Kurve 18 zeigt das tatsächliche Spektrum der Kraft F _K. Die Kurven 17 und 18 in 10 sollten daher übereinstimmen, was sie auch fast tun.
• Zum Vergleich zeigt die Kurve 19 das Spektrum der Kraft F _a ohne Schwingungsreduktion bei gleichzeitiger Kraft- und Fußpunktanregung und die Kurve 20 das Spektrum der Kraft F _a ohne Schwingungsreduktion bei ausschließlicher Kraftanregung.
• Der Regler für den Aktuator 5 kann wie in 11 illustriert auch ein adaptiver Regler 21 mit einer adaptiven, zeitvarianten Feedback-Schaltung auf Basis adaptiver digitaler Echtzeitfilter sein, so z. B. mit FIR-, IIR- oder MX-Filtern in Kombination mit LMS- oder RLS-Adaptionsalgorithmus-Varianten. Das Ausgangsignal des adaptiven Reglers 21 ist das Signal, aus dem der Aktuator 5 die Zusatzkraft F _s erzeugt, mit der der gewünschte Betriebszustand eingestellt wird, hier v = 0.
• Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Betriebszustand F _a = 0 eingestellt. Ein einfacher Regler, der das optimale Aktuator-Ansteuersignal generiert, aus dem der Aktuator 5 die Zusatzkraft F _s erzeugt, gewichtet das Schnellesignal v mit einem PID-Regler und das Schnellesignale v _F mit einem PI-Regler, wobei die PI-Anteile von den beiden Regler-Komponenten identisch sind. Der D-Anteil wird direkt aus der Impedanzmessung Z gewonnen, denn diese nimmt in diesem Betriebszustand den Wert Z _ma an. Der dort ermittelte Massewert m_a entspricht dem D-Anteil.
• Grundsätzlich ist auch hier die Verwendung eines adaptiven, digitalen Reglers sinnvoll. Dabei ist die Schnelle v _F das Eingangssignal des Filters und die Kraft F _a das zu null werdende Fehlersignal. Ein adaptiver LMS- oder RLS-Algorithmus generiert dann das erforderliche Spektrum des Ausgangssignals

  
• Falls durch die Feedback-Schaltung Instabilitäten zu erwarten sind, kann auch auf eine in der Literatur bekannten Internal-Model-Control(IMC)-Schaltung zurückgegriffen werden.
• Sobald die mit dem Kraftsensor 4 gemessenen Kraft F _a verschwindet (F _a = 0), lässt sich die Störgröße F _K durch Messung der Schnelle v der Hauptmasse 1 ermitteln, wobei die Impedanz Z _m als mittlerweile bekannt vorausgesetzt werden kann (s. o.):

  
• Das Spektrum der anderen Störgröße v _U wird aus der gleichzeitigen Messung der Schnelle v _F ermittelt:

  
• Die in dieser Gleichung auftretenden Impedanzgrößen Z _kdmu und Z _kdu können zuvor durch übliche mechanische Impedanzmessungen ermittelt werden und stehen somitzur Verfügung. Grundsätzlich kann die Störgröße v _U auch durch gleichzeitige Messung der Schnelle v _I des Aktuators 5 ermittelt werden. Das Spektrum der Störgröße v _U ist dann dementsprechend.
• Die Kombination der beiden Störgrößen liefert die sog. Störimpedanz

  
• Sobald eine Störgröße separiert wurde, lässt sich die jeweils andere wiederum durch Ermittlung der Impedanz Z _st ermitteln. Dies geschieht durch Messung der Impedanz Z _s:

  
• Es ist dann entweder
• 
• In solchen Anwendungsfällen, die dem nochmals erweiterten Modell gemäß 5 entsprechen, sind die separiert zu messenden Störgrößen:
  die direkte Kraftanregung der Hauptmasse 1 durch die Kraft F _K
  die fußpunktseitige Weganregung v _U
  und die fußpunktseitige Kraftanregung F _KU.
• sDie erfindungsgemäße Vorgehensweise in diesen Anwendungsfällen entspricht zunächst denjenigen, die oben für das erweiterte Modell beschrieben wurden: Im Betriebszustand v = 0 sorgt der oben beschriebene Regler 15 oder 21 dafür, dass mit dem die Kraft F _a messenden Kraftsensor 4 die Störgröße F _K direkt gemessen werden kann, denn es gilt:

  
• Anstelle der Störgröße v _U tritt fußpunktseitig die Störgrößenkombination v _u → (Z _kdu·v _u + F _KU) (49) auf. Aus den beiden verfügbaren Signalen v _F und F _s

  

  ergibt sich die Separation der beiden fußpunktseitigen Anregungen:

  

  
• Bezugszeichenliste

1

Hauptmasse

2

Schnittstelle

3

Fundament

4

Kraftsensor

5

Aktuator

6

Kraftsensor

7

Spannungsquelle

8

Spannungsquelle

9

Spannungsquelle

10

Untergrundmasse

11

Adaptermasse

12

Regler

13

System

14

adaptiver Regler

15

Regler

16

Auswerteeinheit

17

Kurve

18

Kurve

19

Kurve

20

Kurve

21

adaptiver Regler

v

Schnelle der Hauptmasse 1

v _F

am der Hauptmasse 1 abgekehrten Ende der Schnittstelle 2 gemessene Schnelle

F

am der Hauptmasse 1 zugekehrten Ende der Schnittstelle 2 wirkende Kraft

F _a

mit dem Kraftsensor 4 gemessene Kraft zwischen der Adaptermasse 11 und der Hauptmasse 1

F _S

Zusatzkraft des Aktuators 5

F _K

direkte Kraftanregung

F _KU

zusätzliche direkte Kraftanregung

• 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 10063535 A1 [0006]
• DE 102011000656 A1 [0007]
• DE 202012105031 U1 [0008, 0042]
• DE 102011000656 B4 [0042, 0067, 0077]

Claims (15)

1. Verfahren zum Erfassen von Störgrößen, die eine über eine verformbare Schnittstelle (2) an einem Fundament (3) abgestützte Hauptmasse (1) zu Schwingungen anregen und die eine fußpunktpunktseitige Weganregung durch Bewegungen des Fundaments (3) und eine direkte Kraftanregung (F _K) der Hauptmasse (1) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnelle (v) der Hauptmasse (1), eine zwischen der Hauptmasse (1) und einem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende Kraft (F, F _a) und eine Schnelle (v _F) an einem der Hauptmasse (1) abgekehrten Ende der Schnittstelle (2) dann gemessen werden, wenn mit einem parallel zu der Schnittstelle (2) wirkenden Aktuator (5) eine Zusatzkraft (F _S) derart aufgebracht wird, dass die gemessene Schnelle (v) der Hauptmasse (1) zu null wird, und/oder wenn mit dem parallel zu der Schnittstelle (2) angeordneten Aktuator (5) die Zusatzkraft (F _S) derart aufgebracht wird, dass die zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende gemessene Kraft (F, F _a) oder eine andere an anderer Stelle zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende Kraft (F) zu null wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle wirkende gemessene Kraft (F _a) zwischen der Hauptmasse (1) und einem die Hauptmasse (1) an die Schnittstelle anschließenden Adapter gemessen wird, der eine Adaptermasse (11) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die andere an anderer Stelle zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende Kraft, die Kraft (F) zwischen der Adaptermasse (11) und der Schnittstelle (2) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die mit dem Aktuator (5) aufgebrachte Zusatzkraft (F _S) erfasst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgrößen unter Annahme einer direkten Abstützung der Hauptmasse (1) an dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) aus den gemessenen Größen bestimmt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgrößen unter Annahme einer direkten Abstützung des der Hauptmasse (1) abgekehrten Endes der Schnittstelle (2) an dem Fundament (3) aus den gemessenen Größen bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgrößen unter Annahme einer Untergrundmasse (10) an dem der Hauptmasse (1) abgekehrten Ende der Schnittstelle (2) und einer gedämpft-elastischen Abstützung der Untergrundmasse (10) an dem Fundament (3) bestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgrößen unter Annahme einer zusätzlichen direkten Kraftanregung (F _KU) der Untergrundmasse (10) bestimmt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum derartigen Aufbringen der Zusatzkraft (F _S), dass die gemessene Schnelle (v) der Hauptmasse (1) zu null wird, der Aktuator (5) über einen Regler (12, 14) angesteuert wird, dessen Eingangswerte die zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende gemessene Kraft (F, F _a) und die gemessene Schnelle (v _F) an dem der Hauptmasse (1) abgekehrten Ende der Schnittstelle (2) sowie optional die gemessene Schnelle (v) der Hauptmasse (1) sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum derartigen Aufbringen der Zusatzkraft (F _S), dass die zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende gemessene Kraft (F, F _a) oder die andere an anderer Stelle zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende Kraft (F) zu null wird, der Aktuator (5) über einen Regler (15, 21) angesteuert wird, dessen Eingangswerte die gemessene Schnelle (v) der Hauptmasse (1) und die gemessene Schnelle (v _F) an dem der Hauptmasse (1) abgekehrten Ende der Schnittstelle (2) sowie optional die zwischen der Hauptmasse (1) und dem der Hauptmasse (1) zugekehrten Ende der Schnittstelle (2) wirkende gemessene Kraft (F, F _a) sind.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede gemessene Schnelle (v, v _F) in einem Frequenzbereich oberhalb einer Grenzfrequenz gemessen wird, die optional in einen Bereich von 1 bis 5 Hz oder von 2 bis 3 Hz fällt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen jeder Schnelle (v, v _F) eine Änderung eines Orts in einem Inertialsystem mit der Zeit gemessen wird oder eine Geschwindigkeit in einem Inertialsystem gemessen wird oder eine Beschleunigung gegenüber einem Inertialsystem gemessen wird gemessen und integriert wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden der Schnittstelle (2) in Richtung von mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad, optional allen drei Rotationsfreiheitsgrade, und von zwei Translationsfreiheitsgraden steif aneinander geführt werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Kraftanregung (F _K) und/oder die zusätzliche direkte Kraftanregung (F _KU) eine aerodynamische Kraftanregung ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmasse (1) ein Spiegelglas eines Außenspiegels ist und die Schnittstelle (2) das Spiegelglas an einem Träger einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs abstützt.

Images