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EINLEITUNG
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Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Simulieren einer Bewegung eines Fahrzeugaufhängungssystems mit einem Testsimulator. Insbesondere betrifft das Verfahren das Simulieren einer Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems, das sich mit einer festen Anzahl von Freiheitsgraden, beispielsweise sechs Freiheitsgraden, bewegt, wobei sich der Testsimulator mit weniger als der festgelegten Anzahl von Freiheitsgraden bewegt, z. B. nur zwei Freiheitsgrade.
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Ein Fahrzeug kann mit einem elektrischen Servolenksystem ausgestattet sein. Die elektrische Servolenkung verwendet einen Elektromotor zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeugs zwecks Drehens des Lenkrades des Fahrzeugs. Sensoren erfassen die Position und das Drehmoment der Lenksäule und/oder des Lenkrades sowie die aktuellen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, und eine Lenksteuerung bringt ein unterstützendes Drehmoment auf den Motor auf, um die Höhe des Drehmoments zu verringern, das der Fahrer zwecks Drehens des Lenkrads aufbringen muss, um dadurch die Lenkräder des Fahrzeugs einzuschlagen.
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Die Höhe des unterstützenden Drehmoments, das die Lenksteuerung zwecks Aufbringens auf den Motor steuert, variiert abhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs. Die Fahrzeugsteuerung kann auf eine Kalibrierungstabelle zurückgreifen, die verschiedene Betriebsbedingungen des Fahrzeugs einem gewünschten unterstützenden Drehmoment zuordnet. Die Kalibrierungstabelle wird in einem elektronischen Speicher der Lenksteuerung gespeichert. Die Kalibrierungstabelle muss definiert werden, um eine gewünschte Höhe des unterstützenden Drehmoments für die verschiedenen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bereitzustellen. Wenn die Höhe des unterstützenden Drehmoments zu gering ist, benötigt das Lenkrad ein höheres Drehmoment-Niveau seitens des Fahrers, was manchen Fahrern unerwünscht sein kann. Alternativ, wenn das unterstützende Drehmoment zu hoch ist, kann das Lenkrad zu frei drehen, was manchen Fahrern ebenfalls unerwünscht sein kann. Das Definieren der Werte des unterstützenden Drehmoments in der Kalibrierungstabelle kann als Abstimmen der Kalibrierungstabelle bezeichnet werden und erfolgt üblicherweise während der Fahrzeugentwicklung.
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Es ist schwer, elektrische Servolenkungen elektronisch zu formen. Dementsprechend erfolgte das Abstimmen der Kalibrierungstabelle für elektrische Servolenkungen in der Vergangenheit durch Installieren der elektrischen Servolenkung in einem Prototyp-Fahrzeug, Probefahren des Prototyp-Fahrzeugs mit einer definierten Kalibrierungstabelle, und sodann Einstellen der Kalibrierungstabelle basierend auf dem subjektiven Empfinden des Fahrers des Prototyp-Fahrzeugs.
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Alternativ können die Aufhängungs- und Lenkungskomponenten des Fahrzeugs an einer Aktuatormaschine montiert sein, die die Aufhängungs- und Lenkungskomponenten manipuliert, um Fahrbedingungen zu simulieren, wodurch die Abstimmung der Kalibrierungstabelle ermöglicht wird. Da sich das Aufhängungssystem eines Fahrzeugs mit einer festen Anzahl von Freiheitsgraden bewegt, typischerweise sechs Freiheitsgrade, erfordert dieser Ansatz, dass die Aktuatormaschine in der Lage ist, die Aufhängungs- und Lenkungskomponenten mit den gleichen sechs Freiheitsgraden zu bewegen, was eine sehr komplexe Maschine erfordert. Dieser Ansatz erfordert, dass die Aufhängungs- und Lenkungskomponenten für dieses spezielle Fahrzeug an der Aktuatormaschine montiert werden. Dies schließt ein Abstimmen der Kalibrierungstabelle aus, wenn sich das Aufhängungs- und Lenksystem des Fahrzeugs in seinen anfänglichen Entwurfsphasen befindet und noch nicht entworfen und/oder hergestellt wurde.
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KURZDARSTELLUNG
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Es wird ein Verfahren zum Simulieren einer Bewegung eines Fahrzeugaufhängungssystems mit einem Testsimulator bereitgestellt. Das Fahrzeugaufhängungssystem bewegt sich mit einer festgelegten Anzahl von Freiheitsgraden. Der Testsimulator bewegt sich mit weniger als der festgelegten Anzahl von Freiheitsgraden. Das Verfahren umfasst das Anwenden einer Lenkeingabe auf den Testsimulator, um einen effektiven Straßenradwinkel an einem Radende des Testsimulators zu erzeugen. Der effektive Straßenradwinkel basiert auf weniger als der festgelegten Anzahl von Freiheitsgraden des Testsimulators. Der effektive Straßenradwinkel des Testsimulators wird mit einem Umwandlungsalgorithmusin einen simulierten Straßenradwinkel umgewandelt. Der simulierte Straßenradwinkel basiert auf der festen Anzahl von Freiheitsgraden des Aufhängungssystems. Eine effektive Lenkarmlänge wird mit dem Umwandlungsalgorithmus berechnet. Ein simuliertes Achsschenkelmoment wird als eine Funktion des simulierten Straßenradwinkels mit einem fahrzeugdynamischen mathematischen Modell berechnet. Das simulierte Achsschenkelmoment basiert auf der festen Anzahl von Freiheitsgraden des Aufhängungssystems. Eine Spurstangenantriebskraft für den Testsimulator wird dann aus der effektiven Lenkarmlänge und dem simulierten Achsschenkelmoment mit einem Kraftberechnungsalgorithmus berechnet. Die berechnete Spurstangenantriebskraft wird an den Testsimulator angelegt. Eine effektive Handraddrehmoment-Rückkopplung in dem Testsimulator wird als Reaktion auf die angelegte Spurstangenkraft erfasst.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die feste Anzahl von Freiheitsgraden des Aufhängungssystems sechs Freiheitsgrade. Die sechs Freiheitsgrade des Aufhängungssystems können als axiale Verschiebung entlang einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems und einer Drehung um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse des kartesischen Koordinatensystems definiert werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die geringere Anzahl der Freiheitsgrade des Testsimulators zwei Freiheitsgrade. Die zwei Freiheitsgrade des Testsimulators können als axiale Verschiebung entlang der Z-Achse und Drehung um die Z-Achse definiert sein.
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Ein Aspekt des Verfahrens zum Simulieren der Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems umfasst das Auswählen der Lenkeingabe mit einem Fahrzeugsimulator.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Anwendens der Spurstangenantriebskraft auf den Testsimulator das Eingreifen eines Aktuators, um die Spurstangenantriebskraft aufzubringen.
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Ein Aspekt des Verfahrens zum Simulieren der Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems umfasst das Definieren des Umwandlungsalgorithmus, um die feste Anzahl der Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems mit der niedrigeren Anzahl der Freiheitsgrade des Testsimulators in Beziehung zu setzen. Ein weiterer Aspekt des Verfahrens zum Simulieren der Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems umfasst das Definieren des Umwandlungsalgorithmus zum Berechnen einer effektiven Lenkarmlänge für das simulierte Fahrzeug mit der gegebenen Position des Fahrzeugaufhängungssystems.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Testsimulators, der mit einer Teststeuerung verbunden ist.
- 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Simulieren einer Bewegung eines Fahrzeugaufhängungssystems unter Verwendung des Testsimulators und der Teststeuerung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die dazu konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen.
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In den FIG., in denen die Bauteile in mehreren Ansichten nummeriert dargestellt sind, handelt es sich bei 20 in 1 im Allgemeinen um einen Testsimulator. Bezugnehmend auf 1, beinhaltet der Testsimulator 20 eine Zahnstange 22, die mit einer linken Spurstange 24 und einem rechten Spurstange 26 gekoppelt ist. Die linke Spurstange 24 ist an einem linken Radende 28 angebracht, und die rechte Spurstange 26 ist an einem rechten Radende 30 angebracht. Ein Elektromotor 32 ist mit der Zahnstange 22 verbunden und ist betreibbar, um eine variable Menge an Drehmoment an die Zahnstange 22 anzulegen. Das an die Zahnstange 22 angelegte Drehmoment kann als Unterstützungsdrehmoment bezeichnet werden. Die exemplarische Ausführungsform des Testsimulators 20 umfasst eine Zwischenwelle 34, die an der Zahnstange 22 angebracht ist und die Zahnstange 22 mit einem Lenkaktuator 36 verbindet. Während die exemplarische Ausführungsform des Testsimulators 20 mit der Zwischenwelle 34 gezeigt ist, die die Zahnstange 22 und den Lenkaktuator 36 verbindet, sollte erkannt werden, dass die Zahnstange 22 alternativ durch ein „Control-by-Wire“-System gesteuert werden kann, wie für den Fachmann ersichtlich ist. Der Lenkaktuator 36 beinhaltet einen Drehmomentsensor 38 und einen Lenkwinkelsensor 40. Der Drehmomentsensor 38 dient zum Erfassen einer Lenkdrehmoment-Rückmeldung in der Zwischenwelle 34. Der Lenkwinkelsensor 40 dient zum Erfassen und/oder Bestimmen einer Winkelstellung der Zwischenwelle 34, und dient zur Eingabe eines Lenkwinkels in die Zwischenwelle 34.
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Eine Lenksteuerung 42 ist mit dem Elektromotor 32 vorzugsweise als eine einzige Einheit verbunden. Die Lenksteuerung 42 kann ein Steuermodul oder einen Computer beinhalten, die betreibbar sind, um den Betrieb der elektrischen Servolenkung zu steuern. Die Lenksteuerung 42 kann einen Prozessor beinhalten, sowie über alle Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren usw. verfügen, die zur Verwaltung und den Betrieb der elektrischen Servolenkung notwendig sind. Es versteht sich, dass die Lenksteuerung 42 jedwede Vorrichtung enthalten kann, die in der Lage ist, Daten von verschiedenen Sensoren oder anderen Geräten zu analysieren, Daten zu vergleichen, die erforderlichen Entscheidungen zu treffen, die zur Steuerung der elektrischen Servolenkung und zur Ausführung der notwendigen Betriebsschritte des der elektrischen Servolenkung nötig sind.
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Die Lenksteuerung 42 kann durch einen oder mehrere Digital- oder Host-Rechner verkörpert sein, die jeweils über einen oder mehrere Prozessoren, Nur-Lese-Speicher (ROM), Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), optische Laufwerke, Magnetlaufwerke usw., einen Hochgeschwindigkeitstakt, Analog/Digital(A/D)-Schaltungen, Digital/Analog(D/A)-Schaltungen und alle erforderlichen Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schaltungen, Ein-/Ausgabegeräte und Kommunikationsschnittstellen sowie Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen verfügen.
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Der computerlesbare Speicher kann jedes beliebige flüchtige/nichtflüchtige Medium einschließen, das an der Bereitstellung von Daten oder computerlesbaren Anweisungen teilnimmt. Speicher kann nicht-flüchtig oder flüchtig sein. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und andere persistente Speicher beinhalten. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher bilden. Zu weiteren Beispielen von Ausführungsformen von Speichern gehören eine Diskette, eine flexible Disk oder eine Festplatte, ein Magnetband oder andere magnetische Medien, eine CD-ROM, DVD bzw. andere optische Medien sowie andere mögliche Speicherelemente, wie Flash-Speicher.
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Die Lenksteuerung 42 beinhaltet einen greifbaren, nicht-vorübergehenden Speicher, in dem von Computern ausführbare Anweisungen aufgezeichnet sind, einschließlich eines Servolenkauswahl-Algorithmus 43. Der Prozessor der Lenksteuerung 42 ist zum Ausführen des Servolenkauswahl-Algorithmus 43 konfiguriert. Der Servolenkauswahl-Algorithmus 43 implementiert ein Verfahren zur Auswahl eines Wertes für die Lenkvorgabe, die auf die Zahnstange 22 anzuwenden ist. Die Lenkvorgabe kann beinhalten oder anderenfalls definiert werden als ein Unterstützungsdrehmoment. Der Servolenkauswahl-Algorithmus 43 greift auf die Kalibrierungstabelle zurück, um basierend auf definierten Vorgaben, d. h. definierten Betriebsbedingungen, einen Wert der Lenkvorgaben Wert zu definieren. Dementsprechend kann die Kalibrierungstabelle in einer Speichervorrichtung der Lenksteuerung 42 in Form einer Datendatei oder dergleichen gespeichert werden.
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Der Testsimulator 20 ist betreibbar oder konfiguriert, um sich mit einer reduzierten Fähigkeit relativ zu einem tatsächlichen Aufhängungssystem eines Fahrzeugs zu bewegen. Insbesondere ist der Testsimulator 20 so konfiguriert, dass er sich mit weniger Freiheitsgraden als die typischen sechs Freiheitsgrade bewegt, in denen sich ein Fahrzeugaufhängungssystem bewegt. In der in den Figuren gezeigten und hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsform bewegt sich der Testsimulator 20 mit zwei Freiheitsgraden. Es sollte jedoch erkannt werden, dass der Testsimulator 20 so konfiguriert sein kann, dass er sich mit einer beliebigen Anzahl von Freiheitsgraden bewegt, die niedriger ist als die tatsächliche Anzahl von Freiheitsgraden des Fahrzeugaufhängungssystems, z. B. die typischen sechs Freiheitsgrade, in denen sich die meisten Fahrzeugaufhängungssysteme bewegen. Da der Testsimulator 20, der in den Figuren gezeigt ist, konfiguriert ist, um eine Bewegung sowohl des linken Radendes 28 als auch des rechten Radendes 30 zu simulieren, sollte verstanden werden, dass sich das linke Radende 28 und das rechte Radende 30 mit den zwei Freiheitsgraden bewegt. Die zwei Freiheitsgrade für jedes Radende des Testsimulators 20 können eine axiale Verschiebung entlang einer Z-Achse 70 eines kartesischen Koordinatensystems umfassen, die allgemein durch den Doppelpfeil 44 angezeigt ist, und eine Drehung um die Z-Achse 70, die allgemein mit Doppelpfeil 46 bezeichnet ist. Die Z-Achse 70 jedes jeweiligen Radendes ist in einer allgemein vertikalen Ausrichtung ausgerichtet, sodass die axiale Verschiebung entlang der Z-Achse 70 als Feder-, Rückprall- oder Vertikalbewegung betrachtet oder bezeichnet werden kann. Da sich der Testsimulator 20 mit weniger Freiheitsgraden als das tatsächliche Aufhängungssystem des Fahrzeugs bewegt, simuliert die Drehung der Radenden 28, 30 um ihre jeweiligen Z-Achsen 70 nicht genau einen tatsächlichen Straßenradwinkel. Unter Bezugnahme auf den Testsimulator 20 kann jedoch die Drehung der Radenden 28, 30 um ihre jeweiligen Z-Achsen 70 als ein geschätzter Straßenradwinkel bezeichnet oder als dieser betrachtet werden.
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Der Testsimulator 20 ist so betreibbar, dass er als Antwort auf eine Steuereingabe 48 von einer Teststeuerung 50 Antriebskräfte auf die linke Spurstange 24 bzw. die rechte Spurstange 26 ausübt, um eine Bewegung eines Fahrzeugaufhängungssystems zu simulieren. Eine Ausführungsform des Testsimulators 20 umfasst eine Vielzahl von hydraulischen Aktuatoren. Die hydraulischen Aktuatoren können einen Spurstangenaktuator und einen Federungsaktuator für jedes Radende umfassen. Die hydraulischen Aktuatoren sind betreibbar, um den Testsimulator 20 in seinen jeweiligen zwei Freiheitsgraden zu bewegen. Dementsprechend kann der Testsimulator 20 einen linken Spurstangenaktuator 52 zum Drehen eines linken Radendes 28 um seine jeweilige Z-Achse 70 und einen linken Federungsaktuator 56 zum Bewegen des linken Radendes 28 axial entlang seiner jeweiligen Z-Achse 70 umfassen. In ähnlicher Weise kann der Testsimulator 20 einen rechten Spurstangenaktuator 54 zum Drehen eines rechten Radendes 30 um seine jeweilige Z-Achse 70 und einen rechten Federungsaktuator 58 zum Bewegen des rechten Radendes 30 axial entlang seiner jeweiligen Z-Achse 70 umfassen. Die Steuereingaben 48 können zum Beispiel einen Lenkwinkel umfassen, der durch den Lenkaktuator 36 eingegeben wird, eine Spurstangenkraft, die durch den rechten Spurstangenaktuator 54 bzw. den linken Spurstangenaktuator 52 eingegeben wird, und/oder eine Federungseingabe von dem linken Federungsaktuator 56 und/oder dem rechten Federungsaktuator 58. Der Testsimulator 20 ist betreibbar, um einen resultierenden geschätzten Straßenradwinkel als Reaktion auf die angelegten Antriebskräfte erfassen, sowie um mit dem Drehmomentsensor 38 eine resultierende Drehmomentrückkopplung an der Zwischenwelle 34 als Reaktion auf die angelegten Antriebskräfte zu erfassen.
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Die Teststeuerung 50 ist in elektrischer Verbindung mit dem Testsimulator 20 angeordnet. Die Teststeuerung 50 kann die Steuereingaben 48 an den Testsimulator 20 übermitteln und den resultierenden geschätzten Straßenradwinkel und die Drehmomentrückkopplung an der Zwischenwelle 34 von dem Testsimulator 20 empfangen. Die Teststeuerung 50 und der Testsimulator 20 können in jeder geeigneten Weise kommunizieren, beispielsweise durch ein Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsprotokoll.
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Die Teststeuerung 50 kann einen Computer oder eine andere ähnliche Vorrichtung beinhalten, die betreibbar ist, um den Betrieb des Testsimulators 20 zu steuern. Die Teststeuerung 50 kann einen Prozessor beinhalten sowie über alle Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren, CAN-Kommunikationsmodule usw. verfügen, die zur Verwaltung und den Betrieb des Testsimulators 20 notwendig sind. Somit kann ein Verfahren, das eine Bewegung eines Fahrzeugaufhängungssystems mit sechs Freiheitsgraden simuliert, mit dem Testsimulator 20, der unten beschrieben wird, zumindest teilweise als ein Programm ausgeführt sein, das auf der Teststeuerung 50 betreibbar ist. Es gilt zu beachten, dass die Teststeuerung 50 jegliche Vorrichtung beinhalten kann, die in der Lage ist, Daten von verschiedenen Sensoren zu analysieren, Daten zu vergleichen, die erforderlichen Entscheidungen zu treffen, die die Steuerung für den Betrieb des Testsimulators 20 benötigt, und die erforderlichen Aufgaben auszuführen, die die Steuerung für den Betrieb des Testsimulators 20 benötigt.
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Die Teststeuerung 50 kann durch einen oder mehrere Digital- oder Host-Rechner verkörpert sein, der jeweils über einen oder mehrere Prozessoren, Nur-Lese-Speicher (ROM), Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), optische Laufwerke, Magnetlaufwerke, usw., einen Hochgeschwindigkeitstakt, Analog/Digital(A/D)-Schaltungen, Digital/Analog(D/A)-Schaltungen und alle erforderlichen Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schaltungen, Ein-/Ausgabegeräte und Kommunikationsschnittstellen sowie Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen verfügt.
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Der computerlesbare Speicher kann jedes beliebige flüchtige/nichtflüchtige Medium einschließen, das an der Bereitstellung von Daten oder computerlesbaren Anweisungen teilnimmt. Speicher kann nicht-flüchtig oder flüchtig sein. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und andere persistente Speicher beinhalten. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher bilden. Zu weiteren Beispielen von Ausführungsformen von Speichern gehören eine Diskette, eine flexible Disk oder eine Festplatte, ein Magnetband oder andere magnetische Medien, eine CD-ROM, DVD bzw. andere optische Medien sowie andere mögliche Speicherelemente, wie Flash-Speicher.
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Die Teststeuerung 50 kann einen physischen, nicht-flüchtigen Speicher, in dem computerausführbare Anweisungen aufgezeichnet sind, beinhalten, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf einen Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60, ein fahrzeugdynamisches mathematisches Modell 62, einen Umwandlungsalgorithmus 64, und einen Kraftberechnungsalgorithmus 65. Der Prozessor der Teststeuerung 50 ist konfiguriert zum Ausführen des Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60, des fahrzeugdynamischen mathematischen Modells 62, des Umwandlungsalgorithmus 64 und des Kraftberechnungsalgorithmus 65.
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Das fahrzeugdynamische mathematische Modell 62 ist ein mathematisches Modell des spezifischen Fahrzeugs, auf das die Kalibrierungstabelle abzustimmen ist. Das fahrzeugdynamische mathematische Modell 62 beschreibt den physischen Aufbau und die Betriebseigenschaften des spezifischen Fahrzeugs, einschließlich der Besonderheiten des Fahrzeugaufhängungssystems, das mit dem Testsimulator 20 simuliert werden soll. Das fahrzeugdynamische mathematische Modell 62 kann als Programm oder Satz von Datendateien in dem Speicher der Teststeuerung 50 gespeichert werden. Das fahrzeugdynamische mathematische Modell 62 beschreibt die Fahrzeugmasse und -lasten, die Fahrzeugkinematik und -konformität, den Schwerpunkt, die Reifeneigenschaften, die Fahrzeugausrichtung und -geometrie usw. Das fahrzeugdynamische mathematische Modell 62 kann ein beliebiges physikalisches Merkmal des Fahrzeugs, das simuliert wird, beschreiben, unabhängig davon, ob es hierin speziell erwähnt ist oder nicht.
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Der Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60 simuliert den Betrieb eines oder mehrerer Steuermodule des spezifischen Fahrzeugs, auf das die Kalibrierungstabelle abzustimmen ist. Dementsprechend muss der Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60 für jedes spezifische Fahrzeug programmiert werden. Der Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60 greift zurück auf und/oder wirkt mit dem fahrzeugdynamischen mathematischen Modell 62 zusammen, um die Steuereingaben 48 zu erzeugen, die zur Steuerung des Testsimulators 20 zwecks Simulierens der Bewegung und des Betriebs des spezifischen Fahrzeugs verwendet wird. Es versteht sich, dass die Steuereingaben 48 mehr als einen einzigen Befehl beinhalten können, sowie typischerweise mehrere Befehle beinhalten, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf einen Lenkwinkel, eine linke Spurstangenkraft und/oder eine rechte Spurstangenkraft, eine linke Federungskraft und/oder eine rechte Federungskraft. Der Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60 umfasst sämtliche Ein-/Ausgabesignale und Kommunikationsprotokolle zwischen realen und virtuellen Steuereinheiten. Die Steuereingaben 48, die von dem Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60 bereitgestellt werden, beschreiben eine Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems in der festgelegten Anzahl von Freiheitsgraden. Unter der Annahme, dass sich das Fahrzeugaufhängungssystem mit sechs Freiheitsgraden bewegt, beschreiben die Steuereingaben 48 des Fahrzeugsimulators die Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems mit sechs Freiheitsgraden. Es sollte erkannt werden, dass sich jedes Radende des Fahrzeugaufhängungssystems mit den beispielhaften sechs Freiheitsgraden bewegen kann. Die beispielhaften sechs Freiheitsgrade für jedes Radende des Fahrzeugaufhängungssystems können eine axiale Verschiebung entlang einer jeweiligen X-Achse 66, einer Y-Achse 68 und der Z-Achse 70 eines kartesischen Koordinatensystems und eine Drehung um die jeweilige X-Achse 66, die Y-Achse 68 und die Z-Achse 70 des kartesischen Koordinatensystems umfassen.
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Um den Betrieb des Fahrzeugaufhängungssystems akkurat zu simulieren, müssen die Steuereingaben 48 von dem Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60, die auf der jeweiligen Anzahl von Freiheitsgraden, z. B. den exemplarischen sechs Freiheitsgraden, beruhen und eine Bewegung der jeweiligen Radenden simulieren, in Steuereingaben 48 für das linke Radende 28 und das rechte Radende 30 des Testsimulators 20 umgewandelt werden, die auf der reduzierten Anzahl von Freiheitsgraden basieren, in denen sich jedes jeweilige Radende des Testsimulators 20 bewegt. Während sich die nachfolgende ausführliche Beschreibung auf die zwei Freiheitsgrade des Testsimulators 20 und die sechs Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems bezieht, sollte erkannt werden, dass die Freiheitsgrade für jedes Radende gelten. Dementsprechend beziehen sich die zwei Freiheitsgrade des Testsimulators 20 auf die zwei Freiheitsgrade für jedes jeweilige Radende des Testsimulators 20, und die sechs Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems beziehen sich jeweils auf die sechs Freiheitsgrade für jedes entsprechende Rad des Fahrzeugaufhängungssystems. Wie oben erwähnt, bewegt sich die exemplarische Ausführungsform des Testsimulators 20 ferner in zwei Freiheitsgraden. In anderen Ausführungsformen kann sich der Testsimulator 20 jedoch mit einer beliebigen Anzahl von Freiheitsgraden bewegen, die niedriger ist als die sechs Freiheitsgrade, mit denen sich das Fahrzeugaufhängungssystem bewegt, z. B. 3, 4 oder 5 Freiheitsgrade. In ähnlicher Weise bewegt sich die exemplarische Ausführungsform des Fahrzeugaufhängungssystems in sechs Freiheitsgraden. In anderen Ausführungsformen kann sich das Fahrzeugaufhängungssystem jedoch mit einer anderen Anzahl von Freiheitsgraden bewegen.
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Der Umwandlungsalgorithmus 64 wandelt die Steuereingaben 48 von dem Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60, der eine Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems in den sechs Freiheitsgraden simuliert, in Steuereingaben 48 für den Testsimulator 20 um, der eine Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems in zwei Freiheitsgraden simuliert. Um dies zu tun, muss zuerst der Umwandlungsalgorithmus 64 definiert werden, um die sechs Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems mit den zwei Freiheitsgraden des Testsimulators 20 in Beziehung zu setzen. Der Umwandlungsalgorithmus 64 ist spezifisch für das spezifische Fahrzeugaufhängungssystem, das durch den Fahrzeugsimulator-Algorithmus 60 modelliert wird. Der Umwandlungsalgorithmus 64 bezieht die Bewegung der äußeren Spurstangen des Fahrzeugaufhängungssystems in einem Fahrzeugkoordinatensystem auf die Bewegung der linken Spurstange 24 und der rechten Spurstange 26 in dem Testsimulator 20 für den vollen Bereich der Einfeder-/Ausfeder- und Lenkwinkeleingabe für den Testsimulator 20.
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Da der Testsimulator 20 eine vollständig vertikale Dreh- und Verschiebeachse aufweist, bewegen sich die Spurstangen im eigentlichen Aufhängungssystem anders durch den Raum als die linke Spurstange 24 und die rechte Spurstange 26 des Testsimulators 20. Dies erzeugt einen Unterschied zwischen dem simulierten und dem Fahrzeugstraßenradwinkel, der berücksichtigt werden sollte. Auf dem Testsimulator 20 wird der äußere Verbindungspunkt der linken Spurstange 24 und der äußere Verbindungspunkt der rechten Spurstange 26 nur entlang der Z-Achse 68 entsprechend dem Einfedern/Ausfedern verschoben und bewegen sich entlang der X-Achse und der Y -Achse strikt in einem Kreisbogen als eine Funktion der Entfernung von der vertikalen Simulator-Achsschenkelachse. Ein Fahrzeug kann die Spurstangen um die X-Achse 66, die Y-Achse 68 und die Z-Achse 70 als eine Funktion der Aufhängungsgeometrie bewegen und drehen. Der innere Punkt der linken Spurstange 24 und der innere Punkt der rechten Spurstange 26 in der Testprobe können sich nur entlang des Zahnstangengehäuses des Testsimulators 20, d. h. der linearen Verschiebung 44 entlang der X-Achse 66, verschieben Es besteht kein Unterschied in der Bewegung zwischen der linearen Bewegung des inneren Punktes der linken Spurstange 24 und dem inneren Punkt der rechten Spurstange 26 in dem Testsimulator 20, im Vergleich zu Spurstangen von der tatsächlichen Fahrzeugaufhängung. Dies ermöglicht die Entwicklung einer Beziehung zwischen dem Simulator und dem Fahrzeug
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Dieser Bewegungsunterschied zwischen der linken Spurstange 24 und der rechten Spurstange 26 des Testsimulators 20 und den Spurstangen von der eigentlichen Fahrzeugfederung ist mit einer Zahnstangenübersetzung für den Testsimulator 20 korreliert, d. h. eine Drehbewegung 46 um die Z-Achse 70. Diese Zahnstangenübersetzung kann dann mit einem Straßenradwinkel auf Fahrzeugniveau korreliert werden, der für jede gegebene Radaufhängungs- und Lenkposition variiert. Dies erzeugt einen genauen geschätzten Straßenradwinkel basierend auf der mathematischen Position (d. h. Rotation und Translation) des Testsimulators 20. Dieser Vorgang setzt zur Vereinfachung voraus, dass die Zahnstange 22 des Testsimulators 20 unendlich steif ist und sich nur entlang ihrer Achse verschiebt, anstatt senkrecht zu ihrer Bewegung zu rollen und sich zu biegen. Darüber hinaus nimmt dieser Vorgang zur Vereinfachung an, dass die Positionsvariation entlang der Fahrzeug-Z-Achse 70 der äußeren Spurstangen aufgrund der Gesamtbewegung des Achsschenkels (z. B. Drehung um die Achsschenkelachse, Rollen des Gelenks, Nachgiebigkeit usw.) wird ignoriert, könnte aber für erhöhte Genauigkeit einbezogen werden.
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Der geschätzte Straßenradwinkel von dem Umwandlungsalgorithmus 64 wird in das fahrzeugdynamische mathematische Modell 62 eingespeist. Das fahrzeugdynamisches mathematisches Modell 62 verwendet den geschätzten Straßenradwinkel, um ein Achsschenkelmoment als eine Funktion des simulierten Straßenradwinkels zu berechnen. Der Umrechnungsalgorithmus 64 berechnet ferner eine effektive Lenkarmlänge für jedes Radende des Testsimulators 20, die von dem fahrzeugdynamischen mathematischen Modell 62 verwendet wird, um die linke Spurstangenkraft und die rechte Spurstangenkraft für den Testsimulator 20 zu berechnen, basierend auf dem berechneten Achsschenkelmoment. Die linke Spurstangenkraft und die rechte Spurstangenkraft werden durch den Kraftberechnungsalgorithmus 65 berechnet. Damit der Umwandlungsalgorithmus 64 die effektive Lenkarmlänge berechnet, wird eine polynomische Anpassung der Fahrzeugzahnstangenverstellung und der effektiven Position/Verschiebung des Testsimulators 20 definiert oder formuliert. Die Ableitung dieser Polynompassung wird berechnet, sodass die effektive Lenkarmlänge für jede gegebene Position der Fahrzeugaufhängung bekannt ist. Zuletzt wird dies in ein verwendbares Format für diesen Vorgang geändert, sodass die Fahrzeugaufhängungsposition von dem Fahrzeugsimulator eingegeben werden kann und die Lenkarmlänge ausgegeben wird. Die effektive Lenkarmlänge kann dann in Kombination mit dem Achsschenkelmoment verwendet werden, um die linke Spurstangenkraft und die rechte Spurstangenkraft für den Testsimulator 20 unter Verwendung des Kraftberechnungsalgorithmus 65 zu berechnen.
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Bezugnehmend auf 2 wird der Vorgang der Simulation der Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems mit dem Testsimulator 20 im Folgenden ausführlicher beschrieben. Sobald der Umwandlungsalgorithmus 64 definiert worden ist, kann der Fahrzeugsimulator eine Lenkeingabe auswählen oder definieren. Der Schritt des Definierens der Lenkeingabe wird allgemein durch den Kasten 100 in 2 dargestellt. Die Lenkeingabe ist die Steuereingabe 48, die verwendet wird, um den Betrieb des Fahrzeugaufhängungssystems für eine spezifische Betriebsbedingung zu simulieren. Wie oben erwähnt, beschreibt die Lenkeingabe von dem Fahrzeugsimulator die Bewegung des Fahrzeugaufhängungssystems in den sechs Freiheitsgraden. Der Lenkeingang wird an den Testsimulator 20 angelegt, der an den Radenden 28, 30 des Testsimulators 20 einen effektiven Radwinkel erzeugt. Der Schritt des Anlegens der Lenkeingabe an den Testsimulator 20 wird allgemein durch den Kasten 102 in 2 dargestellt. Da sich der Testsimulator 20 mit weniger als der festgelegten Anzahl von Freiheitsgraden bewegt, basiert der effektive Straßenradwinkel auf der niedrigeren Anzahl von Freiheitsgraden des Testsimulators 20 als der festgelegte Anzahl. Dementsprechend basiert in der hier beschriebenen exemplarischen Ausführungsform der effektive Straßenradwinkel auf den zwei Freiheitsgraden des Testsimulators 20. Der effektive Straßenradwinkel der Radenden 28, 30, der in Reaktion auf die Lenkeingabe erhalten wird, wird durch den Lenkwinkelsensor 40 erfasst. Der Schritt des Erfassens des Straßenradwinkels des effektiven Testsimulators 20 wird allgemein durch den Kasten 104 in 2 dargestellt.
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Der effektive Straßenradwinkel von dem Testsimulator 20 wird dann mit dem Umwandlungsalgorithmus 64 in den simulierten Straßenradwinkel umgewandelt. Der Schritt des Umwandelns des effektiven Testsimulator-Straßenradwinkels in den simulierten Straßenradwinkel wird allgemein durch den Kasten 106 in 2 dargestellt. Der simulierte Straßenradwinkel basiert auf der festen Anzahl von Freiheitsgraden des Aufhängungssystems. Dementsprechend basiert der simulierte Straßenradwinkel in der exemplarischen Ausführungsform auf den sechs Freiheitsgraden des Fahrzeugaufhängungssystems.
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Das simulierte Achsschenkelmoment kann dann mit dem fahrzeugdynamischen mathematischen Modell 62 berechnet werden. Der Schritt des Berechnens des simulierten Achsschenkelmoments wird allgemein durch den Kasten 108 in 2 dargestellt. Das simulierte Achsschenkelmoment basiert auf der festen Anzahl von Freiheitsgraden des Aufhängungssystems. Dementsprechend basiert das simulierte Achsschenkelmoment für die exemplarische Ausführungsform auf den sechs Freiheitsgraden des Fahrzeugaufhängungssystems.
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Eine Spurstangenantriebskraft für den Testsimulator 20, beispielsweise die Antriebskraft der linken Spurstange 24 oder die Antriebskraft der rechten Spurstange 26, kann dann mit dem Kraftberechnungsalgorithmus 65 unter Verwendung der effektiven Lenkarmlänge und des simulierten Achsschenkelmoments berechnet werden. Der Schritt zum Berechnen der Spurstangenantriebskräfte ist im Allgemeinen durch den Kasten 110 in 2 angegeben. Die berechnete Spurstangenantriebskraft kann dann mit den Spurstangenaktuatoren des Testsimulators 20, wie oben beschrieben, an den Testsimulator 20 angelegt werden. Der Schritt des Anwendens der berechneten Spurstangenantriebskäfte auf den Testsimulator wird allgemein durch den Kasten 112 in 2 dargestellt. Die Spurstangenantriebskraft kann in einer beliebigen geeigneten Weise angewendet werden. Zum Beispiel kann einer der Spurstangenaktuatoren eingerückt werden, um die Spurstangenantriebskraft aufzubringen.
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Eine Position des rechten Radendes 30 und des linken Radendes 28 des Testsimulators 20 kann abgetastet werden, um eine Änderung in ihren jeweiligen Positionen als Reaktion auf die angelegten Spurstangenantriebskräfte zu identifizieren. Zusätzlich kann die Drehmomentrückkopplung in der Zwischenwelle 34 als Reaktion auf die angelegten Spurstangenantriebskräfte durch den Drehmomentsensor 38 erfasst werden. Der Schritt des Erfassens der Drehmomentrückkopplung wird allgemein durch den Kasten 114 in 2 dargestellt.
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Dieser Datenumwandlungsvorgang kann für jede Wiederholung einer Echtzeit-Fahrzeugsimulation auftreten. Dies ermöglicht, dass das gesamte Fahrzeug für jede Art oder Kombination von Steuereingaben 48 simuliert werden kann. Dies führt zu vollständigen Echtzeit-Fahrzeugdaten, die mit einem tatsächlichen Fahrzeug korreliert werden können. Ferner können diese Daten verwendet werden, um Entscheidungen darüber zu treffen, wie die Lenksteuerung 42 auf Leistung, Kundenzufriedenheitsbedürfnisse usw. abgestimmt werden sollte. Der Umwandlungsalgorithmus 64 ermöglicht, dass die von dem Testsimulator 20 mit verringertem Freiheitsgrad ausgegebenen Daten wesentlich ähnlicher sind, als wenn ein vollständiges Fahrzeugaufhängungssystem dieselben Tests ausführen würde. Somit sind alle Ergebnisse des Testsimulators 20 direkter anwendbar und ergeben mehr quantitativ nützliche Ergebnisse.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.
