DE102022125611B3

DE102022125611B3 - Accurate steering system test bench and its use

Info

Publication number: DE102022125611B3
Application number: DE102022125611.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Haas; Thomas Witte; Gregor Menze
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-10-05
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2042-10-06

Abstract

Es ist Lenksystemprüfstand (10) sowie dessen Verwendung zur Untersuchung eines Lenkverhaltens eines Lenksystems (12) eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, mit einer Spurstange (14) zur Ankoppelung von Vorderrädern, mindestens einem an der Spurstange (14) angekoppelten Linearmotor (18) zur Simulation einer fahrbahnseitigen Anregung, einer an der Spurstange (14) angekoppelten Lenkstange (16) zur Anbindung eines Lenkrads, einem an der Lenkstange (16) angekoppelten Lenkmotor (20) zur Simulation einer fahrerseitigen Anregung und einer Messsensorik (22) zur Detektion von Schwingungen in einem Kraftpfad zwischen dem mindestens einen Linearmotor (18) und dem Lenkmotor (20) in einem vordefinierten Messfrequenzbereich, wobei in dem Kraftpfad ein Feder-Dämpfungselement (24) zur Verschiebung einer Eigenfrequenz des Kraftpfads hin zu niedrigeren Frequenz vorgesehen ist. Durch das Feder-Dämpfungselement (24) mit bekanntem Schwingungsverhalten kann ein die Messergebnisse beeinflussender Einfluss der Eigenfrequenz des Lenksystems (12) vermieden werden, wodurch ein messgenauer Lenksystemprüfstand (10) ermöglicht ist.A steering system test stand (10) and its use for examining the steering behavior of a steering system (12) of a motor vehicle are provided, with a tie rod (14) for coupling front wheels, at least one linear motor (18) coupled to the tie rod (14) for simulating a road-side Excitation, a handlebar (16) coupled to the tie rod (14) for connecting a steering wheel, a steering motor (20) coupled to the handlebar (16) to simulate a driver-side excitation and a measuring sensor system (22) to detect vibrations in a force path between the at least one linear motor (18) and the steering motor (20) in a predefined measuring frequency range, a spring damping element (24) being provided in the force path for shifting a natural frequency of the force path to a lower frequency. The spring-damping element (24) with known vibration behavior allows the natural frequency of the steering system (12) to influence the measurement results to be avoided, thereby enabling an accurate steering system test bench (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenksystemprüfstand sowie eine Verwendung eines derartigen Lenksystemprüfstands, mit dessen Hilfe ein Verhalten eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs messgenau untersucht werden kann.The invention relates to a steering system test bench and a use of such a steering system test bench, with the help of which the behavior of a steering system of a motor vehicle can be examined with measurement accuracy.

Aus DE 11 2018 006 220 T5 ist ein Verfahren zur Charakterisierung eines Servolenkungssystems zur empirischen Ermittlung zumindest einer Eigenschaft des Servolenkungssystems mit Hilfe eines Lenksystemprüfstands bekannt, bei dem das Servolenkungssystems einen Unterstützungsmotor aufweist, der zum Erzeugen von Testzyklen gemäß einem Schwingungserfassungszyklus dient.Out of DE 11 2018 006 220 T5 a method for characterizing a power steering system for empirically determining at least one property of the power steering system using a steering system test bench is known, in which the power steering system has a support motor which is used to generate test cycles according to a vibration detection cycle.

Aus DE 20 2011 050 806 U1 ist ein Lenksystemprüfstand bekannt, bei dem ein erster Antrieb über eine Rutschkupplung an einer Spurstange eine simulierte Last aufprägt, während ein zweiter Antrieb über eine Rutschkupplung an einer Lenksäule angreift.Out of DE 20 2011 050 806 U1 A steering system test bench is known in which a first drive applies a simulated load to a tie rod via a slipping clutch, while a second drive acts on a steering column via a slipping clutch.

Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Messgenauigkeit eines Lenksystemprüfstands zu verbessern.There is a constant need to improve the measurement accuracy of a steering system test bench.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen messgenauen Lenksystemprüfstand ermöglichen.It is the object of the invention to demonstrate measures that enable an accurate steering system test bench.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Lenksystemprüfstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The problem is solved according to the invention by a steering system test bench with the features of claim 1 and a use with the features of claim 10. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, each of which individually or in combination represents an aspect of the invention can.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Lenksystemprüfstand zur Untersuchung eines Lenkverhaltens eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, mit einer Spurstange zur Ankoppelung von Vorderrädern, mindestens einem an der Spurstange angekoppelten Linearmotor zur Simulation einer fahrbahnseitigen Anregung, einer an der Spurstange angekoppelten Lenkstange zur Anbindung eines Lenkrads, einem an der Lenkstange angekoppelten Lenkmotor zur Simulation einer fahrerseitigen Anregung und einer Messsensorik zur Detektion von Schwingungen in einem Kraftpfad zwischen dem mindestens einen Linearmotor und dem Lenkmotor, insbesondere in einem vordefinierten Messfrequenzbereich, wobei in dem Kraftpfad ein als Stützlager zur axialen Verbindung des Linearmotors mit der Spurstange ausgestaltetes Feder-Dämpfungselement zur Verschiebung einer Eigenfrequenz des Kraftpfads, insbesondere einer Eigenfrequenz des Lenksystems in Kombination mit dem mindestens einen verbundenen Linearmotor, hin zu einer niedrigeren Frequenz heraus vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die mit Hilfe des Feder-Dämpferelements verschobene Eigenfrequenz im Vergleich zu einer mit Hilfe der Messsensorik betreibbaren Prüfstandregelung zur Regelung des Lenksystemprüfstands unterkritisch ist.One aspect of the invention relates to a steering system test bench for examining a steering behavior of a steering system of a motor vehicle, with a tie rod for coupling front wheels, at least one linear motor coupled to the tie rod for simulating a road-side excitation, a handlebar coupled to the tie rod for connecting a steering wheel, a the steering motor coupled to the handlebar to simulate a driver-side excitation and a measuring sensor system for detecting vibrations in a force path between the at least one linear motor and the steering motor, in particular in a predefined measuring frequency range, wherein in the force path there is a support bearing designed as a support bearing for axially connecting the linear motor to the tie rod Spring damping element for shifting a natural frequency of the force path, in particular a natural frequency of the steering system in combination with the at least one connected linear motor, to a lower frequency is provided, preferably the natural frequency shifted with the help of the spring damper element in comparison to one with the help The test bench control that can be operated by the measuring sensors for controlling the steering system test bench is subcritical.

Es wurde erkannt, dass der Kraftpfad des Lenksystemprüfstands im Vergleich zum Kraftpfad im tatsächlich eingebauten Zustand des zu untersuchenden Lenksystems eine andere Eigenfrequenz aufweisen kann. Es wird davon ausgegangen, dass durch die im realen Betrieb angekoppelten Vorderräder und das angekoppelte Lenkrad infolge deren elastokinematischen Anbindung, Masse und Feder-/Dämpfer-Eigenschaften eine Verstimmung der Eigenfrequenz des isoliert in dem Lenksystemprüfstand untersuchten Lenksystem erfolgt. Es wurde erkannt, dass die Eigenfrequenz des zu untersuchenden Lenksystems in Kombination mit dem mindestens einen verbundenen Linearmotor innerhalb eines Messfrequenzbereichs der Messsensorik liegt, wodurch die Messergebnisse durch Resonanzschwingungen des aus dem Lenksystem und dem mindestens einen verbundenen Linearmotor bestehenden schwingungsfähigen Gesamtsystems im Bereich der Eigenfrequenz überlagert werden. Dies führt in dem Fall dazu, dass die Eigenfrequenz des zu untersuchenden schwingungsfähigen Gesamtsystems innerhalb des Messfrequenzbereichs liegt, ein Schwingungsverhalten gemessen wird, das ein inakzeptables instabiles Verhalten indiziert, obwohl dieses Schwingungsverhalten im realen Betrieb tatsächlich nicht auftreten kann.It was recognized that the force path of the steering system test bench can have a different natural frequency compared to the force path in the actually installed state of the steering system to be examined. It is assumed that the front wheels and the coupled steering wheel coupled in real operation cause a detuning of the natural frequency of the steering system examined in isolation in the steering system test bench as a result of their elastokinematic connection, mass and spring/damper properties. It was recognized that the natural frequency of the steering system to be examined in combination with the at least one connected linear motor lies within a measuring frequency range of the measuring sensor system, whereby the measurement results are superimposed by resonance oscillations of the overall oscillatory system consisting of the steering system and the at least one connected linear motor in the range of the natural frequency . In this case, this leads to the natural frequency of the oscillatory overall system to be examined being within the measurement frequency range, and oscillation behavior being measured that indicates unacceptable unstable behavior, even though this oscillation behavior cannot actually occur in real operation.

Um eine mögliche Verfälschung der Messergebisse des Lenksystemprüfstands zu vermeiden, wird mit Hilfe des im Kraftpfad vorgesehenen Feder-Dämpfungselement eine bewusste Elastizität und gegebenenfalls eine zusätzliche dissipative Dämpfung vorgesehen, aufgrund dessen die Eigenfrequenz des Lenksystems beziehungsweise des aus dem Lenksystem und den mindestens einen verbundenen Linearmotor bestehenden schwingungsfähigen Gesamtsystems zu einer niedrigeren Frequenz hin verlagert werden kann. Dies führt dazu, dass bei der Untersuchung des Lenksystems mit dem Lenksystemprüfstand die von dem Lenkmotor und/oder von dem mindestens einen Linearmotor und/oder einem Servomotor des Lenksystems eingeleiteten Schwingungen sowie die von dem Messsystem gemessenen Frequenzen im Vergleich zur mit Hilfe des Feder-Dämpfungselement verlagerten Eigenfrequenz durch den Linearmotor mit Hilfe einer Prüfstandregelung performanter ausgeregelt werden können und höherfrequente Schwingungen unterdrückt werden können. Ein Einfluss der Eigenfrequenz auf das Messergebnis kann dadurch minimiert werden. Ein Einfluss des Feder-Dämpfungselements auf das Messergebnis bei Closed-Loop-Messungen, in denen in der Prüfstandregelung der von dem mindestens einen verbundenen Linearmotor gemessene Weg als Eingang für die Soll-Kraft-Berechnung verwendet wird, kann in Kenntnis der Materialeigenschaften des Feder-Dämpfungselements und/oder der Schwingungseigenschaften des Feder-Dämpfungselements bei der Versuchsdurchführung durch ein echtzeitfähiges Feder-Dämpferelement beziehungsweise Elastomermodell leicht berücksichtigt werden. Durch die Einbindung des Feder-Dämpfungselements im Lenksystemprüfstand kann eine Untersuchung von Lenksystemen mit instabilem Verhalten bei starrer Verbindung durchgeführt werden. Durch das Feder-Dämpfungselement mit bekanntem Schwingungsverhalten kann ein die Messergebnisse beeinflussender Einfluss der Eigenfrequenz des Lenksystems, insbesondere in Kombination mit dem mindestens einen verbundenen Linearmotor, vermieden werden, wodurch ein messgenauer Lenksystemprüfstand ermöglicht ist.In order to avoid possible falsification of the measurement results of the steering system test bench, with the help of the spring damping element provided in the force path, a deliberate elasticity and, if necessary, additional dissipative damping are provided, due to which the natural frequency of the steering system or that consisting of the steering system and the at least one connected linear motor oscillatory overall system can be shifted to a lower frequency. This means that when examining the steering system with the steering system test bench, the vibrations introduced by the steering motor and / or by the at least one linear motor and / or a servo motor of the steering system as well as the frequencies measured by the measuring system are compared to those with the help of the spring damping element The natural frequency shifted by the linear motor can be adjusted more efficiently with the help of a test bench control and higher-frequency vibrations can be suppressed. The influence of the natural frequency on the measurement result can be minimal be mized. An influence of the spring damping element on the measurement result in closed-loop measurements, in which the path measured by the at least one connected linear motor is used as input for the target force calculation in the test bench control, can be determined with knowledge of the material properties of the spring Damping element and / or the vibration properties of the spring-damping element can easily be taken into account when carrying out the experiment using a real-time spring-damper element or elastomer model. By integrating the spring-damping element in the steering system test bench, an investigation of steering systems with unstable behavior in the case of a rigid connection can be carried out. The spring-damping element with known vibration behavior allows the natural frequency of the steering system to influence the measurement results, particularly in combination with the at least one connected linear motor, to be avoided, thereby enabling a steering system test bench with precise measurements.

Da das Feder-Dämpfungselement als Stützlager zur axialen Verbindung des Linearmotors mit der Spurstange ausgestaltet ist, kann das Feder-Dämpfungselement dadurch die Steifigkeit der Anbindung zwischen dem Linearmotor und der Spurstange verringern und dadurch die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Gesamtsystems herabsetzen. Insbesondere kann das als Stützlager ausgestalteten Feder-Dämpfungselement axiale Verschiebungen eines axialen Edes der Spurstange infolge von Lenkbewegungen der Lenkstange an den Linearmotor übertragen, so dass der Linearmotor leicht durch eine axiale Verlagerung der Spurstange eine Lenkbewegung simulieren kann. Eine Verdrehung um die Rotationsachse des axialen Endes der Spurstange kann durch die FederDämpfer-Eigenschaften des als Stützlager ausgestalteten Feder-Dämpferelements zugelassen werden, wobei durch den Federanteil des Feder-Dämpferelements die Verdrehung jedoch wieder aus dem System ausgeregelt wird.Since the spring damping element is designed as a support bearing for axially connecting the linear motor to the tie rod, the spring damping element can thereby reduce the rigidity of the connection between the linear motor and the tie rod and thereby reduce the natural frequency of the overall system capable of oscillation. In particular, the spring damping element designed as a support bearing can transmit axial displacements of an axial end of the tie rod as a result of steering movements of the handlebar to the linear motor, so that the linear motor can easily simulate a steering movement by axially displacing the tie rod. A rotation about the axis of rotation of the axial end of the tie rod can be permitted by the spring-damper properties of the spring-damper element designed as a support bearing, although the rotation is corrected out of the system again by the spring portion of the spring-damper element.

Das Lenksystem kann in einem im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand die Funktion übernehmen eine Drehung des mit der Lenkstange gekoppelten Lenkrads in eine Richtungsänderung des Kraftfahrzeugs durch ein Einlenken der mit der Spurstange gekoppelten Vorderräder zu übersetzen. Das Lenksystem kann zwischen dem Lenkmotor und der Spurstange mehrere miteinander gekoppelte Einzelteile aufweisen, die jeweils unter Last elastisch verformbar sind und/oder zumindest begrenzt relativ bewegbar zueinander miteinander gekoppelt sind. Das Lenksystem kann dadurch einen nahezu beliebig komplizierten Kraftpfad ausbilden, dessen Verhalten nicht in Gänze analytisch vorhergesagt werden kann und daher in empirischen Tests mit Hilfe des Lenksystemprüfstands untersucht werden können, um belastbare Aussagen zu Schwingungsphänomenen im realen Betrieb des Lenksystems erhalten zu können.When installed in the motor vehicle, the steering system can take on the function of translating a rotation of the steering wheel coupled to the handlebar into a change in direction of the motor vehicle by turning the front wheels coupled to the tie rod. The steering system can have a plurality of individual parts coupled to one another between the steering motor and the tie rod, each of which is elastically deformable under load and/or is coupled to one another so that it can move relative to one another at least to a limited extent. The steering system can thereby form a force path of almost any complexity, the behavior of which cannot be completely predicted analytically and can therefore be examined in empirical tests using the steering system test bench in order to be able to obtain reliable statements about vibration phenomena in real operation of the steering system.

An einem axial abstehenden Ende der Lenkstange kann der Lenkermotor angekoppelt sein. Besonders bevorzugt ist sowohl an einem ersten axialen Ende der Spurstange als auch an einem von dem ersten Ende wegweisenden zweiten axialen Ende der Spurstange jeweils ein Linearmotor angekoppelt, so dass auch unterschiedliche Belastungen an den unterschiedlichen Enden der Spurstange, wie sie insbesondere während einer Kurvenfahrt oder bei unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen auftreten können, simuliert werden können. Die Lenkstange kann direkt oder indirekt zwischen den axialen Enden der Spurstange, vorzugsweise mittig zwischen den axialen Enden der Spurstange, an der Spurstange angekoppelt sein. Der Lenkmotor und/oder der mindestens eine Linearmotor können insbesondere elektrisch antreibbar sein. Vorzugsweise kann die Motorleistung des Lenkmotors und/oder des mindestens einen Linearmotors gemäß eines vorgegebenen Belastungsprofils geführt werden, wobei das Belastungsprofil insbesondere einen stufenförmigen Verlauf und/oder einen sinusförmigen Verlauf aufweisen kann und insbesondere der stufenförmige Verlauf und der sinusförmige Verlauf sich in einem gemeinsamen Zeitabschnitt überlagern können.The handlebar motor can be coupled to an axially projecting end of the handlebar. Particularly preferably, a linear motor is coupled both to a first axial end of the tie rod and to a second axial end of the tie rod pointing away from the first end, so that different loads at the different ends of the tie rod, such as occur in particular when cornering or when different road surfaces can occur can be simulated. The handlebar can be coupled to the tie rod directly or indirectly between the axial ends of the tie rod, preferably centrally between the axial ends of the tie rod. The steering motor and/or the at least one linear motor can in particular be electrically driven. Preferably, the motor power of the steering motor and/or the at least one linear motor can be guided according to a predetermined load profile, wherein the load profile can in particular have a step-shaped course and/or a sinusoidal course and in particular the step-shaped course and the sinusoidal course are superimposed in a common time period can.

Im Vergleich zum Lenksystemprüfstand sind im real eingebauten Zustand des Lenksystems in dem Kraftfahrzeug der Lenkmotor, der mindestens eine Linearmotor und das Feder-Dämpfungselement nicht vorgesehen. Das Feder-Dämpfungselement ist insbesondere nur für die Testsituation des Lenksystems im Lenksystemprüfstand vorgesehen und nicht für den gemeinsamen Einbau des Lenksystems im Kraftfahrzeug. Das Feder-Dämpfungselement ist daher lösbar im Kraftpfad vorgesehen.In comparison to the steering system test bench, in the actual installed state of the steering system in the motor vehicle, the steering motor, the at least one linear motor and the spring damping element are not provided. The spring damping element is intended in particular only for the test situation of the steering system in the steering system test bench and not for the joint installation of the steering system in the motor vehicle. The spring damping element is therefore detachably provided in the force path.

Das Feder-Dämpfungselement kann vorzugsweise eine reine elastische Federung ohne dissipativen Dämpferanteil bereitstellen. Alternativ kann das Feder-Dämpfungselement zusätzlich zu dem elastischen Federanteil auch einen dissipativen Dämpferanteil bereitstellen. Insbesondere ist das Feder-Dämpfungselement reibungsbehaftet, so dass auch ein resonanzbedingtes Aufschaukeln von Resonanzschwingungen im Bereich der Eigenfrequenz vermieden werden kann. Es ist möglich, dass mehrere Feder-Dämpfungselemente an verschieden Stellen des Kraftpfads vorgesehen sind. Vorzugsweise ist nur genau ein Feder-Dämpfungselement vorgesehen.The spring damping element can preferably provide a purely elastic suspension without a dissipative damper component. Alternatively, the spring damping element can also provide a dissipative damper component in addition to the elastic spring component. In particular, the spring damping element is subject to friction, so that a resonance-related build-up of resonance oscillations in the region of the natural frequency can be avoided. It is possible for several spring damping elements to be provided at different points in the force path. Preferably only one spring damping element is provided.

Insbesondere ist das Feder-Dämpfungselement zwischen dem Linearmotor und der Spurstange und/oder zwischen dem Lenkmotor und der Lenkstange vorgesehen. Das Feder-Dämpfungselement ist dadurch im Kraftpfad des Lenksystemprüfstands vorgesehen und kann leicht, insbesondere zusammen mit dem benachbarten Lenkmotor und/oder dem benachbarten Linearmotor, von dem Lenksystem getrennt werden. Das untersuchte Lenksystem kann dadurch leicht als vormontierte Baueinheit im Lenksystemprüfstand untersucht werden und nachfolgend in ein Kraftfahrzeug verbaut werden.In particular, the spring damping element is between the linear motor and the tie rod and/or provided between the steering motor and the handlebar. The spring damping element is therefore provided in the force path of the steering system test bench and can easily be separated from the steering system, in particular together with the adjacent steering motor and/or the adjacent linear motor. The steering system examined can therefore easily be examined as a pre-assembled unit in the steering system test bench and subsequently installed in a motor vehicle.

Besonders bevorzugt weist das Feder-Dämpfungselement einen schwingungsdämpfenden Elastomerkörper, insbesondere ein Elastomerlager, auf. Der elastomere Werkstoff kann leicht eine definierte Dämpfung mit einem vorbekannten Dämpfungsanteil, einem vorbekannten Federanteil und einen vorbekannten Reibungsanteil bereitstellen.The spring damping element particularly preferably has a vibration-damping elastomer body, in particular an elastomer bearing. The elastomeric material can easily provide a defined damping with a known damping component, a previously known spring component and a previously known friction component.

Insbesondere ist die Eigenfrequenz f_E des Kraftpfads geringer als eine Eigenfrequenz einer Closed-Loop-Regelung einer Prüfstandregelung zur Regelung des mindestens einen Linearmotors in Abhängigkeit von Messergebnissen der Messsensorik. Zusätzlich oder alternativ gilt insbesondere 5 Hz ≤ f_E ≤ 35 Hz, vorzugsweise 10 Hz ≤ f_E ≤ 30 Hz und besonders bevorzugt f_E ≤ 20 Hz ± 5Hz. Kritische Anregungen, insbesondere eines Servomotors des Lenksystems, fallen dadurch überkritisch aus, während Störungen im Bereich der Eigenfrequenz f_E durch die Prüfstandregelung ausgeregelt werden können.In particular, the natural frequency f _E of the force path is lower than a natural frequency of a closed-loop control of a test bench control for controlling the at least one linear motor depending on measurement results from the measurement sensors. Additionally or alternatively, in particular 5 Hz ≤ f _E ≤ 35 Hz, preferably 10 Hz ≤ f _E ≤ 30 Hz and particularly preferably f _E ≤ 20 Hz ± 5 Hz. Critical suggestions, in particular from a servo motor in the steering system, are therefore supercritical, while disturbances in the natural frequency range f _E can be corrected by the test bench control.

Vorzugsweise gilt für eine ursprüngliche Eigenfrequenz f_E' des Kraftpfads ohne das Dämpfungselement 35 Hz ≤ f_E' ≤ 80 Hz, vorzugsweise 40 Hz ≤ f_E' ≤ 60 Hz und besonders bevorzugt f_E' ≤ 50 Hz ± 5Hz. Bei einer derartigen ursprünglichen Eigenfrequenz ist eine Beeinträchtigung des Messergebnisses innerhalb des Messfrequenzbereichs zu befürchten, so dass der Effekt des Feder-Dämpfungselements eine signifikante Verbesserung der Messgenauigkeit bewirken kann.Preferably, the original natural frequency f _{E '} of the force path without the damping element is 35 Hz ≤ f _{E '} ≤ 80 Hz, preferably 40 Hz ≤ f _{E '} ≤ 60 Hz and particularly preferably f _{E '} ≤ 50 Hz ± 5 Hz. With such an original natural frequency, there is a risk that the measurement result will be impaired within the measurement frequency range, so that the effect of the spring-damping element can bring about a significant improvement in the measurement accuracy.

Besonders bevorzugt ist eine mit der Messsensorik verbundene Auswerteeinheit vorgesehen, wobei die Auswerteeinheit hergerichtet ist, eine durch ein Dämpfungsvermögen des Feder-Dämpfungselements verursachte Änderung des von dem Linearmotor ausgeführten Weges im Messergebnis und/oder in einer Prüfstandregelung zu kompensieren. Insbesondere bei einer Closed-Loop-Regelung in der Prüfstandregelung kann ein Weg des axialen Endes der Spurstange, an dem der Linearmotor angebunden ist, gemessen werden und als Eingangsgröße für die Berechnung der zu stellenden Soll-Kraft des Linearmotors verwendet wird. Ein Einfluss des Feder-Dämpfungselements auf das Messergebnis kann aufgrund der bekannten Eigenschaften des Feder-Dämpfungselements in der Auswerteeinheit kompensiert werden. Beispielsweise wird bei einer starren Verbindung der gesamte durch die Lenkbewegung resultierende am axialen Ende der Spurstange zurückgelegte Weg im Linearmotor gemessen. Durch die mit Hilfe des Feder-Dämpferelements bereitgestellte elastische Nachgiebigkeit gehen je nach Kraftniveau, Frequenz und Kraftgradient, Weganteile im Feder-Dämpfungselement verloren. Diese werden von der echtzeitfähigen Auswerteeinheit durch die gemessene Kraft berechnet und zum gemessenen Weg des mindestens einen Linearmotors addiert, wodurch ein realitätnaher Closed-Loop Betrieb auch mit Feder-Dämpfungselement ermöglicht wird.Particularly preferably, an evaluation unit connected to the measuring sensor system is provided, the evaluation unit being prepared to compensate for a change in the path carried out by the linear motor caused by a damping capacity of the spring damping element in the measurement result and/or in a test bench control. In particular, with closed-loop control in test bench control, a path of the axial end of the tie rod to which the linear motor is connected can be measured and used as an input variable for calculating the target force of the linear motor to be set. An influence of the spring-damping element on the measurement result can be compensated for in the evaluation unit due to the known properties of the spring-damping element. For example, with a rigid connection, the entire distance traveled at the axial end of the tie rod resulting from the steering movement is measured in the linear motor. Due to the elastic flexibility provided with the help of the spring-damper element, path components in the spring-damper element are lost depending on the force level, frequency and force gradient. These are calculated by the real-time capable evaluation unit using the measured force and added to the measured path of the at least one linear motor, which enables realistic closed-loop operation even with a spring damping element.

Ein Einfluss des Feder-Dämpfungselements auf das Messergebnis kann aufgrund der bekannten Eigenschaften des Feder-Dämpfungselements in der Auswerteeinheit herausgerechnet werden. Beispielsweise kann ein durch das Dämpfungsvermögen beeinträchtigter Messwert für eine Kraft an einer Messstelle entsprechend korrigiert werden, um denjenigen Wert zu erhalten, der sich bei gleicher Eigenfrequenz des Kraftpfads mit Feder-Dämpfungselement, aber ohne die Dämpfungseigenschaften des Feder-Dämpfungselements ergeben würden.An influence of the spring-damping element on the measurement result can be eliminated in the evaluation unit based on the known properties of the spring-damping element. For example, a measured value for a force at a measuring point that is impaired by the damping capacity can be corrected accordingly in order to obtain the value that would result from the same natural frequency of the force path with a spring-damping element, but without the damping properties of the spring-damping element.

Insbesondere ist die Lenkstange über mindestens ein Zwischenelement im Kraftpfad, insbesondere ein Lenkgetriebe, einen Lenkstockhebel und/oder eine Zwischenstange, an der Spurstange angekoppelt. Durch die Mehrzahl an einzelnen Elementen im Kraftpfad ergibt sich eine nahezu beliebig komplizierte Verkettung schwingungsfähiger Einzelsysteme, deren Zusammenwirken in dem Lenksystemprüfstand genau untersucht werden kann.In particular, the handlebar is coupled to the tie rod via at least one intermediate element in the force path, in particular a steering gear, a pitman arm and/or an intermediate rod. The large number of individual elements in the force path results in an almost arbitrarily complicated chain of individual systems capable of oscillation, the interaction of which can be examined in detail in the steering system test bench.

Vorzugsweise ist nur genau ein Feder-Dämpfungselement vorgesehen. Dies erleichtert es den Einfluss des Feder-Dämpfungselements auf das Messergebnis bei der Untersuchung der Messergebnisse zu kompensieren. Zudem ist bereits ein Feder-Dämpfungselement ausreichend, um die Eigenfrequenz des untersuchten Lenksystems weit genug zu verlagern, so dass mit einer besonders kostengünstigen Maßnahme eine gute Messgenauigkeit erreicht werden kann.Preferably only one spring damping element is provided. This makes it easier to compensate for the influence of the spring damping element on the measurement result when examining the measurement results. In addition, just one spring-damping element is sufficient to shift the natural frequency of the steering system under investigation far enough so that good measurement accuracy can be achieved with a particularly cost-effective measure.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung des Lenksystemprüfstand, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Untersuchung eines servomotorisch unterstützten Lenksystems für ein Kraftfahrzeug. Durch das Feder-Dämpfungselement mit bekanntem Schwingungsverhalten kann ein die Messergebnisse beeinflussender Einfluss der Eigenfrequenz des Lenksystems, insbesondere in Kombination mit dem mindestens einen verbundenen Linearmotor, vermieden werden, wodurch ein messgenauer Lenksystemprüfstand ermöglicht ist.A further aspect of the invention relates to a use of the steering system test bench, which can be designed and further developed as described above, for examining a servomotor-assisted steering system for a motor vehicle. The spring damping element with known vibration behavior allows the natural frequency of the steering system to influence the measurement results, particularly in combination with the at least one connected linear motor. can be avoided, which enables an accurate steering system test bench.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1: eine schematische Prinzipdarstellung eines Lenksystemprüfstands,
2: ein schematisches Diagramm mit einem Messergebnis ohne Feder-Dämpfungselement
3: ein schematischer Vergleich einer Eigenfrequenz eines Lenksystems mit und ohne Feder-Dämpfungselement und
4: ein schematischer Vergleich von Messergebnissen mit und ohne Feder-Dämpfungselement sowie deaktivierter und aktivierter Auswerteeinheit.

The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying drawings using preferred exemplary embodiments, whereby the features shown below can represent an aspect of the invention both individually and in combination. Show it:

1 : a schematic diagram of a steering system test bench,
2 : a schematic diagram with a measurement result without a spring-damping element
3 : a schematic comparison of a natural frequency of a steering system with and without a spring-damping element and
4 : a schematic comparison of measurement results with and without a spring-damping element as well as a deactivated and activated evaluation unit.

Der in 1 dargestellte Lenksystemprüfstand 10 kann ein Lenksystem 12, das in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden soll, untersuchen. Das zu untersuchende Lenksystem 12 weist eine Spurstange 14 auf, mit der über mehrere Zwischenbauteile eine Lenkstange 16 angekoppelt ist. Die Spurstange 14 kann in einem im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand mit Vorderrädern verbunden sein, während mit der Lenkstange im eingebauten Zustand ein Lenkrad befestigt sein kann. Um eine Fahrsituation simulieren zu können sind an den axialen Enden der Spurstange 14 jeweils ein Linearmotor 18 angekoppelt, während an dem von der Spurstange 14 weg weisenden Ende der Lenkstange 16 ein Lenkmotor 20 angekoppelt ist. Beispielsweise an der Spurstange 14 ist eine Messsensorik 22 vorgesehen, mit deren Hilfe beispielsweise an der Messstelle auftretende Kräfte gemessen werden können. Die Messsensorik 22 kann insbesondere auch in einem anderen Bereich des Kraftpfads vorgesehen sein, insbesondere zwischen einem axialen Ende der Spurstange 14 und dem dort angebundenen Linearmotor 18.The in 1 Steering system test stand 10 shown can examine a steering system 12 that is to be installed in a motor vehicle. The steering system 12 to be examined has a tie rod 14 to which a handlebar 16 is coupled via several intermediate components. The tie rod 14 can be connected to front wheels when installed in the motor vehicle, while a steering wheel can be attached to the handlebar when installed. In order to be able to simulate a driving situation, a linear motor 18 is coupled to the axial ends of the tie rod 14, while a steering motor 20 is coupled to the end of the handlebar 16 pointing away from the tie rod 14. For example, a measuring sensor system 22 is provided on the tie rod 14, with the help of which, for example, forces occurring at the measuring point can be measured. The measuring sensor system 22 can in particular also be provided in another area of the force path, in particular between an axial end of the tie rod 14 and the linear motor 18 connected there.

Der Lenksystemprüfstand 10 weist genau ein Feder-Dämpfungselement 24 auf, das im Kraftpfad zwischen einem der Linearmotoren 18 und dem zu untersuchenden Lenksystem 12 angeordnet ist. Im eingebauten Zustand des Lenksystems 12 wird das Feder-Dämpfungselement 24 nicht mit verbaut. Das Feder-Dämpfungselement 24 kann insbesondere als ein elastomeres Stützlager ausgestaltet sein, das beispielsweise eine mit der Spurstange 14 verbundene Welle 26 des Linearmotors in axialer Richtung abstützt bzw. verbindet. Das Feder-Dämpfungselement 24 weist zumindest einen elastischen Federanteil auf, der eine Eigenfrequenz des Lenksystems 12 in Kombination mit dem mindestens einen verbundenen Linearmotor 18 verstimmen kann. Insbesondere kann das Feder-Dämpfungselement zusätzlich einen dissipativen Dämpferanteil, insbesondere einen dissipativen Reibungsanteil, aufweisen.The steering system test bench 10 has exactly one spring damping element 24, which is arranged in the force path between one of the linear motors 18 and the steering system 12 to be examined. When the steering system 12 is installed, the spring damping element 24 is not installed. The spring damping element 24 can in particular be designed as an elastomeric support bearing, which, for example, supports or connects a shaft 26 of the linear motor connected to the tie rod 14 in the axial direction. The spring damping element 24 has at least one elastic spring component, which can detune a natural frequency of the steering system 12 in combination with the at least one connected linear motor 18. In particular, the spring damping element can additionally have a dissipative damper component, in particular a dissipative friction component.

Wie in 2 gezeigt, kann eine Messkurve 28, bei der eine Kraft 30 in Newton über eine Zeit 20 in Sekunde aufgetragen ist, deutliche Resonanzeffekte abbilden. Dies liegt jedoch daran, dass die Eigenfrequenz des Lenksystems 12 in Kombination mit den starr angebundenen Linearmotoren 18 ohne Feder-Dämpfungselement 24 im Bereich von ca. 50 Hz liegt. Wie in 3 dargestellt ist, in dem ein Betrag 34 des Verhältnisses der Frequenz zur Eigenfrequenz über der Frequenz 36 dargestellt ist, kann im Vergleich zu einem ersten Frequenzverlauf 38 des Lenksystems 12 ohne Feder-Dämpfungselement 24 ein zweiter Frequenzverlauf 40 mit Feder-Dämpfungselement 24 die Eigenfrequenz von ca. 50 Hz auf ca. 20 Hz abgesenkt werden und gleichzeitig auch der Maximalbetrag im Resonanzfall der Eigenfrequenz abgesenkt werden. Die Eigenfrequenz mit Feder-Dämpfungselement 24 kann dadurch in einen unterkritischen und dadurch besonders performanten Frequenzbereich einer zur Regelung der Linearmotoren 18 vorgesehenen Prüfstandsregelung liegen, wobei höherfrequente Anregungen eines Servomotors des Lenksystems 12 unterdrückt werden können, so dass durch diese Anregungen verursachten Schwingungen sich nicht mehr im Messergebnis niederschlagen können. Wie in 4 dargestellt ist, kann im Vergleich zur Messkurve 28 ohne Feder-Dämpfungselement 24 eine um Resonanzeffekte infolge der Eigenfrequenz des aus dem Lenksystem 12 und der angebundenen Linearmotoren 18 bestehenden schwingungsfähigen Gesamtsystems bereinigte Messkurve 42 gemessen, in der keine instabile Bereiche oder Resonanzeffekte zu erkennen sind. Eine durch die Nachgiebigkeit des Feder-Dämpfungselements 24 verursachte Abweichung des von dem verbundenen Linearmotors 18 ausgeführten Weges des zugehörigen axialen Endes der Spurstange 14 in Folge einer Lenkbewegung der Lenkstange 16 im Vergleich zu einer starren Anbindung des über das Feder-Dämpfungselement 24 angebundenen Linearmotors 18 kann rechnerisch kompensiert werden, wodurch sich eine kompensierte Messkurve 44 ergibt, welche das Schwingungsverhalten des Lenksystems 12 mit einer hohen Messgenauigkeit abbildet.As in 2 shown, a measurement curve 28, in which a force 30 in Newtons is plotted over a time 20 in seconds, can show clear resonance effects. However, this is because the natural frequency of the steering system 12 in combination with the rigidly connected linear motors 18 without a spring damping element 24 is in the range of approximately 50 Hz. As in 3 is shown, in which an amount 34 of the ratio of the frequency to the natural frequency is shown over the frequency 36, compared to a first frequency curve 38 of the steering system 12 without a spring-damping element 24, a second frequency curve 40 with a spring-damping element 24 can have the natural frequency of approx 50 Hz can be reduced to approx. 20 Hz and at the same time the maximum amount in the case of resonance of the natural frequency can be reduced. The natural frequency with the spring damping element 24 can thereby be in a subcritical and therefore particularly high-performance frequency range of a test bench control provided for controlling the linear motors 18, whereby higher-frequency excitations of a servo motor of the steering system 12 can be suppressed, so that vibrations caused by these excitations are no longer in the can affect the measurement result. As in 4 is shown, in comparison to the measurement curve 28 without spring-damping element 24, a measurement curve 42 can be measured that has been adjusted for resonance effects as a result of the natural frequency of the oscillatory overall system consisting of the steering system 12 and the connected linear motors 18, in which no unstable areas or resonance effects can be recognized. A deviation in the path of the associated axial end of the tie rod 14 carried out by the connected linear motor 18 caused by the flexibility of the spring damping element 24 as a result of a steering movement of the handlebar 16 compared to a rigid connection of the linear motor 18 connected via the spring damping element 24 can are mathematically compensated, resulting in a compensated measurement curve 44, which depicts the vibration behavior of the steering system 12 with a high level of measurement accuracy.

Claims

Steering system test stand (10) for examining the steering behavior of a steering system (12) of a motor vehicle, with a tie rod (14) for coupling front wheels, at least one linear motor (18) coupled to the tie rod (14) for simulating a road-side excitation, a handlebar (16) coupled to the tie rod (14) for connecting a steering wheel, a steering motor (20) coupled to the handlebar (16) for simulation a driver-side excitation and a measuring sensor system (22) for detecting vibrations in a force path between the at least one linear motor (18) and the steering motor (20), characterized in that in the force path there is a support bearing for the axial connection of the linear motor (18). the tie rod (14) designed spring damping element (24) is provided for shifting a natural frequency of the force path to a lower frequency.

Steering system test stand (10). Claim 1 , wherein the spring damping element (24) is provided between the linear motor (18) and the tie rod (14).

Steering system test stand (10). Claim 1 or 2 , wherein the natural frequency shifted with the help of the spring-damper element (24) is subcritical compared to a test bench control that can be operated with the help of the measuring sensors (22) for controlling the steering system test bench (10).

Steering system test stand (10) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the spring damping element (24) has a vibration-damping elastomer body, in particular an elastomer bearing.

Steering system test stand (10) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the natural frequency f _E of the force path is less than a natural frequency of a closed-loop control of a test bench control for controlling the at least one linear motor (18) depending on measurement results of the measurement sensor system (20), in particular 5 Hz ≤ f _E ≤ 35 Hz , preferably 10 Hz ≤ f _E ≤ 30 Hz and particularly preferably f _E ≤ 20 Hz ± 5 Hz applies.

Steering system test stand (10) according to one of the Claims 1 until 5 , whereby for an original natural frequency f _{E '} of the force path without the spring-damping element (24) 35 Hz ≤ f _E ≤ 80 Hz, preferably 40 Hz ≤ f _{E '} ≤ 60 Hz and particularly preferably f _{E '} ≤ 50 Hz ± 5 Hz applies .

Steering system test stand (10) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein an evaluation unit connected to the measuring sensor system (22) is provided, the evaluation unit being prepared to detect a change in the path carried out by the linear motor (18) in the measurement result and/or in a test bench control caused by a damping capacity of the spring-damping element (24). to compensate.

Steering system test stand (10) according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the handlebar (16) is coupled to the tie rod (14) via at least one intermediate element in the force path, in particular a steering gear, a steering column arm and / or an intermediate rod.

Steering system test stand (10) according to one of the Claims 1 until 8th , whereby only one spring damping element (24) is provided.

Use the steering system test stand (10) according to one of the Claims 1 until 9 for examining a servomotor-assisted steering system (12) for a motor vehicle.