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Die
Erfindung betrifft einen Straßensimulationsprüfstand nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der WO
98/22790 A1 als bekannt hervorgeht.
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Straßensimulationsprüfstände dienen
dazu, die im Fahrbetrieb auftretenden und auf das gesamte Fahrzeug
wirkenden Kräfte
und Belastungen möglichst
wirklichkeitstreu nachzubilden, um aus diesen Simulationen Rückschlüsse auf
die Auswirkungen bestimmter Belastungen (Rütteln, Schwingungen, etc.)
auf die Betriebsfestigkeit und das Schwingverhalten des gesamten
Fahrzeugs ziehen zu können. Die
bei solchen Simulationen nachzubildenden Lastzustand-Ereignisfolgen
ergeben sich aus der im Berührungspunkt
zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahnoberfläche auftretenden Gesamtkraft
nach Betrag und Richtung und deren zeitabhängiger Veränderung. Neben den statischen
und dynamischen Kraftanteilen in Vertikalrichtung wirken einerseits
die in der Radebene liegenden dynamischen Längskräfte sowie die Brems- und Antriebskräfte, andererseits die
senkrecht zur Radebene verlaufenden statischen und dynamischen Seitenkräfte, die
beispielsweise bei einer Kurvenfahrt auf das Fahrzeugrad einwirken. Alle
diese Kräfte
müssen
wirklichkeitstreu nachgebildet und in das Fahrzeugrad eingeleitet
werden, um eine realitätsnahe
Simulation einer Straßenfahrt
auf dem Prüfstand
zu erreichen.
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Um
auf dem Prüfstand
die Einflüsse
der Straßenverhältnisse
auf das Fahrzeug realitätsnah
simulieren zu können,
muß die
Krafteinleitung in das Fahrzeug auf eine solche Art und Weise erfolgen,
daß dabei
die Anregungszustände
des Fahrzeugs möglichst betriebsnah
nachgebildet werden. Aus Gründen
der Vollständigkeit
des zu beurteilenden Fahrzeuges, sowie aus technischen und Kostengründen ist
es wichtig, das Fahrzeug in bereiftem Zustand zu prüfen und die
Kräfte über die
Fahrzeugreifen in das Fahrzeug einzuleiten.
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Rüttelprüfstände, mit
Hilfe derer Anregungskräfte über die
Fahrzeugreifen in das Fahrzeug eingeleitet werden können, sind
beispielsweise aus der
EP
299 217 A2 und aus der
DE 33 02 952 A1 bekannt: Bei diesen Prüfständen steht
das bereifte Fahrzeug auf vertikal beweglichen Radaufstandsflächen; mit
Hilfe von Kolben-Zylinder-Anordnungen kann eine dezidierte vertikale
Verschiebung der Radaufstandsflächen
und somit ein unterschiedlich hohes Anheben der einzelnen Räder erreicht
werden. Allerdings gestatten diese Prüfstände lediglich eine Variation
der (vertikal wirkenden) Aufstandskräfte und eignen sich nicht für eine Simulation
der Wirkung von Längs-
und Seitenkräften
auf das Fahrzeug. Mit solchen Prüfständen lassen
sich die Einflüsse
realer Straßenverhältnisse
auf das Fahrzeug somit nur sehr unvollständig simulieren.
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Die
US 5 604 296 zeigt einen
Räder-/Radaufhängungs-Prüfstand mit
einer Radaufstandsplatte, die mit Hilfe von hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnungen
in vertikaler und horizontaler Richtung verschoben werden kann.
Diese Schrift betrifft den Spezialfall eines Prüfstands für Räder bzw. Radaufhängungen
mit zwei senkrecht zueinander angeordneten, untereinander gekoppelten
und quasi-statisch betriebenen Kolben-Zylinder-Anordnungen. Die Prüfabläufe, denen
ein Fahrzeugrad mit Hilfe einer solchen Einrichtung unterworfen
werden kann, unterscheiden sich jedoch grundlegend von den Prüfabläufen, denen
ein Gesamtfahrzeug auf einem Straßensimulationsprüfstand unterliegt.
Somit sind die im der
US 5 604
296 gezeigten Bewegungsmimiken nicht geeignet für den Einsatz
in einem realitätsnahen
Straßensimulationsprüfstand.
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Aus
der WO 91/09291 A1 ist ein Simulationsprüfstand für Fahrzeuge bekannt mit Radaufstandsplatten,
die angetriebene Gurtförderer
umfassen und mit Hilfe von Aktuatoren um die Vertikalachse ge dreht
werden können.
Anregungen in Vertikal- und Horizontalrichtungen sind mit diesem
Prüfstand
allerdings nicht möglich.
Die
JP 63 015 136
A1 beschreibt einen Fahrzeugsprüfstand mit Radaufstandsplatten, die
mit Hilfe von Vibrationsmitteln in Vertikalrichtung antreibbar sind.
Ein solcher Prüfstand
ermöglicht zwar
Vertikalanregungen, allerdings keine Horizontalverschiebungen der
Radaufstandsplatten.
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Die
WO 98/22790 A1 schließlich
zeigt einen Fahrzeugprüfstand
mit Radaufstandsplatten, die individuell (statisch oder dynamisch)
vertikal und/oder horizontal verstellbar sind. Die vertikale und/oder
horizontale Anregung der Radaufstandsplatten erfolgt mit Hilfe von
Aktuatoren, die direkt an den Radaufstandsplatten angreifen. Allerdings
ist aus der WO 98/22790 A1 nicht ersichtlich, wie die Bewegungseinheit
gestaltet sein müssen,
damit ein realitätsnaher Prüfstandsbetrieb – insbesondere
für dynamische
Simulationsvorgänge
mit mehrdimensionalen Auslenkungen und großen Amplituden – möglich ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Prüfstand so
weiterzuentwickeln, dass eine weitestgehend realistische Simulation
von Straßenfahrten,
insbesondere von intensiv schädigenden
Strecken, möglich
ist, wobei gleichzeitig der Platzbedarf des Prüfstands möglichst gering gehalten werden
soll.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach
ist auf dem Prüfstand
für jedes
Fahrzeugrad eine Radaufstandsplatte mit einer Aufnahmeschale zur
Aufnahme des jeweiligen Fahrzeugrades vorgesehen; jede Radaufstandsplatte
ist mit drei Bewegungseinheiten versehen, mit Hilfe derer schnelle
Wegänderungen
je Zeiteinheit in Vertikal-, Längs-
und Querrichtung des Fahrzeugs in die Radaufstandsplatte eingeleitet
werden können,
die über die
zugehörige
Aufnahmeschale auf das Fahrzeugrad Einfluss nehmen. Der erfindungsgemäße Prüfstand gestattet
somit translatorische Anregungen des Fahrzeugs in allen drei Raumrichtungen
sowie die Einleitung von Antriebs- und Bremsmomenten, wobei diese
Anregungen über
die Fahrzeugreifen in das Fahrzeug eingeleitet werden. Durch Verwendung einer
geeigneten Steuerapplikation können
mit Hilfe dieses Prüfstandes – neben
den translatorischen Reaktionen des Fahrzeuges in allen drei Raumrichtungen – auch die
Wank-, Nick- und Gier-Reaktionen auf beliebige Straßenzustände realitätsnah dargestellt werden.
Somit eignet sich der Prüfstand
beispielsweise zur zeitlich gerafften Untersuchung eines Komplettfahrzeugs
auf partielle Betriebsfestigkeitsmängel, auf Mängel beim Einsatz von Verbindungselementen
und auf nicht ausreichende Bauteil-Freiräume. Insbesondere eignet sich
der Prüfstand
somit als Hilfsmittel bei der Fahrzeugentwicklung, um eine Optimierung
des Fahrzeug-Eigengewichts
ohne Einbußen
der Langzeit-Fahrzeugqualität
und der Robustheit im realen Fahrbetrieb zu erreichen.
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Die
Bewegungseinheiten sind so gestaltet, daß sie zweckmäßigerweise
jeweils eine servohydraulisch geregelte Kolben-Zylinder-Anordnung umfassen,
welche mittels Verbindungsstangen mit der Radaufstandsplatte verbunden
ist. Bei der Auslegung der Bewegungseinheiten spielen zwei gegenläufige Anforderungen
eine große
Rolle: Einerseits soll die Bewegungseinheit möglichst klein bauen, um den
Platzbedarf des Prüfstands
möglichst
gering zu halten; andererseits aber müssen die Verbindungsstangen
eine ausreichend große
Länge haben,
um ein unerwünschtes Übersprechen
der einzelnen Kräfte
auf die jeweils kooperierenden Kräfte weitestgehend zu unterdrücken. Um
diesen beiden Anforderungen gerecht zu werden, sind die Bewegungseinheiten
des vorliegenden Prüfstands
vorteilhafterweise so ausgelegt, daß jede Kolben-Zylinder-Anordnung
käfigartig
von mindestens zwei Verbindungsstangen umgeben ist. Diese Ineinanderschachtelung der
Kolben-Zylinder-Anordnungen
und der Verbindungsstangen führt
zu einer Minimierung des Bauraums der Bewegungseinheiten bei gleichzeitiger Maximierung
der Verbindungsstangenlänge
und gewährleistet
dadurch Kompaktheit. Gleichzeitig gewährleistet diese Anordnung eine
Minimierung der Störeinflüsse auf
benachbarte Regelvorgänge.
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Die
Aufnahmeschalen, welche die Fahrzeugräder auf dem Prüfstand aufnehmen
und die Übertragung
der Anregungszustände
von den Radaufstandsplatten auf die Fahrzeugreifen bewirken, sind an
ihren Grund- und Seitenflächen
zweckmäßigerweise
mit drehbar gelagerten Zylinderwalzen versehen. Dies hat zur Folge,
dass die Fahrzeugräder
einerseits zwar sicher in den Aufnahmeschalen gehalten sind, andererseits
aber frei in diesen Aufnahmeschalen schwingen können. Dadurch wird ein gleichbleibender
Reibungszustand auf niedrigem Niveau erreicht.
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Um
eine möglichst
hohe Flexibilität
in bezug auf die verschiedenen auf dem Prüfstand zu untersuchenden Fahrzeugtypen
zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Radaufstandsplatten mit einem
3-dimensionalen mechanischen Rasterspannsystem zu versehen, das
eine Verschiebung der Grund- und Seitenflächen und somit eine Adaption
der Aufnahmeschalen auf Reifen unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher
Breite (und beispielsweise auch auf eine Zwillingsanordnung von
Reifen) gestattet.
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Die
drei zu einer Radaufstandsplatte gehörigen Bewegungseinheiten sind
vorzugsweise so angeordnet, dass ihre Auslenkungen näherungsweise entlang
der Vertikal-, der Längs-
bzw. der Querrichtung des Fahrzeugs verlaufen. Die beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen für Auslenkungen
in Längs-
bzw. Querrichtung sind zweckmäßigerweise so
ausgeführt,
dass eine von ihnen mit Hilfe eines 3-Gelenk-Stabwerks an die Radaufstandsplatte
angelenkt ist, während
die andere über
ein 2-Gelenk-Stabwerk an die Radaufstandsplatte angekoppelt ist.
Dies gewährleistet
eine rotatorisch eindeutig bestimmte Führung der Radaufstandsplatte
und der (zur Bewegungseinheit für
Vertikalauslenkungen gehörigen)
vertikalen Verbindungsstangen um die vertikale Koordinatenachse.
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Zur
Regelung der in das Fahrzeug eingeleiteten Anregungen ist jede einzelne
Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem induktiv wirkenden, von der
Kolben-Rotation drehbar abgekoppelten Wegsensor versehen.
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Sollen
auf dem Prüfstand
verschiedene Fahrzeugmodelle untersucht werden, so ist es erstrebenswert,
den Prüfstand
schnell und einfach auf die unterschiedlichen Fahrzeugtypen umstellen
zu können.
Um dies zu gewährleisten,
ist jede Radaufstandsplatte – zusammen
mit den zur Anregung dieser Radaufstandsplatte gehörigen Bewegungseinheiten – auf einer
Basisplatte angeordnet, welche verschieblich gegenüber dem
Fundament gelagert ist.
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Jede
Radaufstandsplatte kann also – durch Verschieben
der entsprechenden Basisplatte – als Ganzes
schnell und einfach ohne systembedingte Widersprüche an die gewünschte Position
verschoben werden, um so den Prüfstand
auf die benötigten Radstände und
Spurweiten einzustellen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert; dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs auf einem Straßensimulationsprüfstand;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Anregungsmoduls mit drei Bewegungseinheiten;
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3a eine
Detailansicht der Bewegungseinheit für Vertikal-(Z-)Anregungen;
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3b eine
Detailansicht der Bewegungseinheiten für Anregungen in Fahrzeugquer-(Y-)
und für
Anregungen in Fahrzeuglängs-(X-)
Richtung;
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4 einen
Wegaufnehmer einer Kolben-Zylinder-Anordnung;
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5 eine
schematische Aufsicht auf eine Verschiebeeinrichtung zwischen zwei
Basisplatten;
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6 eine
Schnittdarstellung eines Spann-/Entspannsystems für Basisplatten.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 1 auf einem
erfindungsgemäßen Straßensimulationsprüfstand 2.
Das Fahrzeug 1 befindet sich im vollständig montierten Zustand – also mitsamt
seiner Räder 3 und
Reifen 4 – auf
dem Prüfstand 2.
Die Räder 3 des
Fahrzeugs 1 ruhen in Aufnahmeschalen 5, wobei
jede Aufnahmeschale 5 starr, jedoch in feinstufigen Rastern
dreidimensional verstellbar mit einer Radaufstandsplatte 6 verbunden ist,
welche mit Hilfe eines Anregungsmoduls 7 getrennt von den
anderen Radaufstandsplatten angeregt werden kann.
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2 zeigt
eine perspektivische Detaildarstellung eines solchen Anregungsmoduls 7:
Das Anregungsmodul 7 umfaßt drei lineare Bewegungseinheiten 8,9,10,
mit Hilfe derer die Radaufstandsplatte 6 entlang dreier
orthogonal zueinander ausgerichteter Raumrichtungen X,Y,Z bewegt
werden kann: Die erste Bewegungseinheit 8 dient zur Anregung
der Radaufstandsplatte 6 in Z-Richtung (Fahrzeug-Vertikalrichtung),
die zweite Bewegungseinheit 9 dient zur Anregung in Y-Richtung
(Fahrzeug-Querrichtung), während
die dritte Bewegungseinheit 10 zur Anregung in X-Richtung
(Fahrzeug-Längsrichtung)
dient. Die drei Bewegungseinheiten 8,9,10 jedes
Anregungsmoduls 7 sind gemeinsam – aber getrennt von den anderen
Anregungsmodulen – auf
einer Basisplatte 11 angeordnet.
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In 3a und 3b sind
Detaildarstellungen der drei Bewegungseinheiten 8,9,10 abgebildet. Jede
Bewegungseinheit 8,9,10 umfaßt eine
hydraulisch betriebene Kolben-Zylinder-Anordnung 12,12',12'', deren einer (stationärer) Teil – in diesem Fall
der Zylinder 13,13',13'' – mit einer auf der Basisplatte 11 fixierten
Tragsäule 14,14',14'' verbunden ist. Der andere (bewegte) Teil
der Kolben-Zylinder-Anordnung 12,12',12'' – in diesem
Fall der Kolben 15,15',15'' – ist endseitig über Verbindungsstangen 16 an
die Radaufstandsplatte 6 gekoppelt.
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Die
Vertikal-(Z-)Bewegungseinheit 8, welche in 3a in
einer Seitenansicht dargestellt ist, umfaßt eine vertikal ausgerichtete
Kolben-Zylinder-Anordnung 12, mit Hilfe derer die Radaufstandsplatte 6 höhenverstellt
wird und mit Hilfe derer Anregungen in Vertikal-(Z-)Richtung in
die Radaufstandsplatte 6 eingeleitet werden. Der Zylinder 13 dieser
Kolben-Zylinder-Anordnung 12 ist über ein
Traggestell 14 mit vier Stützen 17 gegenüber der
Basisplatte 11 fixiert. Der Kolben 15 ist über ein
Kardangelenk 18 an ein Zwischenelement 19 angekoppelt,
welches wiederum über
die vier Verbindungsstangen 16 an die Radaufstandsplatte 6 gekoppelt
ist. Das Kardangelenk 18 ermöglicht es, das Zwischenelement 19 (und
somit die Radaufstandsplatte 6) in X- und in Y-Richtung
gegenüber
dem Kolben 15 der Kolben-Zylinder-Anordnung 12 zu verschwenken,
um auf diese Weise X- und
Y-Auslenkungen der Radaufstandsplatte 6 durch die X- und
Y-Bewegungseinheiten 9,10 herzustellen.
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Wie
aus 3a ersichtlich, ist die Z-Bewegungseinheit 8 so
aufgebaut, daß die
Summe der durch die Verbindungsstangen 16 übertragenen
Kräfte
näherungsweise
parallel zur Vorschubrichtung 20 der Kolben-Zylinder-Anordnung 12 verläuft; dabei
ist die Kolben-Zylinder-Anordnung 12 permanent auf Zug
belastet, während
die Verbindungsstangen 16 permanent auf Druck belastet
sind. Die vier Verbindungsstangen 16 umgeben die zentral
angeordnete Kolben-Zylinder-Anordnung 12 in einer symmetrischen
(in diesem Falle: quadratischen) Käfiganordnung. Dies bewirkt
daß die
Bewegungseinheit 8 so belastet wird, daß der Verschleiß der Bewegungseinheit 8 – und insbesondere
der Kolben-Zylinder-Anordnung 12 und
des Gelenks 18 – minimiert
wird.
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Im
Interesse einer guten Steuerbarkeit des Prüfstands 2 ist es von
Vorteil, wenn die Verbindungsstangen 16, welche die Kolben-Zylinder-Anordnung 12 mit
der Radaufstandsplatte 6 verbinden, möglichst lang sind. Im vorliegenden
Fall ermöglicht die
Ineinanderschachtelung der Kolben-Zylinder-Anordnung 12 inmitten
der Verbindungsstangen 16 eine besonders raumsparende Anordnung
dieser Elemente: Die Verbindungsstangen 16 können nämlich – ohne Erhöhung des
Platzbedarfs – sehr
lang gewählt
werden, wodurch die Störeinflüsse auf
die zeitlichen Abläufe
der anderen Bewegungseinheiten minimiert werden können.
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3b zeigt
eine schematische Aufsicht auf die Bewegungseinheit 9 zur
Einleitung von Anregungen in Y-(Fahrzeugquer-) Richtung und die
Bewegungseinheit 10 zur Einleitung von Anregungen in X-(Fahrzeuglängs-) Richtung.
Die Bewegungseinheit 9 umfaßt eine Kolben-Zylinder-Anordnung 12', welche – wie aus 2 ersichtlich – unter
einem kleinen Winkel 21' von
etwa 12° gegenüber der
horizontalen X-Y-Ebene geneigt gelagert ist. Der Zylinder 13' der Kolben-Zylinder-Anordnung 12' ist, wie in 2 gezeigt,
an einer vertikalen Tragsäule 14' befestigt,
welche fest mit der Basisplatte 11 des Anregungsmoduls 7 verbunden
ist. Der Kolben 15' der
Kolben-Zylinder-Anordnung 12' ist über ein
Kardangelenk 18' mit einem
Zwischenelement 19' verbunden;
an diesem Zwischenelement 19' sind
zwei Verbindungsstangen 16 befestigt, welche ihrerseits über zwei
Gelenke 22' an
der Radaufstandsplatte 6 angelenkt sind. Diese Gelenke 18',22' ermöglichen
die Kompensation der Auswirkungen von Vertikalverschiebungen der
Radaufstandsplatte 6 (aufgrund von Anregungen durch die
Vertikal-Bewegungseinheit 8) und von X-Verschiebungen (aufgrund von Anregungen
durch die X-Bewegungseinheit 10),
so daß die
Verbindungsstangen 16 und das Zwischenelement 19' die Radaufstandsplatte 6 – unabhängig von
der momentanen Z- und X-Auslenkung der Radaufstandsplatte 6 – momentenfrei
mit der Kolben-Zylinder-Anordnung 12' verbinden. Bei Betätigung der
Kolben-Zylinder-Anordnung 12' wird
ein Druck oder Zug in der Vorschubrichtung 20' der Kolben-Zylinder-Einheit 12' ausgeübt, welcher über die
Verbindungsstangen 16 an die Radaufstandsplatte 6 übertragen
wird und eine Auslenkung der Radaufstandsplatte 6 in Fahrzeugquerrichtung
bewirkt.
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3b zeigt
weiterhin eine schematische Aufsicht auf die Bewegungseinheit 10 zur
Einleitung von Anregungen in X-(Fahrzeuglängs-)Richtung.
Die Bewegungseinheit 10 ähnelt in ihrem Aufbau sehr stark
der Bewegungseinheit 9 für Anregungen in Y-Richtung:
Ebenso wie jene umfaßt
sie eine um einen kleinen Winkel 21'' von
etwa 12° gegenüber der Horizontal-(X-Y-)Ebene
geneigte Kolben-Zylinder-Anordnung 12'',
deren Zylinder 13'' an einer Tragsäule 14'' befestigt ist. Der Kolben 15'' der Kolben-Zylinder-Anordnung 12'' ist über ein Kardangelenk 18'' mit einem Zwischenelement 19'' verbunden. Das Zwischenelement 19'' ist mit Hilfe zweier Verbindungsstangen 16 starr
mit einem zweiten Zwischenelement 23 verbunden, welches
seinerseits über
ein Kardangelenk 22'' an die Radaufstandsplatte 6 gekoppelt
ist. Die beiden Gelenke 18'',22'' gemeinsam kompensieren die Auswirkungen
von Vertikal- und Querverschiebungen der Radaufstandsplatte 6 (aufgrund
von Anregungen durch die Z-Bewegungseinheit 8 und die Y-Bewegungseinheit 9),
so daß die Radaufstandsplatte 6 – unabhängig von
ihrer momentanen Z- und Y-Auslenkung – momentenfrei mit der Kolben-Zylinder-Anordnung 12'' verbunden ist. Jede erzwungene
Verschiebung des Kolbens 15'' im Zylinder 13'' der Kolben-Zylinder-Anordnung 12'' bewirkt eine Druck- oder Zugausübung auf
das Zwischenelement 19 in Vorschubrichtung 20''; ein solcher Druck bzw. Zug wird über die
Verbindungsstangen 16 und das zweite Zwischenelement 23 an
die Radaufstandsplatte 6 weitergeleitet und bewirkt eine Auslenkung
der Radaufstandsplatte 6 in X-Richtung.
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Die
Neigung der beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen 12',12'' gegenüber der Horizontalebene, die
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
etwa 12° beträgt, ermöglicht eine
gute Zugänglichkeit
des zu prüfenden
Fahrzeugs 1 anhand von oberhalb der Bewegungseinheiten 9,10 angeordneten
Gangways 34 (die in 1 gestrichelt
dargestellt sind).
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Wie
in 3b gezeigt, sind die Bewegungseinheiten 9 und 10 – ebenso
wie die Z-Bewegungseinheit 8 der 3a – so aufgebaut,
daß die
Verbindungsstangen 16 in einer symmetrischen Wei se gegenüber den
Kolben-Zylinder-Anordnungen 12',12'' angeordnet
sind. Generell gilt für
beide Bewegungseinrichungen 9,10, daß die Verbindungsstangen 16 die
zentral angeordnete Kolben-Zylinder-Anordnung 12',12'' seitlich umgeben und in entgegengesetzter Richtung
zu dieser belastet werden: So sind z.B. – wie aus 3b ersichtlich – in der
Y-Bewegungseinheit 9 die Verbindungsstangen 16 auf
Zug belastet, wenn die Kolben-Zylinder-Anordnung 12' auf Druck belastet ist; andererseits
sind die Verbindungsstangen 16 auf Druck belastet, wenn
die Kolben-Zylinder-Anordnung 12' auf Zug belastet
ist. Gleiches gilt für
die X-Bewegungseinheit 10. Die Ineinanderschachtelung der
Kolben-Zylinder-Anordnung 12',12'' inmitten eines Paares von Verbindungsstangen 16 ermöglicht eine
besonders platzsparende und gleichzeitig verschleißminimierende
Realisierung der Ankopplung der Radaufstandsplatte 6, wobei
eine maximale Länge
der Verbindungsstangen 16 bei gleichzeitiger Minimierung
des Platzbedarfs erreicht wird. Dies ermöglicht – wie oben beschrieben – die Minimierung
der Störeinflüsse auf
die anderen Bewegungseinheiten.
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Die
Bewegungseinheiten 8,9,10 sind so aufgebaut,
daß – unter
Berücksichtigung
der Kinematik des gesamten Anregungsmoduls 7 – die Gesamtzahl der
Gelenke minimiert wurde. Im Vergleich zu herkömmlichen mehrachsigen Prüfständen, bei
denen für
jede Bewegungsrichtung vier (oder mehr) Gelenke benötigt werden,
bedeutet diese Reduktion in der Zahl der Gelenke eine erhebliche
Verringerung der Verschleißmöglichkeiten
und somit eine Erhöhung der
Betriebssicherheit des Prüfstands 2.
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Zur
permanenten Erfassung der momentanen Position des Kolbens 15,15',15'' der Kolben-Zylinder-Anordnung 12,12',12'' ist jede Bewegungseinheit 8,9,10 mit
einem induktiven Wegaufnehmer 25 versehen (siehe die Detaildarstellung
der 4). Dieser Wegaufnehmer 25 ist über ein
Wälzlager
gegenüber
der Rotation des zugehörigen
Kolbens 15 abgekoppelt.
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Die
Anregung der Kolben-Zylinder-Anordnungen 12,12',12'' erfolgt vorzugsweise hydraulisch. Hierzu
ist jedes Anregungsmodul 7 an ein (in 1 schematisch
angedeutetes) Druckverteilungssystem 24 angeschlossen,
welches den an den einzelnen Bewegungseinheiten 8,9,10 notwendigen
Druck bereitstellt. Die an den entsprechenden Kolben-Zylinder-Anordnungen 12,12',12'' benötigten Kräfte und Wege werden servohydraulisch
geregelt.
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Zur
möglichst
realitätstreuen
Simulation einer gegebenen Teststrecke auf das Fahrzeug 1 müssen die
seitens des Prüfstands 2 auf
das Fahrzeug 1 ausgeübten
störenden
Reibungseinflüsse
möglichst gering
gehalten werden. Um dies zu erreichen, sind die Grund- und Seitenflächen 26,27 der
Aufnahmeschalen 5 mit drehbar gelagerten Zylinderwalzen 28 versehen,
deren Symmetrieachsen parallel zur Fahrzeuglängs-(X-)Achse liegen und so
ein reibungsarmes Rollen der Fahrzeugreifen 4 in Fahrzeugquer-(Y-) Richtung gestatten.
Die Fahrzeugreifen 4 selbst gestatten ein reibungsarmes
Rollen in Fahrzeuglängs-(X-)Richtung.
Somit ist ein freies Schwingen der Räder 3 in den Aufnahmeschalen 5 gewährleistet.
Die Seitenflächen 27 der
Aufnahmeschalen 5 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel
um einen Winkel von etwa 45° gegenüber der
Horizontalen gekippt und können
gegenüber
der Grundfläche 26 verschoben
werden, um Reifen 4 unterschiedlicher Breite aufnehmen
zu können.
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Die
Steuerung des Prüfstands 2 erfolgt
mit Hilfe eines computerbasierten Regelungssystems, in welches ein
gewünschtes
Simulationsprogramm – entsprechend
einer gewünschten
Teststrecke – geladen
und abgearbeitet wird. Hierfür
wird im Regelungssystem eine bestimmte zeitliche Abfolge von Anregungen
der Bewegungseinheiten 8,9,10 generiert,
welche mit Hilfe der Druckverteilungssysteme 24 auf die
Kolben-Zylinder-Anordnungen 12,12',12'' Einfluss
nehmen. Basis für
die Erzeugung des Simulationsprogramms bilden Weg-, Kraft- und Beschleunigungsmeßwerte,
welche an ausgewählten
Stellen am Fahrzeug 1 während
der Fahrt auf einer realen Teststrecke erfaßt werden. Aus diesen Meßwerten wird
der zeitliche Verlauf der Anregungen berechnet, welche mittels der
Anregungsmodule 7 auf ein zu prüfendes Fahrzeug 1 ausgeübt werden
müssen,
um eine Fahrt des Fahrzeugs 1 auf dieser Teststrecke zu simulieren.
Um zu überprüfen, daß die auf
dem Prüfstand 2 in
das Fahrzeug 1 eingeleiteten Anregungen tatsächlich den
auf der realen Teststrecke auftretenden Anregungen entsprechen,
wird das Fahrzeug 1 an den ausgewählten Stellen mit Beschleunigungsaufnehmern 30 versehen,
deren Meßwerte
im Steuersystem mit den auf der realen Teststrecke ermittelten Meßwerten
verglichen werden.
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Um
den Prüfstand 11 auf
Fahrzeuge mit unterschiedlichen Radständen und Spurweiten einstellen
zu können,
sind die Basisplatten 11, auf denen die Bewegungseinheiten 8,9,10 jedes
Anregungsmoduls 7 befestigt sind, verschieblich gegenüber dem Fundament 33 angeordnet.
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Das
Verschieben der Basisplatten 11 wird mittels hydraulischer
Verschiebezylinder 29 im Langsamantrieb vorgenommen (siehe 5).
Jede Basisplatte 11 ist mit dem Gehäuse 35 eines hydraulisch
wirkenden, fernsteuerbaren Verschiebezylinders 29 gelenkig
verbunden. Die zugehörige
Zylinder-Kolbenstange 36 hingegen ist wiederum gelenkig verbunden
mit einer kooperierenden anderen Basisplatte 11'. Zwei der Verschiebezylinder 29 sind
parallel zur Fahrzeuglängs-(X-)Achse
und zwei weitere parallel zur Quer-(Y-) Achse orientiert an ihren
Basisplatten 11,11' befestigt.
Die Verschiebezylinder 29 sind in der Testbetriebsphase
durch (in 5 nicht gezeigte) Absperrventile
von ihrer jeweiligen Druckölversorgung
abgekoppelt.
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Damit
die Basisplatten 11,11' sich während des Betriebs der Anlage
nicht zufällig
selbsttätig
gegenüber
dem Fundament 33 verschieben können, ist jede Basisplatte 11,11' mittels mehrerer
Federspannsysteme 37 an das Fundament 33 gespannt
(siehe 6). Die Spannenergie wird jeweils von einer mechanisch
vorgespannten Federeinheit 38 zur Verfügung gestellt. In jedem Spannsystem 37 ist
auch ein hydraulisch wirkendes Entspannsystem 39 integriert. Der
zugehörige
Entspann-Hydraulik-Kreislauf ist während der Testbetriebsphase
völlig
drucklos, sodass die Federeinheit 38 im Spannsystem 37 voll wirksam
ist. Die in Rei he geschalteten Entspannsysteme 39 einer
Basisplatte 11,11' werden
erst dann mit hydraulischem Druck beaufschlagt, wenn die Notwendigkeit
einer Verschiebung der Basisplatte 11,11' besteht. In
diesem Fall übertrifft
die gegengerichtete hydraulische Druckkraft jedes Entspannsystems 39 die
Spannkraft aus der Federeinheit 38 des eigenen Spannsystems 37.
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Die
Anregungsmodule 7, die Verschiebe-Systeme 29 sowie
die Spann-/Entspannsysteme 37 sind per Software-Steuerung
logisch gegen Fehlersituationen abgesichert. Im Testmodus sind weder die
Verschiebesysteme 29 noch die Entspannsysteme 39 aktivierbar.
Die Entspannsysteme 39 lassen sich nur bei nachweislich
deaktiviertem Testsystem aktivieren. Das Verschiebesystem 29 ist
nur nach nachgewiesener Aktivierung des Entspannsystems 39 aktivierbar.
Das Entspannsystem 39 lässt
sich nur bei nachgewiesener Passivität des Verschiebesystems 29 deaktivieren.
Die nötigen
Nachweise werden durch logische Ja-/Nein-Zustandsmeldungen erbracht.
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Die
Anregungsmodule 7, die Verschiebe-Systeme 29 sowie
die Spann-/Entspannsysteme 37 werden mit hydraulischer
Energie aus dem basisplatten-zentralen (in den Figuren nicht gezeigten)
hydraulischen Druckverteilungssystem 24 versorgt. Jedes
Druckverteilungssystem 24 ist eingangsseitig mit der fundamentanteiligen,
gebäudezentralen
Hydraulikversorgung gekoppelt. Von dem Druckverteilungssystem 24 aus
wird über
Zuschalt-Ventile jede einzelne Kolben-Zylinder-Anordnung 12,12',12'' jedes Anregungsmoduls 7 mit
hydraulischem Druck angesteuert. Ebenfalls über Zuschaltventile werden
die Verschiebezylinder 29 der Basisplatten und die Entspannsysteme 39 angesteuert.