DE19710585C2 - Verfahren und Prüfstand zur Simulation von durch Fahrtwind verursachten Kräften - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Simulation von durch den Fahrtwind verursachten und an an einer Fahrzeugkarosserie beweglich an­ geordneten Bauteilen wirkenden Kräften, insbesondere an einem Schiebe­ ausstelldach wirkenden Auftriebskräften, und einen Prüfstand zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem sich fortbewegenden Kraftfahrzeug treten aufgrund der Luftströ­ mung um dasselbe an verschiedenen Oberflächenbereichen gegenüber dem gerade herrschenden Umgebungs-Luftdruck sowohl erhöhte als auch niedri­ gere Luftdrücke (Überdruck, Unterdruck) auf, vgl. z. B. Müller, A.: Aerody­ namische Probleme bei der Gestaltung von PKW; in: Kraftfahrzeugtechnik, Berlin 34, 1984; 2, S. 43-47. Ein Unterdruck äußert sich bei dem gerade be­ troffenen Kraftfahrzeugbauteil als nach außen gerichtete, über die Fläche verteilt auch unterschiedlich starke Kräfte.

An einem Schiebeausstelldach beispielsweise wirken die Kräfte auf den Deckel und damit auch auf die komplette Halte- und Betätigungsmechanik (Gelenke, Lager, Gleitführungen usw.). Diese Kräfte können rechnerisch ermittelt bzw. in entsprechenden Windkanälen experimentell bestimmt wer­ den. Windkanäle und vergleichbare. Vorrichtungen zur Untersuchung von Kraftfahrzeugen und deren Teilen sind in vielfältigen Gestaltungsvarianten bekannt, vgl. z. B. DE 87 02 336 U1, DE 88 03 252 U1, DE 39 39 099 A1, DE 41 39 359 A1, DE 37 15 016 C2, DE 42 40 128 C1. Auch ist es bekannt (Barth, R.: Über aerodynamische Eigenschaften von Scheibenwischern, ATZ, Bd. 66, 1964, S. 323-329 und 349-352) ein zu untersuchendes Baufell in ver­ schiedene Positionen zu bringen und die dann jeweils durch der simulierten Fahrtwind wirkenden Kräfte, nämlich Auftrieb und Widerstand, zu ermitteln; diese Arbeiten werden in Aerodynamik des Automobils, W.-H. Hucho, Hrsg., 3. Aufl., Düsseldorf: VDI-Verlag 1994, S. 311-312, 545, 647 und 712, zitiert. Numerische Simulation der Fahrzeugströmung ist aus ATZ Automobiltechni­ sche Zeitschrift 97 (1995) 11, S. 750-758, bei der Schiebedachentwicklung bekannt. Aus der GB 13 17 886 sind ein Verfahren zur Simulation von aero­ dynamischen Kräften an Fahrzeugteilen in einem Prüfstand und ein Prüfstand zur Durchführung dieses Verfahrens mit Mitteln zur Aufnahme ei­ nes Fahrzeugteiles mit zugeordneten Halte-, Betätigungs- und Antriebsmit­ teln bekannt.

Aus der DE 44 02 705 C2 ist bekannt, mit Hilfe einer Saugglocke eine Zug­ kraft auf ein Bauteil auszuüben.

Die dauerhafte Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit der Halte- und Betätigungsmechanik eines Schiebeausstelldaches wird üblicherweise im Rahmen eines Prüfstandsdauerlaufes getestet. Um den Prüfstandsdauerlauf des Schiebeausstelldaches so wirklichkeitsgetreu wie möglich zu gestalten, wird nach internem Stand der Technik bei der Anmelderin der Deckei eines in einem Dachausschnitt eines Fahrzeugdaches montierten und mit der kompletten Halte- und Betätigungsmechanik ausgestatteten Schiebeaus­ stelldaches mit einer konstanten, nach außen gerichteten Zugkraft beauf­ schlagt, welche durch ein Gewicht aufgebracht wird, das über Seit und Um­ lenkrollen und einen daran angeschlossenen Rahmen sowie untenseitige Saugnäpfe auf das Schiebeausstelldach einwirkt. Das Gewicht entspricht dabei einer in einem Lastenheft geforderten Windlastkraft von beispielsweise 220 N. Diese Vorgehensweise erscheint verbesserungswürdig. So kann mit dem gewählten Gewicht nämlich nicht dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Auftriebskräfte nicht stets konstant sind. Dies gilt um so weniger, wenn man bedenkt, daß der Deckel des Schiebeausstelldaches ja verschie­ dene Positionen (geschlossen, teilweise geöffnet, schräg ausgestellt) ein­ nehmen kann, wodurch sich stets unterschiedliche Auftriebskräfte und somit auch unterschiedliche Belastungen für die Halte- und Betätigungsmechanik ergeben.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Simulation von durch den Fahrtwind verursachten und an Fahrzeug-Bauteilen wirken­ den Kräften in einem Prüfstand bereitzustellen, welches eine sehr wirklich­ keitsnahe Simulation erlaubt und den Prüfstand zur Durchführung des Ver­ fahrens bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 zu sehen. Einen zur Durchführung des Verfahrens besonders geeigneten Prüfstand zeigt Patent­ anspruch 3 auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend näher erläutert und in der zugehö­ rigen Zeichnung weiter verdeutlicht. Diese zeigt in

Fig. 1 eine schematisierte Ansicht einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 mit den die Auftriebskraft simulierenden Mitteln in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 ein Schaubild, welches die Abhängigkeit zwischen Auftriebskraft und der Position des Schiebeausstelldach-Deckels verdeutlicht und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Regelkreises zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Wie sich aus der Zusammenschau der Fig. 1 und 2 ergibt, ist ein Schiebeausstelldach mit Deckel 1 und mit dessen serienmäßiger Halte- und Betätigungsmechanik 2 in einem Fahrzeugdach 11 montiert und letzteres von Stützen 3 aufgenommen, die auf einem Grundstell 4 angeordnet sind. Der Deckel 1 befindet sich in seiner Ausgangsstellung (geschlossen), wobei weitere mögliche Positionen, nämlich schräg ausgestellt und nach unten versenkt (für die Schiebe-Öffnungsbewegung), in strichpunktierten Linien angedeutet und mit den Bezugszeichen 6 und 7 versehen sind.

An der Oberseite des Deckels 1 greifen, gleichmäßig verteilt, vier Saugnäpfe 8 an, die an einem aus schräg gerichteten Armen 9 und Querbügel 10 bestehenden Rahmen befestigt sind.

Etwa mittig am Querbügel 10 greift ein Seil 12 an, an welches eine Kraftmeßdose 13 angeschlossen ist.

Für die weiteren Erläuterungen wird ergänzend auch auf Fig. 3 verwiesen. So ist oberhalb der Kraftmeßdose 13 an dieser ein weiteres Seil 14 angeschlossen, welches aus zwei Seilsträngen 15, 16 besteht, die auf ein Verbindungsrohr 17 aufgewickelt sind, welches zwei Magnetpulverkupplungen 18, 19 miteinander verbindet. Daran sind auch die Seilstränge 15, 16 angeschlossen (Verbindungsstellen 20, 21).

Magnetpulverkupplungen als solche sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie dienen in der Regel zum Übertragen einer Drehbewegung mit veränderbarer Übersetzung bzw. zum Übertragen einer Drehbewegung durch Reibung zwischen umlaufenden Gliedern. Als Reibungsmittel kommen dabei magnetisierbare Stäube (ggf. auch Flüssigkeiten) zum Einsatz. Im vorliegenden Fall besteht jede Magnetpulverkupplung 18, 19 aus einem etwa topfförmigen Gehäuse 23 mit innenliegender Spule 24, welche der Magnetisierung einer Eisenpulverfüllung 25 dient und damit einen mehr oder weniger starken Reibschluß zu einem innenliegenden Läufer 26 herstellt. Jeder Läufer 26 ist drehfest mit einer Welle 27 verbunden, welche durch das Verbindungsrohr 17 hindurch ragt und in Lagern 28, 29 aufgenommen ist. Diese sind in Bügel 30, 31 eingesetzt, welche von einem oberen Rahmen 33 des Prüfstandes wegragen. Die topfförmigen Gehäuse 23 zusammen mit dem Verbindungsrohr 17 sind ebenfalls über Lager 36, 37 von der Welle 27 aufgenommen.

Einenends ragt die Welle 27 seitlich aus dem Lager 29 bzw. dem Bügel 31 heraus und ist über ein Getriebe 34 mit einem Elektromotor 35 gekoppelt, wobei Getriebe 34 und Motor 35 vom Bügel 31 gehalten werden.

Der Elektromotor 35 treibt mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Drehmoment die Läufer 26 der Magnetpulverkupplungen 18, 19 an. Durch entsprechende Ansteuerung der Spulen 24 und Magnetisierung der Eisenpulverfüllungen 25 entsteht eine Drehmomentübertragung und damit Mitnahmeverbindung mit den Gehäusen 23, wodurch sich diese drehen und über Seile 12, 14 und Meßdose 13 ein die Auftriebskraft simulierende Zugkraft F_Z auf den Deckel 1 ausüben.

Die Größe der Zugkraft F_Z kann dadurch variabel gestaltet werden und zwar abhängig davon, ob der Deckel 1 sich in der Ausgangsposition oder in einer mehr oder weniger geöffneten 7 oder ausgestellten 6 Position befindet. Eine entsprechende Soll-Kennlinie ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei gibt S₁ den Ausstellweg und S₂ den Öffnungsweg wieder (vgl. Fig. 1). Eine Auftriebskraft- Simulation ist nur für kurze Öffnungswege S₂ erforderlich, da beim tatsächlichen Fahrbetrieb bereits beim Absenken des Deckels 1 an dessen Vorderkante (in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges gesehen) ein Spalt 38 entsteht, durch den vom Fahrgastraum kommende Luft strömen kann (Pfeil 39), wodurch die Auftriebskraft stark abgebaut wird.

Ist die Kraftmeßdose 13 an eine Regeleinheit angeschlossen, über die auch die Strombeaufschlagung der Spulen 24 ansteuerbar ist und werden desweiteren die verschiedenen Positionen des Deckels 1 erfaßt, so läßt sich damit ein Regelkreis aufbauen in dem Sinne, daß sich eine ausstellhöhen- und öffnungswegeabhängige kennlinienrichtige Kraftaufbringung (Zugkraft F_Z) auf den Deckel 1 ergibt.

Ein solcher Regelkreis ist in Fig. 5 dargestellt. Eine von einem Netzteil 40 gespeiste Schiebeausstelldach-Ablaufsteuerung 41 beaufschlagt einen dem Deckel 1 zugeordneten serienmäßigen Stellmotor 42, der auf nicht näher gezeigte Weise mit der Halte- und Betätigungsmechanik 2 gekoppelt ist und nach einem fest vorgegebenen Ablaufprogramm den Deckel 1 in verschiedene Ausstell- und Öffnungspositionen bringt. Repräsentativ wiedergegeben werden diese verschiedenen Positionen von einem Drehwinkelpotentiometer 43, welches die entsprechenden Signale an einen Meßverstärker mit PID-Regler 44 gibt. Dieser ist mit einem Steuerungs- und Überwachungsrechner 45 verbunden, in dem auch die Fig. 4 gezeigte Kennlinie abgelegt ist.

In den Meßverstärker 44 fließen auch die Informationen der Schiebeausstelldach-Ablaufsteuerung 41 und die von der Kraftmeßdose 13 ermittelten Zugkraftwerte F_Z ein. Aus dem Ist-Soll-Vergleich zwischen Position des Deckels 1, der dieser Position gemäß Kennlinienverlauf zugeordneten Soll-Zugkraft F_Z und der von der Kraftmeßdose 13 gelieferten Ist-Zugkraft F_Z wird ggf. ein Korrekturwert ermittelt, der einer Kupplungssteuerung 46 zugeleitet wird und über die ggf. ein korrigierter Stromwert den Spulen 24 der Magnetpulverkupplungen 18, 19 zugeleitet wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Simulation von durch den Fahrtwind verursachten und an an einer Fahrzeugkarosserie beweglich angeordneten Bauteilen (1) wirkenden Kräften, insbesondere an einem Schiebeausstelldach wirkenden Auftriebskräften, in einem Prüfstand, wobei das Bauteil (1) nacheinander in verschiedene Positionen gebracht, der jeweiligen Position eine auf das Bauteil (1) einwirkende, bezüglich der jeweiligen Position größenmäßig zuvor ermittelte Kraft F_Z als Sollwert zugeordnet und diese Kraft F_Z in das Bauteil (1) eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft F_Z auch während des Verbringens des Bauteiles (1) in die verschiedenen Positionen auf das Bauteil (1) einwirkt und daß die Anpassung der Kraft F_Z über einen Soll-Ist-Vergleich erfolgt.

3. Prüfstand zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei Mittel (3) zur Aufnahme des Bauteiles (1) mit zugeordneten Halte-, Betätigungs- und Antriebsmitteln (2, 42) vorhanden sind und daß zur Einleitung der Kraft F_Z auf eine Oberfläche des Bauteiles (1) ein Motor (35) mit nachgeschaltetem Reibschlußgetriebe (18, 19) angeordnet sind.

4. Prüfstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Motor (35) zwei auf einer Welle (27) angeordnete Magnetpulverkupplungen (18, 19) angeschlossen sind, auf deren Verbindungsrohr (17) ein Seil (14) aufgewickelt ist, welches endseitig zumindest mittelbar mit dem Bauteil (1) verbunden ist.

5. Prüfstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Seil (14) eine Kraftmeßdose (13) zugeordnet ist, daß weiterhin dem Bauteil (1) ein Stellmotor (42) mit Drehwinkel-Erfassungselement (43) und eine Ablaufsteuerung (41) zugeordnet sind, wobei Meßwerte als Eingangssignale einer Regeleinheit (44, 45) zufließen, über die die Magnetpulverkupplungen (18, 19) angesteuert (Kupplungssteuerung 46) werden.