DE19730851A1 - Verfahren zur Simulierung von Trägheitskräften mit Hilfe eines Dynamometers - Google Patents
Verfahren zur Simulierung von Trägheitskräften mit Hilfe eines DynamometersInfo
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulierung von
Trägheitskräften bei der stationären Untersuchung von Fahr
zeugen oder bei vergleichbaren Untersuchungen mit Hilfe
eines Dynamometers, mit wenigstens einer Rolle zur Übertra
gung eines eine Trägheitskraft simulierenden Belastungsmo
ments auf die Räder eines Fahrzeugs, einer mit der Rolle
gekuppelten Belastungseinrichtung zur Erzeugung des Bela
stungsmoments, einem mit der Rolle und der Belastungsein
richtung gekuppelten Drehmomentwandler zur Abgabe eines
Drehmomentsignals und einem mit der Rolle und der Bela
stungseinrichtung gekuppelten Geschwindigkeitswandler zur
Erzeugung eines Geschwindigkeitssignals, wobei in Abhängig
keit von dem Drehmomentsignal und dem Geschwindigkeits
signal die Kraftabgabe des Fahrzeugs an der Rolle, in
Abhängigkeit von dieser Kraftabgabe das Belastungsmoment
und in Abhängigkeit von dem Belastungsmoment ein Bela
stungsregelsignal zur Regelung des Belastungsmoments
bestimmt wird.
Bei der stationären Prüfung von Kraftfahrzeugen ist es u. a.
erforderlich, die im praktischen Fahrbetrieb zu überwinden
den Fahrwiderstände möglichst exakt nachzubilden. Hierzu
werden vornehmlich Dynamometer in Form von Rollenprüfstän
den eingesetzt. Da sich die Fahrzeuge auf diesen Prüfstän
den nicht bewegen, müssen die aus der Beschleunigung der
Fahrzeugmasse resultierenden Trägheitskräfte durch den
Prüfstand simuliert werden, wenn das Massenträgheitsmoment
des Prüfstands nicht mit der Fahrzeugmasse übereinstimmt.
Hierbei ist es üblich, die Differenz der Trägheitskräfte
durch ein Belastungsmoment zu simulieren, das beispiels
weise mit Hilfe einer Gleichstrommaschine erzeugt wird. Die
Größe des Belastungsmoments wird durch einen dynamischen
Regelkreis in Abhängigkeit von der jeweiligen Beschleuni
gung geregelt. Dabei können sich je nach dem angewendeten
Simulationsverfahren bei kleinen oder bei großen positiven
Trägheitsdifferenzen Probleme hinsichtlich der Regelstabi
lität und Regelgüte ergeben.
Aus der DE 30 08 901 A1 ist ein Verfahren für die Regelung
der Simulation von Trägheitskräften bekannt, bei dem ein
von einem Drehmomentmeßwandler gemessener Wert für die
Kraft und ein gemessener Wert für die Geschwindigkeit zur
direkten Berechnung des Belastungsmoments der Belastungs
einrichtung verwendet wird. Der Regler erkennt hierbei, daß
der von dem Drehmomentmeßwandler abgegebene Kraftwert nicht
der wahren Kraftabgabe des Fahrzeugs entspricht und berech
net den Wert, den die Beschleunigung bei gegebener Gesamt
kraftabgabe und der gerade vorhandenen Geschwindigkeit
haben sollte und berechnet außerdem die entsprechende
Kraftabgabe, die der Belastungseinrichtung zugeordnet wer
den sollte, um die theoretische Beschleunigung zu erzeugen.
Gleichzeitig wird das Trägheitsmoment innerhalb der Drehmo
mentschleife berechnet und mit dem zugeordneten Schleifen
trägheitsmoment verglichen und daraus ein Fehlersignal
erzeugt, das dem bestimmten Belastungsmoment zuaddiert
wird, um Abweichungen zu korrigieren. Das bekannte Verfah
ren berücksichtigt nicht, vorhandene Prüfstandsresonanzen,
noch können damit mehrere Eingangsgrößen bestimmt werden,
z. B. für jedes Rad getrennt, wie dies bei Mittelmotorprüf
ständen wünschenswert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der
Technik verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art
anzugeben, das die folgenden Anforderungen erfüllt:
Das Simulationsverfahren soll für einen weiten Bereich von Fahrzeugmassen geeignet sein, um möglichst viele Fahrzeuggrößen untersuchen zu können. Für den gesamten Bereich zu simulierender Fahrzeugmassen sind hohe dyna mische Regelgüten zu erreichen, insbesondere auch für den kritischen Bereich einer hohen Fahrzeugmasse im Vergleich zum Trägheitsmoment des Prüfstands sowie für den Bereich, in dem ein großer Teil des vorhandenen Trägheitsmoments des Prüfstands durch ein negatives Belastungsmoment kompensiert werden muß.
Zur Erzielung der geforderten Regelgüte soll das Simu lationsverfahren höhere elastische Eigenformen des Prüfstands berücksichtigen können, d. h. insbesondere eine hierfür geeignete Struktur besitzen. Standard-Regelalgorithmen, z. B. vom PID-Typ, sind meist nicht flexibel genug und besitzen auch nicht die nötige Zahl von Freiheitsgraden für eine entsprechend gezielte Ein flußnahme auf elastische Eigenformen einer Regel strecke.
Bei dem Simulationsverfahren wird der dem unterlagerten Regler zur Verfügung gestellte dynamische Sollwert aus Meßsignalen des Prüfstands abgeleitet. Dieser Sollwert ist daher nicht völlig rückwirkungsfrei, sondern erzeugt zusätzlich zum Istwert der Regelung eine Rück führung von Meßgrößen auf den Regelstreckeneingang. Dies kann je nach Methode der Sollwertberechnung einen mehr oder weniger großen Einfluß auf die Regelgüte und/oder die Stabilität des Simulationsverfahrens haben. Diese Tatsache muß sich in der Struktur und Parametrierung eines angestrebten, optimal ausgelegten Reglers ausdrücken lassen.
Die Methode der dynamischen Sollwertberechnung hat großen Einfluß auf die erreichbare Regelgüte. Die von dem gesuchten Verfahren angewendete Methode sollte daher mit elastischen Eigenschwingungen des Prüfstands zurechtkommen und dennoch einen optimalen Schätzwert für das vom Fahrzeug auf den Prüfstand übertragene Drehmoment liefern.
Jedes mathematische Modell einer Regelstrecke ist unvermeidlich mit mehr oder weniger großen Fehlern behaftet. Der Regelalgorithmus sollte auf diese Fehler Rücksicht nehmen, indem es unter Einbeziehung einer sinnvollen Fehlerabschätzung eine optimale Regelgüte erzielt. Dies ist auch im Hinblick auf eine adaptive oder teiladaptive Regleroptimierung wichtig, die genau dort, wo das Streckenverhalten nur ungenau bekannt ist, einen hinreichenden Sicherheitsabstand halten muß, andererseits genau bekannte Streckeninformation voll nutzt, um die Regelgüteanforderungen, soweit möglich, dennoch zu erfüllen.
Das Simulationsverfahren soll für einen weiten Bereich von Fahrzeugmassen geeignet sein, um möglichst viele Fahrzeuggrößen untersuchen zu können. Für den gesamten Bereich zu simulierender Fahrzeugmassen sind hohe dyna mische Regelgüten zu erreichen, insbesondere auch für den kritischen Bereich einer hohen Fahrzeugmasse im Vergleich zum Trägheitsmoment des Prüfstands sowie für den Bereich, in dem ein großer Teil des vorhandenen Trägheitsmoments des Prüfstands durch ein negatives Belastungsmoment kompensiert werden muß.
Zur Erzielung der geforderten Regelgüte soll das Simu lationsverfahren höhere elastische Eigenformen des Prüfstands berücksichtigen können, d. h. insbesondere eine hierfür geeignete Struktur besitzen. Standard-Regelalgorithmen, z. B. vom PID-Typ, sind meist nicht flexibel genug und besitzen auch nicht die nötige Zahl von Freiheitsgraden für eine entsprechend gezielte Ein flußnahme auf elastische Eigenformen einer Regel strecke.
Bei dem Simulationsverfahren wird der dem unterlagerten Regler zur Verfügung gestellte dynamische Sollwert aus Meßsignalen des Prüfstands abgeleitet. Dieser Sollwert ist daher nicht völlig rückwirkungsfrei, sondern erzeugt zusätzlich zum Istwert der Regelung eine Rück führung von Meßgrößen auf den Regelstreckeneingang. Dies kann je nach Methode der Sollwertberechnung einen mehr oder weniger großen Einfluß auf die Regelgüte und/oder die Stabilität des Simulationsverfahrens haben. Diese Tatsache muß sich in der Struktur und Parametrierung eines angestrebten, optimal ausgelegten Reglers ausdrücken lassen.
Die Methode der dynamischen Sollwertberechnung hat großen Einfluß auf die erreichbare Regelgüte. Die von dem gesuchten Verfahren angewendete Methode sollte daher mit elastischen Eigenschwingungen des Prüfstands zurechtkommen und dennoch einen optimalen Schätzwert für das vom Fahrzeug auf den Prüfstand übertragene Drehmoment liefern.
Jedes mathematische Modell einer Regelstrecke ist unvermeidlich mit mehr oder weniger großen Fehlern behaftet. Der Regelalgorithmus sollte auf diese Fehler Rücksicht nehmen, indem es unter Einbeziehung einer sinnvollen Fehlerabschätzung eine optimale Regelgüte erzielt. Dies ist auch im Hinblick auf eine adaptive oder teiladaptive Regleroptimierung wichtig, die genau dort, wo das Streckenverhalten nur ungenau bekannt ist, einen hinreichenden Sicherheitsabstand halten muß, andererseits genau bekannte Streckeninformation voll nutzt, um die Regelgüteanforderungen, soweit möglich, dennoch zu erfüllen.
Zur Erfüllung der genannten Anforderungen ist erfindungsge
mäß zum vorgesehen, daß zur Bestimmung der Kraftabgabe des
Fahrzeugs ein Schätzer verwendet wird, der dem Prinzip
einer geschlossenen Kreisstruktur entspricht, in deren Vor
wärtszweig ein Schätzregler mit hoher Signalverstärkung und
in deren Rückwärtszweig ein lineares, dynamisches Modell
der Regelstrecke des Dynamometers liegt. Die erfindungsge
mäße Schätzung ist so aufgebaut, daß die Verbindung zwi
schen Streckensignalen einerseits und dem Schätzwert ande
rerseits virtuell fast völlig aufgetrennt wird, der Schätz
wert also keine nennenswerten Streckensignalanteile mehr
enthält. Diese Schätzung ist daher hinsichtlich der Stabi
lität der direkten Messung der Kraftabgabe des Fahrzeugs
gleichwertig. Geringe Restwirkungen, die auf einem nicht
absolut exakten Modell der Regelstrecke beruhen, werden im
Reglerentwurf so berücksichtigt, daß die Stabilität gewähr
leistet ist.
Besitzt die Regelstrecke neben den gesuchten unbekannten
auch meßbare, bekannte Eingangssignale, so können erfin
dungsgemäß die gemessenen, bekannten Eingangssignale, z. B.
das Drehmomentsignal, zum Eingang der realen Regelstrecke
und zum Eingang des Regelstreckenmodells geleitet und syn
chron verarbeitet werden. Vorzugsweise wird der Schätzer
intern als Zustandsregler und Beobachter ausgelegt, um eine
hohe Bandbreite des Schätzregelkreises zu erzielen, da sich
nur dann ausreichend schnell ein Schätzwert einstellt. In
der Praxis kann eine hinreichend hohe Regelkreisbandbreite
problemlos erzielt werden, indem alle Komponenten des
Schätzers innerhalb eines Regelrechners berechnet werden.
Damit existieren keinerlei Stabilitätsprobleme des Schätz
regelkreises, sofern dieser mittels eines adäquaten Verfah
rens stabil entworfen wurde. Letzteres ist aber mit einem
Zustandsregler immer möglich, so daß praktisch, von der
begrenzten Abtastfrequenz des Regelrechners abgesehen, eine
beliebig schnelle Einstellung des Schätzregelkreises erfol
gen kann.
Um weitere, die Simulation beeinflussende Größen, bei
spielsweise Reibungsmomente berücksichtigen zu können, kann
der Schätzer erfindungsgemäß zusätzliche Eingänge für
bekannte, meßbare Eingangssignale aufweisen. Reibungsmo
mente werden also in der Schätzung ebenso behandelt wie
andere meßbare Eingangsgrößen. Ihre Erfassung erfolgt
jedoch nicht während des Prüfbetriebs mit der Simulierung
von Trägheitskräften, sondern in einer separaten, dem Prüf
betrieb vorangehenden Lernphase mittels sogenannter
Coarst-Down-Versuche des Prüfstands ohne Fahrzeug, die die Rei
bungsmomente in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindig
keit liefern. Der erfindungsgemäße Schätzer erlaubt auch
die getrennte Berücksichtigung der Reibungsmomente zweier
Prüfstandsrollen. Dies kann bei sehr stark unterschiedli
chen Reibungsmomenten je Rolle zweckmäßig sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Blockschaltbildern näher erläutert, die in der Zeichnung
dargestellt sind.
Der erfindungsgemäße Schätzer beruht auf der Überlegung,
daß ein optimaler Schätzer aus einer Reihe von meßbaren
Ausgangsgrößen einer bekannten Regelstrecke auf eine oder
mehrere gesuchte Eingangssignale der Regelstrecke, im vor
liegenden Fall auf die von dem Fahrzeug an die Rollen des
Dynamometers abgegebene Kraft oder das daraus resultierende
Drehmoment schließen muß. Die lineare Regelstrecke F(s)
eines Dynamometerprüfstands besitzt mehrere unbekannte Ein
gangssignale in sowie einen meßbaren Ausgangsgrößenvektor
out. Werden die meßbaren Ausgangssignale out durch die
inverse Regelstrecke F(s)-1 geschickt, so erhält man am
Ausgang der inversen Regelstrecke F(s)-1 einen exakten
Schätzvektor in_schätz für den gesuchten Eingangsvektor in.
In einer Gleichung ausgedrückt gilt:
in_schätz = F(s)-1·out = F(s)-1·F(s) = in
Offensichtlich ist für die exakte Ermittlung aller Ein
gangsgrößen einer Regelstrecke aus den verfügbaren Meßgrö
ßen am Ausgang der Regelstrecke die Invertierbarkeit der
Regelstrecke eine notwendige Voraussetzung, die zur Lösung
der bestehenden Schätzaufgabe führt. Die Inverse der Über
tragungsmatrix F(s) kann nur existieren, wenn F(s) eine
quadratische Matrix ist, die Regelstrecke also gleich viele
Eingänge wie Ausgänge besitzt. Bei zu wenigen Meßgrößen out
ist das Problem unterbestimmt, bei zu vielen Meßgrößen
hängt es von dem Rang der Matrix F(s) ab, ob dennoch eine
Lösung existiert. Nur bei linearer Abhängigkeit weiterer
Meßgrößen kann eine exakte Lösung existieren. In der Regel
wird man sich mit der notwendigen Anzahl von Meßgrößen
begnügen und daher so viele linear abhängige Meßgrößen am
Ausgang out messen, wie unbekannte Eingangssignale in
geschätzt werden sollen.
Bei der Invertierung der Regelstrecke ergeben sich jedoch
zwei Probleme. Häufig führt die Invertierung von Übertra
gungsfunktionen bzw. Übertragungsmatrizen F(s) auf prak
tisch nicht realisierbare inverse Übertragungsfunktionen
F(s)-1. Dies ist immer dann der Fall, wenn in der Strecke
F(s) Übertragungspfade enthalten sind, deren Zählergrad
kleiner als der Nennergrad ist. Umgekehrt muß dann die
inverse Strecke Pfade mit Zählergrad größer als Nennergrad
besitzen, was auf ein- oder mehrfache Differentiation hin
deutet, die gerätetechnisch nicht realisierbar ist. Des
weiteren besitzt die Regelstrecke F(s) häufig neben den
gesuchten unbekannten auch einige meßbare bekannte Ein
gangssignale, die ebenfalls den Streckenausgang out beein
flussen. Eine geeignete Lösung kann daher nur gefunden wer
den, wenn es möglich ist, die meßbaren, bekannten Eingangs
größen der Regelstrecke bei der Berechnung der gesuchten
unbekannten Eingangssignale mit einzubeziehen.
Es wurde gefunden, daß sich zur Erzeugung des inversen
Übertragungsverhaltens der Aufbau einer geschlossenen
Kreisstruktur eignet, in deren Rückwärtszweig die zu inver
tierende Regelstrecke zu liegen kommt, während im Vorwärts
zweig eine sehr hohe Verstärkung K eingestellt wird. Fig.
1 zeigt das Blockschaltbild einer solchen Struktur.
Für den geschlossenen Kreis gilt die Vektor-/
Matrizengleichung:
y = (KF(s)+I)-1 Kw
Wählt man ||K|| → ∞ so, daß auch KF(s) groß gegen die Ein
heitsmatrix I so gilt mit sehr guter Näherung:
y ≈ (KF(s))-1 K w
y ≈ F(s)-1·K-1·K·w = F(s)-1·w
y ≈ F(s)-1·K-1·K·w = F(s)-1·w
Hier muß K quadratisch und invertierbar sein, was aufgrund
der gemachten Voraussetzungen über die Regelstrecke F(s)
aber erfüllt ist, sofern K vollen Rang besitzt. Bei hinrei
chend hoher Verstärkung von K ist der Ausgang y von K prak
tisch mit F(s)-1·w identisch. Ersetzt man w durch F(s)·
in, so erhält man den gewünschten Zusammenhang zwischen dem
Eingangssignal der Strecke und dem Ausgangssignal y des
Invertierers:
y ≈ F(s)-1·w = F(s)-1·F(s)·in = in
Damit ist das Problem der Invertierung der Regelstrecke
auch bei Regelstrecken mit Zählergrad größer als Nennergrad
auf die Nachbildung der realisierbaren Strecke F(s) im
Rückwärtszweig eines Regelkreises mit hoher Vorverstärkung
reduziert. Natürlich muß auch bei dieser Art der Invertie
rung die Inverse von F(s) strukturell existieren, aller
dings werden physikalisch nicht realisierbare Übertragungs
pfade durch realisierbare Approximationen ersetzt.
Zur Lösung des zweiten Problems, der Einbeziehung weitere
bekannter, meßbarer Eingangssignale der Regelstrecke sind
sowohl die reale Regelstrecke als auch das Streckenmodell
im Invertierkreis um die entsprechenden meßbaren Eingänge
in2 zu erweitern. Das Blockschaltbild des dementsprechend
gestalteten Schätzers zeigt Fig. 2.
Der gefundene Eingangsgrößen-Schätzer besitzt aufgrund der
internen Verwendung des Regelstreckenmodells F(s) Ähnlich
keit mit einem Zustandsbeobachter. Wie dieser enthält der
Schätzer neben den Streckenausgängen auch bekannte, meßbare
Streckeneingänge. Jedoch besteht ein wesentlicher Unter
schied darin, daß im Gegensatz zu einem Zustandsbeobachter
das Residuum (Differenz xd = out - out_dach) nicht zur
direkten Korrektur aller Zustände des Regelstreckenmodells
herangezogen wird. Vielmehr besitzt der Schätzer nur so
viele Korrektur-Rückführungen s. in1_dach, wie die Regel
strecke F(s) unbekannte Eingangsgrößen besitzt. Der Regler
K = K(s) ist daher auch keine reine Verstärkungsmatrix mit
konstanten Koeffizienten wie bei einem Beobachter, sondern
ein dynamischer Regler, der mit geeigneten Methoden, z. B.
Polvorgabe, quadratisch optimaler Entwurf o. ä., entworfen
werden muß.
Änderungen im Signal out ergeben sich aus linearen Superpo
sition zweier Signalanteile, die in den Eingangssignalen
in1 bzw. in2 ihre Ursache haben. Jede Änderung des gemesse
nen Eingangssignale in2 wird sowohl von der realen Regel
strecke als auch von dem Regelstreckenmodell synchron ver
arbeitet und bewirkt auf out und out_dach synchrone Verän
derungen, die zu keiner Regelabweichung xd führen. Ledig
lich Veränderungen in in1 führen zu entsprechenden Abwei
chungen und werden von K(s) möglichst schnell ausgeregelt,
was in der Folge dazu führt, daß sich schnell Y = in1_dach
= in1 einstellen muß.
Wie bereits erwähnt, muß der Regler K(s) mit einem höheren
regelungstechnischen Verfahren entworfen werden. Nur für
sehr einfache Streckenmodelle und wenn nur eine Eingangs
größe in1 gesucht ist, kann ausnahmsweise auch ein manuell
gewählter, konstanter Faktor K ausreichen. Um die hohe
Bandbreite des Schätz-Regelkreises zu erzielen, die zur
ausreichend schnellen Einstellung von y = in1-dach notwen
dig ist, wird man den Regler K(s) meist intern als
Zustandsregler und Beobachter auslegen, was in der Praxis
keine Probleme bereitet, wenn alle Komponenten des Schät
zers innerhalb eines Regelrechners berechnet werden. Der
gefundene Eingangsgrößenschätzer wird aus Gründen der On-
Line-Rechenzeit und der numerischen Genauigkeit der Berech
nung bei endlicher Wortlänge in einer einzigen Übertra
gungsmatrix Fs(s) ≈ F(s)-1 zusammengefaßt, siehe Block
schaltbild in Fig. 3.
Weiterhin kann der Schätzalgorithmus Fs(s) nach einer evtl.
Ordnungsreduktion sowie Diskretisierung in Zustandsraumdar
stellung umgeformt werden:
xk+1 = Axk + Buk
sowie
yk = Cxk + Duk
mit:
uk = (out′ in2′)′ = Vektor aller Eingangssignale des Schätzers
k = laufender diskreter Zeitindex.
uk = (out′ in2′)′ = Vektor aller Eingangssignale des Schätzers
k = laufender diskreter Zeitindex.
Diese beiden Vektor-/Matrizengleichungen sind in Echtzeit
zu realisieren.
Bei der Anwendung des Schätzers zur Bestimmung der Kraftab
gabe des Fahrzeugs an einem Rollenprüfstand in Standardbau
weise mit einer Gleichstrommaschine seitlich neben den Rol
len ist für die Regelstrecke F(s) dessen Übertagungsmatrix
(3-Masse-Schwinger aus zwei Prüfstandsrollen, der Gleich
strommaschine und elastischen Wellenverbindungen) einzuset
zen. Neben der gesuchten Eingangsgröße MF, dem abgegebenen
Drehmoment des Fahrzeugs, ist auch eine zweite Eingangs
größe Ma, das Ankermoment der Gleichstrommaschine nicht
bekannt, so daß zwei unbekannte Eingangsgrößen vorliegen,
denen zwei linear unabhängige Meßgrößen, nämlich das Dreh
momentsignal Mw-ist und das Geschwindigkeitssignal ωp
gegenüberstehen. Damit sind die theoretischen Voraussetzun
gen für eine vollständige Eingangsgrößenschätzung erfüllt.
Das Blockschaltbild für die Schätzung am Beispiel des Rol
lenprüfstands ist in Fig. 4 gezeigt.
In vielen Fällen ist es möglich, den Rechenaufwand der
Schätzung weiter zu reduzieren, sofern man auf die Schät
zung des Ankermoments Ma verzichten kann. In diesem Fall
kann das gemessene Drehmomentsignal Mw-ist als externe,
meßbare Eingangsgröße des Vektors in2 definiert werden.
Dies führt dazu, daß die Regelstrecke FR(s) im Gegensatz zu
F(s) nunmehr eine mechanische Teilstrecke, bestehend aus
den beiden Prüfstandsrollen aber ohne Gleichstrommaschine
darstellt. Es ergibt sich dann das in Fig. 5 dargestellte
alterative Blockschaltbild mit reduzierter Regelstrecke
FR(s) und ebenfalls reduziertem Schätzer Fs(s).
Für die konkrete Auslegung des Reglers K(s) innerhalb des
Schätzers F(s) sind eine Reihe von Entwurfsverfahren ver
fügbar, wobei hier die modalen Verfahren wie Polvorgabe,
vollständige modale Synthese aufgrund ihres relativ gerin
gen numerischen Aufwands zu bevorzugen sind. Diese Methoden
sind in der Lage unter Sicherstellung von Stabilität belie
big schnelle Pole des Schätzregelkreises vorzugeben, wobei
die Bandbreite der Schätzung direkt durch die vorgegebenen
Pole (= Einschwingverhalten des Schätzkreises) bestimmt
wird.
Bislang wurde die Schätzung unter reibungsfreien Bedingun
gen betrachtet. Tatsächlich liegen bei allen Dynamometer
prüfständen Reibungsverluste vor, die für eine exakte Simu
lation der Fahrmechanik berücksichtigt werden müssen. Rei
bungsmomente sind sehr einfach zu berücksichtigen, wenn man
sich vergegenwärtigt, daß sie als weitere bekannte Ein
gangsgrößen der Regelstrecke aufgefaßt werden können. Der
Schätzer oder reduzierte Schätzer ist dann um diese
zusätzlichen Eingänge entsprechend dem in Fig. 6
dargestellten Blockschaltbild zu ergänzen. Hierbei werden
die Reibungsmomente Mr von dem Schätzer ebenso behandelt
wie andere meßbare Eingangsgrößen. Lediglich ihre Erfassung
erfolgt nicht on-line, sondern in einer vorangehenden
Lernphase off-line. Falls erforderlich, erlaubt der
erfindungsgemäße Schätzer auch die getrennte
Berücksichtigung von Reibungsmomenten für jede der beiden
Prüfstands rollen.
Aus dem von dem Schätzer oder reduzierten Schätzer
geschätzten, abgegebenen Drehmoment MF-dach des Fahrzeugs
wird das jeweilige Belastungsmoment MP als Sollwert für die
unterlagerte Regelung nach folgender Gleichung berechnet:
MP = MF-dach (θF-θP)/θF
mit:
θF = nachzubildendes Fahrzeugträgheitsmoment
θP = Dynamometerträgheitsmoment.
θF = nachzubildendes Fahrzeugträgheitsmoment
θP = Dynamometerträgheitsmoment.
Claims (7)
1. Verfahren zur Simulierung von Trägheitskräften bei der
stationären Untersuchung von Fahrzeugen oder bei ver
gleichbaren Untersuchungen mit Hilfe eines Dynamome
ters, mit wenigstens einer Rolle zur Übertragung eines
eine Trägheitskraft simulierenden Belastungsmoments auf
die Räder eines Fahrzeugs, einer mit der Rolle gekup
pelten Belastungseinrichtung zur Erzeugung des Bela
stungsmoments, einem mit der Rolle und der Belastungs
einrichtung gekuppelten Drehmomentwandler zur Abgabe
eines Drehmomentsignals und einem mit der Rolle und der
Belastungseinrichtung gekuppelten Geschwindigkeitswand
ler zur Erzeugung eines Geschwindigkeitssignals, wobei
in Abhängigkeit von dem Drehmomentsignal und dem
Geschwindigkeitssignal die Kraftabgabe des Fahrzeugs an
der Rolle, in Abhängigkeit von dieser Kraftabgabe das
Belastungsmoment und in Abhängigkeit von dem Bela
stungsmoment ein Belastungsregelsignal zur Regelung des
Belastungsmoments bestimmt wird, dadurch gekennzeich
net, daß zur Bestimmung der Kraftabgabe des Fahrzeugs
ein Schätzer verwendet wird, der eine geschlossene
Kreisstruktur aufweist, in deren Vorwärtszweig ein
Schätzregler mit hoher Signalverstärkung und in deren
Rückwärtszweig ein lineares dynamisches Modell der
Regelstrecke des Dynamometers liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
gemessene, bekannte Eingangssignale, z. B. das Drehmo
mentsignal, zum Eingang der realen Regelstrecke und zum
Eingang des Modells der Regelstrecke geleitet und syn
chron verarbeitet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schätzer intern als Zustands
regler und Beobachter ausgelegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß alle Komponenten des Schät
zers innerhalb eines Regelrechners berechnet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzer zusätzliche
Eingänge für bekannte, meßbare Eingangssignale, bei
spielsweise Reibungsmomente aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung von Reibungs
momenten nicht während des Prüfbetriebs mit der Simu
lierung von Trägheitskräften, sondern in einer separa
ten, dem Prüfbetrieb vorangehenden Lernphase mittels
sogenannter Coarst-Down-Versuche des Prüfstands ohne
Fahrzeug erfolgt, die die Reibungsmomente in Abhängig
keit von der aktuellen Geschwindigkeit liefern.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsmomente zweier
Prüfstandsrollen getrennt erfaßt und ausgewertet wer
den.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19730851A DE19730851B4 (de) | 1996-08-01 | 1997-07-18 | Verfahren zur Simulierung von Trägheitskräften mit Hilfe eines Dynamometers |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19631077 | 1996-08-01 | ||
DE19631077.6 | 1996-08-01 | ||
DE19730851A DE19730851B4 (de) | 1996-08-01 | 1997-07-18 | Verfahren zur Simulierung von Trägheitskräften mit Hilfe eines Dynamometers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19730851A1 true DE19730851A1 (de) | 1998-02-05 |
DE19730851B4 DE19730851B4 (de) | 2006-07-06 |
Family
ID=7801496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19730851A Expired - Lifetime DE19730851B4 (de) | 1996-08-01 | 1997-07-18 | Verfahren zur Simulierung von Trägheitskräften mit Hilfe eines Dynamometers |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH112588A (de) |
DE (1) | DE19730851B4 (de) |
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