DE19806755A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugrollprüfstandes mit Massensimulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugrollenprüfstandes mit Massensimulation.

Rollenprüfstände dienen zur Fahrzeugprüfung, insbesonde­ re der Brems- Abgas- und Verbrauchstest unter reprodu­ zierbaren Bedingungen. Die Rollenprüfstände sollen dabei die auf der Straße wirkenden Fahrwiderstandskräfte mög­ lichst realistisch nachbilden. Dies setzt eine möglichst fehlerfreie Erfassung der Zugkraft des Kraftfahrzeuges voraus, die durch eine hinreichend dynamische und sta­ tionär genaue Regelung zur Massensimulation ergänzt wird.

In der Veröffentlichung ATZ Automobil Technische Zeit­ schrift 57/1996, S. 80, insbesondere S. 82, 3., ist be­ reits ein Konzept zur Massensimulation auf nicht mecha­ nischem sondern elektrischem Wege vorgeschlagen, wobei bereits erkannt wurde, daß die dynamischen Qualitäten des eingesetzten Regelungsalgorithmus eine entscheidende Rolle für die Qualität des Prüferergebnisses bilden. Der hier vorgeschlagene Massensimulations-Regelkreis mit ei­ ner Eingangsgröße F_FM für die quasi stationären Fahrwi­ derstände des Fahrzeuges wird mit einer Größe F_dyn er­ gänzt, um als F_tot einem Block F_PE(s) zugeführt zu werden, der Phasenabsenkende Verzögerungsglieder enthält. Die daraus ergebende Größe ν für die Geschwindigkeit des Teststandes wird dann einem Block Δm.s zugeführt, der die zu simulierende Fahrzeugmasse Δm mit einem Laplace­ operator s (entsprechend zu d/dt in der Zeitdomäne) in den dynamischen Anteil F_dyn des Kraftsollwertes aus der Massensimulation wandelt.

Dieser Zusammenhang ist in einer Vereinfachten Darstel­ lung Fig. 2, die einem Bild 2 der obengenannten Litera­ turstelle entspricht, zu entnehmen. Weiter wird in der Literaturstelle bereits der Einsatz eines Tiefpaßfilters erster Ordnung (PT₁) vorgeschlagen.

Die Zeitkonstante wird T = C_MS.Δm sein, wobei C_MS eine frei einstellbare Positive Konstante ist, die die Reak­ tionsgeschwindigkeit der Massensimulation festlegt.

Dieses Verfahren hat jedoch die in der EP 0 696 729 er­ kennbaren Nachteile. Dort ist dieses Verfahren als eine Kombination von differenzierendem und integrierendem Verfahren, zwei jeweils aus der DE-PS 11 05 637 und der DE-PS 27 38 325 C3 vorbekannten Verfahren charakteri­ siert. Eine der Struktur nach dem differenzierenden Ver­ fahren entsprechende Massensimulation wird hierbei mit einem Regelkreis ausgestattet, der stabil auch bei va­ riabler Sollwertbildung ist. Die Zeitkonstante wird dann synchron mit der Differenz eines variablen Massenträg­ heitsmomentes variiert, wobei jedoch eine Proportionali­ tätskonstante empirisch ermittelt werden muß.

Diese empirische Ermittlung muß zudem noch einen Kompro­ miß zwischen der angestrebten Regelgüte, der Massensi­ mulation und einem ausreichend ruhigen, glatten Drehmo­ mentsollwert erzielen, was recht schwer zu bewerkstelli­ gen ist.

Aufgabe der Erfindung dagegen ist es, mit geringerem Rauschverhalten und in einem größeren Massenbereich eine Massensimulation einzusetzen.

Erfindungsgemäß wird das durch die im Anspruch I aufge­ führten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche geben vor­ teilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Die Schwungmassensimulation beruht auf einer Rekonstruk­ tion der Fahrzeugzugkraft F_PKW.F_PKW bezeichnet die Kraft, die eine Beschleunigung der Referenzmasse des Fahrzeugs (vollgetankt mit Fahrer) bewirkt. Da die Referenzmasse des Fahrzeugs auf dem Prüfstand nicht beschleunigt wird, beschleunigt die Fahrzeugkraft F_PKW lediglich die beweg­ ten mechanischen Schwungmassen des Rollenprüfstandes (es sind dies die Masse der Rollen, ggf. mitgeführte Schwungmassen etc.) und erzeugt somit die mechanische Zugkraft F_mech (aktuelle Reschleunigung a_ist.mechanische Masse m_mech). F_PKW ist daher nicht meßbar. F_PKW läßt sich jedoch aus der Summe der mechanischen Zugkraft und der elektrischen Zugkraft F_GMist, nach

F_PKW = (m_mech a_ist + F_GMist) (Formel 1)

bestimmen. F_GMist bezeichnet hier die Zugkraft, die elek­ trisch erzeugt wird, um eine exakte Simulation der feh­ lenden Masse zu gewährleisten.

Zur Bestimmung der aktuellen Stellgröße F_GMsoll für die Zugkraftregelung zur Schwungmassensimulation wird die durch Formel 1 ermittelte Zugkraft F_PKW des Fahrzeuges mit dem prozentualen Anteil der elektrisch zu simulie­ renden Schwungmasse multipliziert, wie dies durch die

F_GMsim = F_PKW.m_elektr/(m_mech + m_elektr) (Formel 2)

dargestellt ist. Falls eine weitere Einstellung des Ein­ schwingverhaltens modelliert wird, wird die zunächst er­ rechte Größe F_GMsim noch mit einem Einschwingverhalten durch ein einfaches Filter zur Sollzugkraft F_GMsoll über ein Tiefpaßfilter PT₁ erster Ordnung weiter verfeinert.

F_GMsoll = F_GMsim.1/(T.s + 1) (Formel 3)

Dabei läßt sich über die Zeitkonstante T des Filters das Einschwingverhalten unabhängig von der zu simulierenden Schwungmasse einstellen.

Dieser Sollzugkraftwert F_GMsoll wird der Zugkraftregelung des Fahrzeugrollenprüfstandes zugeführt, wo in einer Re­ gelstrecke nach Differenzbildung mit dem aktuellen Zug­ kraftistwert F_GMist der Zugkraftregler über diese Fahr­ zeugabhängige Störgröße entsprechend gesteuert wird, so daß als Ausgangssignale der Strecke außer dem aktuellen Zugkraftistwert F_GMist auch die aktuelle Beschleunigung a_ist für die Rückführung in die Regelstruktur zur Schwungmassensimulation erhalten werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Regel­ struktur zur Schwungmassensimulation und der nachfolgenden Regelstrecke.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schwungmassensimulation über die Rekonstruktion der Fahrzeugkraft auf die Rol­ lenoberfläche verwendet eine Zugkraft des Fahrzeuges (F_PKW), die sich zusammensetzt aus der mechanischen Zug­ kraft, erhalten aus der Multiplikation der aktuellen Be­ schleunigung a_ist mit der mechanischen Masse m_mech und der aktuellen Zugkraft F_GMist des Elektroantriebs, wie dies in der

F_PKW = (m_mech a_ist + F_GMist) (Formel 1)

beschrieben ist. Diese Summation ist in dem Block Sum der Fig. 1 dargestellt. Die aktuelle Zugkraft F_GMist des Elektroantriebs wird über ein mathematisches Modell der Regelstrecke rekonstruiert (_GMist).

Zur Bestimmung der aktuellen Stellgröße F_GMsoll für die Zugkraftregelung zur Schwungmassensimulation wird die durch Formel 1 ermittelte Zugkraft F_PKW des Fahrzeuges mit dem prozentualen Anteil der elektrisch zu simulie­ renden Schwungmasse multipliziert, wie dies durch die

F_GMsim = F_PKW.m_elektr/(m_mech + m_elektr) (Formel 2)

dargestellt ist. Ohne weitere Einstellung des Ein­ schwingverhaltens ist hierbei die gewünschte Größe F_GMsoll für den Zugkraftsollwert des Zugkraftreglers gleich dem errechneten Zugkraftsollwert F_GMsim zur Schwungmassensimu­ lation.

Das für die Modellierung der aktuellen Zugkraft F_GMist des Elektroantriebs verwandte mathematische Modell der Zug­ kraftregelstrecke besteht im kompliziertesten Falle aus einer Übertragungsfunktion mit Zähler erster Ordnung und Nenner zweiter Ordnung. Die Koeffizienten erhält man durch rechnergestützte Identifikation oder über die Ma­ schinenkonstante und die eingestellten Reglerparameter des Zugkraftreglers.

Somit ist es möglich, die aktuelle Zugkraft _GMist des Elektroantriebs zu bestimmen, ohne diese meßtechnisch erfassen zu müssen.

Das Einschwingverhalten kann dabei durch ein einfaches Filter eingestellt werden. Um die Schwungmassensimulati­ on den jeweiligen Kundenwünschen im Hinblick auf Anre­ gelzeit und Überschwingen anzupassen, erfolgt die Vorga­ be der Sollzugkraft F_GMsoll über ein Tiefpaßfilter PT₁ er­ ster Ordnung.

F_GMsoll = F_GMsim.1/(T.s + 1) (Formel 3).

Über die Zeitkonstante T des Filters läßt sich das Ein­ schwingverhalten unabhängig von der zu simulierenden Schwungmasse einstellen. Das Eingangssignal des Filters ist die berechnete Zugkraft F_GMsim zur Schwungmassensimu­ lation. Als Ausgangswert liefert das Filter die Stell­ größe für die Zugkraftregelung F_GMsoll des Elektroan­ triebs.

Ein Beispiel über das Arbeiten mit dem Laplaceoperator s ist beispielsweise dem Lehrbuch Otto Föllinger, "Regelungstechnik", Hüthig Verlag, Heidelberg, 8. Aufla­ ge 1994, S. 601, Kapitel 17.1.4. zu entnehmen.

Der Zugkraftsollwert F_GMsoll des Elektroantriebs wird der Regelstrecke, dem Zugkraftregler und dem Rollenprüfstand zugeführt, wo nach Differenzbildung mit dem aktuellen Zugkraftistwert F_GMist die Regeldifferenz auf den Zug­ kraftregler gegeben wird.

Die Eingangsgröße a_ist (aktuelle Beschleunigung) für die Schwungmassensimulation erhält man durch Ableiten der Rollengeschwindigkeit V des Prüfstandes nach der Zeit t (a_ist = V/dt).

Claims (2)

1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugrollenprüf­ standes mit Massensimulation, gekennzeichnet durch
eine Simulation der Eigenmasse des Fahrzeuges, bei der eine Zugkraft bestimmende Stellgröße F_GMsoll auf einen Rollenantrieb aufgegeben wird, die aus einer Rekon­ struktion der Fahrzeugzugkraft F_PKW, die eine Beschleu­ nigung der Referenzmasse des Fahrzeugs bewirkt,
wobei diese Zugkraft sich zusammensetzt aus der mecha­ nischen Zugkraft (aktuelle Beschleunigung a_ist.mecha­ nische Masse m_mech) und der aktuellen, elektrisch er­ zeugten Zugkraft F_GMist eines Elektroantriebs für eine exakte Simulation,
und die so ermittelte Zugkraft F_PKW des Fahrzeuges mit dem prozentualen Anteil der elektrisch zu simulierenden Schwungmasse nach
F_GMsoll = F_PKW.m_elektr/(m_mech + m_elektr)
multipliziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ei­ ne Einstellung des Einschwingverhaltens indem die zu­ nächst errechte Größe F_GMsim noch mit einem Einschwing­ verhalten durch ein einfaches Filter zur Sollzugkraft F_GMsoll über ein Tiefpaßfilter PT₁ erster Ordnung nach
F_GMsoll = F_GMsim.1/(T.s + 1)
errechnet wird.