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Der Prüfstand
für Kraftfahrzeuge
ermöglicht
eine realitätsnahe
und komplexe Beanspruchung und damit Prüfung von Automobilen, Kleintransportern
und dergleichen. Dieser Prüfstand schafft
insbesondere auch die technischen Voraussetzungen für eine realitätsnahe und
komplexe Prüfung
des gesamten Systems der Fahrzeugelektronik und -elektrik inklusive
der mechatronischen Komponenten und der Stromversorgung. Die Räder des Fahrzeuges
stehen auf einer für
jedes Rad separaten Konstruktionen mit einer oder mehreren Rollen,
gegebenenfalls mit einer Flachbahneinheit. Durch servohydraulische
Zylinder kann jede dieser Rollenkonstruktionen zur Radaufnahme einzeln
gesteuert in mindestens 1 Achse mit einer Schwing- und/oder Stoßbeanspruchung
beaufschlagt werden. Diese Schwing- und Stossbeanspruchungen können mit quasistatischen
Bewegungen bzw. mit Nullpunktverschiebungen überlagert werden. Jede dieser
Rollenkonstruktionen zur Radaufnahme kann frei laufen, gebremst
oder angetrieben werden. Der mechanische Teil des Prüfstandes
ist eingehaust. Der Innenraum der Einhausung kann klimatisiert werden.
Eine Salznebelsprühanlage
kann den Prüfling
von unten beanspruchen. Die lufttechnische Anlage gewährleistet
die Abführung
der Motorabgase.
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Die
Prüfung
bzw. Überwachung
der Elektronik bzw. Elektrik erfolgt mit Hilfe von dazu geeigneter Prüftechnik
des Finalproduzenten des Fahrzeuges bzw. eines seiner Zulieferer.
Diese Prüftechnik
für die Elektronik/Elektrik
im engeren Sinne ist nicht Gegenstand dieses Schutzrechtes.
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Beschreibung
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Die
Erfindung bzw. das Gebrauchsmuster betrifft einen Prüfstand für Kraftfahrzeuge
und für weitere ähnliche
ein- oder zweiachsige Fahrzeuge, z.B. Anhänger. Bei Motorrädern u.ä. verhindert
eine Zusatzvorrichtung das Umkippen. Ein Anwendungsschwerpunkt ist
die realitätsnahe
und komplexe Prüfung
der Fahrzeugelektronik. Eine solche Prüfung der Fahrzeugelektronik
erfordert eine wirklichkeitsäquivalente
Simulation der Umwelt- und Beanspruchungsbedingungen sowie der Fahrzeugfunktionen.
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Gegenwärtig werden
Fahrzeugelektronik/-elektrik und mechatronische Komponenten von Kraftfahrzeugen
von den Zulieferern weitgehend parallel entwickelt und nach den
Vorschriften der Automobilbauer geprüft. Während jede dieser Baugruppen
für sich
allein die vorgeschriebenen Prüfungen besteht,
zeigen Pannenstatistiken, dass das Zusammenspiel aller dieser Komponenten
inklusive der Software deswegen noch lange nicht befriedigend funktioniert.
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Infolge
der kurzen Entwicklungszeiten fehlt den Automobilbauern in der Regel
die Zeit, die Elektronik/Elektrik als System und unter den verschiedensten
Einsatz- und Belastungsbedingungen zu prüfen. Diese komplexe Prüfung erfolgt
zur Zeit durch den Käufer
der Fahrzeuge. Unerwünschtes
Resultat sind kostenintensive Rückrufaktionen
und Beschädigung
der Marke.
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Wird
die Fahrzeugelektronik/-elektrik beim Stand des Fahrzeuges und ohne,
dass der Motor in Betrieb ist, geprüft, dann können alle die Komponenten nicht
in die Prüfung
einbezogen werden, die nur in Fahrt bzw. bei laufenden Motor in
ihrer Funktion geprüft
werden können,
z.B. Motorsteuerung, Einspritzsysteme, Zündung, Lichtmaschine, Batterie, ABS
u.a..
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Für eine komplexe
und vor allem realitätsnahe
Prüfung
der Fahrzeugelektronik/-elektrik muss der Prüfstand alle die Einsatz-/Umwelt-
und Belastungsbedingungen nachbilden, welche für ein Kraftfahrzeug und dabei
insbesondere dessen Elektronik/Elektrik relevant sind. Gleichzeitig
müssen
alle betreffenden Komponenten in Funktion geprüft werden.
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Bei
bisherigen Prüfständen für die Straßensimulation
von Kraftfahrzeugen stehen die Fahrzeugräder auf Radaufstandsplatten
oder in Radmulden (z.B.
DE
102 12 255 A1 ), wobei diese mit Hilfe von Hydraulikzylindern
in den verschiedenen Raumachsen mit Translationsbewegungen beaufschlagt
werden. Dieser Prüfstand
ermöglicht
jedoch keine Simulation des Fahrbetriebes, da sich die Räder nicht
drehen können
und sich der Motor höchstens
im Leerlauf betreiben lässt.
Außerdem
besitzt dieser Prüfstand
keine Einrichtung zur Klimatisierung (Temperatur, relative Feuchte),
zur Bewitterung, zur Bestrahlung und zur Belastung mit Salznebel
(Simulation gesalzter bzw. gelaugter Straßen und des küstennahen Einsatzes).
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Der
Prüfstand
gemäß
DE 299 20 168 U1 ist als
Rollenprüfstand
ausgeführt.
Damit können
Motor-, Brems- und Fahrfunktionen relativ realitätsnah simuliert werden. Die
Rollen können
zwar durch einen Hubmechanismus gehoben bzw. gesenkt werden, aber
Schwing- und Stoßbeanspruchungen
sind nicht möglich.
Außerdem
besitzt auch dieser Prüfstand
keine Einrichtung zur Klimatisierung, Bewitterung, Bestrahlung und
für den
Salznebel.
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Bei
anderen bekannten Prüfständen sind servohydraulische
Zylinder an Radersatzscheiben oder direkt an der Radachse befestigt,
z.B.
DE 32 18 019 C1 .
Die realitätsferne
derartiger Prüfstände bedarf
keiner weiteren Erläuterung,
da das Wirken eines luftbereiften Rades völlig vernachlässigt wurde. Auch
dieser Prüfstand
besitzt keine Klimatisierung, Bewitterung, Bestrahlung und Salznebelbeaufschlagung.
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Der
Prüfstand
nach
DE 100 22 355 ist
ein Rollenprüfstand,
bei dem die Rollen Profile auf dem Umfang besitzen, so dass eine
Art Rüttelprüfung gewährleistet
wird. Eine Modifizierung der Rüttelprüfung (Frequenzen,
Beschleunigungen, Displacement ...) ist nicht möglich, da das „Programm" als Hardware fixiert
ist. Der Prüfstand
besitzt weiterhin eine Hub- und Kippvorrichtung, aber die Funktionen
Rollenprüfung
und Hub/Kippen können
nicht gleichzeitig betrieben werden. Eine separate Translationsbeanspruchung
der einzelnen Räder
(Schwingung, Stoß) ist
nicht möglich.
Auch dieser Prüfstand
besitzt keine Klimatisierung, Bewitterung, Bestrahlung und Salznebelbeaufschlagung.
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In
DE 198 24 443 wird ein
Prüfstand
beschrieben, bei dem die Räder
des Fahrzeuges auf einer Flachbahneinheit stehen, wobei das fahrsimulierende
Band über
zwei Umlenkrollen geführt
wird. Eine Stützwalze
unterhalb des Rades kann senkrecht bewegt werden. Eine realitätsnahe Schwing- und
Stoßbeanspruchung
ist nicht möglich,
gleich gar nicht in verschiedenen Raumachsen. Auch dieser Prüfstand besitzt
keine Klimatisierung, Bewitterung, Bestrahlung und Salznebelbeaufschlagung.
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In
DE 100 10 249 und
DE 100 10 250 werden Salzteststraßen beschrieben,
bei welchem die Fahrzeuge von oben vermittels Sprühdüsen mit
Salzwasser besprüht
werden. Mit dieser Prüfanordnung
kann man zwar die Korrosion von Lackierung, verchromten Teilen und
anderer äußerer Teile
geprüft
werden, aber nicht den Einfluss des Salznebels auf die Funktion
der Fahrzeugelektronik/-elektrik. In der Realität dringt der Salznebel nicht
von oben ins Fahrzeug ein, sondern von unten unterhalb des Motors.
Genau das wird nicht simuliert. Zudem besitzt der Prüfstand weder
eine Schwing-/Stoßsimulation
noch eine Temperatursimulation. Durch Schwingbeanspruchung wandert
aber das Salzwasser auch durch kleinste Spalte von z.B. spritzwassergeschützten Gehäusen und entgegen
der Schwerkraft und führt
zu Kriechströmen
und Kurzschlüssen.
Da Kriechströme
insbesondere bei durch tiefe Temperaturen geschwächte Batterien gefährlich sind,
ist die fehlende Temperierung des Prüfstandes fatal. Selbst der
erstrebte Korrosionstest ist unrealistisch, da auch die Korrosionswirkung
temperaturabhängig
ist.
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Wie
kurz erläutert
wurde, kann jeder der aufgeführten
Prüfstände nur
einen Ausschnitt des Gesamtkomplexes realitätsnaher Beanspruchungen simulieren.
Für eine
komplexe Prüfung
der Fahrzeugelektronik/-elektrik fehlen immer entscheidende Beanspruchungskomponenten,
so dass keiner dieser Prüfstände eine
realitätsnahe
Prüfung
ermöglicht. Der
Betreiber dieser Prüfstände kann
keine Aussagen dazu treffen, ob seine Prüfungen zu hart oder zu weich
sind oder welche Bedeutung die Prüfergebnisse für das Verhalten
des Fahrzeuges im praktischen Betrieb haben, denn er prüft nicht
mit realitätsnahen Beanspruchungen,
sondern mit stark simplifizierten und wirklichkeitsfremden Beanspruchungen.
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Das
vorliegende Gebrauchsmuster beschreibt deshalb einen Prüfstand für Kraftfahrzeuge, welcher
insbesondere (auch) eine komplexe Prüfung der Fahrzeugelektronik/-elektrik
unter realitätsnahen Umweltbedingungen,
Beanspruchungen und Fahrverhalten gestattet.
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Jedes
Rad des Fahrzeuges steht während der
Prüfung
auf einer Rollenkonstruktion, welche gegebenenfalls auch ein Flachband
bzw. eine Halteeinrichtung umfasst. Die Rollen der Rollenkonstruktionen
zur Aufnahme der Fahrzeugräder
können
frei laufen, gebremst oder angetrieben werden. Jede der Rollenkonstruktionen
kann einzeln angesteuert werden.
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In
einer Ausführungsvariante
hat die Rollenkonstruktion jedes Rades zwei tragende Rollen gleicher
Drehrichtung, aber entgegengesetzter Drehrichtung zum Rad des Prüflings.
In einer anderen Ausführungsvariante
hat das Rollensystem 3 tragende Rollen pro Rad gleicher Drehrichtung
und in einer weiteren Ausführungsvariante
nur eine tragende Rolle pro Rad. Bei 3 tragenden Rollen wird durch
Verstellen der Achsen dieser Rollen zueinander eine Anpassung an
den Raddurchmesser des Prüflings
vorgenommen. In der Ausführungsvariante
mit nur einer tragenden Rolle pro Rad wird der Prüfling so
auf dem Prüfstand
fixiert, dass das Rad des Fahrzeuges immer auf der tragenden Rolle
befindet. Letztere Ausführungsvariante
ist nicht optimal, wenn Translationsbewegungen in allen 3 Achsen
vorgesehen sind.
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In
einer Ausführungsvariante
können
insbesondere die Rollensysteme vorn um eine senkrechte Achse gedreht
werden, so dass Lenkbewegungen möglich
sind. Dabei ist der Abstand der beiden senkrechten Achsen der Drehvorrichtungen
an den Fahrzeugtyp einstellbar.
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Jede
dieser Rollenkonstruktionen zur Aufnahme der Fahrzeugräder kann
mit Hilfe von Hydraulikzylindern ein- oder mehrachsig mit einer
Schwing- und/oder Stoßbeanspruchung
beaufschlagt werden. Bei diesen Hydraulikzylindern können die Schwing-/Stoßbewegungen
mit quasistatischen Bewegungen und Nullpunktverschiebungen überlagert werden.
In einer Ausführungsvariante
hat jede Rollenkonstruktion Hydraulikzylinder für alle 3 Raumachsen. Zur Hydraulikanlage
gehören
desweiteren die zugehörigen
Hydraulikpumpe(n), Hydraulikölbehälter, Ventile,
Verrohrungen, die Steuertechnik und weitere übliche Hydraulikkomponenten.
Die Hydraulikzylinder werden mit Hilfe von Computer-, elektronischer
Steuer- und Messtechnik sowie Sensoren gesteuert bzw. geregelt und überwacht.
Mit entsprechender Software können
die verschiedensten Beanspruchungsvarianten realisiert werden.
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Bei
herkömmlichen
Schwingprüfanlagen werden
die Prüfprogramme
mit Hilfe idealisierter Messwerte von Messfahrten gewonnen. Der
Nachteil besteht darin, dass das auf diese Weise gewonnene Prüfprogramm
nur auf den bei der Messfahrt verwendeten Fahrzeugtyp und den Messpunkt
des Beschleunigungsaufnehmers zugeschnitten ist. Diese Prüfprogramme
werden dann auch für
Nachfolgemodelle oder andere Bauartvarianten verwendet, wohlwissend,
dass dies nur eine grobe Annäherung
an die Realität
sein kann. Im Gegensatz dazu kommt beim hier beschriebenen Prüfstand Software
zum Einsatz, die weitgehend unabhängig von Typ, Bauart und Beladungszustand
des Fahrzeuges ist.
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Zur
Anpassung an verschiedene Fahrzeuggrößen kann der Abstand der Rollenkonstruktionen längs und
quer zur Fahrtrichtung eingestellt werden.
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Die
Schwing- und Stoßbeanspruchungen
simulieren u.a. den Fahrbahnzustand, z.B. Fahrbahnbelag, und das
senkrechte oder schräge Überfahren von
Hindernissen oder Fahrbahnschäden,
z.B. Schlaglöcher,
Bodenwellen usw.. Die Überlagerung der
Schwing- und Stoßbeanspruchung
mit quasistatischen Hub- und Senkbewegungen simulieren u.a. die
Fahrbahnneigung und das Fahrbahngefälle sowie das Wank-, Nick-,
Gier- und Verwindungsverhalten des Fahrzeuges. In einer der möglichen
Ausführungsvarianten
ermöglicht
die Steuersoftware die Simulation von defekten Stoßdämpfern.
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Bei
nicht angetriebenen Rädern
und zum Simulieren von relativ langsamen Rollvorgängen können die
Rollen der Rollenkonstruktion „frei" laufen. Zur Simulation
von Roll- und Luftwiderständen,
Anstiegen und Beschleunigungsvorgängen werden die Rollen der
Rollenkonstruktionen definiert gebremst. Der Motor des Fahrzeuges
muss dann zur Überwindung
dieser „Widerstände" eine höhere Leistung bzw.
ein größeres Drehmoment
aufbringen. Auf diese Weise können
auch Fahrzeugkomponenten geprüft
werden, welche vom Motorlauf abhängig
sind bzw. diesen selbst steuern, z.B. Einspritzsystem, Motorsteuerung,
Lichtmaschine und deren Regelung, bestimmte Diebstahlsicherungssysteme,
Getriebe usw..
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Die
Rollen der Rollensysteme können
aber auch angetrieben werden. Auf diese Weise können Fahrzeugkomponenten geprüft werden,
welche mit dem Bremssystem zusammenhängen, z.B. die eigentlichen
Bremsen, die Bremskraftverstärker,
ABS usw..
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Der
Antrieb bzw. das Abbremsen der Rollen der Rollensysteme erfolgt
vorzugsweise elektrisch/elektromagnetisch oder hydraulisch (Der
Motor der Rolle kann auch als Bremse geschalten werden). Die Bremsen
können
aber auch separat ausgeführt sein,
darunter auch pneumatisch oder mechanisch.
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Der
o.g. Teil des Prüfstandes
zur Aufbringung der mechanischen Beanspruchungen wird vorzugsweise
in korrosionsbeständigen
Materialien ausgeführt.
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Dieser
vorgenannte Teil des Prüfstandes
ist eingehaust. Mit der Luft- und Klimatechnik des Prüfstandes
können
Temperatur und relative Feuchte eingestellt und geregelt werden.
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Die
Lufttechnik ermöglicht
folgende Modi:
- a) Umluftbetrieb (Motor des
Fahrzeuges aus)
- b) Zu-/Abluft- bzw. Umluft mit teilweiser Frischluft zur Abführung der
Motorabgase. Beim Modi Umluft mit teilweiser Abluft darf während der
Prüfung mit
laufendem Motor die Einhausung aus Sicherheitsgründen nicht betreten werden.
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Durch
diese beschriebene Lufttechnik kann der Prüfstand mit laufendem Motor
betrieben werden. Auf diese Weise können auch die elektronischen
und elektrischen sowie mechatronischen Komponenten in die elektronische
System- bzw. Komplexprüfung
einbezogen werden, welche nur bei laufendem Motor zur Geltung kommen.
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In
einer anderen Ausführungsvariante
erfolgt die Abführung
der Motorabgase mit Hilfe einer Leitung bzw. eines Schlauches, welcher)
am Auspuff des Fahrzeuges befestigt ist.
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Der
Prüfstand
ist in einer Ausführungsvariante
mit einer technischen Ausrüstung
zur Bewitterung und Sonnenbestrahlung ausgerüstet.
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Zur
Simulation einer Salznebelbeanspruchung durch gesalzene bzw. gelaugte
Straßen
ist der Prüfstand
mit einer Salznebelsprühanlage
ausgerüstet,
welche im Gegensatz zu
DE10010249 und
DE10010250 den Salznebel
nicht von oben aufsprüht,
sondern diesen auch oder ausschließlich an die Fahrzeugunterseite
sprüht.
Diese Salznebelbeanspruchung dient nicht in erster Linie zur korrosiven Beanspruchung,
sondern zur Prüfung
der Elektronik/Elektrik in Bezug auf Kurzschlüsse und Kriechströme, denn
Salzwasser leitet gut den elektrischen Strom. Durch die Kombination
von Schwing- und Salznebelbeanspruchung kann das Salzwasser auch durch
Spalte und entgegen der Erdgravitation kriechen (analog Vibrationsförderer),
während
eine Salznebelbeanspruchung ohne gleichzeitige Schwingbeanspruchung
realitätsfern
ist und eine falsche Systemsicherheit vortäuscht.
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Mit
Hilfe von elektronischen Diagnosesystemen, z.B. Diagnosecomputer,
bzw. Messtechnik der Automobilhersteller ermöglicht dieser Prüfstand die Prüfung des
Automobils und seiner Elektronik/Elektrik unter den verschiedensten
mechanischen und klimatischen Einsatzbedingungen und Fahrzeugfahrweisen/-belastungen,
bei verschiedenen Kombinationen zugeschalteter elektronischer und
elektrischer Komponenten und unterschiedlich gealterter Fahrzeugbatterien.
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Die
Bedienungsfunktionen im Fahrzeug können je nach Ausführungsvariante
bzw. Betriebsweise mit Hilfe eines menschlichen Fahrers, durch einen Roboter
und/oder durch Fernbedienung wahrgenommen werden. Der Prüfstand kann
für Kurzzeitprüfungen,
aber auch für
Lebensdauerprüfungen
genutzt werden.
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In
einer Ausführungsvariante
wird auch der Fahrer in die Fahrsimulation einbezogen.