DE2219487C3

DE2219487C3 - Prüfanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeugachsen

Info

Publication number: DE2219487C3
Application number: DE2219487A
Authority: DE
Inventors: Niel R. Hopkins Minn. Petersen (V.St.A.)
Original assignee: MTS Systems Corp
Current assignee: MTS Systems Corp
Priority date: 1971-04-20
Filing date: 1972-04-18
Publication date: 1980-06-04
Also published as: US3718033A; DE2219487A1; GB1325128A; DE2219487B2; JPS4911491A

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanlage mit zwei Belastungs- bzw. Bewegungseinrichtungen zur Aufbringung von Kräften in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen auf einen in der Prüfanlage angeordneten Prüfling mit beweglichen Elementen, insbesondere zur Prüfung von Kraftfahrzeugachsen, wobei für jede der beiden Belastungseinrichtungen getrennte Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die ein Rückkopplungssignal erzeugen, das die Verschiebung von mindestens einer der Belastungseinrichtungen darstellt.

Prüfanlagen mit Belastungs- bzw. Bewegungseinrichtungen sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen bekannt (s. zum Beispiel US-PS 24 46 566, 99 158, 32 93 906 und DE-OS 14 98 288), die jedoch den Nachteil aufweisen, daß bauartbedingte Verfälschungen der Meßwerte auftreten, wodurch keine genaue Auswertung des Prüfergebnisses möglich ist

Bei Prüfanlagen der hier behandelten Gattung treten sogenannte Kreuzkopplungsfehler auf, die sich besonders bemerkbar machen, wenn bei der Anwendung der Prüfanlage für die Prüfung von Kraftfahrzeugachsen Straßenzustände simuliert werden. Die auf die Anmelderin zurückgehende US-PS 37 13 330 (= DE-OS 22 01 590), welche nicht vorveröffentlicht ist, offenbart

iü eine mechanische Lösung des Problems, Kreuzkopplungsfehler zu kompensieren bzw. so klein wie möglich zu halten. Der konstruktive Aufwand dafür ist jedoch immer noch relativ groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfanlage der eingangs genannten Art mit einer einfachen und preiswerten Regelanordnung zu versehen, die in der Lage ist, Kreuzkopplungsfehler automatisch auszugleichen bzw. so klein wie möglich zu halten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst

Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes

ist durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Prüfanlage wird erreicht, daß die erwähnten Kreuzkopplungsfehler, die den normalen Ablauf eines Prüfprogramms erheblich stören und das Prüfergebnis verfälschen, automatisch kompensiert werden, wobei dafür eine kostengünstige elektrische bzw. elektronische Regelan-Ordnung dient, die es erlaubt, den mechanischen Aufbau der Prüfanordnung kompakt zu halten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Prüfanlage für die Prüfung von Kraftfahrzeugachsen.

Es ist ein Teil eines Kraftfahrzeuges 10 gezeigt und eine vordere Aufhängung 12 nur durch eine einfache Schraubenfeder angedeutet, wobei der Achsschenkel 14 Bestandteil der Aufhängung 12 ist.

Um Kräfte anzulegen, die gegebenen Radzustände zu simulieren, werden zwei Belastungseinrichtungen 16 und 18 verwendet. Die Einrichtung 16 ist bei 20 drehbar an einer festen Fläche 22 angeordnet, z. B. der Ebene einer Testzelle oder der Grundplatte des Prüfgerätes. In ähnlicher Weise ist die zweite Einrichtung 18 bei 24 drehbar an einer vertikalen Fläche 26, z. B. der Wand der Testzelle oder einer vertikalen Platte des Prüfgerätes befestigt. Die Drehverbindungen 20 und 22 ermöglichen es, daß die Einrichtungen 16 und 18 so weit ausschwenken können, wie es zum Anlegen der erforderlichen Kräfte an den Achsschenkel 14 nötig ist. Die Einrichtung 16 besitzt eine an ihr vorspringende Kolbenstange 24 mit dem Lager 26, das auf dem Achsschenkel 14 sitzt. Die Einrichtung 16 übt die Funktion eines Huberzeugers aus, d. h. durch sie wird die Achse 14 vertikal bewegt. Im Inneren der Einrichtung 16 ist ein Verschiebungsübertrager 28 angeordnet, z. B. ein linearer Differentialtransformator mit einem in einer stationären Spule bewegbaren Kern. Der Übertrager 28 liefert ein Signal, das dem Hub der Kolbenstange 24 und somit der Stellung oder Verschiebung des Achsschenkels 14 der vertikalen Achse proportional ist.

Da es die Funktion der Belastungseinrichtung 18 ist, die richtige Belastung oder Kraft an den Achsschenkel 14 in der horizontalen Achse zu legen, dient ihre

Kolbenstange 20 zur Verbindung mit einer Belastungszelle 32 Dieser ist ein Lager 34 zugeordnet, das in derselben Weise wie das Lager 26 auf dem Achsschenkel 14 sitzt.

Ein Pfeil 38 zeigt die tatsächliche Auf- und Abbewegung der Achsschenkel 14, d. h. einen bogenförmigen Verlauf, der sich durch die Kopplung der Achse mit der horizontalen Belastungseinrichtung 18 ergibt Ein Pfeil 36 stellt den theoretischen Verlauf der Vertikalbewegung der Achsschenkel 14 dar. Es ist zu erkennen, daß die durch das Drehen der Einrichtung 18 bei 24 bewirkte Schwenkung einen linearen Hub in Richtung des Pfeiles 36 verhindert Die vertikale Verschiebung in Richtung des Pfeiles 36, die praktisch tangential zur durch den Pfeil 38 bezeichneten bogenförmigen Bahn verläuft, wird durch den Buchstaben y bezeichnet, während die Verschiebung in horizontaler Richtung, die zur Bahn 38 radial oder senkrecht verläuft, mit dem Buchstaben χ bezeichnet wird. Hier zeigt die Differenz zwischen der Lage des Achsschenkels 14 an einem Punkt der bogenförmigen Bahn 38 in einem gegebenen Zeitpunkt und einem Punkt an der linearen Bahn 36 den Kreuzkopplungsfehler an. Dies ist der dynamische Zustand und diese Störung beeinflußt die dynamische Belastung weiter, die von der Einrichtung 18 angelegt wird. Die Erfindung korrigiert oder kompensiert jedoch diesen Fehler, wie noch gezeigt werden wird.

Für die Belastungssteuerung werden zwei Befehlssignale benötigt Deshalb geben Programmeinrichtungen 40 und 42, die Magnetbandgeräte sein können, die richtigen Befehlssignale, wobei die Einrichtung 40 das vertikale Programm und die Einrichtung 42 das horizontale Programm liefert Von der Programmehirichtung 40 werden die vertikalen Steuersignale an einen üblichen Regler 44 gegeben, der eine Vergleichseinrichtung 46 und einen Verstärkungsregler 48 besitzt, der zum Eingang eines Verstärkers 50 zur Betätigung eines Serovsteuerventils 52 führt, durch das ein Strömungsmedium an die Betätigungseinrichtung 16 gelangt Ein Rückkopplungskonditioniergerät 54 liegt mit seinem Eingang am Übertrager 28 und mit seinem Ausgang am zweiten Eingang des Vergleichsgerätes 46, wobei der erste Eingang des Vergleichsgerätes 46 an der vertikalen Programmeinrichtung 40 liegt. Auf diese Weise erscheint in üblicher Weise eine Abweichung zwischen dem Steuersignal der vertikalen Programmeinrichtung 40 und dem Rückkoppluugssignal des Konditioniergerätes 54 als Fehlersignal am Ausgang der Vergleichseinrichtung 46 und wird zum Steuern des Servosteuerventils 52 benutzt, das wiederum die vertikale Belastungseinrichtung 16 steuert.

Ein zweiter Regler 56 enthält ein Vergleichsgerät 58 und einen Verstärkungsregler 60, dei über ein Vergleichsgerät 62 und einem Ventilverstärker 64 mit einem Servosteuergerät 62 der Einrichtung 18 verbunden ist Von der Belastungszelle 32 wird ein Rückkopplungssignal an den zweiten Eingang des Vergleichsgerätes 58 über eine Leitung mit einem Rückkopplungskonditioniergerät 68 gegeben Das Befehlssignal der horizontalen Progranin.^iiinuitimg 42 wird an den anderen Eingang des Vergleichsgerätes 58 gegeben.

Mit Ausnahme des Vergleichsgerätes 62 ist das bisher beschriebene Prüfgerät konventionell. Die vertikale Betätigungseinrichtung 16 ist im Lagesteuerkanal und die horizontale Betätigungseinrichtung 18 im BeIastungssteuerkanSil enthalten. Der gemeinsame Haltepunkt, der durch den Achsschenkel 14 dargestellt ist, bewegt sich auf einer Dogenförmigen Bahn, die mit dem Pfeil 38 angezeigt ist Wenn die Programmeinrichtung 40 ein Signal erzeugt, das eine vertikale Belastung des Achsschenkels 14 bewirkt und die horizontale Programmeinrichtung 42 ein Signal liefert, das eine horizontale Belastung darstellt, dann werden die beiden über die Lager 26 und 34 an den Achsschenkel 14 angelegten Belastungskräfte miteinander vereinigt

Bei einem Achsschenkel eines Kraftfahrzeuges ist bei einer simulierten Straßenprüfung die vertikale Verschiebung y beträchtlich größer als die horizontale Verschiebung x, da letztere sich nur aus der Drehbefestigung der Einrichtung 18 bei 24 ergibt Es ist jedoch erforderlich, daß eine Belastung, die die horizontalen, von der Straße aufgenommenen Kräfte darstellt, durch ■die Einrichtung 18 an den Achsschenkel 14 angelegt wird.

Unter den dynamischen Belastungsbedingungen tritt durch den Kreuzkopplungseffekt ein Belastungsfehler ein. Die erforderliche Korrektur läßt sich mathematisch erläutern. Zu korrigieren ist die Geschwindigkeit der horizontalen Betätigungseinrichtung 18, die zum Verfolgen der bogenförmigen Bewegung notwendig ist, die durch die vertikale Einrichtung 16 erzeugt wird. Die Situation kann wie folgt dargestellt werden:

d.v

d/

d.v
dv

Oy dt "

d.v

worin ^ gleich derhori/ontalen Geschwindigkeit und

d.v
dv

d.v di

gleich der Winkelkompensation mal der vertikalen Geschwindigkeit ist.

Durch diese Erläuterung wird die Steueranlage 70 besser verständlich. Diese Anlage besitzt, wie die Zeichnung zeigt, Komponenten, die unter der gestrichelten Linie 72 erscheinen. Die Anlage 70 enthält das Vergleichsgerät 62, das bereits erwähnt worden ist, und außerdem eine nicht-lineare Formschaltung 74, deren Eingang unmittelbar an der Ausgangsseite des Rückkopplungskonditioniergerätes 54 liegt und deshalb in die Schaltung 74 ein Signal liefert, das die vertikale Bewegung/darstellt. Folglich stellt das Ausgangssignal der Schaltung 74, auch wenn diese nur aus einem einfachen Potentiometer besteht, den Änderungsbetrag dar, soweit die horizontale Verschiebung χ in bezug auf

so die vertikale Verschiebung y Betracht gezogen ist.

Wenn die horizontale Verschiebung χ praktisch proportional der vertikalen Verschiebung y ist, dann kann die Schaltung 74 ein einfaches Poientiometer sein, dessen Schleifer so eingestellt ist, daß der erzeugte Ausgang den Wert axldy auf einer proportionalen Basis darstellt. Vielfach kann die Beziehung zwischen χ und y sehr komplex werden. Deshalb wird eine nicht-lineare Kurve 76 im Block gewählt, der die nicht-lineare Formschaltung 74 bezeichnet. Die Ausrüstung im Block 74 stellt entweder genau oder ungefähr die besondere nicht-lineare Beziehung dar, die sich auf eine gegebene Prüfung bezieht.

Die Anlage 70 enthält ferner einen Differentiator 78, dessen Eingang ebenfalls am Rückkopplungsverstärker 54 liegt, so daß er in ähnlicher Weise ein die vertikale Verschiebung y anzeigendes Signal empfängt. Er differenziert dieses Signal nach der Zeit, so daß es an seinem Ausgang die vertikale Geschwindigkeit und

insbesondere die Änderung der vertikalen Verschiebung y in bezug auf die Zeit angibt.

Der Vervielfacher 80 mit den beiden Ausgängen 80a und 80/7 und dem Ausgang 80c multipliziert seine beiden Eingangssignale (die die Ausgangssignale der Schaltung 74 und des Differentiators 78 sind) miteinander und das Produkt oder Ausgangssignal des Ausgangs 80c ist als Korrektursignal für das Vergleichsgerät 62 verfügbar, wobei das Ausgangssignal einen der horizontalen Geschwindigkeit entsprechenden Wert besitzt. Die Größe der Kreuzkopplungskompensation wird durch ein Potentiometer 62 eingestellt, wobei der Ausgang 80c am Widerstand 82a und dem Schleifer 82£> liegt, der mit der zweiten Eingangsklemme des Gerätes 62 verbunden ist.

Die Wirkungsweise der Prüfanlage wird nachstehend noch zusammenfassend beschrieben.

Der Achsschenkel 14 bewegt sich auf einer bogenförmigen Bahn, die durch den Pfeil 38 bezeichnet ist. Die vertikale Bewegung durch die Belastungseinrichtung 16 würde bei diesem Betrieb die an der Belastungseinrichtung 18 liegende Kraft beeinflussen. Das Signal, das die Einrichtung 18 erhält, ist so abgeändert, daß die vertikale Lage des Achsschenkels 14 zu jedem Zeitpunkt in Betracht gezogen wird und die tatsächliche angelegte Belastung antsprechend ändert

Als Folge, daß die Belastungseinrichtung 16 den Achsschenkel 14 nach oben bewegt, was durch den in /-Richtung verlaufenden Pfeil 36 angegeben ist, erscheint am Übertrager 28 ein entsprechendes Signal und gelangt an den Eingang der Forrnschaltung 74. Die Schaltung 74 kann, wie bereits erläutert, ein Potentiometer sein. Wegen der praktisch proportionalen Veränderung in bezug auf y folgt, wie die Pfeile 36 und 38, insbesondere die Divergenz des Pfeiles 38 gegen den Pfeil 36, erkennen lassen, daß die Schaltung 74 ein Ausgangssignal liefert, das die Änderung der horizontalen Verschiebung χ in bezug auf die vertikale Verschiebung /darstellt.

Gleichzeitig liefert der Differentiator 78 ein Signal, das die Änderung der vertikalen Verschiebung y in der Zeit, d. h. die Geschwindigkeit darstellt. Durch Multiplizieren dieser beiden Signale miteinander durch den Vervielfacher 80 ergibt sich ein Ausgangssignal, das das Produkt der beiden Eingangssignale ist und die Information enthält, die die Änderung der horizontalen Verschiebung in der Zeit darstellt. Dieses Signal wird an das Vergleichsgerät 62 gegeben und somit mit dem vom Konditioniergerät 56 gelieferten Signal algebraisch kombiniert.

Folglich wird das horizontale Programmsignal der Einrichtung 42 durch das Produktsignal des Vervielfachers 80 (und auch durch Einstellen des Schleifers 826 des Potentiometers 82) geändert und an das Servoventil 66 gegeben. Die sich ergebende Belastung, die durch die Belastungseinrichtung 18 an den Achsschenkel 14 angelegt wird, entspricht genau der Belastung, die angelegt werden sollte, und es tritt somit kein unerwünschter Kreuzkopplungseffekt ein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Prüfanlage mit zwei Belastungs- bzw. Bewegungseinrichtungen zur Aufbringung von Kräften in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen auf einen in der Prüfanlage angeordneten Prüfling mit beweglichen Elementen, insbesondere zur Prüfung von Kraftfahrzeugachsen, wobei für jede der beiden Belastungseinrichtungen getrennte Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die ein Rückkopplungssignal erzeugen, das die Verschiebung von mindestens einer der Belastungseinrichtungen darstellt, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis (76,78, 80), der an die zweite Belastungseinrichtung ein Änderungssignal gibt, das eine Funktion der Geschwindigkeit dieser zweilen Belastungseinrichtung ist, abgeleitet als eine Funktion der Verschiebung der ersten Belastungseinrichtung und des relativen Betrages der Verschiebung der ersten und zweiten Belastungseinrichtung.

2. Prüf anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Änderungssignal ein Produktsignal ist, das erhalten wird durch Multiplikation der Geschwindigkeit der ersten Betätigungseinrichtung mit dem Betrag der Verschiebung der zweiten Belastungseinrichtung in bezug auf den Betrag der Verschiebung der ersten Betätigungseinrichtung.

3. Prüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Belastungseinrichtungen an einem gemeinsamen Kraftangriffspunkt an der Fahrzeugachse angreifen.

4. Prüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis ein Entzerrernetzwerk (74) enthält, das eine Eingangsgröße erhält, die die Verschiebung der ersten Belastungseinrichtung darstellt und dessen Ausgangsgröße die Verschiebung der zweiten Belastungseinrichtung gegenüber der ersten darstellt.

5. Prüfanlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Differenziergerät (78), das ein die Geschwindigkeit der zweiten Belastungseinrichtung darstellendes Signal erzeugt und durch einen Multiplizierer (80), der die Ausgangsgrößen des Differenziergeräts (78) und des Entzerrernetzwerks (74) multipliziert, um das Änderungssignal zu erzeugen.