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Verfahren und Einrichtung zur Messung von
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Betriebswerten eines Kraftfahrzeugs Stand der technik Die Erfindung
betrifft zunächst ein Verfahren nach der Gattung des Anspruchs 1 Ein solches Verfahren
ist aus der Patentanmeldung P 26 15 193.9 (DE-OS 26 15 193) der Anmelderin bekannt.
Der gesamte Inhalt dieser Anmeldung wird durch diese Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden
-Aumeldung gemacht Bei dem bekannten Verfahren werden zugkraftabhängige Verluste
durch einen konstanten Faktor bei der errechnung der Leistung aus der Drehzahl und
der Winkelbeschleunigung des als Schwungmassenprüfstand ausgebildet en Prüfstands
sowie dem Schwungmoment des Systems Kraftfahrzeug-Prüfstand berücksichtigt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem bekannten Verfahren den Vorteil, daß
die Genauigkeit der Messung erhöht werden kann, es wird nämlich ein Teil der Verluste,
nämlich die zugkraftabhängigen Verluste bei der Übertragung der Leistung zwischen
den Rädern des Rraftfahrzeugs und den Rollen des Rollenprüfstands, genau erfaßt,
Dagegen konnten bisher diese Verluste nur durch einen Mittelwert berücksichtigt
werden, der aus den Schluptverlusten von Rädern unterschiedlicher Hersteller, Bauart
und Abnutzungsgrade, die vorher ermittelt worden waren, gebildet wurde Demgegenüber
kann mit-dem erfindungsgemäßen Verfahren der tatsüchliche Schlupf und somit der
Wirkungsgrad der Leistungsübertragung Jedes einzelnen Rades erfaßt werden0 Der Vorteil
der erfindungsgemaßep Einrichtung gemaß den kennzeichnenden merkmalen des Anspruchs
-4 besteht darin, daß diese Einrichtung es ermöglicht, einen RollenpraSstand so
auszubilden, daß der Schlupf zwischen dem Rad und der Rolle erfaßt und bei der teistungsermittlung
berücksichtigt werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. So kann die Belastung
der Antriebsmaschine des Fahrzeugs verringert werden, wenn der Schlupf
einen
vorbestimmten Wert überschreitet, um eine übermäßige Abnutzung der Reifen des Fahrzeugs
zu verhindern. Bei einer anderen Weiterbildung besteht der Vorteil darin, daß ein
besonderer Geber für die Raddrehzahl nicht erforderlich ist, sondern daß der Schlupf
allein aus der Drehzahl der Rolle des Rollenprüfstands und der Motordrehzahl, die
bei derartigen Messungen üblicherweise ohnehin erfaßt wird, ermittelt werden kann0
Zeichnung Fig. 1 zeigt in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der von
einem bestimmten Reifen auf die Lag rolle übertragbaren Zugkraft Z: in Abhängigkeit
vom Schlupf S, Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Rollenprüfstands, bei dem die Raddrehzahl des zu prüfenden
Eraftfahrzeugs wahlweise über eine optische Meßvorrichtung oder über die Messung
der Motordrehzahl ermittelt werden kann, und bei dem zur Berechnung der Verlustleistung
ständig der Schlupf gemessen wird und außerdem ständig die Steilheit d-er Kurve
Z = f (S) gemessen wird0 Außerdem kann beim Uberschreiten eines vorgegebenen Schlupfes
ein Schaltvorgang ausgelöst werden, der z.B. die Zündung des Kraftfahrzeugs kurzschließt,
um einen übermäßigen Reifenabrieb ärl verhindern.
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Beschreibung des Ausführungsbeisiels Beim Ausführungsbeispiel ist
ein Schwungmassenprüfstand vorgesehen, der mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
versehen ist und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, Die Erfindung kann
aber auch im Zusammenhang mit einem Prüfstand verwendet werden, bei dem zur Aufnahme
der von der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs gelieferten Energie eine Leistungsbremse
vorgesehen ist. Kennzeichen eines Schwungmassenprüfstandes ist es, daß er lediglich
eine Schwungmasse, jedoch keine Leistungsbremse besitzt. Es wird daher die auf den
Prüfstand übergehende Leistung im wesentlichen nur gespeichert und kann im Verlauf
der Messung wieder abgegeben werden. Das System Bahrzeug-Prüfstand nimmt somit aus
der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs Leistung auf. Diese Leistung ist gleich
der zeitlichen Änderung der kinetischen Energie von Fahrzeug und Prüfstand abzüglich
der Verluste der wirkenden Fahrwiderstände, die in Wärme umgewandelt werden0 Ist
die abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine gleich Null, was man durch Auskuppeln
erreicht, so ist die zeitliche Änderung der kinetischen Energie von Fahrzeug und
Prüfstand gleich den Fahrwiderstandsverlusten. Aus diesen Beziehungen können die
Verluste ermittelt werden. Die Leistungsmessung besteht damit aus einem dynamischen
Testdurchlauf, bei dem unter Vollast bis zur Nenndrehzahl beschleunigt wird und
anschließend das Fahrzeug bei abgekuppelter Antriebsmaschine auf dem Prüfstand ausrolltv
Die Summe der beiden Beschleunigungsleistungen ergibt die Motorleistung0 Die auftretenden
Verluste setzen sich zusammen aus konstanten Verlusten, wie zeBe die Gleitreibung
in den Lagern, geschwindigkeitsabhängigen
Verlusten, wie zOBo Luftwiderstände
von Rädern und Rollen sowie Pansch-Verluste im Getriebe und Differential sowie durch
die Zähigkeit von Fett und Öl in den Lagern bewirkte Verluste, und aus zugkraftabhängigen
Verlusten. Zu den letztgenannten Verlusten gehören die Zahnradverluste im Getriebe
und Differential (Zahnradwirkungsgrad) und die durch den Schlupf zwischen dem Reifen
und der Rolle des Prüfstands entstehenden Verluste der Kraftübertragung (Wirkungsgrad
der Kraftübertragung)0 Die konstanten Verluste und die geschwindigkeitsabhängigen
Verluste sind in beiden Teilen des Testdurchlaufs (Beschleunigen und Ausrollen)
gleich groß und kompensieren sich daher. Die zugkraftabhängigen Widerstände sind
dagegen in beiden Teilen des Prüftests verschieden, weil beim Ausrollen nur äußerst
geringe Zugkräfte auftreten, Von den zugkraftabhängigen Verlusten sind die Zahnradverluste
bei einem Fahrzeugtyp wenig abhängig vom Alter des Kraftfahrzeugs, und diese Verluste
streuen auch wenig bei verschiedenen Fahrzeugen des gleichen Typso Diese Zahnradverluste
können daher, wie in der eingangs genannten Patentanmeldung beschrieben, mit hoher
Genauigkeit durch eine Konstante bei der Leistungsberechnung berücksichtigt werden.
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In Figo 2- ist an einer nicht dargestellten Laufrolle eines Rollenprüfstands
ein elektromechanischer Drehzahlgeber 14 angeordnet, der ein der Drehzahl der Lastrolle
proportionales Ausgangssignal liefert0 Der Drehzahlgeber ist mit einem Impulsformer
15 und mit einem Mittelwertbildner 16 verbunden, Der Ausgang des Mittelwertbildners
16 ist mit
einer Bewertungsstufe 17 verbunden. Parallel dazu ist
an einer nicht dargestellten Stützrolle des Rollenprüfstands ein elektromechanischer
Drehzahlgeber 18 angeordnet, der ein der Drehzahl der Lastrolle proportionales elektrisches
Signal über einen Impulsformer 19 und einen Mittelwertbildner 20 der Bewertungsstufe
17 zuführt. In der Bewertungsstufe 17 werden die beiden Drehzahlsignale in der Weise
miteinander verknüpft, daß Meßfehler ausgeschlossen werden, die dann verursacht
werden könnten, wenn das auf den Laufrollen abrollende Fahrzeugrad in Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs schwingt. Das Ausgangssignal der Bewertungsstufe 17 ist einem
Differenzierer 21 zugeführt, der ein Beschleunigungssignal bildet. Der Differenzierer
21 ist mit einer Multiplizierstufe 22' verbunden, in der das der Beschleunigung
proportionale Signal mit einem Signal multipliziert wird, das ein Maß für das Trägheitsmoment
des Systems Kraftfahrzeug-Rollenprüfstand ist0 Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe
22' entspricht daher der zwischen dem Reifen und der Laufrolle übertragenen Zugkraft
Z. Einem weiteren Eingang der Multiplizierstufe 22' ist das Ausgangssignal eines
Korrekturwertgebers 23 zugeführt, bei dem es sich im einfachsten Fall um einen einstellbaren
Spannungs teiler handeln kann, durch das eine Korrektur hinsichtlich der zugkraftabhängigen
Zahnradverluste erfolgt. In der Zeichnung ist bei 22' angedeutet, daß die Multiplizierstufe
durch eine Uransistorverstärkerschaltung realisiert werden kann.
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Da beim Ausrollen im ausgekuppelten Zustand die Schwungmasse der Brennkraftmaschine
nicht in die Eraftübertragungskette eingeschlossen ist und die zugkraftabhängigen
Zahnradverluste wegen der beim Ausrollen geringen Zugkraft
stark
verringert sind, ist es vorteilhaft, wenn der vom Korrekturwertgeber 23 gelieferte
Korrekturwert beim Beschleunigen und beim Ausrollen unterschiedlich groß isto Der
Korrekturwertgeber 23 kann daher in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Differenzierers
21 oder in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines anderen Bauelements entsprechend
umgeschaltet werden. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 22' wird dem Eingang
einer weiteren Multiplizierstufe 22" zugeführt, deren anderem Eingang ein Drehzahlsignal
zugeführt ist0 Am Ausgang der Multiplizierstufe 22" liegt somit ein um die Korrekturwerte
korrigiertes der jeweils gemessenen Leistung entsprechendes Signal an. Falls gewünscht,
kann unter Berücksichtigung des atmosphärischen Drucks und der Lufttemperatur eine
Umrechnung auf Normalbedingungen erfolgen, wie dies in der oben genannten Patentanmeldung
vorgesehen ist. Um die beiden Signale, welche beim Beschleunigen und beim Verzögern
gemessen werden, addieren zu können, werden die bei einer bestimmten Drehzahl anstehenden
die jeweilige Leistung kennzeichnenden elektrischen Signale in einem ersten Speicher
24 bzw. einem zweiten Speicher 25 gespeichert.
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Jedem dieser beiden Speicher ist ein Schalter 26 bzw. 27 vorgeschaltet,
und zwischen die Multiplizierstufe 22" und den Schalter 27 ist ein Invertierer 28
geschaltet, der das bei der Verlustleistungsmessung (beim Ausrollen) auftretende
elektrische Signal invertiert. Die beiden in den Speichern 24 und 25 gespeicherten
Werte werden einem Addierer 29 zugeführt, und das Ausgangssignal des Addierers wird
über einen Umschalter 30 und einen Analog-Digital-Umsetzer 31 einer Anzeigeeinrichtung
32 zugeführt. Dem im ersten Speicher 24 gespeicherten Signal wird vor dem Zuführen
zum Addierer 29 in einem Addierer 61 noch ein Signal hinzuaddiert, das der durch
den Schlupf bewirkten Verlustleistung entspricht, wie später noch erläutert wird.
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Die Messung der Leistung und Abspeicherung der gemessenen Werte soll
bei bestimmten vorgegebenen Drehzahlen der Laufrollen des Prüfstand erfolgen. Um
diese Drehzahlen vorzugeben, ist ein Vorwahlschalter 33 vorgesehen, der praktisch
die Funktion eines Sollwertgebers hat. Es kann zweckmäßig sein, die Anordnung so
zu treffen, daß nicht eine bestimmte Drehzahl der Laufrolle, sondern eine bestimmte
Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgewählt werden kann und bei Erreichen der vorgewählten
Drehzahl der weitere Funktionsablauf ausgelöst wird, also die zugehörige Drehzahl
der Laufrollen, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, gespeichert wird.
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Um den Drehzahlsollwert und den Drehzahlistwert, der beispielsweise
am Ausgang der Bewertungsstufe 17 abgenommen werden kann, zu vergleichen, ist ein
erster Komparator 34 vorgesehen. Bei Gleichheit der beiden Signale springt das Ausgangs
signal des ersten Komparators 34 beispielsweise von dem 0-Zustand in den L-Zustand
um. Die positive Flanke dieses Signalwechsels wird dazu ausgenutzt, ein erstes Flipflop
35 zu setzen und damit den ersten Schalter 26 zu öffnen. Dadurch wird der zuletzt
in dem ersten Speicher 24 gespeicherte Wert, der die Leistung bei einer bestimmten
Drehzahl des Beschleunigungsvorganges kennzeichnet, festgehalten. Nun wird die Schwungmasse
noch auf eine geringfügig höhere Drehzahl beschleunigt, bei der eine Anzeigelampe
37 aufleuchtet. Die Ansteuerung der Anzeigelampe 37 erfolgt über ein Flipflop 38,
das durch das Ausgangssignal eines Komparators 36 gesetzt wird. Bei gesetztem
Flipflop
38 leuchtet die Lampe 37 auf und signalisiert der PrüSperson, daß nunmehr die Kupplung
zwischen der Brennkraftmaschine und den Rädern des Kraftfahrzeugs gelöst und das
Gaspedal in Leerlaufstellung gebracht werden muß.
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Das Drehzahlsignal, das zur Auslösung des Flipflops 38 fahrt, wird
wieder von dem Vorwahlschalter 33 abgenommen, wobei dieses Sollwertsignal um beispielsweise
10 % mit Hilfe eines Spannungsteilers aus Widerständen 39 und 40 reduziert wird
und dann auf den invertierenden Eingang des Komparators 36 gegeben wird. Dadurch
wird das Ausgángssignal des Komparators 36 bei einer gegenüber dem vorgewählten
Sollwert um 10 0% höheren Drehzahl erscheinen.
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Der Drehzahlistwert für den Komparator wird wieder nach der Bewertungsstufe
17 abgenommen.
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Nach dem Auskuppeln treibt die Schwungmasse des Prüfstands über die
Laufrolle die Räder des Kraftfahrzeugs.
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Dabei wird die Drehgeschwindigkeit der Schwungmasse infolge der Verluste
langsam verzögert und es wird wieder diejenige Drehzahl erreicht, die mit Hilfe
des Vorwahlschalters 33 gegeben ist. Dabei wird das Ausgangssignal des Komparators
34 wieder auf den 0-Zustand zurückgehen und dabei ein zweites Flipflop 42 setzen,
gleichzeitig wird das Flipflop 38 zurückgesetzt und die Lampe 37 erlischt. Das zweite
Flipflop 42 öffnet den zweiten Schalter 27 und der gerade an der Multiplizierstufe
22 anstehende Wert wird in dem zweiten Speicher 25 gespeichert.
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Nun kann die Addition mit Hilfe des Summierers 29 und die entsprechende
Anzeige auf der Anzeigeeinrichtung 32 erfolgen. Die Ansteuerung des zweiten Flipflops
42 erfolgt
über ein NOR-Glied 43, so daß sichergestellt ist, daß
erst dann ein Wert in dem zweiten Speicher 25 gespeichert werden kann, wenn bereits
im ersten Speicher 24 ein Wert gespeichert ist. Die Speicher 24 und 25 sind im vo-rliegenden
Fall als Kondensatoren ausgebildet. Es sind nicht näher dargestellte Maßnahmen getroffen,
die verhindern, daß infolge einer zu langen Speicherung von Meßwerten in den Kondensatoren
Fehler auftreten, Außerdem wird beim Einschalten des Prüfstands zu Beginn eines
Meßvorgangs einem Impulsverstärker 45 von einem Einschaltnetswerk 49 ein Signal
zugeführt, das nach Verstärkung den Rücksetzeingängen der Flipflops 35, 38 und 42
zugeführt wird.
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Ein Umschalter 53 gestattet es, zwischen einer Geschwindigkeitsanzeige
und einer Drehzahlanzeige der Verbren nungskraftmaschine umzuschalten. Der Umschalter
53 verbindet die Anzeigeeinrichtung 32 in seiner einen Stellung mit einem Drehzahlgeber
54, der von einem Impulsgeber 55, der über eine Zündleitung der Brennkraftmaschine
geschoben werden kann, ansteuerbar ist.
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Da bei einem Fahrzeug mit mechanischer Kupplung dann, wenn die Kupplung
eingekuppelt ist, die Motordrehzahl und die Drehzahl des angetriebenen Rads in Abhängigkeit
vom eingelegten Gang in einem festen Verhältnis steht, braucht bei der Messung solcher
Fahrzeuge die Raddrehzahl nicht unmittelbar erfaßt zu werden. Weist das Kraftfahrzeug
jedoch eine hydraulische Kupplung auf, so dürfte es in vielen Fällen einfacher sein,
die Raddrehzahl unmittelbar zu messen, um den Schlupf und andere Größen zu ermitteln.
Hierzu weist das Gerät eine optische Meßeinrichtung 62 mit einer
Lichtquelle
63 und einer Photozelle 64 auf, wobei die von der Lichtquelle 63 kommende Strahlung
in der in der Zeichnung angedeuteten Weise auf die Lauffläche eines Rads 65 des
zu untersuchenden Kraftfahrzeugs gerichtet ist, so daß eine auf die Lauffläche aufgeklebte
lichtreflektierende Marke 66 das Licht zur Photozelle 64 reflektiert. Das Rad 65
steht auf der Laufrolle des Rollenprüfstands. Das Ausgangssignal der Photozelle
64 gelangt über einen Impulsformer 67 und einen Mittelwertbildner 68 und über einen
Schalter 69 zum Divisoreingang einer Dividierschaltung 70, deren Dividendeneingang
das Drehzahlsignal vom Ausgang der Bewertungsstufe 17 zugeführt ist. Wahlweise kann
dem Divisoreingang der Dividierschaltung 70 durch Umschalten des Schalters 69 auch
das vom Impulsgeber 55 stammende für die Motordrehzahl charakteristische Signal
zugeführt werden.
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Bei der gezeigten Stellung des Schalters 69 liegt am Ausgang der Dividierschaltung
70 ein Signal, das dem Wert nr/nR entspricht, wobei nr die Drehzahl der Laufrolle
und nR die Drehzahl des Rads 65 ist.
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Am Ausgang der Dividierschaltung 70 sind verschiedene Schaltungs-
und Rechenanordnungen angeschlossen, die bei einem speziellen Gerät jedoch nicht
alle gleichzeitig vorhanden sein müssen. Das Ausgangssignal der Dividierschaltung
70 wird über eine Torschaltung 71 einem Speicher 72 zugeführt, der an seinem Ausgang
ständig das in ihm gespeicherte Signal zur Verfügung stellt. Das Ausgangssignal
des Speichers 72 gelangt zu einem Eingang einer Multiplizierschaltung 73, deren
anderem Eingang eine feste Größe, im Ausführungsbeispiel der Wert 0,9 zugeführt
ist. Wenn analoge
Werte verarbeitet werden, kann daher die Multiplizierschaltung
73 durch einen Spannungsteiler gebildet sein.
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Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 73 gelangt zu einem Speicher
74, und von dort über eine Torschaltung 75 zu dem ersten, mit einem + gekennzeichneten
Eingang eines Komparators 76, dessen anderem Eingang das Ausgangssignal der Dividierschaltung
70 unmittelbar zugeführt ist.
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Der Komparator 76 liefert dann ein Ausgangssignal und schaltet ein
Relais 77 leitend, wenn das Ausgangssignal der Dividierschaltung 70 kleiner ist
als das von der Torschaltung 75 dem Komparator 76 zugeführte Signal.
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Bei der Prüfung eines Kraftfahrzeugs wird das Rad 65 des Fahrzeugs
mit Hilfe der Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs zunächst auf eine relativ niedrige
Geschwindigkeit gebracht, beispielsweise auf eine Geschwindigkeit von 40 km/h im
vierten Gang und dann läßt man das Fahrzeug im eingekuppelten Zustand kurze Zeit
im Schubbetrieb laufen, wobei also der Verbrennungskraftmaschine nur die zur Aufrechterhaltung
des Leerlaufs erforderliche Brennstoffmenge zugeführt wird. Da hierbei zwischen
dem Rad und der Laufrolle nur äußerst geringe Zugkräfte übertragen werden, kann
man mit hinreichender Genauigkeit davon ausgehen, daß zwischen dem Rad und der Laufrolle
kein Schlupf auftritt; das Ausgangssignal (qJng)0' d.h. bei S = 0, entspricht daher
dem Verhältnis der Umfänge zwischen dem Rad und der Laufrolle UR/Ur, , weil die
Umfangsgeschwindigkeit von Rad und Laufrolle gleich groß sind, wenn der Schlupf
S = O ist. Dieses Drehzahlverhältnis bei S = 0 wird über die vorschaltung 71 in
den Speicher 72 eingegeben. Vor dem
Einspeichern ist der Speicher
72 in nicht dargestellter Weise gelöscht worden. Sobald im Speicher 74 das durch
die Multiplizierschaltung 73 aus dem Ausgangssignal des Speichers 72 gebildete Signal
zur Verfügung steht, das am Ausgang des Speichers 74 ständig anliegt, wird die Torschaltung
75 leitend gesteuert, dagegen wird nach dem Einspeichern in den Speicher 72 die
Torschaltung 71 gesperrt.
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Nun kann die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs hochgefahren werden,
wegen der dabei übertragenen Zugkraft zwischen dem Rad 65 und der Laufrolle tritt
hierbei ein Schlupf auf, und das jeweils am Ausgang der I)ividierschaltung 70 anstehende
Signal nimmt somit bei zunehmendem Schlupf ständig gegenüber dem Im Speicher 72
gespeicherten Wert ab. Sobald der Schlupf den Wert 0,1 überschreitet, ist das Ausgangssignal
der Dividierschaltung 70 kleiner als das über die Torschaltung 75 dem Komparator
76 zugeführte Signal, und das Relais 77 spricht an, Durch das Relais 77 kann beispielsweise
die Schwungmasse bei einem dynamischen Rollenprüfstand von der Laufrolle abgekoppelt
werden, oder bei einem statischen Prüfstand kann die Bremse der Laufrolle gelöst
werden, oder es kann die Zündung der Brennkraftmaschine kurzgeschlossen werden,
in all diesen Fällen wird die Belastung der Brennkraftmaschine somit verringert,
der Schlupf kann daher den Wert 0j1 nicht wesentlich überschreiten und die Reifen.des
Kraftfahrzeugs werden daher weitgehend geschont.
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Das Ausgangssignal des Speichers 72, das über den Schalter 69 der
Dividierschaltung 70 zugeführte Eingangs signal und ein den Umfang Ur der Laufrolle
repräsentierendes Signal
werden einer Multiplizierschaltung 79
zugeführt, deren Ausgangssignal sich somit ergibt zu (nr/nR)O xnr x Ur - (UR/Ur)
x nR x Ur = VR, das ist die Umfangsgeschwindigkeit des Rads 65. Die Multiplizierschaltung
79 ermittelt auch dann VR richtig, wenn der Schalter 69 umgeschaltet ist und statt
der Drehzahl nR die Drehzahl also die Motordrehzahl der Dividierschaltung 70 und
der Multiplizierschaltung 79 zugeführt wird, weil die Motordrehzahl mit der Raddrehzahl
(bei Vorhandensein einer mechanischen Kupplung) in einem festen Verhältnis steht.
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Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 70 wird außerdem einem Speicher
80 zugeführt, wo es jeweils so lange abgespeichert wird, bis es in einer Dividierschaltung
81 durch das Ausgangssignal des Speichers 72 dividiert worden ist.
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Das am Ausgang der Dividierschaltung 81 erscheinende Signal berechnet
sich wie. folgt: ( R)/(nr/nR)o = (nr/nR) x (Ur/tiR) = Vr/VR = 14 = Dabei sind Vr
und VR die Umfangs geschwindigkeiten der Rolle bzw. des Rades. # ist der nur die
Schlupfverluste berücksichtigende Wirkungsgrad, bei dem also die vJalkverluste,
die durch Verformen des Reifens entstehen und geschwindigkeitsabhängig sind, nicht
berücksichtigt sind.
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Das Ausgangssignal 1-S der'Dividierschaltung 81 wird einer Subtrahierschaltung
82 zugeführt, in der das Ausgangssignal der Schaltung 81 von 1 subtrahiert wird,
so daß am Ausgang der Subtrahierschaltung 82 der Wert S ansteht.
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Das die vom Rad 65 auf die Laufrolle übertragene Zugkraft Z repräsentierende
Signal vom Ausgang der Multiplizierschaltung 22' wird über eine Torschaltung 85
zu vorbestimmten Zeiten abgetastet und die Abtastwerte werden durch zwei in Serie
angeordnete Speicher 86 und 87 durchgeschoben und gelangen zum Subtrahenteneingang
einer Subtraktionsschaltung 88, deren Minuendeneingang mit dem Ausgang des Speichers
86 verbunden ist. In gleicher Weise wird die Größe S über eine Torschaltung 89 abgetastet,
und zwar zu den gleichen Zeitpunkten, zu denen die Torschaltung 85 jeweils leitend
ist, und die Abtastwerte der Größe S werden durch zwei in Serie angeordnete Speicher
90 und 91 hindurchgeschoben und dem Subtrahenteneingang einer Subtraktionsschaltung
92 zugeführt, deren Minuendeneingang mit dem Ausgang des Speichers 90 verbunden
ist. Die Schaltungen 86, 87, 88 einerseits und 90, 91, 92 andererseits.führen somit
jeweils die Rechnung aus: Zt+1 - Zt bzw. S - St, d,h,, es wird die Zugkraft Z bzw.
der Schlupf S zu einem späteren Zeitpunkt t+1 vermindert um die gleiche Größe zu
dem davorliegenden Zeitpunkt t. Die Ausgangsgrößen der Subtraktionsschaltungen 88
und 92 werden einer Dividierschaltung 94 zugeführt, die somit die Ausgangsgröße
(Zt+1-Zt)/(St+1 - St) = ßZ/S berechnet. Die zuletzt genannte Größe ist die Steilheit
a der in Fig. 1 dargestellten Kurve Z = f(S), deren Verwendung später noch erläutert
wird.
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Die Ausgangssignale der Elemente bzw. Rechen schaltungen 22', 79 und
82 sind den Eingängen einer Multiplizierschaltung 96 zugeführt; diese bildet somit
das Produkt SZVR, und diese
Ausgangsgröße wird einem Eingang der
Additionsschaltung 61 zugeführt und somit zu der dieser Additionsschaltung über
den Schalter 26 zugeführten Größe addiert. Die von der Multiplizierschaltung 26
gelieferte Ausgangsgröße ist die Verlustleistung PsX um die die auf die Laufrolle
übertragene Leistung gegenüber der in die Reifenoberfläche des Rads 65 eingeleiteten
Leistung vermindert ist, wobei die in das Rad eingeleitete Leistung PR ist und die
geschwindigkeitsabhängigen Walkverluste mit Pw bezeichnet sind. Diese Walkverluste
bewirken beim Ausrollen des Fahrzeugs auf dem Rollenprüfstand mit ausgerückter Kupplung
die Abbremsung der Schwungmasse des Rollenprüfstands und werden daher im Speicher
2-5 mit erfaßt. Die Schlupfverlustleistung PS ergibt sich aus den folgenden Formeln:
PR - Pw ' Pr + Psi außerdem gilt Pr =4?e(PR - Pw); (Pr ist die Rollenleistung) PS
= (1-#).(PR - Pw); und mit Z = (PR - PW)/VR ergibt sich: PS = (1-#)ZVR.
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Der erste Teil der in Fig. 1 gezeigten Kurve, der vom Nullpunkt ausgeht,
kann in erster Näherung als linear angesehen werden. Es läßt sich zeigen, daß für
diesen linearen Bereich folgender Zusammenhang gilt: P5 = aS2 VR. Da die Größen
a, S und VR in der Anordnung nach Fig. 2 zur Verfügung stehen, kann auch aus diesen
Größen die Verlustleistung PS errechnet und der Additionsschaltung 61 zugeführt
werden.
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Die Größe a kann aber auch lediglich dazu verwendet werden, um jeweils
festzustellen, ob man sich bei der Messung noch in dem angenähert linearen Bereich
der Kurve der Fig. 1
befindet; sobald die Größe a bei steigender
Zugkraft merklich abnimmt, ist dies ein Zeichen dafür, daß der Schlupf überproportional
zunimmt, so daß also ein allmählicher uebergang zum Gleiten stattfindet, und wegen
der hierbei stärkeren Abnutzung der Reifen kann ein derartiges Absinken der Größe
a dazu verwendet werden, die Belastung des Rollenprüfstandes z.B. durch Lösen der-Bremse
zu verringern. Diese ständige Ermittlung des Werts a bietet somit die Möglichkeit,
die Messung bei einem bestimmten Eraftfahrzeug, das mit bestimmten Reifen ausgestattet
ist, bis zum Beginn des Gleitens durchzuführen, wobei es also nicht erforderlich
ist, einen bestimmten Schwellenwert für den Schlupf, der nicht überschritten werden
soll, fest einzugeben. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil der Beginn des Gleitens
u.a. vom jeweiligen Reifentyp, vom Abnatsungsgrad des Reifens und davon abhängt,
ob der Reifen naß oder trocken ist.
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Eine lediglich schematisch angedeutete Steuereinrichtung 100 ist mit
den einzelnen Torschaltungen verbunden und mit zusätzlichen Betätigungseinrichtungen
versehen, die den beschriebenen Funktionsablauf der Vorrichtung sicherstellen. Das
in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann hinsichtlich der Ermittlung der Schlupfverlustleistung
PS und deren Berücksichtigung im Meßergebnis in der folgenden Weise abgeändert werden:
Die Verbindungsleitung vom Ausgang des Multiplizierers 96 zu dem in Figur 2 oberen
Eingang des Addierers 61 wird entfernt, der andere Eingang des Addierers 61 wird
mit dem Ausgang des Addierers unmittelbar verbunden, so daß der Addierer 61 entfallen
kann. Einem weiteren Eingang des
Multiplizierers 22' oder 22",
beispielsweise dem in der Zeichnung angedeuteten nicht benutzten Eingang des Multiplizierers
22' wird der Wert - zugeführt. Dieser Wert kann beispielsweise dadurch erhalten
werden, daß das Ausgangssignal der Dividierschaltung 81, das den Wert repräsentiert,
in einer nicht eingezeichneten weiteren Dividierschaltung in den Wert 1/ umgerechnet
wird, oder aber dadurch, wie in Figur 2 eingezeichnet, daß einer weiteren Dividierschaltung
101 die gleichen Eingangssignale zugeführt werden wie der Dividierschaltung 81,
allerdings vertauscht, so daß die Dividierschaltung 101 als Ausgangssignal den Wert
1/t liefert, der dann, wie mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, dem Multiplizierer
22' zugeführt wird. Der den Schlupf berücksichtigende Wirkungsgrad wird bei dieser
geanderten Ausführungsform somit sowohl im Lastbetrieb, also z.B. beim Beschleunigen,
berücksichtigt, als auch im Schubbetrieb. Ferner wird deswegen, weil der Wert t
bzw. 1/ ständig berechnet wird, automatisch berücksichtigt, daß im Schubbetrieb
wegen der dabei üblicherweise auftretenden geringen Zugkräfte der Wert von größer
ist als im Lastbetrieb.
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Da der Multiplizierer 96 bei dieser geänderten Ausführungs form nicht
benötigt wird, kann auch der Multiplizierer 79 entfallen. Es versteht sich, daß
dann, wenn die Berechnung der Größe a nicht erforderlich ist, auch die Bauelemente
85 bis 92 und 94 wegfallen können und dann die Dividierschaltungen 81 und 82 nur
noch dazu dienen, die Werte X und S zu liefern und, falls gewünscht, einem geeigneten
Anzeigegerät oder sonstigen Auswertegerät zuzuführen.
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Ein besonderer Vorteil der ständigen Ermittlung des Wirkungsgrads
n oder einer von ihm abhängigen Größe (S, 1/ ) liegt noch darin, daß es mit einfachen
Mitteln möglich wird, die Leistungskurve eines Kraftfahrzeugs im gesamten Drehzahlbereich
der Antriebsmaschine mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Das sich beim Beschleunigen
z.B. im vierten Gang eines Bshrzeugs aus niedrigen Drehzahlen heraus zunächst sehr
stark ändernde Drehmoment, das eine starke Änderung der Zugkraft und daher des Schlupfes
5 und des Wirkungsgrads 7 zur Folge hat, hat daher keinen nachteiligen Einfluß auf
die Meßgenauigkeit. Auch gestattet es die Erfindung, verschiedene Fahrzeuge mit
Antriebsmaschinen unterschiedlicher Leistung ohne besondere Umschaltmaßnahmen auf
dem Rollenprüfstand zu messen, weil der bei einem Fahrzeug mit sehr leistungsstarker
Antriebsmaschine wegen der hohen auftretenden Zugkräfte gegenüber einem Fahrzeug
mit schwächerer Antriebsmaschine unter sonst gleichen Voraussetzungen geringere
Wirkungsgrad der Leistungsübertragung von der Radoberfläche auf die-Rolle automatisch
ermittelt wird.