DE2851154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung von Betriebswerten eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4.

Ein derartiges Verfahren sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind aus der DE-OS 26 15 193 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden zugkraftabhängige Verluste durch einen konstanten Faktor bei der Errechung der Leistung aus der Drehzahl und der Winkelbeschleunigung des als Schwungmassenprüfstand ausgebildeten Prüfstands sowie dem Schwungmoment des Systems Kraftfahrzeug-Prüfstand berücksichtigt. Zu diesem zugkraftabhängigen Verlusten zählen neben den Zahnradverlusten im Getriebe und Differential auch die wegen Schlupf zwischen Reifen und Rolle entstehenden Verluste bei der Kraftübertragung. Während die Zahnradverluste durch den konstanten Faktor relativ genau berücksichtigbar sind, variieren die Verluste infolge von Schlupf. Letztere wurden bisher nur annähernd durch einen Mittelwert berücksichtigt, der zuvor aus Schlupfverlusten von Rädern unterschiedlicher Hersteller, Bauart und Abnutzungsgrade etc. ermittelt worden war. Dies verursachte eine dementsprechend ungenaue Leistungsmessung, da der tatsächliche Schlupf am Rad nicht berücksichtigt werden konnte. Eine Messung der Drehzahlen von Rad und Rolle zum Zeitpunkt einer Zugumkehr wird hier nicht gelehrt.

Ferner ist es aus der ATZ, Automobiltechnische Zeitschrift, 72. Jahrgang, (1970), H. 3. Seiten 73 bis 77 bekannt, bei einem Rollenprüfstand Meßeinrichtungen für die Drehzahlen von Rad und Rolle und einen Rechner vorzusehen. Zur Berücksichtigung des Schlupfes in der Meßdatenverarbeitung wird der unbekannte dynamische Rolldurchmesser des Rades mittels eines Korrekturwertes vom bekannten Trommeldurchmesser des Rollenprüfstandes abgeleitet, wobei der Korrekturwert am Beginn eines Bremsvorganges bestimmt werden soll, wenn Rad- und Trommelgeschwindigkeit annähernd gleich sind. Bei diesem Zustand des reinen Rollens muß aber zur Überwindung des Walkwiderstandes im Reifen selbst eine Zugkraft aufgebracht werden, die einen nicht unerheblichen Teil der maximal übertragbaren Zugkraft ausmacht. Der hierbei gewonnene dynamische Rolldurchmesser, bei dessen Ermittlung der Kraftfluß immer nur in eine Richtung geht, führt daher zu einer fehlerhaften Schlupfermittlung, die keine Erhöhung der Genauigkeit gegenüber dem eingangs erwähnten Verfahren zuläßt.

Weiterhin sind aus der DE-OS 23 39 580 und 24 50 494 Rollenprüfstände zur dynamischen Messung von Betriebswerten eines Kraftfahrzeugs bekannt, die jedoch keine genaue Berücksichtigung des Schlupfes zwischen Rad und Rolle zulassen. Insbesondere geben sie keinen Hinweis, daß der Schlupf zwischen Rad und Rolle bei Zugumkehr gleich Null ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, um bei einem Rollenprüfstand der eingangs angegebenen Art durch gezielte Erfassung der zugkraftabhängigen Verluste bei der Übertragung der Leistung zwischen den Rädern des Kraftfahrzeugs und den Rollen des Rollenprüfstandes die Betriebswerte genauer zu ermitteln.

Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von dem gattungsbildenden Stand der Technik durch die im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Verfahrensschritte bzw. bei einer gattungsbildenden Einrichtung durch die im Anspruch 4 angegebenen kennzeichnenden Merkmale.

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, indem nämlich von dem zugkraftabhängigen Verlusten der schlupfabhängige Teil bei der Übertragung der Leistung zwischen den Rädern des Kraftfahrzeugs und den Rollen des Rollenprüfstands, genau erfaßt wird. Dagegen wurden bisher diese Verluste nur durch einen Mittelwert berücksichtigt, der aus den Schlupfverlusten von Rädern unterschiedlicher Hersteller, Bauart und Abnutzungsgrade, die vorher ermittelt worden waren, gebildet wurde. Demgegenüber kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der tatsächliche Schlupf und somit der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung jedes einzelnen Rades erfaßt werden. Dabei werden zur Bildung der schlupfabhängigen Größe die Drehzahlverhältnisse von Rad und Rolle in unbelastetem und in belastetem Betrieb ermittelt und verglichen, wobei im unbelasteten Zustand durch Schubbetrieb mit Zugumkehr das genaue Drehzahlverhältnis von Raddrehzahl zu Rollendrehzahl beim Zustand Zugkraft Z = 0 erfaßt wird, da bei Zugumkehr der Schlupf zu Null wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 besteht darin, daß diese Einrichtung es ermöglicht, einen Rollenprüfstand so auszubilden, daß der Schlupf zwischen dem Rad und der Rolle erfaßt und bei der Leistungsermittlung berücksichtigt werden kann.

Durch die in den übrigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Anmeldegegenstandes möglich. So kann nach Anspruch 3 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 kann.

Fig. 1 zeigt in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der von einem bestimmten Reifen auf die Lastrolle übertragbaren Zugkraft Z in Abhängigkeit von Schlupf S, Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenprüfstands, bei dem die Raddrehzahl des zu prüfenden Kraftfahrzeugs 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 der Kurve Z = f (S) gemessen wird. Außerdem kann beim Überschreiten eines vorgegebenen Schlupfes ein Schaltvorgang ausgelöst werden, der z. B. die Zündung des Kraftfahrzeugs kurzschließt, um einen übermäßigen Reifenabrieb zu verhindern.

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 Fahrzeug-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 werden. 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 ausrollt. Die Summe der beiden Beschleunigungsleistungen ergibt die Motorleistung. Die auftretenden Verluste setzen sich zusammen aus konstanten Verlusten, wie z. B. die Gleitreibung in den Lagern, geschwindigkeitsabhängigen Verlusten, wie z. B. 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). 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 Typs. Diese Zahnradverluste können daher, wie in der eingangs genannten DE-OS 26 15 193 beschrieben, mit hoher Genauigkeit durch eine Konstante bei der Leistungsberechnung berücksichtigt werden.

In Fig. 2 ist an einer nicht dargestellten Laufrolle eines Rollenprüfstands ein elektromechanischer Drehzahlgeber 14 angeordnet, der ein der Drehzahl der Lastrolle proportionales Ausgangssignal liefert. 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 ist. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 22′ entspricht daher der zwischen dem Reifen und der Laufrolle übertragenen Zugkraft Z. Einen weiteren Eingang der Multiplizierstufe 22′ ist das Ausgangssignal eines Korrekturwertgebers 23 zugeführt, bei dem es sich im einfachsten Fall um einen einstellbaren Spannungsteiler handeln kann, durch das eine Korrektur hinsichtlich der zugkraftabhängigen Zahnradverluste erfolgt. In der Zeichnung ist bei 22′ angedeutet, daß die Multiplizierstufe durch eine Transistorverstärkerschaltung realisiert werden kann.

Da beim Ausrollen im ausgekuppelten Zustand die Schwungmasse der Brennkraftmaschine nicht in die Kraftübertragungskette eingeschlossen ist und die zugkraftabhängigen Zahnradverluste wegen der beim Ausrollen geringen Zugkraft stark verringert sind, ist es vorteilhaft, wenn der von Korrekturwertgeber 23 gelieferte Korrekturwert beim Beschleunigen und beim Ausrollen unterschiedlich groß ist. 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 ist. 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. 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 einem 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.

Die Messung der Leistung und Abspeicherung der gemessenen Werte soll bei bestimmten vorgegebenen Drehzahlen der Laufrollen des Prüfstands 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.

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 Ausgangssignal 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 Prüfperson, daß nunmehr die Kupplung zwischen der Brennkraftmaschine und den Rädern des Kraftfahrzeugs gelöst und das Gaspedal in Leerlaufstellung gebracht werden muß. Das Drehzahlsignal, das zur Auslösung des Flipflops 38 führt, 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 Ausgangssignal des Komparators 36 bei einer gegenüber dem vorgewählten Sollwert um 10% höheren Drehzahl erscheinen. Der Drehzahlistwert für den Komparator wird wieder nach der Bewertungsstufe 17 abgenommen.

Nach dem Auskuppeln treibt die Schwungmasse des Prüfstands über die Laufrolle die Räder des Kraftfahrzeugs. Dabei wird die Drehgeschwindigkeit der Schwungmasse infolge der Verluste langsam verzögert und es wird wieder diejenige Drehzahl erreicht, die mit Hilfe des Vorwahlschalter 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. 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 vorliegenden 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 Einschaltnetzwerk 49 ein Signal zugeführt, das nach Verstärkung den Rücksetzeingängen der Flipflops 35, 38 und 42 zugeführt wird.

Ein Umschalter 53 gestattet es, zwischen einer Geschwindigkeitsanzeige und einer Drehzahlanzeige der Verbrennungskraftmaschine 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.

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. Bei der gezeigten Stellung des Schalters 69 liegt am Ausgang der Dividierschaltung 70 ein Signal, das dem Wert n _Rr /n _R entspricht, wobei n _r die Drehzahl der Laufrolle und n _R die Drehzahl des Rads 65 ist.

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. 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. 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.

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 (n _r /n _R )₀, d. h. bei S = 0, entspricht daher dem Verhältnis der Umfänge zwischen dem Rad und der Laufrolle U _R /U _r , weil die Umfangsgeschwindigkeit von Rad und Laufrolle gleich groß sind, wenn der Schlupf S = 0 ist. Dieses Drehzahlverhältnis bei S = 0 wird über die Torschaltung 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 Mulitplizierschaltung 73 aus dem Ausgangssignal des Speichers 72 gebildetes 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. 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 Dividierschaltung 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, 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 0,1 nicht wesentlich überschreiten und die Reifen des Kraftfahrzeugs werden daher weitgehend geschont.

Das Ausgangssignal des Speichers 72, das über den Schalter 69 der Dividierschaltung 70 zugeführte Eingangssignal und ein den Umfang U _r der Laufrolle repräsentierendes Signal werden einer Multiplizierschaltung 79 zugeführt, deren Ausgangssignal sich somit ergibt zu

n _r /n _R )₀ × n _R × U _r = (U _R /U _r ) × n _R × U _r = V _R ,

das ist die Umfangsgeschwindigkeit des Rads 65. Die Multiplizierschaltung 79 ermittelt auch dann V _R richtig, wenn der Schalter 69 umgeschaltet ist und statt der Drehzahl n _R die Drehzahl n _M 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.

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.

Das am Ausgang der Dividierschaltung 81 erscheinende Signal berechnet sich wie folgt:

(n _r /n _R )/(n _r /n _R )₀ = (n _r /n _R ) × (U _r /U _R ) = V _r /V _R = 1--S = η.

Dabei sind V _r und V _R die Umfangsgeschwindigkeiten der Rolle bzw. des Rades. η ist der nur die Schlupfverluste berücksichtigende Wirkungsgrad, bei dem also die Walkverluste, die durch Verformen des Reifens entstehen und geschwindigkeitsabhängig sind, nicht berücksichtigt sind.

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.

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, 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: Z _{t + 1}-Z _t bzw. S _{t - 1}-S _t , 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

(Z _{t + 1} - Z _t )/(S _{t + 1} - S _t ) = Δ Z/Δ 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.

Die Ausgangssignale der Elemente bzw. Rechenschaltungen 22′, 79 und 82 sind den Eingängen einer Multiplizierschaltung 96 zugeführt; diese bildet somit das Produkt SZV _R , 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 96 gelieferte Ausgangsgröße ist die Verlustleistung P _S , 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 P _R ist und die geschwindigkeitsabhängigen Walkverluste mit P _W 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 25 mit erfaßt. Die Schlupfverlustleistung P _S ergibt sich aus den folgenden Formeln:

P _R - P _W = P _r + P _S ; außerdem gilt
P _r = η · (P _R - P _W ); (P _r ist die Rollenleistung)
P _S = (1 - η) · (P _R - P _W ); und mit
Z = (P _R - P _W )/V _R ergibt sich
P _S = (1 - h)ZV _R .

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: P _S = aS² V _R . Da die Größen a, S und V _R in der Anordnung nach Fig. 2 zur Verfügung stehen, kann auch aus diesen Größen die Verlustleistung P _S errechnet und der Additionsschaltung 61 zugeführt werden.

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 Übergang 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 Kraftfahrzeug, 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 Abnutzungsgrad des Reifens und davon abhängt, ob der Reifen naß oder trocken ist.

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 Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann hinsichtlich der Ermittlung der Schlupfverlustleistung P _S und deren Berücksichtigung im Meßergebnis in der folgenden Weise abgeändert werden: Die Verbindungsleitung vom Ausgang des Multiplizierers 96 zu dem in Fig. 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 1/η zugeführt. Dieser Wert kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß das Ausgangssignal der Dividierschaltung 81, das den Wert η repräsentiert, in einer nicht eingezeichneten weiteren Dividierschaltung in den Wert 1/η umgerechnet wird, oder aber dadurch, wie in Fig. 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/η liefert, der dann, wie mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, dem Multiplizierer 22′ zugeführt wird. Der den Schlupf berücksichtigende Wirkungsgrad wird bei dieser geänderten Ausführungsform somit sowohl im Lastbetrieb, also z. B. beim Beschleunigen, berücksichtigt, als auch im Schubbetrieb. Ferner wird deswegen, weil der Wert h bzw. 1/η ständig berechnet wird, automatisch berücksichtigt, daß im Schubbetrieb wegen der dabei üblicherweise auftretenden geringen Zugkräfte der Wert von η größer ist als im Lastbetrieb.

Da der Multiplizierer 96 bei dieser geänderten Ausführungsform 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 η und S zu liefern und, falls gewünscht, einem geeigneten Anzeigegerät oder sonstigen Auswertegerät zuzuführen.

Ein besonderer Vorteil der ständigen Ermittlung des Wirkungsgrads η oder einer von ihm abhängigen Größe (S, 1/ η) 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 Fahrzeugs aus niedrigen Drehzahlen heraus zunächst sehr stark ändernde Drehmoment, das eine starke Änderung der Zugkraft und daher des Schlupfes S und des Wirkungsgrads η 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.

Claims (9)

1. Verfahren zur Messung von Betriebswerten eines Kraftfahrzeuges einschließlich der Leistung der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Rollenprüfstandes, auf dessen Rollen die Räder des Kraftfahrzeuges abrollen,
bei dem die Radleistung unter Berücksichtigung eines Korrekturwertes, der die zugkraftabhängigen Verluste erfaßt, ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß bei nahezu belastungslosem Betrieb, bei dem zwischen den Rädern und den zugeordneten Rollen im Nulldurchgang der Zugkraft kein Schlupf auftritt, ein Lastwechsel mit Zugumkehr durchgeführt wird und bei der Zugumkehr die Drehzahl von mindestens einem angetriebenen Rad (65) sowie die Drehzahl der von diesem Rad (65) angetriebenen Rolle bestimmt und das Verhältnis dieser Drehzahlen ermittelt wird,
• - daß während der Messung der Betriebswerte, bei der eine Zugkraft zwischen Rad (65) und Rolle übertragen wird, ebenfalls die Drehzahlen des Rades (65) sowie der Rolle bestimmt und das Verhältnis diser Drehzahlen ermittelt wird, und
• - daß aus den beiden Drehzahlverhältnissen eine vom Schlupf abhängige Größe ermittelt und als Korrekturwert berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Drehzahl des angetriebenen Rades die Motordrehzahl gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansteigen des Schlupfes über einen vorbestimmten Wert die Belastung der Brennkraftmaschine verringert wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Rollendrehzahl, die mit einem Differenzierer verbunden ist, an welchen eine Multiplizierstufe angeschlossen ist, der zur Produktbildung ein von der Rollendrehzahl abhängiges Signal und ein drehmomentabhängiges Signal zugeführt ist und bei der ein Korrekturwertgeber zur Berücksichtigung zugkraftabhängiger Verluste vorgesehen ist, sowie mit einer Einrichtung zum Abgreifen der Motordrehzahl des Kraftfahrzeuges und mit einer Einrichtung zur Ermittlung eines für die Drehzahl des Rades charakteristischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus diskreten Funktionseinheiten zusammengesetzte Korrekturwertgeberanordnung (72, 81, 96, 61; 101, 22′) vorhanden ist, die eine vom Schlupf zwischen Rad (65) und Rolle abhängige Korrekturwertgröße (S, η, 1/η) liefert, die durch einen Vergleich eines abgespeicherten Drehzahlverhältnisses von Rolle und Rad bei nahezu belastungslosem Betrieb mit Zugumkehr einerseits mit diesem Drehzahlverhältnis bei der Messung der Betriebswerte im belasteten Zustand andererseits ermittelt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Dividierschaltung (70) vorgesehen ist, deren Eingängen die für die Raddrehzahl und für die Rollendrehzahl charakteristischen Signale zugeführt sind, daß ein Hilfsspeicher (72) zum Speichern eines von der ersten Dividierschaltung (70) gelieferten Ausgangssignals vorgesehen ist, daß eine zweite Dividierschaltung (81; 101) vorgesehen ist, der das im Hilfsspeicher (72) gespeicherte Ausgangssignal und ein weiteres von der ersten Dividierschaltung (70) geliefertes Ausgangssignal als Eingangsgrößen zugeführt sind, derart, daß das Ausgangssignal der zweiten Dividierschaltung (81; 101) ein Maß für den Schlupf ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (79) zur Ermittlung der Umfangsgeschwindigkeit des Rads (65) vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Multiplizierschaltung (96) vorgesehen ist, deren Eingängen Eingangsgrößen zugeführt sind, die für den Schlupf, für die Umfangsgeschwindigkeit des Rads (65) und für die Zugkraft charakteristisch sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der ein die im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges gemessene Verlustleistung repräsentierendes Signal in einem ersten Speicher (24) gespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Speicher (24) eine Addierschaltung (61) gekoppelt ist, derem einen Eingang ein für die Schlupfverlustleistung charakteristisches Signal und derem anderen Eingang das für die im Schubbetrieb gemessene Verlustleistung charakteristische Signal zugeführt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (86, 87, 88) zur Differenzbildung zwischen zwei zu verschiedenen Zeiten auftretenden für die Zugkraft charakteristischen Signalen und eine Einrichtung (90, 91, 82) zur Differenzbildung zwischen zwei zu verschiedenen Zeiten auftretenden für den Schlupf charakteristischen Signalen vorgesehen ist, und daß eine dritte Dividierschaltung (94) vorgesehen ist, deren Eingängen die beiden Differenzsignale zugeführt sind.