DE3234554A1 - System zum messen der ausgangskraft eines fahrzeuges - Google Patents

System zum messen der ausgangskraft eines fahrzeuges

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DE3234554A1
DE3234554A1 DE19823234554 DE3234554A DE3234554A1 DE 3234554 A1 DE3234554 A1 DE 3234554A1 DE 19823234554 DE19823234554 DE 19823234554 DE 3234554 A DE3234554 A DE 3234554A DE 3234554 A1 DE3234554 A1 DE 3234554A1
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Severino 92651 Laguna Beach Calif. D'Angelo
Max Joseph 91789 Walnut Calif. Moore
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Description

-"3 System zum Messen der Ausgangskraft eines Fahrzeuges
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Messen der Ausgangskraft eines Fahrzeuges. Mit einem derartigen System soll die tatsächliche Ausgangskraft des Fahrzeuges unabhängig vom Radius der Antriebsräder desselben bestimmt werden*
Dynamometer werden häufig beim Testen von Fahrzeugen als Simulationsvorrichtungen zur Untersuchung des Abgasverhaltens und der zurückgelegten Kilometerzahl verwendet. Bei einem derartigen Einsatz simulieren die Dynamometer die Trägheit und die Belastungskräfte der Straße, denen ein Fahrzeug normalerweise während seines Betriebes ausgesetzt ist. Wenn diese Dynamometer als Simulatoren verwendet werden, umfassen sie normalerweise eine mechanische Vorrichtung, wie beispielsweise ein Schwungrad, zur Simulation der Trag-«· heit des Fahrzeuges, eine Energieabsorptionseinheit (PAU) zur Simulation der von der Straße ausgehenden Belastungskräfte und eine Einrichtung zum Steuern der Ausgangskraft der Energieabsorptionseinheit (PAU). Die Fahrzeugträgheit ist eine Funktion des Fahrzeuggewichtes und diejenige Kraft, die überwunden werden muß, um das Fahrzeug zu beschleunigen oder zu verzögern. Bei den von der Straße ausgehenden Belastungskräften handelt es sich um diejenigen Kräfte, die überwunden werden müssen, um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten. Diese Kräfte umfassen Anfahrwiderstand, Rollreibung und Windwiderstand etc.
Die klassi%he Formel zum Errechnen der Ausgangskraft eines Fahrzeuges lautet;
35
F = A + Bv + Cv2 + I dv/dt (1)
wobei F, ν'und dv/dt die Fahrzeugkraft, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind. Bei den Konstanten A, B, C und I (Trägheit) handelt es sich um Unbekannte, deren Werte für das spezielle, zu testende Fahrzeug bestimmt werden müssen. Um zu einer Lösung zu gelangen, sind vier Datenreihen erforderlich, die Werte für die Kraft, Geschwindigkeit und Beschleunigung einschließen.
Üblicherweise werden diese Konstanten bestimmt, indem man Drehmoment- und Drehzahl-Sensoren mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbindet, um Signale zu erhalten, die zu dem Drehmoment und der Winkelgeschwindigkeit der entsprechenden Räder proportional sind. Dabei werden mindestens vier Reihen von Ablesungen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorgenommen. Die Lineargeschwindigkeit und die Kraft, die die Bewegung des Fahrzeuges beschreiben, werden dann für jede Datenreihe aus den DrehmomentSignalen, den Signalen für die Winkelgeschwindigkeit und den Radien der Fahrzeugräder durch die folgenden Gleichungen errechnet:
F ο T1A1 +1H2Zr2 (2)
und
. V = 1/2 (OC1Jr1 + of2r2) (3)
wobei die einzelnen Faktoren die folgende Bedeutung haben:
F= Linearkraft des Fahrzeuges V - Fahrzeuggeschwindigkeit
r.., T2 ss Radien der Räder 1 und 2
T1, Τ« = die an den Rädern 1 und 2 gemessenen Drehmomentwerte
und
OCj, OC2 = Winkelgeschwindigkeit der Räder 1 und 2.
Die Gesamtkraft, die das Fahrzeug antreibt, ist durch die Summe der beiden Tangentialkräfte der Räder vorgegeben, während die Pahrzeuggeschwindigkeit am besten durch den Durchschnittswert der beiden Oberflächengeschwindigkeiten der Räder wiedergegeben wird. Die vier für die Werte P und V gewonnenen Datenreihen werden danach zur Lösung der Gleichung (1) für A, B, C und I verwendet.
Die Genauigkeit der Messungen für die Kraft und die Geschwindigkeit, die mit dieser Methode erreicht wird, ist jedoch direkt proportional zur Stabilität der Radien der Fahrzeugräder und der Fähigkeit die exakten Abmessungen der Radien zu bestimmen. Die Bestimmung der exakten Abmessung des Radius eines rotierenden Fahrzeugrades unter Belastung kann jedoch Schwierigkeiten bereiten, und der gewonnene Wert kann in Abhängigkeit von der Belastung, der Reifentemperatur, dem Reifenluftdruck, dem Reifenverschleiß, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Beschleunigung und der Straßenoberfläche beträchtlich schwanken. Die für die Konstanten A, B, C und I gewonnenen Werte sind daher nicht besonders genau, so daß daher auch das Dynamometer nur mit begrenzter Genauigkeit die Trägheit des Fahrzeuges und die Belastungskräfte der Straße simulieren kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem für die Ausgangskraft eines Fahrzeuges zu schaffen, das die Messung der Fahrzeugkraft unabhängig vom Radius der Fahrzeugräder ermöglicht. Hierzu schlägt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines fünften Rades zur genauen Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit vor, während dieses auf der Straße getestet wird. Wenn man einen Test an einem Dynamometer durchführt, ist der Einsatz eine fünften Rades nicht unbedingt erforderlich, da bereits der Geschwindigkeitssensor des Dynamometers ein genaues Geschwindigkeitssignal
zur Verfügung stellt. Aus der Verwendung eines fünften Rades folgt, daß die an den Fahrzeugradern montierten Drehzahlsensoren nicht mehr zur Bestimmung der Lineargeschwindigkeit des Fahrzeuges verwendet werden. Diese Drehzahlsensoren dienen vielmehr nur noch dazu, die Drehmomentsignale bei der Umwandlung in die Linearkraft aufzubereiten.
Genauer gesagt werden die Drehmomentsensoren und die Drehzahlsensoren, die mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden sind, zur Bestimmung der Ausgangsleistung des Fahrzeuges nach der folgenden Gleichung verwendet:
P = T1 Ot1 + T2O^ (4)
Aus der obigen Gleichung geht hervor, daß der auf diese Weise ermittelte Leistungswert (P) von den Abmessungen der Radien der. Fahrzeugräder unabhängig ist. Eine Abnahme des Radius bewirkt einen Anstieg der Linearkraft und' eine proportionale Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit und wirkt sich somit nicht auf die Ausgangsleistung des Fahrzeuges aus. Da es sich bei der Leistung (P) um einen Momentanwert handelt, genauso wie bei den Werten für das Drehmoment und die Winkelgeschwindigkeit, aus der die Leistung errechnet worden ist, ist es von Bedeutung, daß die Drehmoment- und Winkelgeschwindigkeitssignale genau synchronisiert sind, um mögliche Fehler während der Geschwindigkeitsübergänge zu vermeiden. Diese Synchronisationserfordernisse sind jedoch naturgemäß bei Messungen während stabiler Bedingungen weniger hart. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung hervorgeht, erfüllt das Daten- akquisitionssystem der Erfindung diese Synchronisationserfordernisse automatisch.
einmal
Wenn / die genaue Fahrzeugausgangsleistung (P) und eine genaue Pahrzeuggeschwindigkeit (V) entweder vom fünften Rad oder vom Geschwindigkeitssensorsignal des Dynamometers vorliegt, läßt sich die genaue Linearkraft (P) des Fahrzeuges in der folgenden Weise bestimmen:
F * P/V (5)
Indem man die beiden Gleichungen (4) und (5) miteinander kombiniert, kann man die genaue LineaHcraft des Fahrzeuges in der folgenden Weise bestimmen:
ρ = ΙΛ (6)
V
Wenn T1 und Tp in Nm, or und or*, in i/sec und V in m/sec angegeben werden, erhält man F in N. Indem man das in N erhaltene Ergebnis durch den Faktor 4,448 dividiert, erhält man den entsprechenden Wert in Pound. Es ist somit offensichtlich, daß man dadurch, daß man die Geschwindigkeitsmessung des Fahrzeuges über ein fünftes Rad durchführt, um zur Ausgangskraft des Fahrzeuges zu gelangen, die Ungenauigkeiten vermieden kann, die auf die Verwendung der Werte für die Abmessungen der Radien der Fahrzeugräder zurückgehen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Sämtliche Teile können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockdiagramm eines Meßsystems für die Ausgangskraft eines Fahrzeuges;
Figur 2 ein Blockdiagramm eines Digitalcomputers,
der bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Verwendung findet;
Figur 3 ein funktionelles Blockdiagramm der Software für den Digitalcomputer der Figur 2; und
Figur 4 ein elektrisches Blockdiagramm einer anderen
Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Meßsystems.
In Figur 1 ist ein Blockdiagramm einer typischen Anwendungsform eines Meßsysteme für die Ausgangskraft eines Fahrzeuges gezeigt. Die in Figur 1 dargestellte spezielle Anwendungsform entspricht einer Testeinrichtung zum Messen der Ausgangskraft eines Fahrzeuges, während sich dieses auf einer Straße befindet. Mit jedem Antriebsrad 13 des Fahrzeuges 10 sind Drehmoment- und Drehzahlsensoren 12 verbunden. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform findet ein kombinierter Drehmoment- und Drehzahlsensor Verwendung, der von der Firma Lebow unter der Bezeichnung 11246-133-8K hergestellt wird.
Die Drehmomentsensoren umfassen Dehnungsmeßgerätwandler, die in der Lage sind, ein Analogsignal zu erzeugen, das zu der Torsionsbelastung proportional ist, die über das Antriebsrad des Fahrzeuges an den Wandler angelegt wird. Die Drehzahlsensoren umfassen HaIl-Effekt-Vorrichtungen, die in der Lage sind, ein Signal zu erzeugen, das eine Frequenz besitzt, die proportional zur Drehzahl des Fahrzeuges ist.
Ein mit einem Gleichstromtachometer 16 verbundenes herkömmlich ausgebildetes fünftes Rad 14 ist an der hinteren Stoßstange des Fahrzeuges 10 befestigt, so daß eine genaue Ermittlung der Fahrzeuggeschwxndigkeit möglich ist» Bei der bevorzugten Ausführungsform stammen das fünfte Rad und der Gleichstromtachometer von der Firma Nucleus und tragen die Bezeichnung NC-7. Das spezielle verwendete Gleichstromtachometer stellt ein direktes
:
f- T-
Analogausgangssignal zur Verfügung, das zu der Drehzahl des fünften Rades proportional ist.
Das Drehmomentsignal (T) und das Winkelgeschwindigkeitssignal (<x) t die von den Drehmoment- und Drehzahlsensoren 12 erzeugt werden, sowie das Geschwindigkeitssignal (V) des fünften Rades vom Geschwindigkeitssensor 16 werden über eine Signalverarbeitungsschaltung 18 einem Digitalcomputer 20 zugeführt. Bei dem in der bevorzugten Ausführungsform verwendeten Mikrocomputer handelt es sich um einen von der Firma Northstar hergestellten Computer, obgleich auch andere Mikrocomputer, wie beispielsweise das XYCOM System No. 3935A o.a., die besonders geeignet sind für aggressive Umgebungen, verwendet werden können. Wie in dem Computerblockdiagramm der Figur 2 gezeigt ist, umfaßt das Mikrocomputersystem vorzugsweise ein CRT-Anzeige- und Tastaturterminal 22, ein I/O Interface 24, einen Z 80 A Mikroprozessor 26, einen arithmetischen Logik-Baustein 28 für spezielle mathematische Fähigkeiten, einen Hochgeschwindigkeits-Analogdatenbeschaffungsmodul 30 und einen Kassettenspeicher 32. Ein programmierbarer 32K ROM (lesespeicher) 34 ist zum Speichern der erforderlichen Software vorgesehen, um in der erfindungsgemäßen Weise die Ausgangskraft des Fahrzeuges bestimmen zu können. Jeder der in Figur 2 dargestellten Gegenstände ist im Handel erhältlich. Bei der bevorzugten Ausführungsform wurden die folgenden Moduln ausgewählt: Analogdatenakquisitionsmodul 30, Dual AIM-12; Z80A CPU Modul 26, Northstar; Analogausgangsmodul 36, Dual AOM-12; I/O Interface 24, Cromenco TU-ART; 32K RAM Modul 38 und Hardware-Gleitpunktprogrammodul 28, Northstar; und 32K PROM Board36, Cromenco 32K BS.
Der Analogdatenakquisitionsmodul 30 dient dazu, die Drehmomentsignale (T1 und T«)» ^e Winkelgeschwindigkeitssignale (.Qf1 und Qr2) und das Geschwindigkeitssignal (V)
von den verschiedenen Sensoren zur Eingabe in den Mikrocomputer 26 zu lesen. Da das Drehmoment und die Geschwindigkeit Momentanwerte sind, ist es von Bedeutung, daß der Analogdatenakquisitionsmodul 30 eine Ansprechzeit besitzt, die schnell genug ist, um die Synchronisationserfordernisse des Systems zu erfüllen. Bei der in Figur 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform besitzt der Analogdatenakquisitionsmodul 30 eine Ansprechzeit von etwa 30 see.
Somit können alle fünf eingegebenen Analogsignale nacheinander in etwa 150 see vom Modul gelesen werden. Da alle Analogsensorsignale anfange in der Signalverarbeitungsschaltung 18 (Figur 1) durch Filter gefiltert werden, die eine kritische Frquenz von etwa 2 Hz aufweisen, erscheint die Akquisitionszeit des Moduls im Vergleich zum maximalen Änderungswert, der bei den Sensorsignalen möglich ist, sehr gering. Die Filter in der SignalVerarbeitungsschaltung 18 sind vorzugsweise alle identisch, um eine gleichmäßige Verzögerung jedes Sensorsignales sicherzustellen.
Der Analogausgangsmodul 36 dient dazu, Analogausgangssignale, die der Geschwindigkeit und der Kraft des Fahrzeuges entsprechen, für Aufzeichnungszwecke, für eine Anzeige oder eine Analogmessung zur Verfügung zu stellen. Die. Fahrerbedienung 40 umfaßt im wesentlichen einen Schalter, der vom Fahrer des Fahrzeuges manuell betätigt wird, um den Testvorgang einzuleiten und zu beenden.
Ein funktionelles Blockdiagramm der für diese Ausführungsform benötigten Software ist in Figur 3 dargestellt. Wie man dem Diagramm entnehmen kann, werden das entsprechende Drehmomentsignal (T) und Winkelgeschwindigkeitssignal (of) von jedem der beiden Antriebsräder des Fahrzeuges anfangs miteinander multipliziert, um die Ausgangsleistung eines jeden Hades zu erhalten.
Die beiden Produkte werden dann addiert, so daß sich die gesamte Ausgangsleistung (P) des Fahrzeuges ergibt, die dem Wert T1Of1 + Tp0*? ^"^P1^0*1** wie im Diagramm · angedeutet ist. Diese Summe wird danach durch die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) dividiert, die durch den Geschwindigkeitssensor des fünften Rades gemessen wurde, um die lineare Ausgangskraft des Fahrzeuges zu erhalten.
In Figur 4 ist ein elektrisches Blockdiagramm der Erfindung in Analog-Arbeitsweise dargestellt. Die Drehmoment- und Drehzahlsignale des Drehmoment- und Drehzahlsensors 12, der an jedem Antriebsrad des Fahrzeuges befestigt ist, werden jeweils einerDehnungsmeßgerätsignalVerarbeitungsschaltung i8a und einer Frequenzsignal Verarbeitungsschaltung i8b zugeführt. Die bei der speziellen Ausführungsform verwendeten Verarbeitungsschaltungen werden von der Firma Daytronic mit den Bezeichnungen 3140 und 3170 hergestellt. Die Frequenz ^- signalVerarbeitungsschaltung i8b kann das vom Drehzahlsensor 12 zugeführte Frequenzsignal in ein entsprechendes Analogsignal umwandeln, dessen Größe proportional zur Frequenz des Drehzahlsignales ist. Wie bei der ersten Ausführungsform enthalten die Verarbeitungsschaltungen i8a und i8b ebenfalls identische Filter, die kritische Frequenzen von etwa 2 Hz aufweisen, um eine gleichmäßige Verzögerung in jeder Sensorsignalleitung sicherzustellen. Die entsprechenden Drehmoment- und Drehzahlsignale (T1, oc und Tg, o^) von jedem der beiden Räder werden den Eingängen von zwei Analogmultipliziereinheiten 42 und 44 zugeführt, die bei der bevorzugten Ausführungsform von der Firma Burr-Brown stammen und die Bezeichnung 4302 tragen. Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Digitalausführung, die in Reihe funktioniert, enthält die Analogausführung separate Analogmultipliziereinheiten 42 und 44, die natürlich gleichzeitig funktionieren
können und somit automatisch die Synchronisationserfordernisse des Systems erfüllen. Mit anderen Worten, wie bei der ersten Ausführungsform werden die Drehmoment- und Drehzahlsignale der Sensoren von den Analogmultipliziereinheiten 42 und 44 gleichzeitig gesammelt. Die Ausgangssignale der Analogmultipliziereinheiten 42 und 44 werden zusammengeführt und an den invertierenden Eingang eines Summier— Verstärkers 46 gelegt, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang eines TrennVerstärkers 48 verbunden ist. Der Ausgang des invertierenden Trennverstärkers 48 steht mit dem "Y"-Eingang eines Analogteilers 50 in Verbindung, der bei der bevorzugten Ausführungsform ebenfalls von der Firma Burr-Brown stammt und die Bezeichnung 4302 trägt. Der "X"-Eingang des Analogteilers 50 ist so geschaltet, daß er das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (V) vom Gleichstromtachometer 16 empfängt, der mit dem fünften Rad gekoppelt ist. Der Analogteiler 50 kann, den Wert des an seinen "Y"-Eingang angelegten Signales durch den Wert des an seinen "X"-Eingang angelegten Signales teilen. Somit entspricht das am Ausgang "Z" des Analogteilers 50 erzeugte Signal der Ausgangskraft des Fahrzeuges.
Leerseite

Claims (4)

  1. PATENTANWALT« - - - "" . QOQ/ CC /
    DR.-INO. H. NBOBNi)ANK ("-1W3J · __ , _ ' . I . - «J Z. O *l· D D *t
    HAUCK, SCHMITZ, QRAALP8, WKHNEJRT, DÖRING
    HAMBURG MÜNCHEN DU S 8 BLDORF
    M-5796 München, 10. September 1982
    PATENTANSPRÜCHE
    ( 1J System zum Messen der Ausgangskraft eines Fahrzeuges, während sich dieses im Fahrzustand auf einer Straße befindet, gekennzeichnet durch:
    Drehmomentsensoren (12), die mit jedem Antriebsrad (13) des Fahrzeuges (10) verbunden sind und ein DrehmomentBignal erzeugen, das zu dem an die Fahrzeugräder angreifenden Drehmoment in Beziehung steht,
    Drehzahlsensoren (12)» die mit jedem Antriebsrad (13) des Fahrzeuges (10) verbunden sind und ein Winkelgeschwindigkeitssignal erzeugen, das zu der Drehzahl der Räder in Beziehung steht,
    ein mit dem Fahrzeug (10) verbundenes fünftes Rad (14), das mit der Fahrzeuggeschwindigkeit läuft,
    einen dem fünften Rad (14) zugeordneten Tachometer
    (16) zur Erzeugung eines Signales, das zu der Geschwindigkeit des Fahrzeuges in Beziehung steht, und
    eine Schaltung zum Bestimmen der Ausgangskraft des Fahrzeuges durch Summieren der Produkte der Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitssignale von jedem Antriebsrad und durch Dividieren des Resultates durch das Geschwindigkeitssignal.
  2. 2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung Einrichtungen zum gleichzeitigen Sammeln der Werte der Drehmomentsignale, Winkelgeschwindigkeitssignale und Geschwindigkeitssignale umfaßt.
  3. 3. System zum Messen der Ausgangskraft eines Fahrzeuges, während dieses auf einem Dynamometer getestet wird, das ein Rollenpaar zum Eingriff mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges und einen den Rollen zugeordneten Tachometer zur Erzeugung eines Geschwindigkeitssignales, das zu der Oberflächengeschwindigkeit der Rollen in Beziehung steht, umfaßt, gekennzeichnet durch:
    Drehmomentsensoren (12), die mit jedem Antriebsrad (13) des Fahrzeuges (10) verbunden sind und ein Drehmomentsignal erzeugen, das zu dem an den Rädern angreifenden Drehmoment in Beziehung steht,
    ' ,
    Drehzahlsensoreri (12), die mit jedem Antriebsrad (13) des Fahrzeuges (10) verbunden sind und ein Winkelgeschwindigkeitssignal erzeugen, das zu der Drehzahl der Räder in Beziehung steht, und
    eine Schaltung zum Bestimmen der Ausgangskraft des Fahrzeuges durch Summieren der Produkte der Drehmoment- und Winkelgeschwindigkeitssignale von jedem Antriebsrad und durch Teilen des Resultates durch das Geschwindigkeitssignal.
  4. 4. Maßsystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung Einrichtungen zum gleichzeitigen Sammeln der Werte der Drehmoment-, WinkeIgeschwindigkeits- und Geschwindigkeitssignale umfaßt.
DE19823234554 1981-10-06 1982-09-17 System zum messen der ausgangskraft eines fahrzeuges Ceased DE3234554A1 (de)

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