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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugdynamometer gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Ein derartiges Dynamometer nimmt die von einem Fahrzeug erzeugte Kraft
Fveh auf und simuliert den Zustand, der vorhanden wäre, wenn das Fahrzeug auf einer
Straße fahren wUrde.
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Dadurch lassen sich auf einem Prüfstand Fahrtests durchführen.
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Ein derartiges bekanntes Dynamometer wird im folgenden anhand der
Figur 1 beschrieben. Das Dynamometer weist eine Rolle 1, ein Schwungrad 2, einen
Dynamo 5, eine Rollenachse 4 zum Verbinden der Teile, einen Drehmomentmesser 5,
einen Drehzahlmesser 6 und eine Regelschaltung 7 auf, die die Geschwindigkeit Vc(t)
zur Zeit t aus folgender Gleichung berechnet, um die Rollendrehzahl zu regeln:
mit I: gesamte träge Masse des Fahrzeugs, Fveh(t): vom Fahrzeug entwickelte Kraft,
VA: vom Drehzahlmesser 6 gemessene Rollendrehzahl, vom vom Drehmomentmesser 5 gemessene
Kraft, Lm(VA): Reibungskräfte und andere Verlustkräfte, die von der Rolle 1 und
deren Lagern hervorgerufen sind, RL(VA): Rollwiderstand und Ir: träge Masse der
Rolle.
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Weiterhin gilt rtlr die Kraft Fvch(t), die vom Fahrzeug auf die Straße
ausgeUbt wird, die folgende Gleichung: Fveh(t) = RL(V) + dv .., (2) 1Tt Der Wert
fUr die erste Hälfte von Gleichung (1) wird aus Gleichung (2) durch Berechnen der
Fahrtgeschwindigkeit aus Vc(t) zur Zeit t berechnet. Da die Kraft Fveh(t) der Summe
des Ausgangswertes FTT(t) vom Drehmomentmesser 5, der Reibung Lm(V) und der Trägheitskraft
Ir dv/dt entsprechen muß, gilt folgende Gleichung: Fveh(t) = PTT(t) + Lm(V) + Ir
dv/dt ... (3) Obere Gleichung ()) wird in die erste Hälfte von Gleichung (1) eingesetzt,
um so das Ergebnis filr die hintere Hälfte zu erhalten, wobei in Gleichung (1) der
Meßwert VA(t) vom Drehzahlmesser 6 anstatt V verwendet wird.
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Die tatsächliche Walzendrehzahl zur Zeit t entspricht oft nicht dem
berechneten Wert Vc(t). Die Drehzahlabweichung t V(t) ist gegeben durch: cv(t) =
Vc(t) - VA(t) ... (4) Der Wert wird durch eine Subtrahierschaltung 8 berechnet.
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Der Ausgangswert Vc(t) der Regelschaltung 7 wird durch die Abweichung
g V(t) kompensiert. Durch das kompensierte Signal wird ein Leistungswandler 9 angesteuert,
der den Dynamo 9 regelt. Eine PI-Regelschalbung 10 stabilisiert die Regelschaltung.
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Es hat sich herausgeste3lt, daß mit dem bekannten Dynamometer nicht
mehr richtig geregelt werden kann, wenn beschleunigt wird. Der Grund liegt darin,
daß der Drehmoment-
messer 5 zwischen der Rolle 1 und dem Schwungrad
2 liegt.
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Der Momentanwert am Drehzahlmesser 5 hängt daher stark von änderungen
der vom Fahrzeug ausgeübten Kraft Fveh(t) ab, was dazu führt, daß FTT(t) nicht genau
bestimmt werden kann. Da sich das Drehmoment am Drehmomentmesser 5 mit Anderungen
der auf die Rolle ausgeübten Kraft direkt ändert, hat der Drehmomentmesser nur eine
geringe Lebensdauer und muß daher oft erneuert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehzahldynamometer
der eingangs genannten Art anzugeben, der eine hohe Lebensdauer aufweist und auch
bei Beschleunigungen der Dynamometerrolle gut regelt.
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Die Erfindung ist durch die Merkmale des Ha.uptanspruchs gegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß als Regelgröße nicht
mehr die Drehzahl, sondern das Drehmoment verwendet wird und daß der Drehmomentmesser
zwischen Schwungrad und Dynamometer statt wie bisher zwischen Schwungrad und Rolle
angeordnet ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Dynamometers mit
zugehörigem Blockschaltbild der Regelschaltung für ein bekanntes Dynamometer; und
Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1, jedoch für ein erfindungsgemäßes Dynamometer.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist der Drehzahlmesser 5 an einer Welle
4 auf der von der Rolle 1 abgewandten Seite des Schwungrades 2 befestigt. Dadurch
ist er Kräften von der Rolle 1 nicht direkt unterworfen, was zu einem stabilen Meßsignal
fUhrt. Dadurch wird der Drehmomentmesser 5 auch weniger beschädigt und weist eine
lange Lebensdauer auf. Eine Regelschaltung 11 berechnet eine Kraft FpAU(t + T),
die vom Dynamo 3 nach einer Zeit # T auszuüben ist, nachdem der Drehmomentmesser
5 einen Ausgangswert FTT(t) und der Drehzahlmesser 6 den Wert V(tvabgegeben hat.
Die Kraft wird durch folgende Gleichung berechnet: FpAU(t +d T) =
Wie bereits oben ausgeführt, existiert eine Kraft Fveh(t), die von der Rolle 1 auf
das Fahrzeug ausgeübt wird und derjenigen Kraft entspricht, die auf das auf die
Rolle 1 aufgesetzte Rad auf die Straße ausüben müßte, wenn das Fahrzeug fahren wUrde.
Es gilt also obige Gleichung (2). Für die Trägheitskraft 1 gilt: I = Im + Zr + Ie
... (6) Diese Gleichung (6) wird in Gleichung (2) eingesetzt, so daß sich ergibt:
Fveh(t) = RL(v) + (Im + Ir)dv/dt + Io dv/dt ... (7), mit Im: träge Masse des Schwungrades,
Ir: träge Masse des Dynamoläufers und Ie: elektrische Trägheitskraft des Dynamos.
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Da in Gleichung (7) die Summe aus RL(v) und Ie dv/dt der vom Dynamo
zur Zeit t + a T zu absorbierenden Kraft entspricht, gilt folgende Gleichung: FPAU(t
+ # T) = RL(v) + Io dv/dt ... (8) In Gleichung (8) werden die Gleichungen (3), (6)
und (8) eingesetzt, um dv/dt zu eliminieren, wodurch sich die Gleichung (5) ergibt.
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Eine Fehlerabweich-Meßschaltung 12 berechnet eine Abweichung # (t)
zwischen dem Istwert und dem Sollwert und sie führt eine Regelung zum Einstellen
der Abweichung e (t) auf null durch. In einer arithmetisch-logischen Einheit 13
werden Werte für die folgende Gleichung berechnet:
In einer arithmetisch-logischen Einheit 14 werden Werte für folgende Gleichung berechnet:
(I - Im)V ... (10) Eine Subtrahierschaltung (15) subtrahiert die beiden berechneten
Werte voneinander und eine Dividierschaltung 16 teilt den erhaltenen Wert durch
a T. Die durch die Meß- und Regelschaltung 12 berechnete Abweichung (t) entspricht
der Abweichung des Drehmomentes, wie es durch folgende Gleichung gegeben ist:
Es wird darauf hingewiesen, daß im folgenden die Gleichungen zum
Berechnen von Drehmomenten teilweise Gleichungen zum Berechnen von Kräften sind.
Dies rührt daher, daß bei der Anordnung die geometrischen Verhältnisse unverändert
bleiben, so daß es Veränderungen des Drehmomentes nur auf Änderungen von Kräften
ankommt.
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Durch Gleichung (3) wird also der Ausgangswert Fveh(t) aus den Werten
vom Drehmomentmesser 5 und vom Drehzahlmesser 6 berechnet. Der tatsächliche Wert
von Fveh(t) ist durch Gleichung (7) gegeben. Die Differenz # # zwischen dem gemessenen
und dem gewUnschten Wert ist durch folgende Gleichung gegeben:
wobei dv/dt durch Gleichung (2) ersetzt ist. Durch Einsetzen von Gleichung (3) und
Umordnen von Gleichung (12) ergibt sich folgende Gleichung: ## = Im/I (FTT(t) +
Lm) - Im/I RL(v) - Im/I (I - Im)dv/dt ... (13) DurchTeilen des Wertes von Gleichung
(1)) durch ergibt sich folgender Mittelwert:
Dieser Mittelwert entspricht # (t), wodurch sich Gleichung (113 ableiten läßt.
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Der von der Meßschaltung 12 gemessene Abweichungswert c (t) wird in
der PI-Regelschaltung 10 verarbeitet, und dann wird der vorgegebene Wert FpAU(t
+ g T), der in der Regelschal-.
tung 11 berechnet wurde, hinzugezählt.
Der kompensierte Wert wird an den Leistungswandler ') geEel)en. Beim ZufUhren des
kompensierten Wertes gibt der Dynamo 3 eine Kraft ab, die im Gleichgewicht mit der
vom Fahrzeug abgegebenen Kraft Fveh(t) im Gleichgewicht steht. Für die PI-Regelschaltung
10, die Regelschaltung 11, die Meßschaltung 12, die a.rithmetlsch-logischen Einheiten
13 und 14, die Subtrahierschaltung 15 und die Dividierschaltung 16 kommt z. B. die
Schaltung RLSC 1010 von Horiba, Ltd. in Frage.
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Bei der angegebenen Ausführungsform ist die Abweichung (t) die Abweichung
des Drehmomentes. Es kann jedoch auch eine Abweichung im Trägheitsmoment c I(t)
im Trägheitsmoment gemäß Gleichung (15) oder eine Abweichung # V(t) in der Drehzahl
gemäß Gleichung (16) verwendet werden:
Beim erfindungsgem§ßen Dynamometer befindet sich der Drehzahlmesser also zwischen
der Rolle und dem Dynamo. Durch den Ausgangswert des Sensors wird die durch den
Dynamo zur Zeit T zu absorbierende Kraft FpAU(t + d T) vorgegeben.
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Die Abweichung &(t) zwischen dem vorgegebenen Wert und dem gewünschten
Wert wird gemessen, und es wird eine Regelung durchgeführt, um die Abweichung c
(t;) auf null zu stellen.
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Das erfindungsgemaße Dynamometer hat also folgende Vorteile: 1. Da
die Kraft von der Rolle nicht direkt auf den Drehzahlmesser übertragen wird, wird
die Abweichung £ (t) nicht durch änderungen in der Geschwindigkeit V instabil, so
daß Stabilität, Ansprechverhalten und Genauigkeit des Systems verbessert sind.
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2. Der Ausgangswert des Drehmomentmessers wird nicht stark und jeweils
direkt geändert, was die Lebensdauer erhöht.
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Außerdem kann ein weniger gennuer Messer verwendet werden.
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Um zu guten Regelwerten zu kommen, sollte der Wert für das Zeitintervall
# T innerhalb von 100 msec liegen. Besonders vorteilhaft ist ein Wert von weniger
als 20 msec> z. B.
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16 msec.