DE3428755C2

DE3428755C2 -

Info

Publication number: DE3428755C2
Application number: DE19843428755
Authority: DE
Inventors: Felix Dr. 8520 Erlangen De Blaschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-08-03
Filing date: 1984-08-03
Publication date: 1993-03-25
Also published as: DE3428755A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Drehmomenterzeugers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung hierzu.

In der DE 32 25 035 A1 ist eine derartige Anordnung zum Prüfen eines Drehmomenterzeugers beschrieben, der im realen Einsatz ("Normalzustand") an eine Last mit vorgegebenem Last-Trägheitsmoment und vorgegebenem Last- Drehmoment angeschlossen ist. Insbesondere kann es sich beim Drehmomenterzeuger um einen Verbrennungsmotor handeln, der im Normalzustand z. B. ein Fahrzeug antreibt, dessen Masse auf den Motor als Last-Trägheitsmoment wirkt, während ein auf das Fahrzeug wirkendes Gegenmoment (z. B. der Fahr widerstand und/oder ein Hangabtrieb bei Schrägfahrt) das Last-Drehmoment darstellt.

Es ist nun üblich, derartige Motoren nicht im "Normalzustand" zu prüfen, d. h. nicht in einer realen Prüffahrt mit dem tatsächlichen Fahrzeug. Vielmehr wird das Fahrzeug in einem stationären Prüfstand durch einen elektrischen Antrieb simuliert, wobei das Trägheitsmoment dieses Antriebs aus technischen Gründen häufig um Größenordnungen von dem Trägheitsmoment der zu simulierenden Last abweicht: Um z. B. einen Beschleunigungsvorgang zu simulieren, muß somit der elektrische Antrieb nicht nur im realen Fall zwischen Motor und Fahrzeug wirkende Austauschmoment, sondern auch das erforderliche Drehmoment zur Beschleunigung des Antriebs-Trägheitsmomentes des elektrischen Antriebs selbst aufbringen.

Daher ist in der genannten Offenlegungsschrift vorgesehen, zur Simulation eines realen Lastzustandes des Drehmomenterzeugers vorprogrammierte Werte für das Last-Drehmoment und das Last-Trägheitsmoment vorzugeben und im Prüfstand, in dem der Drehmomenterzeuger an den elektrischen Antrieb gekoppelt ist, ein dem Drehmomenterzeuger zugeordnetes momentanes Prüflings-Drehmoment zu messen. Als momentanes Prüflings-Drehmoment könnte z. B. das Beschleunigungsmoment des Motors gemessen werden; insbesondere kann, wie in dieser Offenlegungsschrift vorgeschlagen ist, das durch die Verbrennungsvorgänge hervorgerufene innere Drehmoment des Motors oder das zwischen Motor und Antrieb ausgetauschte Austauschmoment gemessen oder aus geeigneten Meßwerten berechnet werden. Aus dem momentanen Prüflings- Drehmoment und den für die Simulation vorgegebenen Momenten wird dann der Sollwert für die Steuerung oder für eine Momentregelung des elektrischen Antriebs errechnet.

Dadurch ist es möglich, Betriebszustände zu simulieren, bei denen der Drehmomenterzeuger (Motor) starr an eine ebenso starre Schwungmasse der Last gekoppelt ist. Fig. 1 zeigt somit das nach dem bekannten Verfahren simulierbare System, bei dem der Drehmomenterzeuger als Prüfling 1 mit dem Trägheitsmoment T1 (in diesem Fall dem Trägheitsmoment TV des Verbrennungsmotors) über eine starre Welle mit der Last 2′ gekoppelt ist, die das bekannte Trägheitsmoment T2′ (in diesem Fall das Trägheitsmoment TF des Fahrzeugs) gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotor bringt das Drehmoment MV auf, z. B. das innere Drehmoment M1, das der Prüfling auch im Prüfstand liefert. Entsprechend dem zu simulierenden Betriebszustand ist im Fahrzeug das Fahrmoment MF durch ein entsprechendes Last-Moment M2′ zu simulieren.

Bild 2 zeigt den bkenanten Prüfstand in einem Strukturbild. Der Prüfling 1 ist dabei als Integrator mit der Integrationszeitkonstanten (T1+T2) dargestellt, da im Prüfstand die gemeinsame Schwungmasse von Prüfling (Träg heitsmoment T1) und Antrieb (Trägheitsmoment T2) mit einem Beschleunigungsmoment MB beschleunigt wird, das nur durch den über das innere Moment M1 des Prüfling überschießenden Teil des elektrischen Antriebsmoment M2 gegeben ist, also durch die Differenz M2-M1. Der simulierende elektrische Antrieb 2 ist einschließlich seiner Regelung dargestellt durch eine Vergleichsstelle 3 für Sollwert M2* und Istwert M2 des elektrischen Antriebsmomentes, wobei ein nachgeordneter Momentenregler 4 den elektrischen Antrieb steuert, der als Dynamikglied 5 symbolisch dargestellt ist. In der Offenlegungsschrift ist abgeleitet, daß für den Simulationsbetrieb das vom elektrischen Antrieb aufzu bringende Moment M2 gegeben ist durch

M2 = M2′ + (M2-M1) · (T2-T2′)/(T1+T2).

Setzt man für M2 in dieser Beziehung den entsprechenden Sollwert M2* ein, so folgt daraus

M2* = M2′ · (T1+T2)/(T1+T2′) - M1 · (T2-T2′/(T1+T2′),

und es ergibt sich, daß aus einem als Prüfprogramm-Geber dienenden Rechner 6 aus dem vorgegebenen Last-Drehmoment M2′ und dem vorgegebenen Last-Trägheitsmoment T2′, die im Prüfprogramm den jeweiligen Lastzustand (Fahrzeug- Gegenmoment MF, Fahrzeug-Trägheitsmoment TF) beschreiben, in einem Sollwertgeber 7 der Drehmoment-Sollwert M2* nach der angegebenen Rechenstruktur ermittelt wird. Die Offen legungsschrift gibt dabei verschiedene vorteilhafte Ausbildungen des Sollwertgebers an. Diesen verschiedenen Varianten ist gemeinsam, daß der Sollwertgeber aus dem im Prüfprogramm vorgegebenen, dem jeweils zu simulierenden Lastzustand entsprechenden Last-Drehmoment M2′ und aus dem entsprechenden Last-Trägheitsmoment T2′ einen zum momentanen Prüflings-Drehmoment M1 gehörenden Drehmoment sollwert M2* berechnet. Die endliche Schwungmasse des Fahrzeugs (T2′≠0) wird durch eine von den Trägheiten bestimmte Gewichtung der Drehmomente berücksichtigt, in die jeweils das Last-Trägheitsmoment T2′ eingeht.

Es hat sich aber gezeigt, daß diese Simulation, bei der die Last als eine starre Schwungmasse und die Ankopplung der Last an den Drehmomenterzeuger als starre Verbindung angenommen wird, das tatsächliche Verhalten des Drehmomenterzeugers im Realbetrieb nur unvollständig zu simulieren gestattet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Prüfung des Dreh momenterzeugers auch in den Fällen zu ermöglichen, in denen in der Last dynamische Vorgänge, die z. B. durch eine elastische Verkopplung mehrerer Teil-Lastträgheits momente untereinander und mit dem Drehmomenterzeuger bedingt sind, berücksichtigt werden müssen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Anhand von drei weiteren Fi guren und einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 3 zeigt in einer Prinzipdarstellung das im Prüfstand zu simulierende System, Fig. 4 dient zur Erläuterung der der Simulation zugrunde liegenden Betrachtungsweise, und Fig. 5 zeigt eine von Fig. 2 ausgehende, erweiterte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im einfachsten Fall handelt es sich darum, daß im realen Betriebszustand der Drehmomenterzeuger (Prüfling 1, Träg heitsmoment T1) über eine elastische Kopplung an eine starre Last-Schwungmasse, deren Trägheitsmoment im Prüf programm-Geber durch das entsprechende Trägheitsmoment TF gegeben ist, gekoppelt ist. Die elastische Kopplung ist durch eine Feder mit der Federkonstanten CF dargestellt. Dem normalen Betriebszustand entspricht dabei das Dreh moment MV des Drehmomenterzeugers (Verbrennungsmotor, be kanntes Trägheitsmoment TV=T1) und das Last-Drehmoment MF, das ebenfalls im Prüfprogramm-Geber enthalten ist.

Während das Moment MV z. B. durch einen Drehmomentaufnehmer 10 (Fig. 4) als Meßwert M1 erfaßt werden kann, kann nun der im Prüfprogrammgeber gespeicherte, von M1 unabhängige Wert MF nicht mehr gleich dem Wert M2′ gesetzt werden, der an der Nahtstelle zwischen Last und Prüfling auftritt und den Lastzustand dynamisch richtig beschreibt.

Um daher im Prüfstand den realen Lastzustand dynamisch richtig simulieren zu können, ist nach Fig. 4 ein Last modell 11 vorgesehen, das Last und Drehmomenterzeuger einschließlich der dynamischen Kopplung zwischen dem Dre momenterzeuger und dem Last-Trägheitsmoment oder bei einem komplizierteren Aufbau der Last einschließlich der wechsel seitigen dynamischen Kopplung zwischen Drehmomenterzeuger und den Teilträgheitsmomenten der Last nachbildet. Ein derartiges Lastmodell kann z. B. auch mechanisch aufgebaut sein. Mit nV und nF ist jeweils die Drehzahl des Dreh momenterzeugers und der Last (bzw. der die Last nachbildenden Schwungmasse mit dem gegebenen Last-Trägheitsmoment TF) bezeichnet. Drehmomenterzeuger und Last werden abei mit unterschiedlichen Drehmomenten MF und MV be schleunigt.

Die zur Nachbildung der elastischen Kopplung verwendete Feder wirkt auf die Last mit einem Feder-Drehmoment MFe, das gleich dem Torsionsmoment der Feder und damit gleich dem Reaktionsmoment des Drehmomenterzeugers ist. Die Feder selbst kann als masselos angenommen werden, so daß auf das an der Feder angreifende Wellenende des Drehmoment erzeugers das entsprechende Moment MFe=M2′ wirkt, das im Prüfstand vom elektrischen Antrieb zu simulieren ist. Entsprechend der verschwindenden Trägheit der Feder ist dieser Feder aber jetzt das zu simulierende Trägheits moment T2′=0 zuzuordnen.

Das Lastmodell bildet also aus den vorprogrammierten Werten MF und TF sowie den Meßwert M1 unter Berücksichtigung des bekannten Trägheitsmomentes TV des Drehmoment erzeugers einen Modellwert M2′, der an einem geeigneten Abgriff 12 erfaßt und dem bekannten Sollwertgeber als Wert für das zu simulierende Last-Drehmoment zugeführt werden kann.

In diesem Sollwertgeber wird dann auch der vorgegebene Wert TF nicht mehr berücksichtig, wie Fig. 5 zeigt. Dabei ist zunächst der Drehmomenterzeuger 1 und der elektrische Antrieb 2 entsprechend der Strukturdarstellung der Fig. 2, sowie der als Prüfprogramm-Geber dienende Rechner 6 zur Vorgabe der dem Prüfprogramm entsprechenden Werte TF und MF wiedergegeben. Ferner kann der Sollwert geber 7 ohne schaltungstechnische Veränderung übernommen werden, wobei aber jetzt zu berücksichtigen ist, daß anstelle des Last-Trägheitsmomentes nach Fig. 2 (d. h. anstelle T2′=TF) der Parameter T2′=0 zu setzen ist. Außerdem ist der Eingang des Sollwertgebers 7 für den Wert M2′ nicht mehr direkt mit dem Prüfprogramm-Geber 6 zu verbinden, vielmehr ist hier ein elektronisches Modell 12 zwischengeschaltet, das den durch die hier vorprogrammierten Werte TF und MF beschriebenen Lastzustand entsprechend den im Prüfbetrieb gemessenen momentanen Prüflings-Drehmoment M1 berechnet und somit den Wert M2′ als Modell wert liefert. Dieser ist einerseits dem durch MF und TF im Prüfprogramm erfaßten und den im Prüfstand zu simulierenden realen Betriebszustand zugeordnet, erfaßt jedoch gleichzeitig über den Meßwert M1 auch den jeweiligen Zustand des im Prüfstand laufenden Drehmomenterzeugers. Daher gibt M2′ an, welches Drehmoment jeweils beim tat sächlischen Betrieb des Prüfstandes von dem elektrischen Antrieb simuliert werden muß.

Der Aufbau des elektronischen Modells 12 kann den jeweiligen Verhältnissen entsprechend verändert werden. Das Ziel der Simulation ist, daß die Drehzahl des elektrischen Antriebs gleich der Drehzahl nF des Fahrzeugs (Last) im realen, durch MF und TF bestimmten Betrieb wird. In dem gewählten einfachen Beispiel wird daher aus dem vorpro grammierten Last-Drehmoment MF und dem (vom elektronischen Modell 12 gebildeten und zu simulierenden) Drehomoment M2′=MFe das Beschleunigungsmoment für den elektrischen Antrieb gebildet. Daraus wird durch Interpretation mit der Integrationskonstanten TF, die dem Prüfprogramm-Geber 6 entnommen ist, die Drehzahl nF ermittelt. Diese Drehzahl ist gleich der Summe aus der Drehzahl nV des Prüflings und der Relativgeschwindigkeit zwischen Drehmoment erzeuger und Antrieb (bzw. simuliertem Fahrzeug). Durch Integration der Drehzahldifferenz nF-nV unter Berück sichtigung der durch die Federkonstanten CF gegebenen In tegrationszeitkonstanten ergibt sich daher das Moment MFe, das im realen Betrieb auf den Drehmomenterzeuger einwirkt und daher dem Sollwertgeber 7 am Eingang für M2′ zur Bestim mung des vom elektrischen Antriebs zu simulierenden Dreh momentes eingegeben wird. Aus diesem Moment MFe wird nun unter Berücksichtigung des momentanen Prüflings-Drehmoments M1 durch Integration mit der Zeitkonstanten 1/T1 die Drehzahl nV des Drehmomenterzeugers gebildet, die zur Bildung der Relativgeschwindigkeit nF-nV benötigt wird.

Gemäß der Erfindung ist es somit möglich, auch die Wirkung von Kupplungen, Getrieben und anderen dynamischen, insbesondere elastischen Kupplungen innerhalb einer von einem Drehmomenterzeuger angetriebenen Anordnung nachzubilden, wobei z. B. auch Schaltvorgänge dynamisch geprüft werden können.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen eines Drehmomenterzeugers, dessen Welle im realen Einsatz an eine trägheitsmomentenbehaftete Last gekoppelt ist, mit folgenden Merkmalen:

a) im Prüfstand ist der Drehmomenterzeuger an einen elek trischen Antrieb gekoppelt und es wird ein dem Dreh momenterzeuger zugeordnetes momentanes Prüflings-Dreh moment (M1) gemessen,
b) zum Simulieren eines realen Lastzustandes des Drehmoment erzeugers werden Werte (MF, TF) für das Last-Drehmoment und das Last-Trägheitsmoment vorgegeben, und
c) aus den vorgegebenen Last-Momenten (MF, TF) und dem momentanen Prüflings-Drehmoment (M1) wird ein Sollwert (M2*) für die Regelung des elektrischen Antriebs errechnet.

dadurch gekennzeichnet, daß für ein System, bei dem der Drehmomenterzeuger (1) im realen Einsatz mit einem oder mehreren vorgegebenen Trägheitsmomenten der Last dynamisch gekoppelt sind, aus den vorgegebenen Last- Momenten (MF, TF) und dem momentanen Prüflings-Drehmoment (M1) mittels eines dieLast und den Drehmomenterzeuger ein schließlich dynamischer Kopplungen nachbildendes Lastmodells ein vom momentanen Prüflungs-Drehmoment (M1) abhängiger Mo dellwert (M2′) für das vom elektrischen Antrieb (2) zu simulierende Last-Drehmoment gebildet und der Sollwert (M2*) für die Steuerung des elektrishcen Antriebs (2) aus dem Mo dellwert (M2′) und dem momentanten Prüflings-Drehmoment (M1) errechnet wird, ohne explizite Berücksichtigung des vorgegebenen Last-Trägheitsmoments (TF) im letztgenannten Rechen schritt.

2. Vorrichtung zum Prüfen eines Drehmomenterzeugers, dessen Welle im realen Einsatz an eine trägheitsmomentenbehaftete Last gekoppelt ist, mit

a) einem die Last simulierenden, insbesondere drehmoment geregelten elektrischen Antrieb und einem Drehmomentaufnehmer zur Messung eines dem Drehmomenterzeuger zugeordneten momentanen Prüflings-Drehmoments (M1),
b) einem Prüfprogrammgeber zur Vorgabe programmierter Werte für das Last-Drehmoment (MF) und das Last-Träg heitsmoment (TF), und
c) einer Regelung für den elektrischen Antrieb mit einem Sollwertgeber, dessen erster Eingang mit dem Drehmoment aufnehmer verbunden ist.

gekennzeichnet durch eine zwischen den Prüfprogrammgeber (6) und einem zweiten Eingang des Soll wertgebes (7) geschalteten Lastmodell-Schaltung (12), der die vorprogrammierten Werte (M_F, T_F) und der Meßwert (M1) des momentanen Prüflings-Drehmoments zugeführt werden, die die Last und den Drehmomenterzeuger einschließlich dynamischer Kopplungen nachbildet, da bei einen Modellwert (M2′) für das vom elektrischen Antrieb (2) zu simulierende Last-Drehmoment liefert und diesen dem Sollwertgeber zuführt.