DE3941685C2

DE3941685C2 -

Info

Publication number: DE3941685C2
Application number: DE19893941685
Authority: DE
Inventors: Johann Ing.(Grad.) 7775 Bermatingen De Gansohr
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1992-05-14
Also published as: DE3941685A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fesselung von Testobjekten in einem vorgegebenen Fesselpunkt, insbesondere für einen Straßensimulationsprüfstand für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 37 44 631 als bekannt hervorgeht.

Bei bisher bekannten Einrichtungen der genannten Art, erfolgt die Fesselung des Testobjekts durch passiv wirkende Mittel, wie Gelenke, Federungen oder dergleichen, beispielsweise mittels einer im Schwerpunkt des Testobjekts angreifenden passiven Fesselung. Eine solche Einrichtung erfordert jedoch einen relativ komplizierten Aufbau und führt z. B. im Falle der Anordnung von Fesselungsfedern zu langen, weichen Federungen. In beiden Fällen ist mit niederfrequenten Schwingungen an der Fesselstruktur zu rechnen. Ferner ergibt sich eine erhebliche Verfälschung der dynamischen Testobjekt-Bewegungen.

Bei der gattungsgemäß zugrundegelegten Prüfeinrichtung nach der eingangs genannten DE-OS 37 44 631 wird offensichtlich unterstellt, daß der Schwerpunkt des Fahrzeuges ohne weiteres mechanisch zugänglich ist. Zwar ist weder zeichnerisch noch in der Beschreibung dieser Druckschrift näher darauf eingegangen, inwieweit der im Innern des Fahrzeuges liegende Fahrzeugschwerpunkt mechanisch zugänglich sein könnte. Der Fachmann ist hier auf Vermutungen angewiesen; es darf angenommen werden, daß in dem Fahrzeug ein Adapter montiert wird, der einen konzentrisch zum Fahrzeugschwerpunkt liegenden Kugelkopf aufweist, an dem die dort gezeigte Fessel angreifen kann; diese muß seitlich durch die Türen zu diesem Kugelkopf-Adapter hindurchreichen. Soweit mittels der vorbekannten Fahrzeugfesselung auch Längskräfte oder Querkräfte gemessen werden, dienen diese dazu, ein bestimmtes Testprogramm zu reproduzieren. Und zwar soll auf dem Prüfstand ein bei realer Straßenfahrt meßtechnisch aufgenommenes Prüfprogramm möglichst naturgetreu wieder abgefahren werden. Demgemäß wirken die Querkraftsensoren mittelbar über Stellglieder auf das Lenkhandrad ein, wodurch die Querkräfte beeinflußt werden können. Nachteilig an der vorbekannten Prüfeinrichtung ist, daß die Fesselung durch die Fahrzeugtüren ins Fahrzeuginnere zum mechanischen konkretisierten Fahrzeugschwerpunkt hineinragen muß, was bei größeren Fahrzeugverlagerungen insbesondere im Grenzbereich der Straßenhaftung zu Kollisionen zwischen Fahrzeug und Fessel führen kann.

Es ist ferner eine Fesseleinrichtung bekannt, bei der das Testobjekt von einem Längseinstellungsanschlag im Schwerpunkt festgehalten wird. Eine freie Bewegung in Richtung der Längsachse ist bei dieser Anordnung nicht möglich (vgl. DE-OS 22 44 223).

Ausgehend von der gattungsgemäß zugrundegelegten Prüfeinrichtung ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese dahingehend weiterzubilden, daß in Fällen, in denen aus konstruktiven oder sonstigen Gründen ein Angriff der Fesselung im Schwerpunkt des Fahrzeuges unmöglich ist, die notwendige Fesselung die Bewegungsmöglichkeiten des Testobjekts bezüglich Nicken, Wanken, Gieren, sowie hinsichtlich von Quer- und Längsbewegungen und ebenso von Vertikalbewegungen zur vollständigen Simulation z. B. einer Straßenfahrt nicht behindert, mittels der aber gleichwohl die im Test auftretenden, meßtechnisch aufzunehmenden, zwischen Reifen und Fahrbahn erzeugten, statischen Längs- bzw. Querkräfte als Widerstandskräfte bzw. Fliehkräfte stets scheinbar im Fahrzeugschwerpunkt angreifen.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Ausbildung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Prüfeinrichtung wird eine ständige mechanische Fesselung des Fahrzeuges im Schwerpunkt fingiert oder simuliert, obwohl tatsächlich das Fahrzeug außenseitig gefesselt ist. Durch ständige, von der Wirkrichtung der auftretenden Kräfte abhängige Verlagerung der Wirkrichtung der Fesselung wird erfindungsgemäß eine etwaige Verstimmung in der Weise kompensiert, daß trotz Auftreten von Längs- bzw. Querkräften die Wirkrichtung der Fesselung nach wie vor durch den Fahrzeugschwerpunkt verläuft. Die gesamte Vortriebskraft wird aufgenommen, ohne die Nickbewegung zu behindern. Ebenso werden die bei simulierter Kurvenfahrt erzeugten fiktiven Fliehkräfte aufgenommen ohne Behinderung der Wankbewegung um die Achse X. Sowohl die Längs- als auch die Seitenkraft wirken dabei ständig im Schwerpunkt des Testobjekts. Die Schwerpunktfesselung enthält die statische Fesselung in Längs- und Querrichtung und dynamische Freiheit der Bewegung in sämtlichen sechs Freiheitsgraden.

Die erfindungsgemäßen Stellsysteme in Verbindung mit den üblichen passiven Lagerungen, wie Kugelgelenke, Kardangelenke, Linearführungen oder dergleichen, ermöglichen eine Verschiebung des erdfesten Anlenkpunktes der mechanischen Fesseleinrichtung. Mit Hilfe von Kraft- und Wegmeßgliedern wird erreicht, selektiv einzelne Freiheitsgrade statisch und/oder dynamisch kraft- bzw. momentenfrei zu halten und trotzdem auf das Testobjekt wirkende statische Kräfte bzw. Momente aufzunehmen.

Hierbei können sowohl Seitenkräfte bei simulierter Kurvenfahrt als auch Längs kräfte durch Antrieb oder Bremsvorgänge aufgenommen werden. Die Drehbewe gung der Fahrzeugräder wird durch umlaufende Walzen oder Bänder ermög licht. Die über eine entsprechende Steuerung in Abhängigkeit der Fahrge schwindigkeit regelbare Antriebs- bzw. Bremskraft der Antriebswalzen simuliert hierbei die realen Fahrwiderstände und Beschleunigungskräfte. Dabei erfolgt die Abstützung der auftretenden Reaktionskräfte so, daß zwar die gesamte Vor triebskraft aufgenommen werden kann, daß jedoch dabei die Fahrzeug-Nick bewegung ν nicht behindert wird. Das gleiche gilt auch bei der Erzeugung von fiktiven Fliehkräften bei simulierter Kurvenfahrt.

Die hierbei auftretende Seitenkraft durch Reifenschräglauf muß ebenfalls von der Schwerpunktfesselung aufgenommen werden, ohne die Kraftfahrzeug- Wankbewegung Φ zu behindern. Sowohl Längs- als auch Seitenkraft wirken da bei im Fahrzeugschwerpunkt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Beschreibung eines Ausführungs beispieles in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die gesamte Einrichtung in einer Seitenansicht,

Fig. 1a in einer schematisch-perspektivischen Darstellung des Testobjekts in Verbindung mit Angabe der Achsen bzw. Bewegungsrichtungen der entsprechenden Freiheitsgrade,

Fig. 2 die Einrichtung gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorn,

Fig. 3 und 4 den regelungstechnischen Aufbau der Einrichtung in Verbindung mit den mechanisch arbeitenden Elementen.

Bei der nach den Fig. 1 bis 4, insbesondere nach den Fig. 1 und 2, ist die Straßensimulationseinrichtung insgesamt mit 1 bezeichnet. Als Hauptkomponenten weist die Einrichtung das von einem Fundament 3 aufgenommene Traggestell 2, bestehend aus einer Betonplatte 4 und der von Stützen 5 getragenen Aufnahmebrücke 6, Radauflageeinheiten 7, 7′ für die Fahrzeugräder 10 des eingesetzten Kraftfahrzeuges 9 und ferner Aggregate zur Beeinflussung der Radauflageeinheiten für die Bildung vorgegebener Simulationszustände auf. Eine weitere Hauptkomponente stellt ferner die sich am Tragrahmen 2 bzw. an der Bodenplatte 4 abstützende und am Fahrzeug 9 angreifende, insgesamt mit 12, 12′ bezeichnete Fahrzeugfesselung dar.

Jedem Fahrzeugrad 10 ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Radauflageeinheit 7 bzw. 7′ zugeordnet. Die Einheiten 7, 7′ weisen einen untereinander gleichen Aufbau auf, wobei jedoch nur die hinteren Radauflageeinheiten 7′ angetrieben werden. Außerdem sind die Einheiten 7 bzw. 7′ gebildet durch je zwei um zueinander parallele Achsen 19 drehbar an einem Lagerrahmen 15 in einem Abstand voneinander aufgenommene Trommeln 18, die gemeinsam von einem endlosen Metallband 20 für die Auflage der Fahrzeugräder 10 umschlungen sind.

Für den Bereich der Radauflage mit der entsprechenden Radaufstandsfläche ist unterhalb der Aufstandsfläche zur Vermeidung der Beanspruchung des Bandes 20 durch die vertikal gerichteten Radlasten ein Traglager 21 angeordnet. Die Radauflageeinheiten 7 bzw. 7′ werden angetrieben durch Elektromotore über Gelenkwellen, wobei die Gelenkwellen mit einem Längenausgleich für die freie Bewegungsmöglichkeit des Kraftfahrzeugs in Richtung der µ-Achse versehen sind. Der Antrieb erfolgt auf die Trommeln 18 der hinteren Einheiten 7′.

Die gezeigte Ausführung ist eine aktive Schwerpunktfesselung, die aus zwei identisch aufgebauten Einheiten 12 bzw. 12′ besteht, die das zu testende Fahrzeug auf den Bandeinheiten 12, 12′ und gleichzeitig das Fahrzeug in allen seinen Bewegungsmöglichkeiten frei schwingen lassen.

Die vorgesehenen Freiheitsgrade schließen ein

- Nickbewegungen,
- Wankbewegungen,
- Gierbewegungen,
- Längsbewegungen,
- Querbewegungen und
- Vertikalbewegungen.

Außerdem werden die im Falle von längs- und querdynamischen Tests zwischen Reifen- und Bandeinheiten 7, 7′ erzeugten statischen Längs- bzw. Querkräfte aufgenommen und greifen als Widerstandskräfte bzw. als Fliehkräfte scheinbar im Kraftfahrzeug-Schwerpunkt S an.

Die Schwerpunktfesselung ist gebildet aus einer mechanisch arbeitenden oberen und unteren Fesseleinrichtung 31, 31′.

Ferner enthält die obere bzw. untere Fesseleinrichtung 31 bzw. 31′ Regelkreise 60, 60′ zur Regelung der Fahrzeug-x-Achse (Fig. 3) bzw. Regelkreisen 61, 61′ zur Regelung der Fahrzeug-y-Achse (Fig. 4).

Jeder der Fesseleinheiten 31 bzw. 31′ weist einen als Biegestab ausgeführten Führungsstift 34 bzw. 34′ auf, der jeweils über Kugelgelenke 35 bzw. 35′ am oberen bzw. unteren Adapterrahmen 13 bzw. 13′ oberhalb bzw. unterhalb des Fahrzeuges 9 fixiert ist.

Die Längsachsen der Führungsstifte 34 bzw. 34′ sind im Ruhezustand des zu testenden Fahrzeuges 9 zueinander koaxial und fallen mit der vertikalen Schwerpunktachse zusammen.

Die Führungsstifte 34 bzw. 34′ sind mittels einer Kreuzschlittenanordnung 30 bzw. 30′ einer Linearführung in x-Richtung bzw. y-Richtung verfahrbar. Dazu weist jede der Schlittenanordnungen rechtwinklig zueinander verfahrbare Führungsschlitten 36, 40 bzw. 36′, 40′ auf, wobei die Führungsschlitten 36, 36′ über eine Antriebsspindel 38, 38′ über Stellmotore 37, 37′ in x-Richtung (Fig. 3) und die Führungsschlitten 40, 40′ über eine Antriebsspindel 42, 42′ und zugehörige Stellmotore 41 bzw. 41′ in y-Richtung (Fig. 4) verfahrbar sind.

Die obere Fesseleinheit 31 weist für die aktive Schwerpunkt- Regelung um die x-Achse den Kraftmeßsensor 70 am Führungsstift 34 auf, wobei die gemessenen Kräfte Fx_o zur Bildung des Stellsignals Fx_o* dienen. Desgleichen weist die untere Fesseleinrichtung 31′ für die Schwerpunkt-Fesselung den Kraftmeßsensor 70′ am Führungsstift 34′ auf, wobei die gemessenen Kräfte Fx_u zur Bildung des Stellsignals Fx_u* dienen.

Ein Signalgeber 71 der oberen Einheit 31 nimmt die Ist-Stellung x_o des Führungsschlittens 37 auf, während der Signalgeber 71′ der unteren Einheit 31′ die Ist-Stellung x_u des Führungsschlitten 37′ aufnimmt.

Das vom Signalgeber 71 des Schlittens 36 der oberen Einheit 31 ausgehende Stellsignal liegt über einen Totzonenregler 74 und einen Vergleicher 76 am Stellmotor 37 an.

Das vom Signalgeber 71′ des Schlittens 36′ der unteren Einheit 31′ ausgehende Stellsignal liegt über den Totzonenregler 74′ und einen Vergleicher 76′ am Stellmotor 37′ an.

Die über den Totzonenregler gehenden Stellsignale besitzen höchste Priorität, bezüglich des Kraftangriffs. Die Totzonenbegrenzung ist jedoch im Normalfall, das heißt, wenn ein Überschreiten des zulässigen Arbeitsbereiches der Einrichtung nicht vorliegt, nicht wirksam.

Über dem Stellmotor 37 bzw. 37′ bzw. das von diesem angetriebene Mutterteil wird die Spindel 38 bzw. 38′ und damit der Schlitten 36 bzw. 36′ nachgeführt.

Ferner liegen die Stellsignale Fx_o* bzw. Fx_u* der oberen bzw. unteren Einheit 31 bzw. 31′ über Hochpaßfilter 75 bzw. 75′ und die Vergleicher 76 bzw. 76′ direkt am Stellmotor 37 bzw. 37′ an. Damit wird die Kraftfreiheit der Schwerpunktfesselung für dynamische Fahrzeugbewegungen bewirkt.

Während der Signalgeber 71 der oberen Einheit 31 über einen Vergleicher und einen Nickmomenten-Regler 72 am Stellmotor 37 der oberen Einheit 31 liegt, steuert der Signalgeber 71′ der unteren Einheit 31′ über einen Positionsregler 72′ den Stellmotor 37′ in bezug auf die x-Achse an.

Somit sind bei der unteren Einheit 31′ Positionssignale Fx_u der Schlittenauslenkung und bei der oberen Einheit 31 Momenten-Signale wirksam.

Diese Funktionen besitzen aufgrund des Integralanteils für statische Zustände den stärksten Durchgriff, so daß sowohl Momentenfreiheit erreicht, als auch ein Abdriften der Schwerpunktfesselung verhindert ist.

Die obere Fesseleinheit 31 weist für die Schwerpunktregelung um die y-Achse (4) dem Kraftmeßsensor 80 am Führungsstift 33 auf, wobei die gemessenen Kräfte Fy_o zur Bildung des Stellsignals Fy_o* dienen. Desgleichen weist die untere Fesseleinheit 31′ für die Schwerpunktfesselung um die y-Achse einen Kraftmeßsensor 80′ am Führungsstift 33′ auf und die durch den Sensor gemessenen Kräfte Fy_u dienen zur Bildung der Steuersignale Fy_u*. Ein Signalgeber 81 der oberen Einheit 31 nimmt die Ist-Stellung y_o des Führungsschlittens 40 auf, während der Signalgeber 81′ der unteren Einheit 31′ die Ist-Stellung y_u des Führungsschlittens 40′ aufnimmt.

Das vom Signalgeber 81 des Schlittens 40 der oberen Einheit 31 ausgehende Stellsignal liegt über ein Totzonenregler 84 und einen Vergleicher 86 am Stellmotor 41.

Das vom Signalgeber 81′ des Schlittens 40′ der unteren Einheit 31′ ausgehende Stellsignal liegt über den Totzonenregler 84′ und einen Vergleicher 86′ am Stellmotor 41′ an. Die über die Totzone gehenden Stellsignale besitzen höchste Priorität, bezüglich des Kraftangriffs. Die Totzonenbegrenzung ist jedoch im Normalfall, das heißt, wenn ein Überschreiten des zulässigen Arbeitsbereiches nicht vorliegt, nicht wirksam.

Über den Stellmotor 41 bzw. 41′ bzw. die von diesem angetriebene Spindel 42 bzw. 42′ wird der Schlitten 40 bis 40′ verstellt.

Ferner liegen die Signale Fy_o* bzw. Fy_u* der oberen bzw. unteren Einheit 31 bzw. 31′ über Hochpaßfilter 85 bzw. 85′ und die Vergleicher 86 bzw. 86′ direkt am Stellmotor 41 bzw. 41′ an. Damit wird die Kraftfreiheit der Schwerpunktfesselung für dynamische Fahrzeugbewegungen bewirkt.

Während der Signalgeber 80 der oberen Einheit 31 und der Signalgeber 80′ der unteren Einheit 31′ über einen Vergleicher und einen Wankmomenten-Regler 82 am Stellmotor 41 der oberen Einheit 31 anliegt, steuert der Signalgeber 81′ der unteren Einheit 31′ über einen Positionsregler 82′ den Stellmotor 41′ in bezug auf die y-Achse. Somit sind bei der unteren Einheit 31′ Positionssignale Fy_u* der Schlittenbewegung und bei der oberen Einheit 31 Momentensignale wirksam. Diese Funktionen besitzen aufgrund des Integralanteils für statische Zustände den stärksten Durchgriff, so daß sowohl Momentenfreiheit erreicht, als auch ein Wegdriften der Schwerpunktfesselung verhindert wird.

Claims

1. Einrichtung zur Fesselung von Testobjekten in einem vorgegebenen Fesselpunkt, insbesondere für einen stationären Straßen-Simulations-Prüfstand für Kraftfahrzeuge,

- wobei das Testobjekt (9) außer in einem Fesselpunkt der Fesselung in seinen übrigen Freiheitsgraden entsprechend Seiten-, Quer- und Vertikalbewegungen, sowie Nick- bzw. Rollbewegungen uneingeschränkt beweglich bleibt,
- wobei zur statischen Fesselung des Testobjekts (9) in seinem Schwerpunkt (S) ein oder mehrere mechanische Fesselelemente (12, 12′) vorgesehen sind, mittels denen auftretende statische Längskräfte (Fx_o; Fx_u) bzw. Querkräfte (Fy_o; Fy_u) aufgenommen werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fesselelemente (12, 12′) erdseitig beweglich angelenkt und jeweils mit einer aktiv auf die erdfeste Anlenkung bzw. Fesselung einwirkende Regeleinrichtung (60, 60′; 61, 61′) versehen sind, die entsprechend den ermittelten Längs- bzw. Querkräften die Fesselelemente (12, 12′) in der Weise beeinflussen, daß die Fesselelemente scheinbar ständig im Schwerpunkt (S) des Testobjekts (9) angreifen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere und eine untere, oberhalb bzw. unterhalb des Testobjekts (9) angreifende Einheit (12, 12′; 31, 31′) mechanisch arbeitender Fesselelemente (32, 32′; 33, 34; 33′, 34′) vorgesehen ist und daß den mechanisch arbeitenden Fesselelementen jeweils Kraftmeßsensoren (70, 70′; 80, 80′) und Wegmeßsensoren (71, 71′; 81, 81′) von Regeleinrichtungen (60, 60′; 61, 61′) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch arbeitenden Verstelleinheiten (12, 12′) kardanisch an Kreuzschlittenführungen (31, 31′) gelagert sind, wobei die Führungen (31, 31′) mittels der Regeleinheiten (60, 60′; 61, 61′) über Antriebsmittel (38, 38′; 37, 37′; 41, 41′; 42, 42′) ansteuerbar sind.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb bzw. unterhalb am Testobjekt (9) angreifenden Fesseleinrichtungen durch an den Führungsschlitten (36, 36′; 40, 40′) eingespannte Biegestifte (33, 34; 33, 34′) und an diesen angeordneten Kraftmeßsensoren (70, 70′; 80, 80′) (Dehnungsmeßgliedern) gebildet sind.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch arbeitenden Fesselungseinrichtungen (31, 31′) und die zugehörigen Regeleinrichtungen (60, 60′; 61, 61′) aus baugleichen Elementen bestehen.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fesseleinheiten (12, 12′) oberhalb bzw. unterhalb am Testobjekt (9) ansetzbare Adapterrahmen (13, 13′) für den Angriff der Fesselglieder (33, 34; 33′, 34′) und Gegenglieder (32, 32′; 35, 35′) aufweisen.

7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schlittenführungen (30, 30′) eingespannten Biegestifte (33, 34; 33′, 34′) eine Lagerung aufweisen, die eine freie Vertikalbewegung des Testobjekts (9) zulassen.