WO2024064982A1 - Lenkkraftmodul für einen antriebsstrangprüfstand - Google Patents

Lenkkraftmodul für einen antriebsstrangprüfstand Download PDF

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WO2024064982A1
WO2024064982A1 PCT/AT2023/060333 AT2023060333W WO2024064982A1 WO 2024064982 A1 WO2024064982 A1 WO 2024064982A1 AT 2023060333 W AT2023060333 W AT 2023060333W WO 2024064982 A1 WO2024064982 A1 WO 2024064982A1
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WO
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steering
drive train
force
tie rod
test bench
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PCT/AT2023/060333
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English (en)
French (fr)
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Tobias DÜSER
Rolf Hettel
Benedict JÄGER
Markus SCHÖLLAUF
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AVL List GmbH
AVL Ditest Austria GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
AVL Ditest Austria GmbH
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/027—Test-benches with force-applying means, e.g. loading of drive shafts along several directions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G—PHYSICS
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/06—Steering behaviour; Rolling behaviour

Definitions

  • the invention relates to a steering force module for use on a drive train test bench for a drive train of a vehicle with at least one steerable wheel suspension and a steering system, wherein the steering force module is designed to generate a steering counterforce that counteracts a steering force that can be exerted by the steering system on a tie rod of the steering system.
  • the invention further relates to a drive train test bench, a use of the drive train test bench and a method for operating a drive train test bench.
  • Drive train test benches are well known in the state of the art and are used to carry out test runs with drive trains of mostly multi-track vehicles. Either just the drive train can be set up on the test bench or an entire vehicle with drive train can be set up. In both cases, the original wheels have been removed from the wheel suspensions, so that only the wheel suspension or at least a part of the wheel suspension relating to the drive is present.
  • a number of load machines for example in the form of asynchronous machines, are provided on the drive train test bench.
  • the available loading machines can be controlled by a control unit in order to carry out desired test runs, e.g. a legally required test run or a desired, definable speed-torque curve.
  • the loading machines are fixed to the test bench, for example bolted to a foundation.
  • the loading machines can be connected to the available wheel suspensions via connecting shafts, usually in a form-fitting manner.
  • the connecting shaft can be connected to a wheel hub of the wheel suspension, which is rotatably mounted in a steering knuckle of the wheel suspension by means of a wheel bearing.
  • the wheel hub can in turn be connected to a drive shaft of the drive train.
  • suitable bearing blocks can also be provided between the drive train and the loading machine to support the connecting shaft and/or the wheel suspension.
  • a steerable wheel suspension of a steered axle is connected to a load machine, then the wheel suspension is usually fixed in the neutral position (straight position). This means that no steering movement is possible on the test bench. Steering functions therefore generally cannot be tested on a conventional powertrain test bench. However, it may be desirable to also test certain steering functions on a powertrain test bench. However, the test bench naturally lacks the reaction forces that act on the drive train during real driving on the road, for example a restoring force that acts on the steered wheels when cornering.
  • the object is achieved with the steering force module mentioned at the outset in that the steering force module has a force transmission unit with an outer part and an inner part which can be rotated about an axis of rotation relative to the outer part, the inner part being rotatably connected to a rotatable part of the wheel suspension, at least a section of the Outer part is movable in at least one additional degree of freedom of movement relative to the inner part, wherein on the movable section of the outer part an attachment point is provided for attaching a tie rod end of the tie rod that is detached from the wheel suspension of the vehicle and wherein the steering force module has at least one force generation unit for generating the steering counterforce, wherein the force generation unit has a fixed part and a moving part that is movable relative thereto, the fixed part being at a fixed assembly point of the Drive train test bench or at a drive train-fixed or vehicle-fixed assembly point and the moving part is connected at a connection point to the movable section of the outer part of the power transmission unit, the steering counter
  • the movable section of the outer part preferably covers the entire outer part. This can increase stability and simplify the construction.
  • the at least one additional degree of freedom of movement has at least one rotational degree of freedom of movement, preferably at least two rotational degrees of freedom of movement, or at least one translational degree of freedom of movement.
  • the at least one rotational degree of freedom of movement can be formed by a swivel joint or a ball joint.
  • the at least one translational degree of freedom of movement can be formed by a linear guide.
  • the steering force module comprises a test rim, wherein the movable section of the outer part is connected in an articulated manner to the test rim, with a tire preferably being mounted on the test rim.
  • the steering force module can be used on the drive train test bench mentioned at the beginning, whereby the original test wheel can be replaced by the test rim according to the invention including tires.
  • the design is advantageous because the real wheel contact forces take effect.
  • the power transmission unit has a swash plate, the inner part of the power transmission unit being formed by an inner ring of the swash plate and the outer part of the power transmission unit being formed by an outer ring of the swash plate, the outer ring being able to pivot around the inner ring in a swash plate movement.
  • the outer ring of the swash plate can preferably be connected to the inner ring by means of a self-aligning bearing. This creates a simple and robust design with three rotational degrees of freedom of movement. This means that the steering power module can be used very flexibly.
  • the force generating unit is preferably designed as an active force generating unit, which has at least one electrically controllable actuator, or it is designed as a passive force generating unit, which has at least one suspension unit and/or at least one damping unit.
  • An active force generating unit enables a very variable and precise generation of the steering counterforce.
  • a passive On the other hand, the power generation unit allows for a very simple design that does not require an external power supply.
  • the at least one electrically controllable actuator of the active force generation unit preferably comprises a linear actuator, wherein the linear actuator preferably has one of the following actuators: linear motor, pneumatic cylinder, hydraulic cylinder, electric motor with gear. This means that known and reliable actuators can be used to generate the steering counterforce.
  • the suspension device can have a linear, progressive or degressive spring characteristic.
  • the suspension device can have an adjustment device for changing a suspension characteristic.
  • the suspension device preferably has at least one of the following springs: bending spring, torsion spring, air spring, rubber spring, gas pressure spring.
  • the damping device can, for example, have an adjustment device for adjusting a damping characteristic.
  • the damping device advantageously has at least one of the following dampers: friction damper, hydraulic damper, rubber damper.
  • the passive force generation unit can advantageously have a compression stage and/or a rebound stage. This allows the desired direction of action of the steering counterforce to be determined. If compression and rebound are provided, the steering counterforce can be generated in both directions.
  • the rotating part of the wheel suspension to which the inner part of the power transmission unit can be connected in a rotationally fixed manner, is preferably a drive shaft or a wheel hub. This enables flexible mounting of the steering power module on the wheel suspension.
  • the moving part of the at least one force generating unit is preferably connected in an articulated manner to the movable section of the outer part at the connection point.
  • the fixed part of the at least one force generating unit can be connected in an articulated manner to the stationary component of the drive train test bench at the mounting point and/or if the fastening point is designed for the articulated fastening of the tie rod end of the tie rod.
  • connection point of the moving part on the moving section of the outer part is adjustable and/or if a position of the attachment point for the tie rod end on the moving section of the outer part is adjustable.
  • the connection point of the moving part and the fastening point for the tie rod end are preferably arranged on opposite end faces of the movable section of the outer part (with respect to the axis of rotation).
  • the connection point of the moving part and the fastening point for the tie rod end can also be arranged at different locations in the radial direction and/or in the circumferential direction with respect to the axis of rotation.
  • the steering force module according to the invention is preferably used on a drive train test bench for a drive train of a vehicle with at least one steerable wheel suspension, wherein at least one loading machine is provided on the drive train test bench for applying a drive or loading torque to a drive shaft of the wheel suspension of the drive train and wherein a control unit is provided for controlling the loading machine.
  • the control unit is preferably designed to control the at least one actuator of the active force generating unit to generate the steering counterforce. This provides a drive train test bench on which a steering counterforce can be generated in a simple manner.
  • the drive train test bench is preferably designed for a drive train of a multi-track vehicle with at least one steered drive axle with two steerable wheel suspensions, the steering force module being provided for at least one of the two steerable wheel suspensions.
  • a steering force module is preferably provided for each of the two steerable wheel suspensions.
  • a simulation unit for simulating the steering counterforce is provided on the drive train test bench and the control unit is designed to control the at least one actuator of the active force generation unit depending on a target steering counterforce determined by the simulation unit. This means that a desired steering counterforce can be simulated on the test bench, which enables a very good representation of real driving.
  • a detection device for detecting a measurement variable representative of an actual steering counterforce can also be provided on the drive train test bench, and the control unit can have a controller which is designed to determine a control variable from the target steering counterforce determined by the simulation unit and the measurement variable detected by the detection device.
  • the control unit is preferably designed to connect the at least one actuator of the active force generation unit to the determined control variable. This allows a desired steering counterforce to be regulated.
  • the task is further solved with a method according to claim 20.
  • Fig.1 an exemplary drive train test bench with a built-up drive train of a vehicle
  • FIG. 2a shows a steering force module according to the invention in an exemplary embodiment with an active force generation unit
  • Fig.2b shows a section of the steering force module according to the invention in an exemplary embodiment with a passive force generating unit.
  • a schematic drive train test bench 1 is shown in a view from above.
  • the drive train test bench 1 shown is designed for use with a drive train 3 of a two-axle and two-track vehicle 2.
  • the drive train test stand 1 could of course also be designed for testing drive trains 3 with more than two axles or for testing a part of a drive train 3, such as a single wheel suspension.
  • the drive train 3 shown in Fig.1 is designed as an example as a drive train 3 of a vehicle 2 with a driven front axle VA and front axle steering.
  • the drive train 3 thus has a driven front axle VA with two steerable wheel suspensions 4 and a non-driven rear axle HA with two non-driven and non-steerable wheel suspensions 4.
  • this is only an example and the drive train 3 could also have, for example, a non-driven front axle VA with steerable wheel suspensions 4 and a driven rear axle HA with non-steerable wheel suspensions 4.
  • An all-wheel drive train 3 and all-wheel steering would of course also be conceivable.
  • the drive train 3 here has a drive unit 5, e.g. a combustion engine or electric motor, which drives the driven front axle VA via a suitable transmission 6.
  • a differential gear 7 is also provided on the front axle VA, which is connected to the wheel suspensions 4 via drive shafts 8 in order to increase the drive power.
  • the wheel suspensions 4 can, for example, each have a steering knuckle 9 on which a wheel hub (not shown) is rotatably mounted by means of a wheel bearing.
  • the drive train 3 also has a steering system 10 for the steered front axle VA.
  • the steering system 10 includes a steering wheel 11, which is connected to a steering gear 13 via a steering linkage 12.
  • the steering gear 13 is in turn connected to the wheel suspensions 4 of the front axle VA via two tie rods 14, in particular with articulation points provided for this purpose on the steering knuckles 9.
  • a steering force FL can be transmitted to the tie rods 14 via the steering system 10, whereby the steering knuckles 9 can be deflected .
  • the design of the drive train 3 is of course only to be understood as an example and is simplified.
  • another steering system 10 would also be possible, which, for example, has no mechanical connection between the steering wheel 11 and the steering gear 12 (so-called steer-by-wire).
  • the steering system 10 does not necessarily have to have a steering wheel 11 and a steering linkage 12.
  • the steering force FL could be generated, for example, via a steering actuator (not shown) of the steering gear 13.
  • a loading machine 15 is provided for each wheel suspension 4 for applying a drive or loading torque.
  • the loading machine 15 can have a suitable electrical machine such as an asynchronous machine in a known manner.
  • a loading machine 15 can be connected to the respective wheel suspension 4 in a rotationally fixed manner by means of a connecting shaft 16 in order to transmit the torque provided by the loading machines 15 to the drive shafts 8 of the wheel suspension 4.
  • the connecting shafts 16 can be connected, preferably in a form-fitting manner, to the wheel suspensions 4, in particular to the wheel hub, for example via a screw flange.
  • the wheel hubs are connected to the drive shaft 8.
  • suitable bearing blocks can also be provided to support the connecting shaft 16 or the wheel suspension 4.
  • test wheel can be replaced, for example, by a test wheel PR according to the invention, which is indicated in dashed lines in Fig. 2a and is described in more detail below. This allows the wheel contact force to continue to appear realistic.
  • a control unit 17 is also provided on the drive train test bench 1, which is designed to control the loading machines 11 to carry out a test run.
  • the control unit 17 can have suitable hardware and/or software.
  • the control unit 17 can be used to predetermine a desired test run in order to simulate certain driving conditions of the drive train 3.
  • the test run can be specified, for example, in the form of a temporal progression of setpoint values SW, e.g. setpoint speed or setpoint torque.
  • a suitable control device can also be provided to regulate the setpoint values SW.
  • the test run can be used to simulate desired resistances that act on the drive train 3 during real driving, for example inclines or declines of a road or twists.
  • a steering force module 18 (not shown in Fig. 1) is provided according to the invention, which is described in detail below with reference to Fig. 2a + 2b.
  • Fig. 2a shows a section of the drive train test bench 1 in the area of the left front wheel suspension 4.
  • the loading machine 15 and part of the connecting shaft 16 are shown cut off.
  • a part of the drive shaft 8 of the drive train 3 and a part of the steering gear 13 are also shown cut off.
  • a steering force module 18 according to the invention is provided on the wheel suspension 4 in an exemplary embodiment.
  • the steering force module 18 is designed to generate a steering counterforce FG that counteracts the steering force FL that can be exerted on a tie rod 14 by the steering system 10.
  • the steering force module 18 has a force transmission unit 19 with an outer part 19a and an inner part 19b which is rotatable relative to the outer part 19a about an axis of rotation DA.
  • the inner part 19b is connected in a rotationally fixed manner to a rotatable part of a wheel suspension 4 and can rotate with it, while the outer part 19a is stationary (in the direction of rotation).
  • the original steering knuckle 9 including the wheel hub of the wheel suspension 4 is removed and replaced by the power transmission unit 19.
  • the inner part 19b thus essentially replaces the wheel hub.
  • the inner part 19b is connected to the axial end face
  • Connecting shaft 16 of the loading unit 15 is connected and connected to the drive shaft 8 on the opposite end face.
  • the connecting shaft 16 can, for example, be screwed to the inner part 19b via a suitable flange 16b.
  • the drive shaft 8 can be connected to the inner part 19b via a suitable shaft-hub connection, for example via a toothing.
  • the embodiment shown is only an example and the inner part 19b could, for example, also be connected directly to the drive shaft 8 or the original wheel hub, so that if necessary only the steering knuckle 9 has to be removed and the original wheel hub can continue to be used.
  • At least a portion of the outer part 19a is movable relative to the inner part 19b in at least one additional degree of freedom of movement (in addition to rotation about the rotation axis DA).
  • This at least one additional degree of freedom of movement can, for example, have at least one rotational degree of freedom of movement or at least one translational degree of freedom of movement.
  • the at least one rotational degree of freedom of movement can be realized, for example, by a swivel joint or a ball joint.
  • the at least one translational degree of freedom of movement can be realized, for example, by a linear guide.
  • the at least one additional degree of freedom of movement is selected so that the movable section of the outer part 19a can follow a deflection of the tie rod 14.
  • the movable section of the outer part 19a includes the entire outer part 19a and the at least one additional degree of freedom of movement includes two rotational degrees of freedom of movement.
  • the force transmission unit 19 is thus designed as a type of swash plate, with the inner part 19b of the force transmission unit 19 being formed by an inner ring of the swash plate and the outer part 19a of the force transmission unit 19 being formed by an outer ring of the swash plate.
  • the outer ring 19a can thus be pivoted in a wobbling movement around the inner ring 19b.
  • the outer ring 19a therefore has a first rotational degree of freedom of movement relative to the inner ring 19b, in that the inner ring 19b is rotatable about the axis of rotation DA relative to the outer ring 19a.
  • the axis of rotation DA also corresponds to the common axis of rotation of the connecting shaft 16 and the drive shaft 8 and runs here in the X direction.
  • the second rotational degree of freedom of movement corresponds to a rotation of the outer ring 19a about the Y-axis and the third second rotational degree of freedom of movement corresponds to a rotation of the outer ring 19a about the Z-axis. This means that the outer ring 19a can be rotated around a pivot point DP around all three axes X, Y, Z.
  • the outer ring 19a can be connected to the inner ring 19b, for example by means of a self-aligning bearing 26.
  • the self-aligning bearing 26 can be, for example, a self-aligning ball bearing or a self-aligning roller bearing, such as shown as an example in Fig.2. While unrestricted rotation around the X-axis is possible, the other two rotational degrees of freedom are restricted, so that only a limited angle of deflection is possible.
  • the second and third rotational degrees of freedom in this design are not restricted to rotation around the Y-axis and rotation around the Z-axis, but that essentially rotation around any axis in the YZ plane is possible, analogous to a ball joint.
  • the second and third rotational degrees of freedom of movement could also be implemented, for example, by a universal joint.
  • the outer ring 19a could be connected to an intermediate ring via a first rotary joint, for example, and the intermediate ring could be connected to the inner ring 19b via a second rotary joint, with the axes of rotation of the two rotary joints being perpendicular to one another.
  • the axis of rotation of the first rotary joint could run in the Y direction and the axis of rotation of the second rotary joint in the Z direction. In this case, the rotation would be limited to the Y axis and Z axis.
  • a fastening point BP is also provided for fastening a tie rod end 14a of the tie rod 14, which is detached from the wheel suspension 4.
  • the outer ring of the swash plate forms the movable section of the outer part 19a.
  • the fastening point BP is located with respect to the axis of rotation DA on an end face of the outer ring facing the tie rod 14.
  • test wheel PR in which the power transmission unit 19 is integrated.
  • the movable outer part 19a of the power transmission unit 19 is connected to the test rim PF in an articulated manner, for example by means of a suitable bearing 27.
  • the outer part 19a can be pivoted relative to the inner part 19b on the one hand and relative to the test rim PF on the other.
  • a tire R is preferably arranged on the test rim PF, via which the test wheel PR is supported on the floor of the test bench.
  • the connecting shaft 16 in this embodiment is guided centrally through the test rim and connected to the drive shaft 8.
  • the bearing 27 is only schematically indicated in Fig.2a and can be designed as a joint bearing, for example.
  • the test rim PF (including tire R) is stationary and the connecting shaft 16 and the drive shaft 8 rotate relative to the test rim PF and also relative to the movable outer part 19a of the power transmission unit. 19.
  • the outer part 19a can additionally be pivoted relative to the test rim PF and relative to the inner part 19b.
  • the steering force module 18 also has at least one force generating unit 20 for generating the steering counterforce FG.
  • the force generating unit 20 has a fixed part 21 and a moving part 22 that is movable relative thereto.
  • the fixed part 21 is connected here to a stationary mounting point MP of the drive train test bench 1.
  • the stationary mounting point MP of the drive train test bench 1 can be arranged, for example, on a console provided for this purpose on a suitable stationary structure of the drive train test bench 1.
  • the connection is preferably designed to be detachable, e.g. by means of a screw connection.
  • a variable position of the stationary mounting point MP on the drive train test bench 1 can also be advantageous in order to be able to change the position of the fixed part 21.
  • the fixed part 21 is in any case fixed in place again, e.g. by tightening the screws.
  • the moving part 22 of the force generating unit 20 is connected at a connection point VP to the movable section of the outer part 19a, which is formed here by the outer ring of the swash plate.
  • the connection point VP lies with respect to the axis of rotation DA on an end face of the movable section of the outer part 19a, here the outer ring of the swash plate, opposite the attachment point BP for the tie rod head 14a.
  • the steering counterforce FG generated by the at least one force generating unit 20 can thus be transmitted to the tie rod 14 via the moving part 22 and the movable section of the outer part 19a, so that the steering counterforce FG counteracts the steering force FL transmitted from the steering system 10 to the tie rod 14.
  • connection point VP of the moving part 22 and the attachment point BP for the tie rod head 14a could of course also be arranged at different locations in the radial direction and/or in the circumferential direction with respect to the axis of rotation DA or the pivot point DP.
  • the fixed part 21 could also be connected to a drive train-fixed mounting point MP' of the drive train 3 or to a vehicle-fixed mounting point MP' if an entire vehicle 2 is used as a test object.
  • the mounting point MP' could, for example, be arranged at a suitable position on the underbody of a body of the vehicle 2 and the fixed part 21 of the force generation unit 20 (indicated by dashed lines) could, for example, be screwed to the underbody.
  • the connection point VP' could also be arranged on the same front side of the outer ring as the fastening point BP for the tie rod 14, for example diametrically opposite the fastening point BP with respect to the axis of rotation DA.
  • a radial distance between the connection point VP' and the axis of rotation DA or the pivot point DP could in this case serve as a lever arm for transmitting the steering counterforce FG to the tie rod 14.
  • the at least one force generation unit 20 is designed as an active force generation unit and includes an electrically controllable actuator.
  • the actuator is designed here in particular as a linear actuator, the moving part 22 of which can be moved translationally relative to the fixed part 21.
  • the linear actuator can include, for example, an electric linear motor, a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder or an electric motor with a gear (servo motor). In principle, however, other suitable actuators would also be conceivable, for example a rotary electric motor that acts via a lever arm as a moving part 22 that acts on the connection point VP.
  • the actuator can be controlled by a control unit, in particular by the control unit 17 of the test bench 1, as will be described further below.
  • the force generating unit 20 can also be designed as a passive force generating unit and have at least one suspension unit F and/or at least one damping unit D.
  • the passive force generating unit 20 has both a suspension unit F and a damping unit D as an example only.
  • the suspension unit F and the damping unit D are shown schematically and can be designed in a suitable manner to generate the desired steering counterforce FG.
  • the passive force generating unit 20 does not require control by a control unit; instead, the steering counterforce FG is essentially a reaction force that results from the structural design of the suspension unit F or the damping unit D.
  • the suspension device F can, for example, have a linear, progressive or degressive spring characteristic. Alternatively or additionally, the suspension device F could also have an adjustment device (not shown) for changing a suspension characteristic.
  • the suspension device F can essentially have any suitable spring, for example at least one of the following types of springs: bending spring, torsion spring, air spring, rubber spring, gas pressure spring.
  • the damping device D can also have an adjustment device for adjusting a damping characteristic.
  • the damping device D can also have any suitable damper, for example one of the following dampers: friction damper, hydraulic damper, rubber damper.
  • the passive force generation unit has a compression stage and/or a rebound stage, preferably both.
  • the fixed part 21 of the at least one force generating unit 20 can also be connected or connectable in an articulated manner to the stationary component of the drive train test bench 1 at the assembly point MP.
  • the fastening point BP can also be designed for the articulated fastening of the tie rod end 14a of the tie rod 14.
  • the expert can select a suitable structural design of the articulated connection, e.g. swivel joint, ball joint or the like.
  • connection point VP of the moving part 22 on the movable section of the outer part 19a is adjustable and/or if a position of the fastening point BP for the tie rod end 14a on the movable section of the outer part 19a is adjustable.
  • the control unit 17 is preferably designed not only to control the loading machines 15 (and any other functions of the test bench), but also to control the at least one actuator the active force generation unit to generate the steering counterforce FG.
  • a separate control unit could also be provided for controlling the at least one actuator of the active force generation unit, which can be part of the steering force module 18, for example.
  • the steering force module 18 could, for example, be operated independently of the remaining functions of the drive train test bench 1.
  • the separate control unit could also be connected to the control unit 17 of the drive train test bench 1 via a suitable communication connection, so that the steering counterforce FG can be controlled via the control unit 17 of the drive train test bench 1.
  • a simulation unit 23 can also be provided for simulating the steering counterforce FG and the control unit 17 can be designed to control the at least one actuator of the active force generation unit depending on one of the simulation unit
  • a detection device 24 can also be provided for detecting a measured variable M representative of an actual steering counterforce FGJst and the control unit 17 can have a controller 25 which is designed to use the target steering counterforce FG_soll determined by the simulation unit 23 and the to determine a manipulated variable X recorded by the detection device 24.
  • the control unit 23 can then control the at least one actuator of the active force generation unit with the determined manipulated variable X head for.
  • a control loop for regulating a specific steering counterforce FG can be implemented. Any suitable controller can be used as controller 25, for example PI controller or PID controller, etc.
  • a second, preferably identically designed, steering force module 18 could of course also be provided for the right wheel suspension (not shown) of the front axle VA.
  • the right tie rod 14 of the steering gear 13 would be connected to the attachment point BP of the second (not shown) steering force module 18.
  • a steering counterforce FG can be exerted on the steering system 10 on both sides. If necessary, different steering counterforces FG can of course be generated on both sides, for example at the same time, in order to be able to reproduce reality as well as possible.
  • the (not shown) tie rod 14 of the right front wheel suspension 4 could, for example, only be detached from the steering knuckle 9 and remain in the detached state.
  • the common steering counterforce FG for both sides could only be generated by the steering force module 18 on the left side.
  • a drive train 3 with at least one steerable wheel suspension 4 and with a steering system 10 (or an entire vehicle 2 with drive train 3) is set up in a suitable manner on the test bench 1.
  • the tie rod head 14a of the tie rod 14 of the steering gear 13 of the steering system 10 is then detached from the wheel suspension 4, in particular from the steering knuckle 9, and the steering knuckle 9, possibly including the rotatable wheel hub, is removed from the wheel suspension 4.
  • the inner part 19b of the power transmission unit 19 of the steering force module 18 is then connected in a rotationally fixed manner to a rotatable part of the wheel suspension 4 and the loading machine 15 is connected directly or indirectly to the drive shaft 8 of the wheel suspension 4 via the connecting shaft 16.
  • the rotating part of the wheel suspension 4 can, for example, be the drive shaft 8 itself, as shown in Fig.2, but could also be the wheel hub, provided that this was not removed with the steering knuckle 9.
  • the direct connection of the connecting shaft 16 with the drive shaft 8 can mean that the connecting shaft 16 is directly, i.e. without an intermediate component to the drive shaft 8, e.g. via a suitable shaft/hub connection such as a gear.
  • Indirect connection can mean that the connecting shaft 16 is indirectly connected to the drive shaft 8 via a component, for example the wheel hub, e.g. if only the steering knuckle 9 has been removed and the wheel hub remains on the wheel suspension 4.
  • Indirect can also mean that the wheel hub is replaced by the inner part 19b of the power transmission unit 19 and the connecting shaft 16 is connected to the inner part 19b on one axial end face of the inner part 19b and the drive shaft 8 is connected to the opposite end face, as shown in Fig.2.
  • the fixed part 21 of the power generation unit 20 of the steering force module 18 can be connected to a fixed mounting point MP of the drive train test bench 1 or to a drive train-fixed mounting point MP' of the drive train 3 or to a vehicle-fixed mounting point MP' of the vehicle.
  • the fixed part 21 could also be pre-assembled if necessary.
  • the previously loosened tie rod end 14a of the tie rod 14 is attached to the attachment point BP of the movable section of the outer part 19a of the power transmission unit 19 (e.g. the outer ring of the swash plate). This completes the assembly and the test run can begin.
  • a drive or loading torque can be transmitted to the drive shaft 8 with the loading machine 15.
  • a steering force FL can then be exerted on the tie rod 14 and with the at least one (passive or active) force generating unit 20 of the steering force module 18 a steering counterforce FG can be generated, which corresponds to the steering force FL counteracts.
  • an active force generation unit is used, then both the loading machine 15 and the actuator of the active force generation unit can be controlled, for example, via the central control unit 17 of the drive train test bench 1. If only the drive train 3 (i.e.
  • the steering force FL can also be generated, for example, via any existing steering actuator (not shown) of the steering system 10, in particular of the steering gear 13.
  • the steering actuator can, for example, be part of a power steering system and can also be controlled via the control unit 17, for example.

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Abstract

Um auf einem Antriebsstrangprüfstand (1) Reaktionskräfte auf das Lenksystem des zu prüfenden Antriebsstrangs einprägen zu können, ist ein Lenkkraftmodul (18) vorgesehen, das eine Kraftübertragungseinheit (19) mit einem Außenteil (19a) und einem relativ zum Außenteil (19a) um eine Drehachse (DA) drehbaren Innenteil (19b) aufweist, wobei der Innenteil (19b) mit einem drehbaren Teil der Radaufhängung (4) drehfest verbindbar ist, wobei zumindest ein Abschnitt des Außenteils (19a) in zumindest einem zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad relativ zum Innenteil (19b) beweglich ist, wobei am beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) ein Befestigungspunkt (BP) zur Befestigung eines von der Radaufhängung (4) des Fahrzeugs (2) gelösten Spurstangenkopfs (14a) der Spurstange (14) vorgesehen ist und wobei das Lenkkraftmodul (18) zumindest eine Krafterzeugungseinheit (20) zur Erzeugung der Lenkgegenkraft (FG) aufweist, wobei die Krafterzeugungseinheit (20) einen Fixteil (21) und einem relativ dazu beweglichen Bewegeteil (22) aufweist, wobei der Fixteil (21) an einem ortsfesten Montagepunkt (MP) des Antriebsstrangprüfstands (1) oder an einem antriebsstrangfesten oder fahrzeugfesten Montagepunkt (MP') befestigbar ist und der Bewegeteil (22) an einem Verbindungspunkt (VP) mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) der Kraftübertragungseinheit (19) verbunden ist, wobei die Lenkgegenkraft (FG) von der zumindest einen Krafterzeugungseinheit (20) über den Bewegeteil (22) und den beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) auf die Spurstange (14) übertragbar ist.

Description

Lenkkraftmodul für einen Antriebsstrangprüfstand
Die Erfindung betrifft ein Lenkkraftmodul zur Verwendung an einem Antriebsstrangprüfstand für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit zumindest einer lenkbaren Radaufhängung und einem Lenksystem, wobei das Lenkkraftmodul dazu ausgebildet ist, eine, einer vom Lenksystem auf eine Spurstange des Lenksystems ausübbaren Lenkkraft entgegenwirkende, Lenkgegenkraft zu erzeugen. Weiters betrifft die Erfindung einen Antriebsstrangprüfstand, eine Verwendung des Antriebsstrangprüfstands sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangprüfstands.
Antriebsstrangprüfstände sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden zur Durchführung von Prüfläufen mit Antriebssträngen von meist mehrspurigen Fahrzeugen verwendet. Dabei kann entweder lediglich der Antriebsstrang am Prüfstand aufgebaut sein oder es kann auch ein gesamtes Fahrzeug mit Antriebsstrang aufgebaut sein. In beiden Fällen sind die originalen Räder von den Radaufhängungen demontiert, sodass lediglich die Radaufhängung oder zumindest ein den Antrieb betreffender Teil der Radaufhängung vorhanden ist.
Um ein Antriebs- oder Belastungsmoment auf den Antriebsstrang aufzubringen, sind am Antriebsstrangprüfstand eine Anzahl von Belastungsmaschinen, z.B. in Form von Asynchronmaschinen, vorgesehen. Die verfügbaren Belastungsmaschinen können von einer Steuerungseinheit gesteuert werden, um gewünschte Prüfläufe durchzuführen, z.B. einen gesetzlich vorgeschrieben Prüflauf oder einen gewünschten festlegbaren Drehzahl- Drehmomenten-Verlauf.
Die Belastungsmaschinen sind ortsfest am Prüfstand angeordnet, beispielsweise mit einem Fundament verschraubt. Die Belastungsmaschinen können über Verbindungswellen mit den verfügbaren Radaufhängungen, in der Regel formschlüssig, verbunden werden. Beispielsweise kann die Verbindungswelle mit einer Radnabe der Radaufhängung verbunden werden, die mittels eines Radlagers drehbar in einem Achsschenkel der Radaufhängung gelagert ist. Wenn es sich um eine Radaufhängung einer angetriebenen Achse handelt, dann kann die Radnabe wiederum mit einer Antriebswelle des Antriebsstrangs verbunden sein. Ggf. können auch geeignete Lagerböcke zwischen dem Antriebsstrang und der Belastungsmaschine vorgesehen sein, um die Verbindungswelle und/oder die Radaufhängung abzustützen.
Es sind auch Antriebsstrangprüfstände bekannt, bei welchen das originale Rad durch ein spezielles Prüfrad ersetzt wird, das am Boden steht, sodass Radaufstandskräfte wirken. Das Prüfrad steht dabei jedoch in Drehrichtung still und kann auch nicht gelenkt werden. Die Verbindungswelle der Belastungsmaschine kann hierbei durch das Prüfrad hindurchgeführt und mit der Antriebswelle des Antriebsstrangs verbunden werden. Auch solche Antriebsstrangprüfstände sind von der gegenständlichen Erfindung mit umfasst.
Wenn eine lenkbare Radaufhängung einer gelenkten Achse mit einer Belastungsmaschine verbunden ist, dann ist die Radaufhängung somit, meist in der neutralen Stellung (Geradausstellung), fixiert. Das bedeutet, dass am Prüfstand keine Lenkbewegung möglich ist. Funktionen der Lenkung können daher auf einem herkömmlichen Antriebsstrangprüfstand in der Regel nicht getestet werden. Es kann jedoch gewünscht sein, auch auf einem Antriebsstrangprüfstand bestimmte Funktionen der Lenkung zu testen. Naturgemäß fehlen am Prüfstand jedoch die Reaktionskräfte, die während der realen Fahrt auf der Straße auf den Antriebsstrang wirken, beispielsweise eine Rückstellkraft, die bei einer Kurvenfahrt auf die gelenkten Räder wirkt.
Um solche Reaktionskräfte bereitzustellen ist aus WO 2018/046609 A1 beispielsweise bekannt, dass die Spurstange der Lenkung ausgehängt und mit einem separaten Lenkkraftmodul verbunden werden kann. Über das Lenkkraftmodul kann eine Reaktionskraft auf die Lenkung ausgeübt werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass einerseits die Kinematik und die Reibungseffekte der realen Radaufhängung nicht realistisch nachgebildet werden können. Zum anderen können aufgrund der mechanisch unbestimmten Kopplung zwischen Spurstange und Lenkkraftmodul Probleme durch (im Wesentlichen normal zur erzeugten Querkraft wirkende) Längskräfte auftreten, die z.B. bei Verwendung eines Fahrzeugs durch Bewegungen des Fahrzeugaufbaus resultieren können. Die optional offenbarte Montage des Lenkkraftmoduls am Unterboden des Fahrzeugs ist zudem nicht bei jeder Anwendung ohne weiteres möglich.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung bzw. ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, um auf einem Antriebsstrangprüfstand Reaktionskräfte auf das Lenksystem des zu prüfenden Antriebsstrangs einprägen zu können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit dem eingangs genannten Lenkkraftmodul dadurch gelöst, dass das Lenkkraftmodul eine Kraftübertragungseinheit mit einem Außenteil und einem relativ zum Außenteil um eine Drehachse drehbaren Innenteil aufweist, wobei der Innenteil mit einem drehbaren Teil der Radaufhängung drehfest verbindbar ist, wobei zumindest ein Abschnitt des Außenteils in zumindest einem zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad relativ zum Innenteil beweglich ist, wobei am beweglichen Abschnitt des Außenteils ein Befestigungspunkt zur Befestigung eines von der Radaufhängung des Fahrzeugs gelösten Spurstangenkopfs der Spurstange vorgesehen ist und wobei das Lenkkraftmodul zumindest eine Krafterzeugungseinheit zur Erzeugung der Lenkgegenkraft aufweist, wobei die Krafterzeugungseinheit einen Fixteil und einem relativ dazu beweglichen Bewegeteil aufweist, wobei der Fixteil an einem ortsfesten Montagepunkt des Antriebsstrangprüfstands oder an einem antriebsstrangfesten oder fahrzeugfesten Montagepunkt befestigbar ist und der Bewegeteil an einem Verbindungspunkt mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils der Kraftübertragungseinheit verbunden ist, wobei die Lenkgegenkraft von der zumindest einen Krafterzeugungseinheit über den Bewegeteil und den beweglichen Abschnitt des Außenteils auf die Spurstange übertragbar ist. Dadurch kann die Lenkgegenkraft sehr präzise auf die Spurstange übertragen werden und es wird eine sehr stabile Führung des Spurstangenkops quer zur Richtung der Lenkgegenkraft ermöglicht.
Der bewegliche Abschnitt des Außenteils umfasst vorzugsweise den gesamten Außenteil. Dadurch kann die Stabilität erhöht werden und der Aufbau kann vereinfacht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn der zumindest eine zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrad zumindest einen rotativen Bewegungsfreiheitsgrad, vorzugsweise zumindest zwei rotative Bewegungsfreiheitsgrade, oder zumindest einen translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad aufweist. Der zumindest eine rotative Bewegungsfreiheitsgrad kann dabei durch ein Drehgelenk oder durch ein Kugelgelenk ausgebildet sein. Der zumindest einen translatorische Bewegungsfreiheitsgrad kann durch eine Linearführung ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung umfasst das Lenkkraftmodul eine Prüffelge, wobei der bewegliche Abschnitt des Außenteils gelenkig mit der Prüffelge verbunden ist, wobei an der Prüffelge vorzugsweise ein Reifen montiert ist. Dadurch kann das Lenkkraftmodul auf dem eingangs genannten Antriebsstrangprüfstand verwendet werden, wobei das originale Prüfrad durch die erfindungsgemäße Prüffelge inkl. Reifen ersetzt werden kann. Die Ausführung ist vorteilhaft, da hierbei die realen Radaufstandskräfte wirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kraftübertragungseinheit eine Taumelscheibe auf, wobei der Innenteil der Kraftübertragungseinheit durch einen Innenring der Taumelscheibe ausgebildet ist und der Außenteil der Kraftübertragungseinheit durch einen Außenring der Taumelscheibe ausgebildet ist, wobei der Außenring in einer Taumelbewegung um den Innenring schwenkbar ist. Der Außenring der Taumelscheibe kann hierbei vorzugsweise mittels eines Pendellagers mit dem Innenring verbunden sein. Dadurch wird eine einfache und robuste Ausführung mit drei rotativen Bewegungsfreiheitsgraden geschaffen. Dadurch kann das Lenkkraftmodul sehr flexibel eingesetzt werden.
Die Krafterzeugungseinheit ist vorzugsweise als aktive Krafterzeugungseinheit ausgebildet, die zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator aufweist oder sie ist als passive Krafterzeugungseinheit ausgebildet, die zumindest eine Federungseinheit und/oder zumindest eine Dämpfungseinheit aufweist. Eine aktive Krafterzeugungseinheit ermöglicht eine sehr variable und präzise Erzeugung der Lenkgegenkraft. Eine passive Krafterzeugungseinheit ermöglicht andererseits eine sehr einfache Ausführung, die keine externe Energieversorgung benötigt.
Der zumindest eine elektrisch ansteuerbare Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit umfasst vorzugsweise einen Linearaktuator, wobei der Linearaktuator vorzugsweise einen der folgenden Aktuatoren aufweist: Linearmotor, Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder, Elektromotor mit Getriebe. Dadurch können bekannte und zuverlässige Aktuatoren zur Erzeugung der Lenkgegenkraft verwendet werden.
Wenn die Krafterzeugungseinheit passiv ausgebildet ist, dann kann die Federungseinrichtung eine lineare, eine progressive oder eine degressive Federkennlinie aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Federungseinrichtung eine Verstelleinrichtung zur Veränderung einer Federungscharakteristik aufweisen. Vorzugsweise weist die Federungseinrichtung zumindest eine der folgenden Federn auf: Biegefeder, Torsionsfeder, Luftfeder, Gummifeder, Gasdruckfeder. Die Dämpfungseinrichtung kann beispielsweise eine Verstelleinrichtung zur Verstellung einer Dämpfungscharakteristik aufweisen. In vorteilhafter Weise weist die Dämpfungseinrichtung zumindest einen der folgenden Dämpfer auf: Reibungsdämpfer, hydraulischer Dämpfer, Gummidämpfer.
Weiters kann die passive Krafterzeugungseinheit in vorteilhafter Weise eine Druckstufe und/oder eine Zugstufe aufweisen. Dadurch kann die gewünschte Wirkrichtung der Lenkgegenkraft festgelegt werden. Wenn Druckstufe und Zugstufe vorgesehen sind, dann kann die Lenkgegenkraft in beiden Richtungen erzeugt werden.
Der drehbare Teil der Radaufhängung, mit dem der Innenteil der Kraftübertragungseinheit drehfest verbunden werden kann, ist vorzugsweise eine Antriebswelle oder eine Radnabe. Dadurch wird eine flexible Montage des Lenkkraftmoduls an der Radaufhängung ermöglicht.
Um einen gewissen Winkelausgleich zu ermöglichen, ist der Bewegeteil der zumindest einen Krafterzeugungseinheit am Verbindungspunkt vorzugsweise gelenkig mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils verbunden. In gleicher weise kann es vorteilhaft sein, wenn der Fixteil der zumindest einen Krafterzeugungseinheit am Montagepunkt gelenkig mit der ortsfesten Komponente des Antriebsstrangprüfstands verbindbar ist und/oder wenn der Befestigungspunkt zur gelenkigen Befestigung des Spurstangenkopfs der Spurstange ausgebildet ist.
Es ist vorteilhaft, wenn eine Position des Verbindungspunkts des Bewegeteils am beweglichen Abschnitt des Außenteils verstellbar ist und/oder wenn eine Position des Befestigungspunkts für den Spurstangenkopf am beweglichen Abschnitt des Außenteils verstellbar ist. Dadurch ist das Lenkkraftmodul sehr flexibel an verschiedenste Antriebsstränge anpassbar. Der Verbindungspunkt des Bewegeteils und der Befestigungspunkt für den Spurstangenkopf sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Stirnseiten des beweglichen Abschnitts des Außenteils (bezüglich der Drehachse) angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können der Verbindungspunkt des Bewegeteils und der Befestigungspunkt für den Spurstangenkopf auch an unterschiedlichen Stellen in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Lenkkraftmodul wird vorzugsweise an einem Antriebsstrangprüfstand für einen Antriebsstrang eines Fahrzeug mit zumindest einer lenkbaren Radaufhängung verwendet, wobei am Antriebsstrangprüfstand zumindest eine Belastungsmaschine zum Aufbringen eines Antriebs- oder Belastungsmoments auf eine Antriebswelle der Radaufhängung des Antriebsstrangs vorgesehen ist und wobei eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Belastungsmaschine vorgesehen ist. Wenn das Lenkkraftmodul eine aktive Krafterzeugungseinheit aufweist, dann ist die Steuerungseinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit zur Erzeugung der Lenkgegenkraft anzusteuern. Dadurch wird ein Antriebsstrangprüfstand bereitgestellt, an dem in einfacher Weise eine Lenkgegenkraft erzeugt werden kann.
Vorzugsweise ist der Antriebsstrangprüfstand für einen Antriebsstrang eines mehrspurigen Fahrzeugs mit zumindest einer gelenkten Antriebsachse mit zwei lenkbaren Radaufhängungen ausgebildet, wobei das Lenkkraftmodul für zumindest eine der beiden lenkbaren Radaufhängungen vorgesehen ist. Um z.B. verschieden hohe Lenkgegenkräfte zu erzeugen ist jedoch vorzugsweise für beide lenkbaren Radaufhängungen jeweils ein Lenkkraftmodul vorgesehen.
Es kann vorteilhaft sein, wenn am Antriebsstrangprüfstand eine Simulationseinheit zur Simulation der Lenkgegenkraft vorgesehen ist und die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit in Abhängigkeit einer von der Simulationseinheit ermittelten Soll-Lenkgegenkraft anzusteuern. Dadurch kann eine gewünschte Lenkgegenkraft am Prüfstand simuliert werden, was eine sehr gute Abbildung der realen Fahrt ermöglicht.
Am Antriebsstrangprüfstand kann auch eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer für eine Ist-Lenkgegenkraft repräsentativen Messgröße vorgesehen sein und die Steuerungseinheit kann einen Regler aufweisen, der dazu ausgebildet ist, aus der von der Simulationseinheit ermittelten Soll-Lenkgegenkraft und der von der Erfassungseinrichtung erfassten Messgröße eine Stellgröße zu ermitteln. Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit mit der ermittelten Stellgröße anzusteuern. Dadurch kann eine gewünschte Lenkgegenkraft eingeregelt werden.
Die Aufgabe wird weiters mit einem Verfahren nach Anspruch 20 gelöst.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 2b näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.1 einen exemplarischen Antriebsstrangprüfstand mit einem aufgebauten Antriebsstrang eines Fahrzeugs,
Fig.2a ein erfindungsgemäßes Lenkkraftmodul in einer beispielhaften Ausführungsform mit einer aktiven Krafterzeugungseinheit,
Fig.2b einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Lenkkraftmoduls in einer beispielhaften Ausführungsform mit einer passiven Krafterzeugungseinheit.
In Fig.1 ist ein schematischer Antriebsstrangprüfstand 1 in einer Ansicht von oben dargestellt. Der dargestellte Antriebsstrangprüfstand 1 ist zur Verwendung mit einem Antriebsstrang 3 eines zweiachsigen und zweispurigen Fahrzeugs 2 ausgebildet. Es könnte beispielsweise nur der Antriebsstrang 3 aufgebaut sein, so wie dargestellt, oder es könnte das gesamte Fahrzeug 2 inklusive Antriebsstrang 3 aufgebaut sein, wie in Fig.1 gestrichelt angedeutet ist. Im Rahmen der Erfindung könnte der Antriebsstrangprüfstand 1 natürlich auch zur Prüfung von Antriebssträngen 3 mit mehr als zwei Achsen ausgebildet sein oder auch zur Prüfung eines Teils eines Antriebsstrangs 3, wie z.B. einer einzigen Radaufhängung.
Der in Fig.1 dargestellte Antriebsstrang 3 ist beispielhaft als Antriebsstrang 3 eines Fahrzeugs 2 mit einer angetriebenen Vorderachse VA und Vorderachslenkung ausgeführt. Der Antriebsstrang 3 weist somit eine angetriebene Vorderachse VA mit zwei lenkbaren Radaufhängungen 4 und eine nicht angetriebene Hinterachse HA mit zwei nicht angetriebenen und nicht lenkbaren Radaufhängungen 4 auf. Natürlich ist dies nur beispielhaft und der Antriebsstrang 3 könnte beispielsweise auch eine nicht angetriebene Vorderachse VA mit lenkbaren Radaufhängungen 4 und eine angetriebene Hinterachse HA mit nicht lenkbaren Radaufhängungen 4 aufweisen. Auch ein Allrad-Antriebsstrang 3 sowie eine Allradlenkung wären natürlich denkbar.
Der Antriebsstrang 3 weist hier eine Antriebseinheit 5, z.B. einen Verbrennungsmotor oder Elektromotor, auf, welche die angetriebene Vorderachse VA über ein geeignetes Getriebe 6 antreibt. An der Vorderachse VA ist zudem ein Differentialgetriebe 7 vorgesehen, welches über Antriebswellen 8 mit den Radaufhängungen 4 verbunden ist, um die Antriebsleistung zu übertragen. Die Radaufhängungen 4 können beispielsweise jeweils einen Achsschenkel 9 aufweisen, an dem eine (nicht dargestellte) Radnabe mittels eines Radlagers drehbar gelagert ist.
Der Antriebsstrang 3 weist weiters ein Lenksystem 10 für die gelenkte Vorderachse VA auf. Das Lenksystem 10 umfasst ein Lenkrad 11, das über ein Lenkgestänge 12 mit einem Lenkgetriebe 13 verbunden ist. Das Lenkgetriebe 13 ist wiederum über zwei Spurstangen 14 mit den Radaufhängungen 4 der Vorderachse VA verbunden, insbesondere mit dafür vorgesehenen Anlenkpunkten an den Achsschenkeln 9. Über das Lenksystem 10 kann eine Lenkkraft FL auf die Spurstangen 14 übertragen werden, wodurch die Achsschenkel 9 ausgelenkt werden können. Die Ausführung des Antriebsstrangs 3 ist natürlich nur beispielhaft zu verstehen und ist vereinfacht. Beispielsweise wäre auch ein anderes Lenksystem 10 möglich, das z.B. keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 11 und Lenkgetriebe 12 aufweist (sogenanntes Steer-by-wire). Im Rahmen der Erfindung muss das Lenksystem 10 auch nicht zwingend ein Lenkrad 11 und ein Lenkgestänge 12 aufweisen. Es könnte beispielsweise ausreichend sein, wenn nur das Lenkgetriebe 13 am Prüfstand aufgebaut ist. Die Lenkkraft FL könnte in diesem Fall z.B. über einen (nicht dargestellten) Lenkaktuator des Lenkgetriebes 13 erzeugt werden.
Am Antriebsstrangprüfstand 1 ist weiters für jede Radaufhängung 4 eine Belastungsmaschine 15 zum Aufbringen eines Antriebs- oder Belastungsmoments vorgesehen. Die Belastungsmaschine 15 kann in bekannter Weise eine geeignete elektrische Maschine wie z.B. eine Asynchronmaschine, aufweisen. Eine Belastungsmaschine 15 kann mittels einer Verbindungswelle 16 drehfest mit der jeweiligen Radaufhängung 4 verbunden werden, um das von den Belastungsmaschinen 15 bereitgestellte Drehmoment auf die Antriebswellen 8 der Radaufhängung 4 zu übertragen. Die Verbindungswellen 16 können, vorzugsweise formschlüssig, mit den Radaufhängungen 4, insbesondere mit der Radnabe, verbunden werden, beispielsweise über einen Schraubflansch. Auf der, der Verbindungswelle abgewandten Innenseite sind die Radnaben mit der Antriebswelle 8 verbunden. Ggf. können auch geeignete Lagerböcke vorgesehen sein, um die Verbindungswelle 16 oder die Radaufhängung 4 abzustützen.
Wenn der eingangs genannte Antriebsstrangprüfstand mit Prüfrädern verwendet wird, dann kann das Prüfrad beispielsweise durch ein erfindungsgemäßes Prüfrad PR ersetzt werden, das in Fig.2a gestrichelt angedeutet ist und nachfolgend noch näher beschrieben wird. Dadurch kann die Radaufstandskraft weiterhin realistisch wirken.
Am Antriebsstrangprüfstand 1 ist weiters eine Steuerungseinheit 17 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Belastungsmaschinen 11 zur Durchführung eines Prüflaufs zu steuern. Die Steuerungseinheit 17 kann eine geeignete Hardware und/oder Software aufweisen. Über die Steuerungseinheit 17 kann ein gewünschter Prüflauf vorgegeben werden, um bestimmte Fahrzustände des Antriebsstrangs 3 zu simulieren. Der Prüflauf kann beispielsweise in Form eines zeitlichen Verlaufs von Sollwerten SW, z.B. Soll-Drehzahl oder Soll-Drehmoment, vorgegeben werden. Es kann auch eine geeignete Regelungseinrichtung vorgesehen sein, um die Sollwerte SW einzuregeln. Durch den Prüflauf können gewünschte Widerstände simuliert werden, die während der realen Fahrt auf den Antriebsstrang 3 wirken, beispielsweise Steigungen bzw. Gefälle einer Straße oder Verwindungen.
In Abhängigkeit der Lenkbewegung des Lenkrades 11 wird eine gewisse Lenkkraft erzeugt, die über die Spurstangen 14 auf die Achsschenkel 9 der Radaufhängungen 4 der Vorderachse VA wirkt. Normalerweise würden die Achsschenkel 9 dadurch in einem bestimmten Lenkwinkel ausgelenkt werden. Wie eingangs erwähnt wurde, ist eine solche Auslenkung am Antriebsstrangprüfstand 1 jedoch in der Regel nicht möglich, da die Radaufhängungen 4 über die Verbindungswellen 16 mit den ortsfesten Belastungsmaschinen 15 verbunden sind. Aber selbst, wenn am Antriebsstrangprüfstand 1 eine Auslenkung der Radaufhängungen 4 möglich wäre, würden jegliche Reaktionskräfte fehlen, die sich während der realen Fahrt auf der Straße aufgrund der Fahrzustände normalerweise ergeben würden. Daraus folgt, dass selbst bei einer allfälligen Auslenkbarkeit der Radaufhängungen 4 der erzeugten Lenkkraft keine oder eine nicht der Realität entsprechende Lenkgegenkraft entgegenwirken würde. Um trotz dieser Einschränkungen am Antriebsstrangprüfstand 1 eine gewünschte Lenkgegenkraft auf das Lenksystem 10 ausüben zu können ist erfindungsgemäß ein (in Fig.1 nicht dargestelltes) Lenkkraftmodul 18 vorgesehen, das nachfolgend anhand von Fig.2a+2b im Detail beschrieben wird.
Fig.2a zeigt einen Ausschnitt des Antriebsstrangprüfstands 1 im Bereich der linken vorderen Radaufhängung 4. Die Belastungsmaschine 15 und ein Teil der Verbindungswelle 16 sind abgeschnitten dargestellt. Ein Teil der Antriebswelle 8 des Antriebsstrangs 3 sowie ein Teil des Lenkgetriebes 13 sind ebenfalls abgeschnitten dargestellt. An der Radaufhängung 4 ist ein erfindungsgemäßes Lenkkraftmodul 18 in einer beispielhaften Ausführungsform vorgesehen. Das Lenkkraftmodul 18 ist dazu ausgebildet, eine, der vom Lenksystem 10 auf eine Spurstange 14 ausübbaren Lenkkraft FL entgegenwirkende, Lenkgegenkraft FG zu erzeugen. Das Lenkkraftmodul 18 weist eine Kraftübertragungseinheit 19 mit einem Außenteil 19a und einem relativ zum Außenteil 19a um eine Drehachse DA drehbaren Innenteil 19b auf. Der Innenteil 19b ist mit einem drehbaren Teil einer Radaufhängung 4 drehfest verbunden und kann mit diesem mitrotieren, während das Außenteil 19a (in Drehrichtung) stillsteht.
Im dargestellten Beispiel ist der originale Achsschenkel 9 inkl. Radnabe der Radaufhängung 4 entfernt und durch die Kraftübertragungseinheit 19 ersetzt. Der Innenteil 19b ersetzt somit im Wesentlichen die Radnabe. Der Innenteil 19b ist an einer axialen Stirnseite mit der Verbindungswelle 16 der Belastungseinheit 15 verbunden und auf der gegenüberliegenden Stirnseite mit der Antriebswelle 8 verbunden. Die Verbindungswelle 16 kann beispielsweise über einen geeigneten Flansch 16b mit dem Innenteil 19b verschraubt sein. Die Antriebswelle 8 kann über eine geeignete Welle-Nabe-Verbindung mit dem Innenteil 19b verbunden werden, beispielsweise über eine Verzahnung. Natürlich ist die dargestellte Ausführungsform nur beispielhaft und der Innenteil 19b könnte beispielsweise auch direkt mit der Antriebswelle 8 oder der originalen Radnabe verbunden sein, sodass ggf. nur der Achsschenkel 9 entfernt werden muss und die originale Radnabe weiterverwendet werden kann.
Zumindest ein Abschnitt des Außenteils 19a ist in zumindest einem zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad (zusätzlich zur Drehung um die Drehachse DA) relativ zum Innenteil 19b beweglich. Dieser zumindest eine zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrad kann beispielsweise zumindest einen rotativen Bewegungsfreiheitsgrad oder zumindest einen translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad aufweisen. Der zumindest eine rotative Bewegungsfreiheitsgrad kann beispielsweise durch ein Drehgelenk oder durch ein Kugelgelenk realisiert werden. Der zumindest einen translatorische Bewegungsfreiheitsgrad kann beispielsweise durch eine Linearführung realisiert werden. Der zumindest eine zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrad ist dabei so gewählt, dass der bewegliche Abschnitt des Außenteils 19a einer Auslenkung der Spurstange 14 folgen kann.
Im dargestellten Beispiel umfasst der bewegliche Abschnitt des Außenteils 19a den gesamten Außenteil 19a und der zumindest eine zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrad umfasst zwei rotative Bewegungsfreiheitsgrade. Die Kraftübertragungseinheit 19 ist somit als eine Art Taumelscheibe ausgebildet, wobei der Innenteil 19b der Kraftübertragungseinheit 19 durch einen Innenring der Taumelscheibe ausgebildet ist und der Außenteil 19a der Kraftübertragungseinheit 19 durch einen Außenring der Taumelscheibe ausgebildet ist. Der Außenring 19a ist somit in einer Taumelbewegung um den Innenring 19b schwenkbar. Der Außenring 19a weist daher einen ersten rotativen Bewegungsfreiheitsgrad gegenüber dem Innenring 19b auf, indem der Innenring 19b um die Drehachse DA relativ zum Außenring 19a drehbar ist. Die Drehachse DA entspricht zugleich der gemeinsamen Drehachse der Verbindungswelle 16 und der Antriebswelle 8 und verläuft hier in X-Richtung. Der zweite rotative Bewegungsfreiheitsgrad entspricht einer Rotation des Außenrings 19a um die Y- Achse und der dritte zweite rotative Bewegungsfreiheitsgrad entspricht einer Rotation des Außenrings 19a um die Z-Achse. Dadurch ergibt sich, dass der Außenring 19a um einen Drehpunkt DP um alle drei Achsen X, Y, Z rotiert werden kann.
Um die drei genannten Bewegungsfreiheitsgrad zu realisieren kann der Außenring 19a beispielsweise mittels eines Pendellagers 26 mit dem Innenring 19b verbunden sein. Das Pendellager 26 kann z.B. ein Pendelkugellager oder ein Pendelrollenlager sein, wie beispielhaft in Fig.2 dargestellt ist. Während eine uneingeschränkte Drehung um die X-Achse möglich ist, sind die anderen beiden rotativen Bewegungsfreiheitsgrad beschränkt, sodass nur ein begrenzter Auslenkwinkel möglich ist. Hierzu sei angemerkt, dass der zweite und dritte rotative Bewegungsfreiheitsgrad bei dieser Ausführung nicht auf die Rotation um die Y- Achse und eine Rotation um die Z-Achse beschränkt sind, sondern, dass im Wesentlichen eine Rotation um eine beliebige Achse in der Y-Z-Ebene möglich ist, analog wie bei einem Kugelgelenk.
Gemäß einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform könnten der zweite und dritte rotative Bewegungsfreiheitsgrad aber beispielsweise auch durch ein Kreuzgelenk realisiert werden. Dazu könnte der Außenring 19a beispielsweise über ein erstes Drehgelenk mit einem Zwischenring verbunden sein und der Zwischenring könnte über ein zweites Drehgelenk mit dem Innenring 19b verbunden sein, wobei die Drehachsen der beiden Drehgelenke normal aufeinander stehen. Beispielsweise könnte die Drehachse des ersten Drehgelenks in Y-Richtung verlaufen und die Drehachse des zweiten Drehgelenks in Z- Richtung. In diesem Fall wäre die Rotation auf die Y-Achse und Z-Achse beschränkt.
Am beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a ist weiters ein Befestigungspunkt BP zur Befestigung eines von der Radaufhängung 4 gelösten Spurstangenkopfs 14a der Spurstange 14 vorgesehen. Im gezeigten Beispiel bildet der Außenring der Taumelscheibe den beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a aus. Der Befestigungspunkt BP liegt hierbei bezüglich der Drehachse DA an einer der Spurstange 14 zugewandten Stirnseite des Außenrings.
Beim eingangs genannten Antriebsstrangprüfstand mit Prüfrädern könnte das originale Prüfrad, wie bereits erwähnt, durch ein erfindungsgemäße Prüfrad PR ersetzt werden, wie in Fig.2a gestrichelt angedeutet ist. Das erfindungsgemäße Prüfrad PR kann hierbei eine spezielle Prüffelge PF aufweisen, in welcher die Kraftübertragungseinheit 19 integriert ist. Der bewegliche Außenteil 19a der Kraftübertragungseinheit 19 ist hierbei gelenkig, beispielsweise mittels eines geeigneten Lagers 27, mit der Prüffelge PF verbunden. Dadurch ist der Außenteil 19a einerseits relativ zum Innenteil 19b und andererseits relativ zur Prüffelge PF verschwenkbar. An der Prüffelge PF ist vorzugsweise ein Reifen R angeordnet, über den sich das Prüfrad PR am Boden des Prüfstands abstützt. Wie eingangs beschrieben ist die Verbindungswelle 16 bei dieser Ausführung zentral durch die Prüffelge hindurchgeführt und mit Antriebswelle 8 verbunden.
Das Lager 27 ist in Fig.2a nur schematisch angedeutet und kann beispielsweise als Gelenklager ausgebildet sein. Im Betrieb des Prüfstands 1 steht die Prüffelge PF (inkl. Reifen R) still und die Verbindungswelle 16 und die Antriebswelle 8 rotieren relativ zur Prüffelge PF und auch relativ zum beweglichen Außenteil 19a der Kraftübertragungseinheit 19. Bei einem Lenkeinschlag infolge einer Lenkkraft FL, kann der Außenteil 19a zusätzlich relativ zur Prüffelge PF und relativ zum Innenteil 19b verschwenkt werden.
Das Lenkkraftmodul 18 weist weiters zumindest eine Krafterzeugungseinheit 20 zur Erzeugung der Lenkgegenkraft FG auf. Die Krafterzeugungseinheit 20 weist einen Fixteil 21 und einen relativ dazu beweglichen Bewegeteil 22 auf. Der Fixteil 21 ist hier mit einem ortsfesten Montagepunkt MP des Antriebsstrangprüfstands 1 verbunden. Der ortsfeste Montagepunkt MP des Antriebsstrangprüfstands 1 kann beispielsweise auf einer dafür vorgesehenen Konsole einer geeigneten ortsfesten Struktur des Antriebsstrangprüfstands 1 angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Verbindung lösbar ausgebildet, z.B. durch eine Schraubverbindung. Auch eine veränderliche Position des ortsfesten Montagepunkts MP am Antriebsstrangprüfstand 1 kann vorteilhaft sein, um die Position des Fixteils 21 verändern zu können. Zur Verwendung des Lenkkraftmoduls 18 während eines Prüflaufs wird der Fixteil 21 jedenfalls wieder ortsfest fixiert, z.B. indem die Schrauben festgezogen werden.
Der Bewegeteil 22 der Krafterzeugungseinheit 20 ist an einem Verbindungspunkt VP mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a verbunden, der hier durch den Außenring der Taumelscheibe ausgebildet ist. Der Verbindungspunkt VP liegt im gezeigten Beispiel bezüglich der Drehachse DA auf einer dem Befestigungspunkt BP für den Spurstangenkopf 14a gegenüberliegenden Stirnseite des beweglichen Abschnitts des Außenteils 19a, hier dem Außenring der Taumelscheibe. Die von der zumindest einen Krafterzeugungseinheit 20 erzeugte Lenkgegenkraft FG kann damit über den Bewegeteil 22 und den beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a auf die Spurstange 14 übertragen werden, sodass die Lenkgegenkraft FG der vom Lenksystem 10 auf die Spurstange 14 übertragenen Lenkkraft FL entgegenwirkt. Entgegen der dargestellten Ausführungsform könnten der Verbindungspunkt VP des Bewegeteils 22 und der Befestigungspunkt BP für den Spurstangenkopf 14a natürlich auch an unterschiedlichen Stellen in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse DA bzw. des Drehpunktes DP angeordnet sein.
Alternativ könnte der Fixteil 21 aber auch mit einem antriebstrangfesten Montagepunkt MP' des Antriebsstrangs 3 verbunden sein oder mit einem fahrzeugfesten Montagepunkt MP' wenn ein gesamtes Fahrzeug 2 als Prüfling verwendet wird. Der Montagepunkt MP' könnte beispielsweise an einer geeigneten Position am Unterboden einer Karosserie des Fahrzeugs 2 angeordnet sein und der Fixteil 21 der (gestrichelt angedeuteten) Krafterzeugungseinheit 20 könnte beispielsweise am Unterboden verschraubt sein. Im dargestellten Beispiel könnte der Verbindungspunkt VP' ebenfalls an der gleichen Stirnseite des Außenrings angeordnet sein, wie der Befestigungspunkt BP für die Spurstange 14, beispielsweise bezüglich der Drehachse DA diametral gegenüber dem Befestigungspunkt BP. Ein radialer Abstand zwischen dem Verbindungspunkt VP' und der Drehachse DA bzw. dem Drehpunkt DP könnte in diesem Fall als Hebelarm zur Übertragung der Lenkgegenkraft FG auf die Spurstange 14 dienen.
In Fig.2a ist die zumindest eine Krafterzeugungseinheit 20 als aktive Krafterzeugungseinheit ausgebildet und umfasst einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator. Der Aktuator ist hier insbesondere als Linearaktuator ausgebildet, dessen Bewegeteil 22 translatorisch relativ zum Fixteil 21 bewegbar ist. Der Linearaktuator kann beispielsweise einen elektrischen Linearmotor, einen Pneumatikzylinder, einen Hydraulikzylinder oder einen Elektromotor mit Getriebe (Servomotor) umfassen. Es wären aber grundsätzlich auch andere geeignete Aktuatoren denkbar, beispielsweise ein rotativer Elektromotor, der über einen Hebelarm als Bewegeteil 22, der auf den Verbindungspunkt VP wirkt. Zur Erzeugung der Lenkgegenkraft kann der Aktuator von einer Steuerungseinheit angesteuert werden, insbesondere von der Steuerungseinheit 17 des Prüfstands 1, wie weiter unten noch beschrieben wird.
Gemäß einer in Fig.2b dargestellten alternativen Ausführungsform kann die Krafterzeugungseinheit 20 aber auch als passive Krafterzeugungseinheit ausgebildet sein und zumindest eine Federungseinheit F und/oder zumindest eine Dämpfungseinheit D aufweisen. In der dargestellten Ausführung weist die passive Krafterzeugungseinheit 20 lediglich beispielhaft sowohl eine Federungseinheit F, als auch eine Dämpfungseinheit D auf. Die Federungseinheit F und die Dämpfungseinheit D sind schematisch dargestellt und können in geeigneter Weise ausgebildet sein, um die gewünschte Lenkgegenkraft FG zu erzeugen. Im Gegensatz zur aktiven Krafterzeugungseinheit 20 (Fig.2a) ist bei der passiven Krafterzeugungseinheit 20 (Fig.2b) keine Steuerung durch eine Steuerungseinheit nötig, sondern die Lenkgegenkraft FG ist im Wesentlichen eine Reaktionskraft, die sich aus der konstruktiven Ausgestaltung der Federungseinheit F bzw. der Dämpfungseinheit D ergibt.
Die Federungseinrichtung F kann beispielsweise eine lineare, eine progressive oder eine degressive Federkennlinie aufweisen. Alternativ oder zusätzlich könnte die Federungseinrichtung F auch eine (nicht dargestellte) Verstelleinrichtung zur Veränderung einer Federungscharakteristik aufweisen. Die Federungseinrichtung F kann im Wesentlichen jede geeignete Feder aufweisen, beispielsweise zumindest eine der folgenden Arten von Federn: Biegefeder, Torsionsfeder, Luftfeder, Gummifeder, Gasdruckfeder. Die Dämpfungseinrichtung D kann ebenfalls eine Verstelleinrichtung zur Verstellung einer Dämpfungscharakteristik aufweisen. Auch die Dämpfungseinrichtung D kann jeden geeigneten Dämpfer aufweisen, beispielsweise einen der folgenden Dämpfer: Reibungsdämpfer, hydraulischer Dämpfer, Gummidämpfer. Weiters kann es vorteilhaft sein, wenn die passive Krafterzeugungseinheit eine Druckstufe und/oder eine Zugstufe aufweist, vorzugsweise beides. Dadurch kann die Lenkgegenkraft in beiden Richtungen erzeugt werden, d.h. sowohl bei einem Einschlag nach links, als auch bei einem Einschlag nach rechts, ggf. natürlich auch in unterschiedlicher Höhe. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn der Bewegeteil 22 der zumindest einen Krafterzeugungseinheit 20 am Verbindungspunkt VP gelenkig mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a verbunden ist. Auch eine lösbare Verbindung des Bewegeteils
22 mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a wäre denkbar, um die Montage des Lenkkraftmoduls 18 am Prüfstand zu vereinfachen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Fixteil 21 der zumindest einen Krafterzeugungseinheit 20 am Montagepunkt MP gelenkig mit der ortsfesten Komponente des Antriebsstrangprüfstands 1 verbunden bzw. verbindbar sein. In gleicher Weise kann auch der Befestigungspunkt BP zur gelenkigen Befestigung des Spurstangenkopfs 14a der Spurstange 14 ausgebildet sein. Der Fachmann kann dabei eine geeignete konstruktive Ausführung der gelenkigen Verbindung auswählen, z.B. Drehgelenk, Kugelgelenk oder dergleichen. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn eine Position des Verbindungspunkts VP des Bewegeteils 22 am beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a verstellbar ist und/oder wenn eine Position des Befestigungspunkts BP für den Spurstangenkopf 14a am beweglichen Abschnitt des Außenteils 19a verstellbar ist.
Wenn die Krafterzeugungseinheit als aktive Krafterzeugungseinheit ausgebildet ist, wie z.B. in Fig.2a dargestellt ist, dann ist die Steuerungseinheit 17 vorzugsweise nicht nur zur Steuerung der Belastungsmaschinen 15 (und allfälliger anderer Funktionen des Prüfstands) ausgebildet, sondern zusätzlich dazu, um den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit zur Erzeugung der Lenkgegenkraft FG anzusteuern. Es könnte aber natürlich auch eine separate (nicht dargestellte) Steuerungseinheit zur Steuerung des zumindest einen Aktuators der aktiven Krafterzeugungseinheit vorgesehen sein, die z.B. Teil des Lenkkraftmoduls 18 sein kann. Dadurch könnte das Lenkkraftmodul 18 z.B. unabhängig von den restlichen Funktionen des Antriebsstrangprüfstands 1 betrieben werden. Die separate Steuerungseinheit könnte aber auch über eine geeignete Kommunikationsverbindung mit der Steuerungseinheit 17 des Antriebsstrangprüfstands 1 verbunden sein, sodass die Lenkgegenkraft FG über die Steuerungseinheit 17 des Antriebsstrangprüfstands 1 gesteuert werden kann.
Es kann auch eine Simulationseinheit 23 zur Simulation der Lenkgegenkraft FG vorgesehen sein und die Steuerungseinheit 17 kann dazu ausgebildet sein, den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit in Abhängigkeit einer von der Simulationseinheit
23 ermittelten Soll-Lenkgegenkraft FG_soll anzusteuern. In vorteilhafter weise kann auch eine Erfassungseinrichtung 24 zur Erfassung einer für eine Ist-Lenkgegenkraft FGJst repräsentativen Messgröße M vorgesehen sein und die Steuerungseinheit 17 kann einen Regler 25 aufweist, der dazu ausgebildet ist, aus der von der Simulationseinheit 23 ermittelten Soll-Lenkgegenkraft FG_soll und der von der Erfassungseinrichtung 24 erfassten Messgröße M eine Stellgröße X zu ermitteln. Die Steuerungseinheit 23 kann dann den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit mit der ermittelten Stellgröße X anzusteuern. Dadurch kann ein Regelkreis zum Einregeln einer bestimmten Lenkgegenkraft FG realisiert werden. Als Regler 25 kann jeder geeignete Regler verwendet werden, beispielsweise PI-Regler oder PID-Regler, usw.
Auch, wenn in Fig.2a lediglich ein Lenkkraftmodul 18 für eine Radaufhängung 4 des Antriebsstrangs 3 dargestellt ist, könnte natürlich auch ein zweites, vorzugsweise identisch ausgebildetes, Lenkkraftmodul 18 für die (nicht dargestellte) rechte Radaufhängung der Vorderachse VA vorgesehen sein. Die rechte Spurstange 14 des Lenkgetriebes 13 wäre in diesem Fall mit dem Befestigungspunkt BP des zweiten (nicht dargestellten) Lenkkraftmoduls 18 verbunden. Dadurch kann auf beiden Seiten eine Lenkgegenkraft FG auf das Lenksystem 10 ausgeübt werden. Ggf. können natürlich, z.B. auch gleichzeitig, verschieden große Lenkgegenkräfte FG auf den beiden Seiten erzeugt werden, um die Realität möglichst gut nachbilden zu können.
Grundsätzlich könnte es aber auch ausreichend sein, wenn für eine gelenkte Achse des Antriebsstrangs 3 lediglich ein Lenkkraftmodul 18 vorgesehen ist. Im dargestellten Beispiel in Fig.2a könnte die (nicht dargestellte) Spurstange 14 der rechten vorderen Radaufhängung 4 z.B. lediglich vom Achsschenkel 9 gelöst werden und im gelösten Zustand verbleiben. Die gemeinsame Lenkgegenkraft FG für beide Seiten könnte in diesem Fall lediglich vom Lenkkraftmodul 18 der linken Seite erzeugt werden.
Nachfolgend wird abschließend eine vorteilhafte Verwendung des Lenkkraftmoduls 18 am Antriebsstrangprüfstands 1 zur Durchführung eines Prüflaufs erläutert. Die Beschreibung erfolgt der Einfachheit halber nur für eine Radaufhängung 4 und kann bei weiteren Radaufhängungen 4 natürlich in analoger Weise erfolgen. Die Schritte müssen auch nicht zwingend in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden.
Zunächst wird ein Antriebsstrang 3 mit zumindest einer lenkbaren Radaufhängung 4 und mit einem Lenksystem 10 (oder ein gesamtes Fahrzeug 2 mit Antriebsstrang 3) in geeigneter Weise am Prüfstand 1 aufgebaut. Danach wird der Spurstangenkopf 14a der Spurstange 14 des Lenkgetriebes 13 des Lenksystems 10 von der Radaufhängung 4, insbesondere vom Achsschenkel 9, gelöst und der Achsschenkel 9 wird, ggf. inkl. der drehbaren Radnabe, von der Radaufhängung 4 entfernt. Danach wird der Innenteil 19b der Kraftübertragungseinheit 19 des Lenkkraftmoduls 18 mit einem drehbaren Teil der Radaufhängung 4 drehfest verbunden und die Belastungsmaschine 15 wird über die Verbindungswelle 16 unmittelbar oder mittelbar mit der Antriebswelle 8 der Radaufhängung 4 verbunden.
Der drehbare Teil der Radaufhängung 4 kann beispielsweise die Antriebswelle 8 selbst sein, wie in Fig.2 dargestellt ist, könnte aber ggf. auch die Radnabe sein, sofern diese nicht mit dem Achsschenkel 9 entfernt wurde. Die unmittelbare Verbindung der Verbindungswelle 16 mit der Antriebswelle 8 kann hierbei bedeuten, dass die Verbindungswelle 16 direkt, also ohne dazwischenliegendes Bauteil mit der Antriebswelle 8 verbunden wird, z.B. über eine geeignete Welle/Nabe-Verbindung wie eine Verzahnung. Mittelbar Verbindung kann bedeuten, dass die Verbindungswelle 16 über ein Bauteil, beispielsweise die Radnabe, indirekt mit der Antriebswelle 8 verbunden wird, z.B. wenn nur der Achsschenkel 9 entfernt wurde und die Radnabe an der Radaufhängung 4 verbleibt. Mittelbar kann auch bedeuten, dass die Radnabe durch den Innenteil 19b der Kraftübertragungseinheit 19 ersetzt wird und die Verbindungswelle 16 an einer axialen Stirnseite des Innenteils 19b mit dem Innenteil 19b verbunden wird und die Antriebswelle 8 mit der gegenüberliegenden Stirnseite verbunden wird, so wie in Fig.2 dargestellt.
Sobald die Kraftübertragungseinheit 19 montiert ist, kann der Fixteil 21 der Krafterzeugungseinheit 20 des Lenkkraftmoduls 18 mit einem ortsfesten Montagepunkt MP des Antriebsstrangprüfstands 1 oder mit einem antriebsstrangfesten Montagepunkt MP' des Antriebsstrangs 3 bzw. fahrzeugfesten Montagepunkt MP' des Fahrzeugs verbunden werden. Natürlich könnte der Fixteil 21 ggf. auch bereits vormontiert sein. Schließlich wird der zuvor gelöste Spurstangenkopf 14a der Spurstange 14 am Befestigungspunkt BP des beweglichen Abschnitts des Außenteils 19a der Kraftübertragungseinheit 19 (z.B. dem Außenring der Taumelscheibe) befestigt. Damit ist der Aufbau abgeschlossen und der Prüflauf kann beginnen.
Zur Durchführung eines Prüflaufs kann mit der Belastungsmaschine 15 ein Antriebs- oder Belastungsmoment auf die Antriebswelle 8 übertragen werden. Mit dem Lenksystem 10 des Antriebsstrangs 3 (z.B. über das Lenkrad 11) kann sodann eine Lenkkraft FL auf die Spurstange 14 ausgeübt werden und mit der zumindest einen (passiven oder aktiven) Krafterzeugungseinheit 20 des Lenkkraftmoduls 18 kann eine Lenkgegenkraft FG erzeugt werden, die der Lenkkraft FL entgegenwirkt. Wenn eine aktive Krafterzeugungseinheit verwendet wird, dann können sowohl die Belastungsmaschine 15, als auch der Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit beispielsweise über die zentrale Steuerungseinheit 17 des Antriebsstrangprüfstands 1 gesteuert. Wenn als Prüfling nur der Antriebsstrang 3 (d.h. ohne Fahrzeug und ohne Lenkrad 11) verwendet wird, dann kann die Lenkkraft FL beispielsweise auch über einen allfällig vorhandenen (nicht dargestellten) Lenkaktuator des Lenksystems 10, insbesondere des Lenkgetriebes 13, erzeugt werden. Der Lenkaktuator kann beispielsweise Teil einer Servolenkung sein und beispielsweise ebenfalls über die Steuerungseinheit 17 gesteuert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Lenkkraftmodul (18) zur Verwendung an einem Antriebsstrangprüfstand (1) für einen Antriebsstrang (3) eines Fahrzeugs (2) mit zumindest einer lenkbaren Radaufhängung (4) und einem Lenksystem (10), wobei das Lenkkraftmodul (18) dazu ausgebildet ist, eine, einer vom Lenksystem (10) auf eine Spurstange (14) des Lenksystems (10) ausübbaren Lenkkraft (FL) entgegenwirkende, Lenkgegenkraft (FG) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkkraftmodul (18) eine Kraftübertragungseinheit (19) mit einem Außenteil (19a) und einem relativ zum Außenteil (19a) um eine Drehachse (DA) drehbaren Innenteil (19b) aufweist, wobei der Innenteil (19b) mit einem drehbaren Teil der Radaufhängung (4) drehfest verbindbar ist, wobei zumindest ein Abschnitt des Außenteils (19a) in zumindest einem zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad relativ zum Innenteil (19b) beweglich ist, wobei am beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) ein Befestigungspunkt (BP) zur Befestigung eines von der Radaufhängung (4) des Fahrzeugs (2) gelösten Spurstangenkopfs (14a) der Spurstange (14) vorgesehen ist und wobei das Lenkkraftmodul (18) zumindest eine Krafterzeugungseinheit (20) zur Erzeugung der Lenkgegenkraft (FG) aufweist, wobei die Krafterzeugungseinheit (20) einen Fixteil (21) und einem relativ dazu beweglichen Bewegeteil (22) aufweist, wobei der Fixteil (21) an einem ortsfesten Montagepunkt (MP) des Antriebsstrangprüfstands (1) oder an einem antriebsstrangfesten oder fahrzeugfesten Montagepunkt (MP1) befestigbar ist und der Bewegeteil (22) an einem Verbindungspunkt (VP) mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) der Kraftübertragungseinheit (19) verbunden ist, wobei die Lenkgegenkraft (FG) von der zumindest einen Krafterzeugungseinheit (20) über den Bewegeteil (22) und den beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) auf die Spurstange (14) übertragbar ist.
2. Lenkkraftmodul (18) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Abschnitt des Außenteils (19a) den gesamten Außenteil (19a) umfasst.
3. Lenkkraftmodul (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrad zumindest einen rotativen Bewegungsfreiheitsgrad, vorzugsweise zumindest zwei rotative Bewegungsfreiheitsgrade, oder zumindest einen translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad aufweist.
4. Lenkkraftmodul (18) nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine rotative Bewegungsfreiheitsgrad durch ein Drehgelenk oder durch ein Kugelgelenk ausgebildet ist oder dass der zumindest einen translatorische Bewegungsfreiheitsgrad durch eine Linearführung ausgebildet ist.
5. Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkkraftmodul (18) eine Prüffelge (PF) umfasst, wobei der bewegliche Abschnitt des Außenteils (19a) gelenkig mit der Prüffelge (PF) verbunden ist, wobei an der Prüffelge (PF) vorzugsweise ein Reifen (R) montiert ist.
6. Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinheit (19) eine Taumelscheibe aufweist, wobei der Innenteil (19b) der Kraftübertragungseinheit (19) durch einen Innenring der Taumelscheibe ausgebildet ist und der Außenteil (19a) der Kraftübertragungseinheit (19) durch einen Außenring der Taumelscheibe ausgebildet ist, wobei der Außenring in einer Taumelbewegung um den Innenring schwenkbar ist.
7. Lenkkraftmodul (18) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring der Taumelscheibe mittels eines Pendellagers (26) mit dem Innenring verbunden ist.
8. Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungseinheit (20) als aktive Krafterzeugungseinheit ausgebildet ist, die zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator aufweist oder dass die Krafterzeugungseinheit (20) als passive Krafterzeugungseinheit ausgebildet ist, die zumindest eine Federungseinheit (F) und/oder zumindest eine Dämpfungseinheit (D) aufweist.
9. Lenkkraftmodul (18) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrisch ansteuerbare Aktuator einen Linearaktuator umfasst, wobei der Linearaktuator vorzugsweise einen der folgenden Aktuatoren aufweist: Linearmotor, Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder, Elektromotor mit Getriebe.
10. Lenkkraftmodul (18) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungseinrichtung (F) eine lineare, eine progressive oder eine degressive Federkennlinie aufweist und/oder dass die Federungseinrichtung (F) eine Verstelleinrichtung zur Veränderung einer Federungscharakteristik aufweist und/oder dass die Federungseinrichtung (F) zumindest eine der folgenden Federn aufweist: Biegefeder, Torsionsfeder, Luftfeder, Gummifeder, Gasdruckfeder und/oder dass die Dämpfungseinrichtung (D) eine Verstelleinrichtung zur Verstellung einer Dämpfungscharakteristik aufweist und/oder dass die Dämpfungseinrichtung (D) zumindest einen der folgenden Dämpfer aufweist: Reibungsdämpfer, hydraulischer Dämpfer, Gummidämpfer und/oder dass die passive Krafterzeugungseinheit eine Druckstufe und/oder eine Zugstufe aufweist.
11. Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Teil der Radaufhängung (4) eine Antriebswelle (8) oder eine Radnabe ist.
12. Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegeteil (22) der zumindest einen Krafterzeugungseinheit (20) am Verbindungspunkt (VP) gelenkig mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) verbunden ist und/oder dass der Fixteil (21) der zumindest einen Krafterzeugungseinheit (20) am Montagepunkt (MP, MP') gelenkig mit der ortsfesten Komponente des Antriebsstrangprüfstands (1) verbindbar ist und/oder dass der Befestigungspunkt (BP) zur gelenkigen Befestigung des Spurstangenkopfs (14a) der Spurstange (14) ausgebildet ist.
13. Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des Verbindungspunkts (VP) des Bewegeteils (22) am beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) verstellbar ist und/oder dass eine Position des Befestigungspunkts (BP) für den Spurstangenkopf (14a) am beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) verstellbar ist.
14. Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungspunkt (VP) des Bewegeteils (22) und der Befestigungspunkt (BP) für den Spurstangenkopf (14a) auf, bezüglich der Drehachse (DA), gegenüberliegenden Stirnseiten des beweglichen Abschnitts des Außenteils (19a) angeordnet sind und/oder dass der Verbindungspunkt (VP) des Bewegeteils (22) und der Befestigungspunkt (BP) für den Spurstangenkopf (14a) an unterschiedlichen Stellen in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (DA) angeordnet sind.
15. Antriebsstrangprüfstand (1) für einen Antriebsstrang (3) eines Fahrzeug (2) mit zumindest einer lenkbaren Radaufhängung (4), wobei am Antriebsstrangprüfstand (1) zumindest eine Belastungsmaschine (15) zum Aufbringen eines Antriebs- oder Belastungsmoments auf eine Antriebswelle (8) der Radaufhängung (4) des Antriebsstrangs (3) vorgesehen ist und wobei eine Steuerungseinheit (17) zur Steuerung der Belastungsmaschine (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinheit (17) im Falle einer aktiven Krafterzeugungseinheit vorzugsweise dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit zur Erzeugung der Lenkgegenkraft (FG) anzusteuern.
16. Antriebsstrangprüfstand (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrangprüfstand (1) für einen Antriebsstrang (3) eines mehrspurigen Fahrzeugs (2) mit zumindest einer gelenkten Antriebsachse (VA) mit zwei lenkbaren Radaufhängungen (4) ausgebildet ist, wobei das Lenkkraftmodul (18) für zumindest eine der beiden lenkbaren Radaufhängungen (4) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise für beide lenkbaren Radaufhängungen (4) jeweils ein Lenkkraftmodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 vorgesehen ist.
17. Antriebsstrangprüfstand (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Simulationseinheit (23) zur Simulation der Lenkgegenkraft (FG) vorgesehen ist und dass die Steuerungseinheit (17) dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit in Abhängigkeit einer von der Simulationseinheit (23) ermittelten Soll-Lenkgegenkraft (FG_soll) anzusteuern.
18. Antriebsstrangprüfstand (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinrichtung (24) zur Erfassung einer für eine Ist-Lenkgegenkraft (FGJst) repräsentativen Messgröße (M) vorgesehen ist, dass die Steuerungseinheit (17) einen Regler (25) aufweist, der dazu ausgebildet ist, aus der von der Simulationseinheit (23) ermittelten Soll-Lenkgegenkraft (FG_soll) und der von der Erfassungseinrichtung (24) erfassten Messgröße (M) eine Stellgröße (X) zu ermitteln und dass die Steuerungseinheit (17) dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Aktuator der aktiven Krafterzeugungseinheit mit der ermittelten Stellgröße (X) anzusteuern.
19. Verwendung des Antriebsstrangprüfstands (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18 zur Durchführung eines Prüflaufs mit einem Antriebsstrang (3) eines Fahrzeugs (2) mit zumindest einer lenkbaren Radaufhängung (4) und einem Lenksystem (10), wobei ein Spurstangenkopf (14a) einer Spurstange (14) des Lenksystems (10) von der Radaufhängung (4) gelöst wird, wobei die zumindest eine Belastungsmaschine (15) über eine Verbindungswelle (16) unmittelbar oder mittelbar mit einer Antriebswelle (8) der Radaufhängung (4) verbunden wird, wobei der Innenteil (19b) der Kraftübertragungseinheit (19) des Lenkkraftmoduls (18) mit einem drehbaren Teil der Radaufhängung (4) drehfest verbunden wird, wobei der Fixteil (21) der zumindest einen Krafterzeugungseinheit (20) des Lenkkraftmoduls (18) mit einem ortsfesten Montagepunkt (MP) des Antriebsstrangprüfstands (1) oder mit einem antriebsstrangfesten oder fahrzeugfesten Montagepunkt (MP1) verbunden wird, wobei der Spurstangenkopf (14a) der Spurstange (14) am Befestigungspunkt (BP) des beweglichen Abschnitts des Außenteils (19a) der Kraftübertragungseinheit (19) befestigt wird, wobei mit der Belastungsmaschine (15) ein Antriebs- oder Belastungsmoment auf die Antriebswelle (8) übertragen wird, wobei mit dem Lenksystem (10) eine Lenkkraft (FL) auf die Spurstange (14) ausgeübt wird und wobei mit der zumindest einen Krafterzeugungseinheit (20) des Lenkkraftmoduls (18) eine Lenkgegenkraft (FG) erzeugt wird, die der Lenkkraft (FL) entgegenwirkt.
20. Verfahren zur Durchführung eines Prüflaufs auf einem Antriebsstrangprüfstand (1) mit einem Antriebsstrang (3) eines Fahrzeugs (2), der zumindest eine lenkbare Radaufhängung (4) und ein Lenksystem (10) aufweist, wobei ein Spurstangenkopf (14a) des Lenksystems (10) von der lenkbaren Radaufhängung (4) gelöst wird, wobei ein Innenteil (19b) einer Kraftübertragungseinheit (19), der relativ zu einem Außenteil (19a) der Kraftübertragungseinheit (19) um eine Drehachse (DA) drehbar ist, mit einem drehbaren Teil der Radaufhängung (4) drehfest verbunden wird, wobei der Spurstangenkopf (14a) an einem Befestigungspunkt (BP) eines, in zumindest einem zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad relativ zum Innenteil (19b) beweglichen, Abschnitts des Außenteils (19a) der
Kraftübertragungseinheit (19) befestigt wird, wobei ein Fixteil (21) einer Krafterzeugungseinheit (20) mit einem ortsfesten Montagepunkt (MP) des
Antriebsstrangprüfstands (1) oder mit einem antriebsstrangfesten oder fahrzeugfesten Montagepunkt (MP1) verbunden wird und ein Bewegeteil (22) der Krafterzeugungseinheit (20) mit dem beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) der Kraftübertragungseinheit (19) verbunden wird, wobei eine Belastungsmaschine (15) des Antriebsstrangprüfstands (1) über eine Verbindungswelle (16) unmittelbar oder mittelbar mit einer Antriebswelle (8) der Radaufhängung (4) verbunden wird, wobei mit der Belastungsmaschine (15) ein Antriebsoder Belastungsmoment auf die Antriebswelle (8) übertragen wird, wobei mit dem Lenksystem (10) eine Lenkkraft (FL) auf die Spurstange (14) ausgeübt wird und wobei mit der zumindest einen Krafterzeugungseinheit (20) eine Lenkgegenkraft (FG) erzeugt wird, die entgegen der Lenkkraft (FL) über den Bewegeteil (22) und den beweglichen Abschnitt des Außenteils (19a) auf die Spurstange (14) wirkt, wobei vorzugsweise ein Achsschenkel (9) der Radaufhängung (4) mit einer darin gelagerten Radnabe durch die Kraftübertragungseinheit (19) ersetzt wird, wobei der Innenteil (19b) der Kraftübertragungseinheit (19) die Verbindunswelle (16) drehfest mit der Antriebswelle (8) verbindet oder ein Achsschenkel (9) der Radaufhängung (4) ohne einer darin gelagerten Radnabe durch die Kraftübertragungseinheit (19) ersetzt wird, wobei die Radnabe die Verbindungswelle (16) drehfest mit der Antriebswelle (8) verbindet und der Innenteil (19b) der Kraftübertragungseinheit (19) mit der Radnabe oder mit der Antriebswelle (8) verbunden wird.
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