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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur dynamischen Lastprüfung
von zumindest Teilen eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Aus der
DE 38 12 824 A1 ist es bekannt,
einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges (ersten) mechanischen
Beanspruchungen auszusetzen. Hierbei ist ein Verbrennungsmotor über ein
Getriebe mit einem Hauptantriebsstrang verbunden. Der Hauptantriebsstrang
treibt direkt ein Hinterachsgetriebe sowie über eine Kupplung und einen
Nebenantriebsstrang ein Vorderachsgetriebe an. Vorderachs- und Hinterachsgetriebe
sind jeweils über
Wellen mit Belastungsmaschinen verbunden. Bei den mittels der Belastungsmaschinen
aufgebrachten mechanischen Beanspruchungen handelt es sich um simulierte Trägheitsmomente
der Räder,
Antriebs- oder Bremsmomente, beispielsweise zur Nachbildung der
Fahrwiderstände
und der Beschleunigungs- und Verzögerungsmomente. Mittels mindestens
eines Sensors werden dynamische Verformungen infolge der (ersten)
mechanischen Beanspruchungen erfaßt. Das (mindestens eine) Ausgangssignal
des Sensors wird einer Auswerteeinheit zugeführt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein verbessertes Verfahren zur dynamischen Lastprüfung vorzuschlagen,
welches eine verbesserte Anpassung der Prüfkonditionen an den realen
Fahrzeugbetrieb ermöglicht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass neben dem Antriebsstrang mindesten eine weitere Komponente
des Kraftfahrzeuges einer zweiten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt
wird.
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Die Erfindung trägt der Erkenntnis Rechnung,
dass es nicht ausreichend ist, den Antriebsstrang, also die zwischen
Antriebsaggregat und Fahrbahn zwischengeschalteten Antriebselemente, den
ersten mechanischen Beanspruchungen auszusetzten. Bei den ersten
mechanischen Beanspruchungen handelt es sich um auf den Antriebsstrang wirkende
real existierende oder den realen Bedingungen angepaßte Momente.
Die mechanischen Beanspruchungen geben somit zumindest teilweise oder
annähernd
die mechanischen Randbedingungen des Antriebsstranges im Betriebsfall
wieder.
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Vielmehr wird erfindungsgemäß davon
ausgegangen, dass der Antriebsstrang nicht separat betrachtet werden
darf. Beispielsweise führen
Verformungen der Tragstruktur zu veränderten Randbedingungen des
Antriebsstranges. Lagerelemente des Antriebsstranges sind u. U.
im Betrieb gegeneinander verspannt, wodurch beispielsweise eine
erhöhte Lagerreibung
und/oder nichtlineare Kontaktbedingungen bedingt sind. Derartige
Veränderungen
der Randbedingungen können
nur durch eine der mechanischen Beanspruchung des Antriebsstranges überlagerten
Beanspruchung der den Antriebsstrang umgebenden Komponenten geprüft werden.
Neben einer realistischeren Prüfung
des Antriebsstranges und damit verbesserten Prüfergebnissen kann gleichzeitig
eine Prüfung
der den Antriebsstrang umgebenden Komponenten erfolgen, beispielsweise eine
Prüfung
der Lagerungen, insbesondere hinsichtlich der Beanspruchungsgrößen, wodurch
beispielsweise eine verbesserte Lebensdaueraussage ermöglicht ist.
Die mechanischen Eigenschaften der Komponenten können anhand der verbesserten
Prüfergebnisse
optimiert werden.
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Rückwirkungen
der zweiten mechanischen Beanspruchung auf das Verhalten des Antriebsstranges
und/oder Rückwirkungen
der ersten mechanischen Beanspruchung auf das Verhalten der mindestens
einen weiteren Komponente werden ausgewertet. Die Auswertung kann
hierbei darin bestehen, dass die Rückwirkungen mittelbar oder
unmittelbar messtechnisch erfasst werden oder dass diese während der
Prüfung
vorhanden sind. Infolge der Wechselwirkung zwischen der Belastung
des Antriebsstranges und der Beanspruchung der den Antriebsstrang
umgebenden Komponenten sind nicht nur verbesserte Aussagen für den Antriebsstrang
möglich, sondern
auch für
die umgebenden Komponenten. Beispielsweise führt die Wechselwirkung zu dynamischen
Verformungen der Komponenten, welche zu einer Schallabstrahlung,
dynamischen Massekräften und/oder
veränderten
Radaufstandskräften
und damit veränderter
Fahrdynamik führen.
Diesen Effekten kann erfindungsgemäß Rechnung getragen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung sind eine weitere mit einer zweiten mechanischen Beanspruchung
beaufschlagte Komponente Anlenkpunkte des Fahrwerkes. An diesen
Anlenkpunkten können
die vom Fahrwerk auf das Kraftfahrzeug ausgeübten Kräfte simuliert werden. Durch die
zwischen die Anlenkpunkte und den Antriebsstrang zwischengeschalteten
mechanischen Übertragungselemente
können
Rückwirkungen
der Kräfte des
Fahrwerkes auf den Antriebsstrang (und umgekehrt) erfaßt werden,
wodurch eine verbesserte Prüfung
und verbesserte Auslegung des Kraftfahrzeuges ermöglicht ist.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ist
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mechanische Beanspruchung über eine
Adapterplatte aufgebracht wird. Die zweite mechanische Beanspruchung
wird über
einen geeigneten Aktuator aufgebracht. Die Adapterplatte kann beispielsweise
durch geeignete Hebelarme die durch den Aktuator aufgebrachten Kräfte und
Momente auf einen geeigneten Betrag transformieren. Des weiteren
können
räumlich
großbauende
Komponenten durch die Adapterplatte ersetzt werden, wobei die Adapterplatte
zum einen die Übersetzungsverhältnisse von
Kräften
und Momenten und andererseits die mechanischen Eigenschaften der
Komponenten wie Steifigkeiten und Dämpfungen simuliert.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens verfügt die zweite
mechanische Beanspruchung über dynamische
Kräfte.
Neben den ohnehin in den Antriebsstrang eingeleiteten Momenten können somit gezielt
im Fahrbetrieb auftretende Kräfte
simuliert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung beinhaltet die erste und/oder die zweite mechanische
Beanspruchung an einen realen Fahrbetrieb adaptierte Lastkollektive.
Die Lastkollektive können
im tatsächlichen
Fahrbetrieb an den Schnittstellen der Komponenten gemessen sein
und aus einem Datenspeicher über
eine geeignete Regel- und Steuereinrichtung einem Aktuaktor zugeführt werden,
welcher die Komponente mit der im Fahrbetrieb ermittelten Last beaufschlagt.
Hierdurch ist eine besonders realitätsnahe Prüfung ermöglicht.
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Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beinhaltet die erste und/oder die zweite mechanische Beanspruchung
an einen realen Fahrbetrieb adaptierte Raffkollektive. Mit diesen
ist, insbesondere bei gegenüber
einem realen Fahrbetrieb vergrößerten Amplituden
und/oder veränderten Belastungsfrequenzen,
eine Prüfung
mit verringerter Prüfdauer
ermöglicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
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1 einen
schematischen Aufbau einer Prüfeinrichtung
und
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2 einen
Prüfgegenstand
mit den an diesem wirkenden Kräften
und Momenten.
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Die Erfindung findet Einsatz zur
dynamischen Lastprüfung
eines Kraftfahrzeuges. Bei einem Prüfgegenstand 10 handelt
es sich um Teile eines Kraftfahrzeuges, insbesondere um den Antriebsstrang
desselben mit einem Antriebsaggregat, einem Anfahrelement, einer
Getriebeeinheit, einer Getriebeausgangswelle, einer Gelenkwelle-
bzw. Kardanwelle, einem Verteilergetriebe, einem Ausgleichsgetriebe,
Achswellen und/oder Fahrzeugräder,
sowie den Antriebsstrang umgebende Komponenten, insbesondere Gehäuse von
Bestandteilen des Antriebsstranges, Lagerelemente von Bestandteilen
des Antriebsstranges, zumindest Teile der Tragstruktur des Kraftfahrzeuges
wie Längs-
und/oder Querträger,
Betätigungselemente
des Fahrers mit deren Verbindung zum Antriebsstrang, beispielsweise
ein Handschalthebel, Fahrwerkselemente und deren Anlenkpunkte an
dem Kraftfahrzeug, den Längs- und/oder den Querträger, Angriffspunkte
dynamischer Massenkräfte
und/oder aerodynamischer Kräfte
am Kraftfahrzeug oder Zusatz- oder Nebenaggregate wie Wasserpumpe,
Lichtmaschine, Klimaanlage oder Lenkhilfpumpe mit dem entsprechenden
Nebenaggregateantrieb. Bei den Bestandteilen des Prüfgegenstandes 10 kann
es sich um die Serienteile des Kraftfahrzeuges oder aber diese hinsichtlich
der geometrischen Verhältnisse
und/oder der mechanischen und dynamischen Eigenschaften simulierende
Ersatzteile handeln.
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Der Prüfgegenstand 10 wird über mindestens
einen Aktuator 11 mit einer statischen oder dynamischen
Kraft und/oder einem Moment beaufschlagt. Der Ort der Beaufschlagung
entspricht der Beaufschlagung im Betriebsfall des Kraftfahrzeuges bzw.
bei entsprechender mechanischer Umrechnung oder einem Ersatzbauteil
einem geeignet angepaßten
Beaufschlagungsort. Der oder jeder Aktuator 11 wird nach
Maßgabe
einer Steuer- oder Regeleinheit (im folgenden Auswerteeinheit 12)
beaufschlagt. Dem Prüfgegenstand 10 ist
mindestens ein Sensor 13 zugeordnet. Der Sensor 13 ist
beispielsweise als Kraftsensor ausgebildet und in den Kraftfluss
des Prüfgegenstandes 10 integriert
und/oder als Weg-Geschwindigkeits-
oder Beschleunigungssensor ausgebildet und an geeigneter Stelle
des Prüfgegenstandes 10 appliziert.
Das Ausgangssignal 14 des Sensors 13 wird der
Auswerteeinheit 12 zugeführt. Eine Auswertung des Ausgangssignales 14 erfolgt
durch geeignete Auswerteverfahren, insbesondere im Zeit- oder Frequenzbereich
oder nach geeigneten Gütekriterien.
Weiterhin kann im Zuge einer Regelung das Ausgangssignal 14 zur
Beeinflussung des Eingangssignales 15 des Aktuators 11 Verwendung
finden.
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Bei dem Aktuator 11 handelt
es sich vorzugsweise um einen ansich bekannten Shaker oder Pulser,
welcher beispielsweise hydraulisch, elektrisch, elektrohydraulisch,
elektromagnetisch oder elektromechanisch arbeitet. Weiterhin können als
Aktuatoren elektrohydraulische Motoren bis zu Verbrennungsmotoren
Einsatz finden. Für
Einsatzfälle
mit kleinen Verformungen infolge der Kräften sind ebenfalls piezoelektrische
Kraftelemente denkbar.
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Als Sensoren 13 können beliebige
Kraft-, Weg-, Beschleunigungsaufnehmer oder Schallaufnehmer Einsatz
finden. Insbesondere finden Dehnungsmeßstreifen, eine Lasermeßtechnik
oder Piezoelemente Einsatz. Zur Erfassung einer Schallabstrahlung
können
Körperschallsensoren
oder auf Schalldruck reagierende Sensoren eingesetzt werden.
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In der Auswerteeinheit 12 sind
Lastkollektive abgelegt, deren Daten beispielsweise in Form der Drehzahl
und des Drehmomentes an den jeweils interessierenden Rädern auf
einer repräsentativen Teststrecke
konventionell an Fahrzeugen aufgenommen werden, die mit Einrichtungen
zur Momenten und Drehzahlerfassung ausgestattet sind. Darüber hinaus
werden Kräfte
und Momente an Komponenten des Kraftfahrzeuges erfaßt. Eine
Auswertung am Prüfstand
erfolgt insbesondere hinsichtlich der Last- und Verformungsverläufe oder
-spitzen, der Mittelwerte, von Bewertungskriterien wie beispielsweise ein
Fahrkomfort oder hinsichtlich einer (Dauer-)Festigkeit. Die Lastkollektive
sind in einer Speichereinheit der Auswerteeinheit 12 abgelegt
und aus dieser abrufbar. Des weiteren können über die Auswerteeinheit
12 Stelleinheiten
betätigt
werden, mittels derer auf die mechanischen Eigenschaften oder Betriebszustände des
Prüfgegenstandes 10 Einfluß genommen
werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise eine mechanische
Steifigkeit oder eine Dämpfung,
insbesondere eines Lagers, verändert
werden und am Prüfstand
der Einfluß der Änderung überwacht
werden.
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Ein Kraftfahrzeug wird über Fahrzeugräder über Reaktionskräfte in der
Aufstandsfläche
auf der Fahrbahn beaufschlagt. Weiterhin wirken aerodynamische Kräfte auf
die Karosserie des Kraftfahrzeuges. Im Innenraum des Kraftfahrzeuges
bringt ein Fahrer Betätigungskräfte und
dynamische Massenkräfte
in das Fahrzeug ein. Für
den Prüfgegenstand 10 gemäß 2 sind beliebige Komponenten
des Kraftfahrzeuges und ein Antriebsstrang 20 desselben aus
dem Kraftfahrzeug „herausgeschnitten", wobei die vorgenannten
auf das Kraftfahrzeug wirkenden Kräfte und die Kräfte in den
Schnittstellen der „freigeschnittenen" Komponenten (unter
entsprechender Umrechnung) von den Aktuatoren 11 aufgebracht werden.
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Der Antriebsstrang
20 verfügt über ein
Antriebsaggregat
21, hier eine Brennkraftmaschine. Das
Antriebsaggregat
21 steht über eine Getriebeeinheit
22 in
Antriebsverbindung mit einer Abtriebswelle
23. Der Antriebsstrang
wird mit mindestens einem Belastungsmoment
24 beaufschlagt,
welches den Antriebsstrang in Torionsrichtung der Abtriebswelle
23 belastet.
Zur Gestaltung der (ersten mechanischen) Beanspruchungen des Antriebsstranges vgl.
insbesondere die Druckschriften
EP 10 37 030 A2 ,
DE 199 10 967 C1 ,
DE 38 12 824 A1 ,
DE 197 51 452 A1 ,
DE 39 26 281 C2 ,
DE 199 34 486 A1 .
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Darüber hinaus werden der Antriebsstrang und
weitere Komponenten mit den Aktuatoren 11 mit weiteren
Beanspruchungen, nämlich
einer zweiten mechanischen Beanspruchung beaufschlagt:
Beispielsweise
wirken am Antriebsaggregat horizontale Kräfte 25 oder vertikale
Kräfte 26.
Eine Einwirkung auf das Antriebsag gregat 21 kann auch über ein Motorlager 27 und
gegebenenfalls einen das Motorlager 27 abstützenden
Träger 28 über eine
Kraft 29 erfolgen. Alternativ oder ergänzend können Betätigungskräfte 30 oder Betätigungsmomente 31 für die Getriebeeinheit 22 am
Gehäuse
der Getriebeeinheit 22 simuliert werden.
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Eine alternative oder zusätzliche
Beaufschlagung des Prüfgegenstandes 10 erfolgt über eine
Adapterplatte 32, welche vorzugsweise mit einem Gehäuse der
Getriebeeinheit 22 oder des Antriebsaggregates 21 fest
verbunden ist. An der Adapterplatte 32 wirken Kräfte 33, 34 oder
Momente 35. Die verallgemeinerten Kräfte 33, 34, 35 dienen
der raumsparenden Simulation von nicht im Prüfgegenstand 10 realisierten
umgebenden Komponenten des Kraftfahrzeuges.
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Alternativ oder zusätzlich verfügt der Prüfgegenstand 10 über eine
Lagerung 36 eines rotierenden Teiles des Antriebsstranges 20,
hier der Abtriebswelle 23. Bei der Lagerung 36 handelt
es sich um eine im Serienfahrzeug vorkommende Lagerung. Die Lagerung 36 wird über einen
Aktuator 11 mit einer Kraft 36 bzw. einem Moment
beaufschlagt.