DE19822037A1

DE19822037A1 - Verfahren und Regeleinrichtung zur elektrischen Schwungmassensimulation bei Prüfständen

Info

Publication number: DE19822037A1
Application number: DE1998122037
Authority: DE
Inventors: Prodromos Raptopoulos
Original assignee: Schenck Pegasus GmbH
Current assignee: Horiba Automotive Test Systems GmbH
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-18

Abstract

Bei einem Verfahren zur elektrischen Simulation von Trägheitsmomenten bei einem Prüfstand für dynamische Untersuchungen an einem Prüfling, bei dem mittels einer elektrischen Maschine ein Belastungsmoment erzeugt wird und in Abhängigkeit von das Belastungsmoment und die Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine darstellenden Meßsignalen von einer Regeleinrichtung ein Belastungsregelsignal zur Regelung des Belastungsmoments gebildet wird, wird mit Hilfe der Regeleinrichtung ein Modell gebildet, das die Bewegung des Prüflings beschreibt, wobei das Modell aus dem bei bestimmungsgemäßem Betrieb äußeren Antriebsmoment des Prüflings als einer Größe, die in die Regelstrecke eingreift, jedoch keine Daten der Regelstrecke enthält, Größen zur Bildung des Belastungsregelsignals ableitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Simu lation von Trägheitsmomenten bei einem Prüfstand für dyna mische Untersuchungen an einem Prüfling, insbesondere einem Kraftfahrzeug oder einem Antriebsaggregat eines Kraftfahr zeugs, bei dem mittels einer elektrischen Maschine ein Belastungsmoment erzeugt wird und in Abhängigkeit von das Belastungsmoment und die Winkelgeschwindigkeit der elek trischen Maschine darstellenden Meßsignalen von einer Re geleinrichtung ein Belastungsregelsignal zur Regelung des Belastungsmoments gebildet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfah rens.

Die Zweckmäßigkeit des Einsatzes von Prüfständen in der Automobilindustrie zur Prüfung von kompletten Kraftfahrzeu gen aber auch zur Prüfung von einzelnen Kraftfahrzeugan triebskomponenten, z. B. des Verbrennungsmotors, der Kupp lung, des Getriebes, ist seit langem erwiesen. Die Verlagerung der Prüfung von der Straße auf den Prüfstand hat neben der Zeit- und Kosteneinsparung den Vorteil, daß der Einfluß der klimatischen Umgebungsbedingungen auf die Messung kontrollierbar ist.

Bei der stationären Prüfung von Kraftfahrzeugen ist es u. a. erforderlich, die im praktischen Fahrbetrieb zu überwinden den Fahrwiderstände möglichst exakt nachzubilden. Hierzu werden vornehmlich Dynamometer in Form von Rollenprüfstän den eingesetzt. Da sich die Fahrzeuge auf diesen Prüfstän den nicht bewegen, müssen die aus der Beschleunigung der Fahrzeugmasse resultierenden Trägheitskräfte durch den Prüfstand simuliert werden, wenn das Massenträgheitsmoment des Prüfstands nicht mit der Fahrzeugmasse übereinstimmt. Hierbei ist es üblich, die Differenz der Trägheitskräfte durch ein Belastungsmoment zu simulieren, das beispiels weise mit Hilfe einer Gleichstrommaschine erzeugt wird. Die Größe des Belastungsmoments wird durch einen dynamischen Regelkreis in Abhängigkeit von der jeweiligen Beschleuni gung geregelt. Dabei können sich je nach dem angewendeten Simulationsverfahren bei kleinen oder bei großen positiven Trägheitsdifferenzen Probleme hinsichtlich der Regelstabi lität und Regelgüte ergeben.

Gerade die Nachbildung des Trägheitsmomentes des Prüflings auf dem Prüfstand bereitet der Praxis regelungstechnische Probleme. Zwei Verfahren kennzeichnen den derzeitigen Stand der Technik: Beim differenzierenden Verfahren (siehe "Siemens-Zeitschrift" 47, 1973, Heft 9, Seiten 685-690, "BBC-Nachrichten" - 65, 1983, Heft 11, Seiten 385-392, "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift" B6, 1984, 11, Seiten 496-502) wird die Drehzahl differenziert, mit der zu simulie renden Masse multipliziert und einem Drehmomentregler zuge führt. Ist das gewünschte Trägheitsmoment erheblich kleiner als das Prüfstandsträgheitsmoment, also bei negativen simu lierten Trägheitsmomenten, so entsteht eine mitgekoppelte Regelschleife, die den Regelkreis zur Instabilität führt. Bei großen positiven simulierten Trägheitsmomenten ist dagegen die Regeldynamik unbefriedigend, da die Glättungs zeitkonstante der technischen Mittel zur Differentiation der Drehzahl mitvergrößert werden muß.

Das integrierende Verfahren wird in der Patentschrift DE 27 38 325 C3 beschrieben. Hierbei wird in einem von der Dreh momentmeßwelle geführten Modell durch Integration der Momentandifferenz aus Meßwellenmoment und statischem Moment ein Drehzahlsollwert errechnet. Die Zeitkonstante der Inte gration ist proportional der Differenz zwischen gewünschtem Trägheitsmoment und Prüfstandsträgheitsmoment. Der errech nete Drehzahlsollwert wird in einem Drehzahlregler mit der gemessenen Drehzahl verglichen. Durch die elektrische Maschine wird die Prüfstandsdrehzahl auf die Solldrehzahl eingeregelt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsa che, daß die Dynamik des Drehzahlreglers nicht ausreichend für eine schnelle Einprägung des simulierten Trägheitsmo ments ist, da das Modell aus der Regelstrecke abgeleitet wird. Das zeigt sich insbesondere bei der Simulation von kleinen Trägheitsmomenten.

Ein ähnliches Verfahren ist auch in der DE-OS 39 20 277 A1 beschrieben. Dort wird für die Bildung des Drehzahlsollwer tes zusätzlich zum Drehmomentmeßwellensignal auch der Dreh zahlistwert herangezogen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrischen Simulation von Trägheitsmomenten anzugeben, das sich durch ein hohes Maß an Stabilität und Dynamik aus zeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Modell, das die Prüflingsbewegung beschreibt, aus einer Größe abgeleitet wird, die in die Regelstrecke eingreift, jedoch keine Daten der Regelstrecke enthält. Das ist im allgemeinen das äußere Antriebsmoment. Im Falle des Fahr zeugprüfstandes (Fig. 1b) ist dies das Belastungsmoment M*_R, beim Motorenprüfstand (Fig. 2) ist es das "innere" Moment M_{i_v} . i_G des Verbrennungsmotors und beim Kupplungs prüfstand (Fig. 3) ist es das "innere" Moment (Luftspaltmoment) M_{i_A} der elektrischen Antriebsmaschine.

Im folgenden wird das äußere Antriebsmoment mit M_A bezeich net. Seine meßtechnische Erfassung ist sehr aufwendig und in der Praxis vielfach nicht durchführbar. Einfach ist dagegen seine Erfassung mittels eines Drehmomentrechners, wenn als Antriebsmaschine eine Gleichstrommaschine einge setzt wird, z. B. bei Kupplungsprüfständen, jedoch ist die Meßgenauigkeit des Drehmomentrechners nicht ausreichend.

Gemäß der Erfindung wird für die Erfassung des äußeren Antriebsmomentes ein Beobachter eingesetzt. Diese an für sich bekannte Schaltung erlaubt bei bekannten Regel streckenparametern aus Messung bestimmter Größen einen "Schätzwert" für die gesuchte, der Messung unzugängliche Größe. Als Meßgrößen dienen erfindungsgemäß das Signal der Drehmomentmeßwelle und die Prüfstandsdrehzahl.

Um die Dynamik des Beobachters zu erhöhen ist eine breit bandige Drehzahlerfassung und eine möglichst starre Ankop pelung des Prüflings an die Belastungsmaschine anzustreben. Die Realisierung des Beobachters in analoger Technik ist zu bevorzugen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1a und 1b eine schematische Darstellung eines als Rollenprüfstand ausgebildeten Fahrzeugprüfstands,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Motorenprüf stands,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kupplungs prüfstands,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Motorenprüfstands mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Regelstrecke und des Beobachters der Regeleinrichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Modells der Regel strecke der Regeleinrichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Regelstrecke und des Beobachters der Regeleinrichtung eines Kupplungsprüfstands,

Fig. 8 ein Blockschaltbild des erweiterten Modells der Regeleinrichtung eines Kupplungsprüfstands und

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Kupplungsprüfstands und der dazugehörigen Regelung.

Auf ein in Bewegung befindliches Fahrzeug wirken als äußere Kräfte die Luftwiderstandskraft K_w, = a₂ . v², die Rollreibung K_r = a₀ + a₁ . v, ein eventueller Steigungswiderstand K_S und ggf. eine Beschleunigungskraft m . dv/dt, die zur Beschleu nigung der Kraftfahrzeugmasse m notwendig ist. v ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, a₀, a₁, a₂ sind fahrzeugspezifi sche Konstanten.

Das gesamte Belastungsprofil ist somit gegeben durch die Kraft

Diese Kraft übt auf die angetriebenen Fahrzeugräder ein Drehmoment aus, der Größe M_R = K_R . r_dyn, (r_dyn ist der dynami sche Rollradius der Reifen) das auf die Straße übertragen wird. Zum Gleichgewicht muß der Verbrennungsmotor über die Antriebswelle auf die angetriebenen Fahrzeugräder ein gleich großes aber entgegengesetztes Drehmoment aufbringen.

Bei einem als Rollenprüfstand ausgebildeten Fahrzeugprüf stand wird die Straße durch eine Rolle 1 von ausreichendem Radius R pro Antriebsrad ersetzt. (Fig. 1a, 1b).

Die Nachbildung des Belastungsprofils K_R bzw. des Bela stungsmoments M*_R = K_R. R übernimmt eine elektrische Bela stungsmaschine 3, z. B. eine von einem Stromrichter gespei ste Gleichstrommaschine oder eine von einem Umrichter gespeiste Asynchronmaschine, die bekannterweise eine sehr kurze Stromanregelzeit aufweisen. Zwischen den Rollen 1 und der Belastungsmaschine 3 ist eine Drehmomentmeßwelle 2 angeordnet. Für Anpaßzwecke kann ein Getriebe, vor der elektrischen Maschine eingebaut, verwendet werden. Durch einen Drehzahlgeber 4 wird die Drehzahl gemessen. Verfolgt man die Fortschreitung der Belastung an den Antriebsrädern durch den gesamten Antriebsstrang bis zum Verbrennungsmotor hin, so erhält man für das "innere" Moment M_{i_v} des Verbren nungsmotors die Beziehung:

Es sind:
i = i_HA.i_G
b₀, b₁, b₂ fahrzeugspezifische Konstanten
Ω_V Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors
i_HA Übersetzung der Hinterachse
i_G Übersetzung des Schaltgetriebes
Θ_F äquivalentes polares Trägheitsmoment des Fahrzeugs

mit:
Θ_M Trägheitsmoment der rotierenden Teile des Verbren nungsmotors
Θ_G Trägheitsmoment des Getriebes und der Kupplung bezogen auf die Abtriebsseite
m = G/g Masse des Fahrzeuges
Θ_HA Trägheitsmoment der Hinterachse bezogen auf die Seitenwellen
Θ_R Trägheitsmoment der Treibräder

Den Aufbau eines Motorenprüfstands zeigt Fig. 2. Der Prüfling 5 besteht aus dem Verbrennungsmotor VM, der Kupp lung K und dem Schaltgetriebe G. Die Nachbildung der Bela stung am Ausgang des Schaltgetriebes G übernimmt wieder eine elektrische Maschine 7, z. B. eine stromrichtergespei ste Gleichstrommaschine oder eine umrichtergespeiste Asyn chronmaschine. Das Belastungsmoment wird mit einer Dreh momentmeßwelle 6 zwischen dem Schaltgetriebe G und der elektrischen Maschine 7 gemessen. Die Erfassung der Prüf standsdrehzahl Ω_p übernimmt ein Drehzahlgeber 8. Die Bewegungsgleichung für den Prüfling 5 auf der Straße lau tet:

Mit:

Ω_s= Winkelgeschwindigkeit am Ausgang des Schaltgetriebes
c₀, c₁, c₂ = fahrzeugspezifische Konstanten.

Auf dem Prüfstand gilt die Gleichung:

Mit:
Ω_p Winkelgeschwindigkeit am Ausgang des Schaltgetriebes und

M_{i_B} ist das "innere" Moment (Luftspaltmoment) und
Θ_B das Rotorträgheitsmoment der Belastungsmaschine 7.

Das übertragene Moment M_K durch die Kupplung ist:

mit:

Fig. 3 stellt den prinzipiellen Aufbau eines Kupplungs prüfstandes dar. Der Prüfling 9 besteht aus der zu prüfen den Kupplung K mit dem Übertragungsmoment M_K.

Als Antriebsaggregat dient eine elektrische Maschine 10, deren Drehzahl durch den Geber 11 erfaßt wird. Die Bela stung am Ausgang der Kupplung übernimmt eine elektrische Belastungsmaschine 13. Ihre Drehmomentmeßwelle 12 erfaßt das Kupplungsmoment M_K. Der Drehzahlgeber erfaßt die Dreh zahl der Belastungsmaschine.

Auf der Straße gelten folgende Beziehungen:

Bei schleifender Kupplung (Ω_A ≠ Ω_S) ist

M_K = M_W, unter Vernachlässigung des Kupplungsträgheitsmo ments.
Ω_S ist die Winkelgeschwindigkeit der Kupplung im Fahrzeug.

Bei geschlossener Kupplung (Ω_A = Ω_S) ist:

M_K = M_W, mit

Bei offener Kupplung (M_K = M_W = 0) ist:

In allen Fällen gilt für die Belastungsmaschine:

und für die Antriebsmaschine:

mit
M_{i_A}, M_{i_B} "inneres" Moment der Antriebs- bzw. Belastungsma schine und
Θ_A, Θ_B Trägheitsmoment der Antriebs- bzw. Belastungsma schine.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die elektrische Maschine als Belastungseinheit für die oben beschriebenen Prüfstände das statische Moment in Form eines Polynoms zweiter Ordnung und ein Beschleunigungsmoment liefern muß. Das Beschleunigungsmoment ist proportional der Differenz zwischen dem gewünschten Trägheitsmoment Θ_F bzw. Θ*_F bzw. Θ**_F und dem gesamten Prüfstandsträgheitsmoment Θ_p bezogen auf die Drehgeschwindigkeit der Drehmomentmeßwelle.

In Fig. 4 ist ein Motorenprüfstand 100 prinzipiell darge stellt. Der Prüfling 101 ist ein Verbrennungsmotor samt Kupplung und Getriebe. Das Trägheitsmoment des Prüflings bezogen auf den Ausgang des Schaltgetriebes ist Θ_pr = Θ_M . i² _G + Θ_G und sein äußeres Moment M_A = M_{i_v} . i_G. Es wird vorausgesetzt, daß während der Prüfung die Kupplung geschlossen bleibt und ein fester Getriebegang mit der Übersetzung i_G eingelegt ist, d. h. es wird kein Kupplungs- bzw. Getriebeumschaltvorgang simuliert.

Der Prüfling 101 ist mit der elektrischen Maschine 103 durch die starre Welle 106 verbunden. Das Wellenmoment M_W der Welle 106 wird von der Drehmomentmeßwelle 102 erfaßt. Θ_B ist das Rotorträgheitsmoment der elektrischen Maschine 103. Ein Drehzahlgeber 104 liefert die Prüfstandsdrehzahl Ω_p. Der Block 105 stellt einen zweiquadranten Stromrichter bzw. Umrichter zur Speisung der elektrischen Maschine 103 dar, dem eine Stromregelung 110 vorgeschaltet ist.

Zur Erfassung des äußeren Moments M_A des Prüflings 101 ist ein Beobachter 200 vorgesehen, dessen Beschreibung anhand von Fig. 5 erfolgt. Der Beobachter 200 weist einen analo gen Integrierer 205 auf, dessen Integrationszeit, von einem Rechner 400 vorgegeben, proportional dem als bekannt vor ausgesetzten Trägheitsmoment Θ_pr des Prüflings 101 ist. Der Integrierer 205 integriert das über die Anschlüsse 107, 201 zugeführte Signal M_W der Drehmomentmeßwelle 102 und liefert am Ausgang eine Schätzdrehzahl _p, die an der Vergleichs stelle 206 mit der von dem Drehzahlgeber 104 gemessenen und über die Anschlüsse 108, 202 zugeführten Drehzahl Ω_p des Prüfstandes verglichen wird. Die Drehzahldifferenz Ω_p-_p wird einem analogen PI-Regler 207 zugeführt, dessen Ausgang _A, auf die Vergleichsstelle 208 zurückgeführt, das gesuchte äußere Moment M_A mit einer geringen Zeitverzöge rung t_B liefert. Die Dynamik des Beobachters 200 und somit die Verzögerungszeitkonstante t_B ist von den Parametern des Reglers 207 abhängig. In der Praxis beträgt t_B ca. 15-20 ms.

Ist der Prüfling im realen Fahrzeug eingebaut, so muß er am Ausgang des Schaltgetriebes ein Moment der Größe M_A = i_G . M_{i_v}, abgeben, das wie bereits erwähnt, die Summe des stationären Belastungsmomentes

M_L(Ω_s) = d₀ + d₁Ω_s + d₂Ω² _s

und des Beschleunigungsmomentes

abdeckt. Hierbei sind
d₀, d₁, d₂ fahrzeugspezifische Konstanten und
Ω_s die Winkelgeschwindigkeit am Ausgang des Schaltgetrie bes im Fahrzeug.

Hieraus kann bei bekanntem Antriebsmoment _A, die Winkelgeschwindigkeit Ω_s errechnet werden. Dies geschieht erfindungsgemäß mit Hilfe eines vom Antriebsdrehmoment _A geführten Modells 300 (Fig. 4). In Fig. 6 ist die rege lungstechnische Darstellung des Modells 300 wiedergegeben. Der Rechner 400 gibt an dem Anschluß 304 die Parameter d₀, d₁, d₂ für das stationäre Belastungsmoment M_L und die Inte grationszeit für den Integrierer 306 vor, die proportional dem Trägheitsmoment Θ_pr + Θ_sim ist. Das zu simulierende Trägheitsmoment Θ_sim am Ausgang des Schaltgetriebes ist gleich:

Der Integrierer 306 integriert das Signal des mit der Ver zögerungszeit t_B behafteten äußeren Antriebsmomentes _A und liefert an seinem Ausgang die errechnete Drehzahl Ω*_s, die gegenüber der gesuchten Drehzahl Ω_s um die Verzöge rungszeitkonstante t_B nacheilt. Deswegen sieht die Erfin dung zwei Zeitglieder 307 und 309 vor. Das Zeitglied 307, das die Vorhaltzeit t_B enthält, liefert an seinem Ausgang (Anschluß 302) die richtige Drehzahl Ω_S. In dem nicht linearen Block 308 wird das stationäre Lastmoment:

M_L(Ω_s) = d₀ + d₁Ω_s + d₂Ω² _s

nachgebildet, das nach Durchlauf des mit der Verzögerungs zeitkonstante t_B behafteten Zeitgliedes 309, auf die Ver gleichsstelle 305 zurückgeführt wird. Somit steht an der Vergleichsstelle 305 und Anschluß 303 das Beschleunigungs moment M*_b zur Verfügung, das gegenüber dem im Fahrzeug vorhandenen Beschleunigungsmoment M_b ebenfalls um die Ver zögerungszeitkonstante t_B nacheilt. Die Nachbildung des Modells 300 kann in analoger oder digitaler Technik mittels eines Rechners realisiert werden.

Unter der Wirkung des äußeren Moments M_A = i_G . M_{i_v} , erzeugt der im Fahrzeug eingebaute Prüfling am Ausgang des Schalt getriebes eine Winkelgeschwindigkeit Ω_s und eine Winkelbe schleunigung _s, im Motorenprüfstand dagegen eingebaut, unter der Annahme, daß das äußere Moment die gleiche Größe aufweist, erzeugt es die Winkelgeschwindigkeit Ω_p und die Winkelbeschleunigung _p.

Die Aufgabe besteht nun darin, durch gezielte Beeinflussung des Luftspaltmoments M_{i_B} der elektrischen Maschine mittels einer entsprechenden Regelung, die Gleichheit der Größen zu erzwingen:

1) _p = _s
2) Ω_p = Ω_s

Diese Gleichungen werden von der Regelung erfüllt, die die Erfindung vorsieht, und stellen eine schärfere mathematische Bedingung an die "Deckung" der vorhandenen Prüfstandswinkelgeschwindigkeit Ω_p mit der gewünschten und im Fahrzeug existierenden Winkelgeschwindigkeit Ω_s. Bei dem aus der DE 27 38 325 C3 bekannten Prüfstand ist nur die Bedingung Ω_p = Ω_s durch einen Drehzahlregler erfüllt. Die erfindungsgemäße Regelung ist im Block 500 in Fig. 4 dargestellt und wird im folgenden beschrieben:

In einer Vergleichsstelle 511 werden die Prüfstandswinkel beschleunigung *_p, und die Modellwinkelbeschleunigung *_s verglichen. Zusätzlich wird dort eine Korrekturgröße ΔM zugeführt, die von einem überlagerten Drehzahlregler 510 geliefert wird. Die Prüfstandswinkelbeschleunigung *_p wird durch Differenzierung, Block 505, der Drehzahl Ω_p gemessen, und erfindungsgemäß mit der Verzögerungszeitkon stante t_B, Block 506, versehen. Die Ausgangsgröße des fol genden Blocks 507 mit der Gewichtung Θ_pr + Θ_B stellt somit das um die Verzögerungszeitkonstante t_B nacheilende Beschleunigungsmoment des Prüfstandes dar. Das Beschleuni gungsmoment M*_B des Modells 300, das ebenfalls, wie bereits erwähnt, mit der Verzögerungszeitkonstante t_B behaftet ist, wird im Block 508 mit dem Faktor (Θ_pr + Θ_B)/(Θ_pr + Θ_sim) gewichtet und ist somit ein Maß für die Modellwinkelbe schleunigung.

Nach bekannten Regeln der Regelungstechnik kann die beide Winkelbeschleunigungen betreffende Verzögerungszeitkon stante t_B in den Vorwärtszweig des Beschleunigungsregel kreises "verschoben" werden, was durch das gestrichelt gezeichnete Glied 517 angedeutet wird. Diese Zeitkonstante ist etwa 3- bis 4mal größer als die Ersatzzeitkonstante t_i, der Stromregelung 110 im Leistungsglied 105 und kann durch den Beschleunigungsregler 512 kompensiert werden.

Der überlagerte Drehzahlregler 510 wird durch die in der Vergleichsstelle 509 durchgeführte Messung der Differenz winkelgeschwindigkeiten zwischen Prüfstand und Modell, geführt und gibt dem unterlagerten Beschleunigungsregler 512 gegebenenfalls ein Korrektursignal ΔM ab. Der Vorteil des unterlagerten Beschleunigungsreglers 512 ist darin zu sehen, daß, unabhängig vom zu simulierenden Trägheitsmoment Θ_sim, ein gut bedämpfter Regelvorgang entsteht.

Um in der Antriebswelle 106 eventuell auftretende Torsions schwingungen elektrisch dämpfen zu können, ist eine Diffe renzierung 514 des Signals der Drehmomentmeßwelle 102 mit Glättung 515 und Gewichtung 518 vorgesehen. Die so entstan dene Größe wird auf die Summationsstelle 516 vor der Strom regelung 110 aufgeschaltet. Mit dieser Maßnahme können Eigenfrequenzen der Antriebswelle bis ca. 15 Hz wirkungs voll unterdrückt werden.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung auch für Fahrzeugprüfstände (Rollenprüfstände) und Kupplungs- bzw. Getriebeprüfstände. Für die Ermittlung des äußeren Antriebsmoments bei einem Fahrzeugprüfstand muß das Ver lustmoment der Rollen beim Beobachter berücksichtigt wer den. Dieses Verlustmoment M_v, setzt sich aus der Lagerrei bung und dem Luftwiderstand der Rollen zusammen und wird durch die Drehmomentmeßwelle erfaßt. Es kann, ohne Fahrzeug auf den Rollen, als Funktion der Prüfstandsdrehzahl Ω_p aufgenommen und im Rechner gespeichert werden. Bei der Bil dung des Beobachters (Fig. 5) muß das Verlustmoment M_v,(Ω_p) der Vergleichsstelle 208 mit negativem Vorzeichen zugeführt werden. Als Prüfstandsträgheitsmoment Θ_pr ist das Trägheitsmoment Θ_Tr der Rolle(n) zu setzen.

Bei einem Kupplungsprüfstand muß der Zustand der zu prüfen den Kupplung berücksichtigt werden, z. B. schleifende, geschlossene, offene Kupplung. Zur Erfassung des äußeren Moments M_A muß bei der Realisierung des Beobachters die Winkelgeschwindigkeit Ω_A der Antriebsmaschine 10 einge setzt werden (Fig. 3, Fig. 7).

Ferner erfordert der Kupplungszustand eine Erweiterung des Modells (Fig. 8). Ein Fensterkomparator 323 überwacht den Zustand der Drehmomentmeßwelle und betätigt die Schalter 316, 317, 318, 319. Die in Fig. 8 gezeichnete Schalter stellung entspricht dem Zustand einer schleifenden oder geschlossenen Kupplung, bei dem die Drehmomentmeßwelle ein von Null verschiedenes Moment überträgt. Die Antriebsdreh zahl Ω_A wird nach Durchlauf der Verzögerungszeitkonstante t_B, Block 311, auf die Summationsstelle 313 geführt, auf die ebenfalls die verzögerte Modelldrehzahl Ω*_s zurückge führt wird. Die Differenz aus Ω*_A und Ω*_snach der Gewich tung 315 mit dem Faktor Θ_A/ (Θ_A+ Θ_sim) wird auf die Summa tionsstelle 314 aufgeschaltet, deren Ausgang Ω*_s die verzö gerte Modelldrehzahl für den Fall der schleifenden Kupplung Ω*_A ≠ Ω*_s bzw. für den Fall der geschlossenen Kupplung Ω*_A = Ω*_s liefert. Das zu simulierende Trägheitsmoment Θ_sim, ist gleich dem Wert Θ**_F.

Das Speicherglied 320 speichert die zuletzt vor dem Öffnen des Schalters 318 (S3) vorhandene Winkelgeschwindigkeit Ω*_s(0). Das Öffnen der Kupplung während der Prüfung, d. h. M_w = 0 registriert der Fensterkomparator 323. Der zuletzt gespeicherte Wert der Winkelgeschwindigkeit Ω*_s(0) wird über den Schalter 319 (S4) und den Block 321 mit der Gewichtung Θ_sim/Θ_A auf die Summationsstelle 313 zugeführt. Am Ausgang der Suiurnationsstelle 314 entsteht die geänderte Modelldreh zahl Ω*_s.

An der Vergleichsstelle 326 mit dem nachgeschalteten Fen sterkomparator 327 wird der Zustand der Kupplung überprüft. Bei schleifender oder offener Kupplung sind die Drehzahlen Ω_A, Ω_P der Antriebs- bzw. Belastungsmaschine unterschied lich, wodurch der Fensterkomparator 327 den Schalter 330 (S5) betätigt.

Die Vergleichsstelle 329 bildet die Differenz zwischen dem mit der Verzögerungszeitkonstante t_B des Gliedes 328 behaf teten Signal M*_W, der Drehmomentmeßwelle und dem ebenfalls mit der gleichen Verzögerung t_B behafteten Signal des Lastmoments M*_L.

Somit stehen für das Beschleunigungsmoment M*_b des Modells bzw. Beschleunigungsmoment des Prüfstands M*_p je nach Kupp lungszustand folgende Werte an:

Kupplung geschlossen (Ω_A = Ω_p):

M*_b = (Θ_A + Θ_sim).*_s= _A - M*_L
M*_p = (Θ_A + Θ_B).*_p

Schleifende Kupplung (Ω_A ≠ _p, M_W ≠ 0):

M*_b = Θ_sim.*_s= M*_W - M*_L
M*_p = Θ_B.*_p

Offene Kupplung (Ω_A ≠ Ω_p, M_W = 0):

M*_b = Θ_sim.*_s = - M*_L
M*_p = Θ_B . *_p

Die bereits nach Fig. 4 beschriebene Regelung ist nochmals in Fig. 9 dargestellt. Der Kupplungszustand erfordert eine unterschiedliche Gewichtung K_p, K_s der Blöcke 507 bzw. 508, die vom Zustand des Fensterkomparators 327 in Fig. 8 durch nicht dargestellte Schalter eingeleitet wird. Die nachstehende Tabelle enthält die entsprechenden Gewichtun gen:

Claims

1. Verfahren zur elektrischen Simulation von Trägheitsmo menten bei einem Prüfstand für dynamische Untersuchun gen an einem Prüfling, insbesondere einem Kraftfahrzeug oder einem Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, bei dem mittels einer elektrischen Maschine ein Belastungs moment erzeugt wird und in Abhängigkeit von das Bela stungsmoment und die Winkelgeschwindigkeit der elek trischen Maschine darstellenden Meßsignalen von einer Regeleinrichtung ein Belastungsregelsignal zur Regelung des Belastungsmoments gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Regeleinrichtung ein Modell gebildet wird, das die Bewegung des Prüflings beschreibt und daß das Modell aus dem bei bestimmungs gemäßem Betrieb äußeren Antriebsmoment des Prüflings als einer Größe, die in die Regelstrecke eingreift, jedoch keine Daten der Regelstrecke enthält, Größen zur Bildung des Belastungsregelsignals ableitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des äußeren Antriebsmoments ein Beobach ter (200) vorgesehen ist, der die das Belastungsmoment und die Winkelgeschwindigkeit darstellenden Meßsignale verarbeitet und ein dem um eine Zeitverzögerungskon stante verzögerten äußeren Moment entsprechendes Signal abgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beobachter (200) aus einem Integrierer (205) und einem PI-Regler (207) gebildet ist, wobei der Ausgang des Integrierers (205) über eine Vergleichsstelle (206) mit dem Eingang des PI-Reglers (207) und der Ausgang des PI-Reglers (207) über eine Vergleichsstelle (208) mit dem Eingang des Integrierers (205) verbunden ist und der Vergleichsstelle (206) am Ausgang des Integrie rers (205) das Meßsignal der Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine und der Vergleichsstelle (208) am Ausgang des PI-Reglers (205) das Meßsignal des Bela stungsmoments zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationszeit des Integrierers (207) dem Träg heitsmoment des Prüflings proportional ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem von dem Beobachter (200) abgegebenen Signal mit Hilfe des die Bewegung des Prüflings beschreibenden Modells (300) die Winkelge schwindigkeit des Prüflings und das von dem durch äußere Widerstände bestimmten Belastungsmoment getrennte und mit der Zeitverzögerungskonstante behaf tete Beschleunigungsmoment errechnet werden und daß aus den errechneten Signalen und dem Winkelgeschwindig keits-Meßsignal der elektrischen Maschine das Bela stungsregelsignal gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Beobachter abgegebene Signal integriert wird, wobei die Integrationszeit der Summe aus dem Trägheitsmoment des Prüfstands und dem zu simulierenden Trägheitsmoment proportional ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Belastungs regelsignals die durch Differenzierung des Winkelge schwindigkeits-Meßsignals gebildete Winkelbeschleuni gung mit der aus einem Signal des Modells gebildeten Winkelbeschleunigung verglichen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer Vergleichsstelle (511) zum Vergleich der Winkel beschleunigung des Prüfstands und der Winkelbeschleuni gung des Modells ein Beschleunigungsregler (512) unter lagert und ein Drehzahlregler (510) überlagert ist, wobei der überlagerte Drehzahlregler (510) durch die in einer Vergleichsstelle (509) durchgeführte Messung der Differenzwinkelgeschwindigkeit zwischen Prüfstand und Modell geführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Winkelgeschwindig keits-Meßsignal durch Differenzierung, Glättung und Gewichtung ein auf das Belastungsregelsignal aufge schaltetes Dämpfungssignal gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kupplungsprüf stand der Betriebszustand der Kupplung mit Hilfe von Fensterkomparatoren die das Belastungsmoment und die Winkelgeschwindigkeit darstellenden Meßsignale über wacht und Schalter betätigt werden, die das Modell an den jeweiligen Betriebszustand der Kupplung anpassen.

11. Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Beobachter (200), der das Drehmomentsignal eines Drehmomentwandlers (102) und das Geschwindig keitssignal eines Geschwindigkeitswandlers (104) verar beitet und ein dem um eine Zeitverzögerungskonstante verzögerten äußeren Moment entsprechendes Signal abgibt, ein die Bewegung des Prüflings beschreibendes Modell (300), das aus dem von dem Beobachter abgegebe nen Signal ein mit der Zeitkonstante behaftetes Beschleunigungsmoment und die Winkelgeschwindigkeit des Prüflings berechnet und eine Einrichtung (500) zur Bildung eines Belastungsregelsignals aus dem Drehmo mentsignal, dem Geschwindigkeitssignal und den das Beschleunigungsmoment und die Winkelgeschwindigkeit des Prüflings nachbildenden Signale des Modells (300).