DE3416496C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Simulieren des Trägheitsmomentes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen geregelten Prüfstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Ein solches Verfahren und ein solcher Prüfstand sind aus der Druckschrift "BBC-Nachrichten", 65, 1983, Heft 11, Seite 385 bis 392, bekannt.

Prüfstände für Kfz-Komponenten (z. B. Motoren, Getriebe, Achsen) sollen heute meistens dynamische Tests erlauben, bei denen ein wesentliches Kriterium die Nachbildung des realen Fahrzeugträgheitsmomentes ist, um ein reales Beschleunigungsverhalten zu bekommen.

Das Fahrzeugträgheitsmoment kann mechanisch durch entsprechende am Prüfstand angeordnete Schwungscheiben nachgebildet werden. Diese häufig bei Bremsenprüfständen verwendete Methode ist jedoch sehr unkomfortabel und ermöglicht während des Betriebs keine Änderung des Trägheitsmomentes. Ist der Prüfling beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, so fährt dieser gegen eine starr angekoppelte Schwungscheibe, während jedoch beim Fahrzeug die Fahrzeugmasse über Reifen-, Achsen-, Getriebe- und Wellenelastizitäten elastisch an den Motor gekuppelt ist. Der Prüfling wird durch einen derartigen Prüfstand also dynamisch falsch belastet.

Weiterhin werden Prüfstände gebaut, bei denen das Trägheitsmoment durch eine elektrische Maschine simuliert wird. Verschiedene Steuer- und Regelalgorithmen zur Ansteuerung der elektrischen Maschine sind bekannt, durch die das gewünschte Fahrzeugträgheitsmoment simuliert werden soll.

Durch BBC-Nachrichten, 1981, Heft 2, Seiten 59 bis 65, ist ein Verfahren zur Massensimulation bekanntgeworden, bei dem vorausgesetzt wird, daß das vom Prüfling erzeugte Moment rückwirkungsfrei gemessen werden kann. Das ist bei vielen Prüfstandtypen, besonders beim Motorenprüfstand, nicht oder nur mit großem Aufwand möglich, so daß für derartige Prüfstände das beschriebene Verfahren nicht anwendbar ist.

Zur Nachbildung des dynamischen Verhaltens von Verbrennungskraftmaschinen wurde von H.-J. v. Thun in dem oben zitierten Artikel in "BBC-Nachrichten", 65, 1983, Heft 11, Seiten 385-392, ein Verfahren beschrieben, das eine elektrische Trägheitsmomentsimulation vorsieht. Diese erfolgt in der Weise, daß ein Simulationsträgheitsmoment vorgegeben wird, welches mit der Winkelbeschleunigung des Prüfstandes multipliziert wird. Das so gebildete Simulationsmoment wird als Sollwert der elektrischen Prüfstandsmaschine zugeführt. Da bei diesem Verfahren das Drehzahlsignal des Prüfstandes differenziert werden muß und der Simulationskreis wegen der Verwendung der Winkelbeschleunigung eine Rückkopplung erzeugt, weist es Stabilitäts- und Dynamikeinschränkungen auf, die sich besonders bei simulierten Trägheitsmomenten, die stark nach oben und unten vom mechanisch vorhandenen Trägheitsmoment abweichen, bemerkbar machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Simulieren des Trägheitsmomentes mindestens einer Masse beim Regeln von Prüfständen der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine Masse mit ihrem Trägheitsmoment eine Federsteifigkeit und eine Dämpfung simuliert und an den Prüfling angekoppelt werden. Des weiteren soll ein geregelter Prüfstand zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden. Dabei soll die elastische Ankoppelung an den Prüfling wie im realen Fahrzeug berücksichtigt werden. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf neuere Prüfmethoden, bei denen der Einfluß der Dynamik des kompletten Fahrzeuges auf den Prüfling berücksichtigt werden soll. Eine starre Kopplung der zu simulierenden Trägheitsmomente an die mechanisch vorhandenen Massen des Prüfstandes und des Prüflings, wie es aus dem Stand der Technik hervorgeht, ist nachteilig, denn man hat hier keine einfach zu bestimmenden Parameter für neue Eigenfrequenzen und die Dämpfung, die bei gänderten Feder-Masse-Systemen berücksichtigt werden sollten. In der Nähe der Stabilitätsgrenzen hat man dafür gar keinen Freiheitsgrad. Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bei einem geregelten Prüfstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 3 gelöst.

Eine Weiterbildung des Verfahrens nach dem Anspruch 1 ist im Anspruch 2 angegeben.

Die Erfindung wird anhand von Prinzipskizzen und Ausführungsbeispielen in den Fig. 1-7 näher erläutert.

Das Verfahren soll hier am Beispiel des Verbrennungsmotoren- Prüfstandes beschrieben werden, der den kompletten Triebstrang des Fahrzeuges bezüglich Torsionsbewegung nachbilden soll. Das Verfahren ist selbstverständlich auch für andere Arten von Prüfständen geeignet, bei denen Trägheitsmomente nachgebildet werden sollen.

In Fig. 1 ist ein entsprechender prinzipieller Prüfstandsaufbau dargestellt. Ein Verbrennungsmotor (Prüfling) 10 ist über eine elastische Welle 11, die zwei Kupplungen 12, 13 enthält, mit der Abtriebswelle 14 einer elektrischen Maschine 15 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 erzeugt aufgrund der chemischen Verbrennung ein Drehmoment M _VM . Das Trägheitsmoment des Motors wird mit J _VM bezeichnet. Die Abtriebswelle 16 des Verbrennungsmotors 10 läuft mit einer Wickelgeschwindigkeit ω _VM um. Die elektrische Maschine 15 erzeugt aufgrund der elektrischen Leistungsaufnahme oder -abgabe ein Drehmoment M _e. Ihre Abtriebswelle 14 läuft mit einer Prüfstandswinkelgeschwindigkeit l _Pr um, die durch einen Drehzahlmesser 17 gemessen werden kann. Das Trägheitsmoment des Prüfstandes, d. h. der elektrischen Maschine 15, der Welle 11 und der Kupplungen 12, 13 wird mit J _Pr bezeichnet, und das zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und der elektrischen Maschine 15 übertragene Wellenmoment wird mit M _W bezeichnet.

Bei der elektrischen Maschine 15 handelt es sich vorzugsweise um eine vollgeblechte Gleichstrom-Nebenschluß- Maschine mit 6pulsiger Drehstrombrücke 18 und Momentenrechner, die auf das um Verluste korrigierte Luftspaltmoment M _e geregelt ist. Die Momentenregelung mit derartigen Maschinen erlaubt eine schnellstmögliche Umsetzung des errechneten Momentensollwerts auf das zugehörige Maschinenmoment. Beispielsweise steigt bei schlagartiger Sollwertvorgabe das Maschinenmoment von Null auf Maximalmoment in 10 bis 20 ms an. Ferner läßt sich das Luftspaltmoment anhand der elektrischen Leistungsaufnahme durch einen Momentenrechner sehr genau ermitteln.

Eine Prüfstandsanordnung gemäß Fig. 1 läßt sich vereinfacht, sofern man die Massen der Welle 11 und der Kupplungen 12, 13 der Prüfstandsmasse zuordnet, als 2-Massenschwinger darstellen (Fig. 2), bei welchem die Masse des Prüflings 10 und die Masse des Prüfstandes 15 über eine elastische Welle 11, 14 miteinander verbunden sind. Die elastische Welle 11, 14 weist eine Federkonstante C und ein Dämpfungsmaß d auf. An das Prüfstandsträgheitsmoment J _Pr könnte nun z. B. eine Schwungscheibe angekoppelt werden, die zusammen mit J _Pr das Trägheitsmoment des Fahrzeuges J _Kfz nachbildet (Stand der Technik). Dabei ist das Feder-Dämpfungsverhalten des Koppelelementes gar nicht oder nur schwierig an die gewünschten Werte des zu simulierenden Fahrzeuges anzupassen.

Die Erfindung schlägt vor, eine Trägheitsmomentsimulation dadurch zu realisieren, daß mit dem mechanischen n-Massenschwinger (gemäß Fig. 2 ein 2-Massenschwinger) m weitere Massen gekoppelt werden, die durch elektronische Funktionsglieder nachgebildet werden. Als Übertragungsglied zwischen den elektronischen Funktionsgliedern und den mechanischen Massen dient die elektrische Maschine 15.

Um die Erfindung übersichtlich erläutern zu können, ist es vorteilhaft, n=2 und m=1 zu wählen. Dabei stellt insbesondere m=1 keine Einschränkung dar. (Zur dynamisch detaillierten Nachbildung des Fahrzeuges kann gemäß Fig. 7 m<1 gewählt werden und dementsprechend viele Massen, Federn und Dämpfungen in den elektronischen Funktionsgliedern nachgebildet werden.) Für die Erläuterung handelt es sich damit um ein 3-Massensystem, wie es in Fig. 3 dargestellt ist: Der Triebstrang des Kraftfahrzeuges besteht aus mehreren Massen, die elastisch gekoppelt sind. Das Trägheitsmoment J _VM des Prüflings 10 (Verbrennungsmotor) ist über die elastische Motorwelle 16 (Federkonstante C, Dämpfungsmaß d) mit dem Trägheitsmoment J _Pr des Getriebeeingangs 19 verbunden. Das restliche Fahrzeugträgheitsmoment J _Kfz 20 ist über Getriebe-, Achs- und Reifenelastizität (Federkonstante C _Kfz, Dämpfungsgrad d _Kfz) mit den beiden Trägheitsmomenten 19 und 10 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 erzeugt ein Drehmoment M _VM , und das Kraftfahrzeug belastet den Antrieb mit dem Drehmoment M _Last (z. B. Steigungs-, Roll- und Luftwiderstand).

Das Differentialgleichungssystem für einen derartigen 3-Massenschwinger lautet in auf das Nennmoment M _n und die Nennwinkelgeschwindigkeit ω _n normierter Darstellung:

Dabei ist T _Kfz=J _Kfz · ω _n /M _n mit entsprechenden Beziehungen für T _Pr und T _VM ,
k _dKfz=d _Kfz · ω _n /M _n mit entsprechender Beziehung für k _d und
1/T _CKfz=C _Kfz · ω _n /M _n mit entsprechender Beziehung für 1/T _C .

Stellt man dieses Differenzialgleichungssystem grafisch als Signalflußplan dar, so erhält man eine Struktur gemäß Fig. 4. Dieses Diagramm stellt Integrierer 21, 22, 23, 24 und 25 dar, die ihre Eingangssignale mit der jeweiligen angegebenen Zeitkonstante T integrieren. Es enthält ferner die Proportionalglieder 26 und 27, die ihr Eingangssignal mit dem Verstärkungsfaktor k _d bzw. k _dKfz multiplizieren. Ferner zeigt das Diagramm die Vergleichs- bzw. Summationsstellen 28, 29, 30, 31, 32, 33 und 34, in denen die jeweiligen Eingangssignale subtrahiert bzw. addiert werden.

An den Verbrennungsmotor 10 mit dem Trägheitsmoment J _VM ist ein Gesamt-Fahrzeugträgheitsmoment J* _Kfz angekoppelt, das sich aus dem Prüfstandsträgheitsmoment J _Pr und einem restlichen Kraftfahrzeugträgheitsmoment

J _Kfz zu J* _Kfz = J _Pr + J _Kfz

ergibt.

Dem neuen Simulationsverfahren liegt die Idee zugrunde, daß der mechanische Teil des Prüfstandes und der Prüfling 10 als 2-Massensystem gemäß dem Teil rechts der Linie I-I in Fig. 4 repräsentiert wird. Der linke Teil wird vorteilhaft durch Simulation anhand von folgenden elektronischen Funktionsgliedern nachgebildet:

• - Das restliche Kraftfahrzeugträgheitsmoment J _Kfz wird durch einen Integrierer 25 mit der Zeitkonstanten T _Kfz∼J _Kfz nachgebildet.
• - Die resultierende Federsteifigkeit C _Kfz wird durch einen Integrierer 24 mit der Zeitkonstanten T _CKfz ∼1/C _Kfz nachgebildet.
• - Die Dämpfung d _Kfz der sich ergebenden Eigenfrequenz ω _0Kfz wird über ein Proportionalglied 27 mit dem Verstärkungsfaktor k _dKfz eingestellt.

Die Zeitkonstanten T _Kfz und T _CKfz und der Verstärkungsfaktor k _dKfz können durch einen übergeordneten Fahrsimulationsrechner entsprechend dem implementierten Fahrzeugmodell errechnet und zur Steuerung der Integrierer 24, 25 und Verstärker 27 vorgegeben werden. Beispielsweise wird die Zeitkonstante T _Kfz durch den Fahrsimulationsrechner umgeschaltet, wenn ein Gangwechsel des Getriebes simuliert werden soll.

Durch eine elektrische Schaltungsanordnung, die der linken Hälfte des Strukturdiagramms aus Fig. 4 entspricht, wird die Struktur des 3-Massenschwingers genau eingehalten. Es wird lediglich die Prüfstandsdrehzahl ω _Pr , die durch einen Drehzahlmesser 17 ermittelt wird, auf die elektronischen Funktionsglieder zurückgeführt, nicht jedoch ein eventuell vorhandenes Meßwellensignal M _W .

Das von der Summationsstelle 32 abgegebene Signal M _Pr ist ein durch die elektronischen Funktionsglieder 24, 25, 27, 32, 33, 34 gebildeter leistungsarmer Sollwert. Um diesen Sollwert an die hohen Momente des Prüfstandes anzupassen, ist ein Leistungsverstärker erforderlich, der, um die ideale Struktur gemäß Fig. 4 möglichst wenig zu verändern, ein Tiefpaß mit möglichst geringer Zeitkonstante sein soll. Diese Bedingung erfüllt in vorteilhafter Weise eine auf das Luftspaltmoment M _e (das um alle Verluste korrigiert ist) geregelte Gleichstrom-Nebenschluß- Maschine. Sie erlaubt, wie schon erwähnt wurde, eine extrem schnelle Momentenregelung. Sie soll für die folgenden Betrachtungen als Ersatz-Tiefpaß mit einer Ersatzzeitkonstanten T _Me betrachtet werden.

In Fig. 5 ist dieser Ersatz-Tiefpaß in die Nahtstelle zwischen den elektronischen Funktionsgliedern und der mechanischen Struktur als gestrichelter Block 44 dargestellt. In diesem Block 44 befindet sich ein Momentenregelkreis, bei dem das Luftspaltmoment M _e, welches durch einen nicht dargestellten Momentenrechner erhalten wird, und im stationären Fall gleich dem Wellenmoment der elektrischen Maschine ist, als Niederspannungssignal in einer Differenzstelle 35 von dem elektronisch ermittelten Signal des Prüfstandsollmomentes M _Pr subtrahiert wird. Der Differenzwert wird über einen als PI-Regler ausgebildeten Momentenregler 36 einem Stromregelkreis 37 der elektrischen Maschine zugeführt.

Eine Momentenregelung der elektrischen Maschine mit einem Meßwellensignal, wie es im Stand der Technik vorgeschlagen wird, ist bei diesem Verfahren nicht zulässig. Aus Fig. 5 sieht man sofort, daß die Verwendung des Signals M _W (entspricht einer Meßwelle, die zwischen Prüfstand und Prüfling eingebaut wäre) statt des Signals M _e eine deutliche Strukturänderung gegenüber Fig. 4 hervorruft. Ferner wäre bei Verwendung des Signals M _W nicht so kleine Zeitkonstanten T _Me, wie bei Verwendung des Signals M _e erreichbar. Die Momentenregelung mittels Luftspaltmoment ist von der Mechanik des Prüfstandes unabhängig.

Die Winkelgeschwindigkeit ω _Pr ist der Drehzahl des Prüfstandes proportional. Sie wird mit einem Sollwert ω _F verglichen und über einen PI-Algorithmus 24, 27, 32 geführt. Auf den ersten Blick liegt also ein gewöhnlicher Drehzahlregelkreis vor, der auf gute Dämpfung und geringes Überschwingen eingestellt wird, d. h. eine harte Ankopplung erzeugt. Von besonderem Vorteil sind jedoch die beiden beanspruchten Ausgestaltungen der Erfindung, denen zufolge das PI-Glied 24, 27, 32 nicht nach den üblichen Stabilitätskriterien für einen Drehzahlregelkreis eingestellt wird, sondern nach dem nachzubildenden Eigenschwingungsverhalten des nachzubildenden 3-Massensystems. Durch den erwähnten Fahrsimulationsrechner werden am Integrierer 24 und am Proportionalglied 27 Zeitkonstanten T _CKfz und Verstärkungsfaktoren k _dKfz so eingestellt, daß sich am zu simulierenden 3-Massensystem die gewünschte Eigenfrequenz ω _0Kfz und die Dämpfung d _Kfz des zu simulierenden Fahrzeuges ergeben. Hierdurch "sieht" der Prüfling auch hinsichtlich des Schwingungsverhaltens keinen Unterschied zwischen Prüfstand und realem Kraftfahrzeug. T _CKfz und k _dKfz sind freie Parameter, anhand derer die Fahrzeugeigenfrequenzen und die fahrzeugbedingte Dämpfung einstellbar sind.

Es sei erwähnt, daß es nicht zulässig ist, anstelle der Prüfstandsdrehzahl ω _Pr die Prüflingsdrehzahl l _VM an die Vergleichsstelle 33 zu legen, da das zu einer Strukturänderung gegenüber Fig. 4 führen würde.

Durch den Integrierer 25 mit der Zeitkonstanten T _Kfz wird der Geschwindigkeitssollverlauf des Fahrzeuges, der durch die Winkelgeschwindigkeit ω _F charakterisiert ist, gebildet. Es ist dabei ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung, daß das Moment M _Pr von der Summierstelle 32 zurückgeführt wird. Es darf nicht, wie es zum Teil dem Stand der Technik entnehmbar ist, das Meßwellenmoment M _W verwendet werden. Die Verwendung von M _W würde gegenüber Fig. 4 eine Strukturänderung darstellen.

An der Vergleichsstelle 34 gemäß der Zeichnung wird das stationäre und quasistationäre Lastmoment M _Last als Sollwert eingespeist, das auf den Prüfling wirken soll (Steigung, Rollwiderstand, Luftwiderstand etc.).

Bei der Vorgabe der Zeitkonstante T _Kfz∼J _Kfz des Integrierers 25 ist zu beachten, das ein Teil des nachzubildenden Gesamt-Fahrzeug-Trägheitsmomentes J* _Kfz (=J _Pr+J _Kfz) schon in T _Pr∼J _Pr vorhanden ist. Dieser Wert T _Pr wird im Fahrsimulationsrechner von der Zeitkonstanten T* _Kfz , die den Gesamt-Fahrzeug-Trägheitsmoment J* _Kfz entspricht, abgezogen, so daß die wirksame Integrierzeitkonstante für den Integrierer 25

T _Kfz = T* _Kfz - T _Pr

beträgt.

Das bisher beschriebene Verfahren ist nur für Trägheitsmoment- Vergrößerung geeignet, d. h. für die Fälle, in denen das Prüfstandsträgheitsmoment J _Pr kleiner ist als das zu simulierende Gesamt-Fahrzeug-Trägheitsmoment J* _Kfz . Der Grenzfall der Simulation beim bisher beschriebenen Verfahren ist T _Kfz → 0. Dabei würde dann das Prüfstandsträgheitsmoment entsprechend T _Pr auf den Prüfling wirken. Die Integrierzeitkonstante T _Kfz läßt sich jedoch nur auf einen Minimalwert T _Kfz T _Kfzmin einstellen. Für Gesamt-Fahrzeugträgheitsmomente J* _Kfz J _Kfzmin+J _Pr bis hin zum Grenzfall J* _Kfz=0 (Auskuppeln) wird deshalb das nachfolgend beschriebene Verfahren für eine Trägheitsmomentverkleinerung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung angegeben.

Nach Fig. 6 wird in einer inneren Schleife 38, 39, 40 nicht nur das Prüfstandsträgheitsmoment J _Pr wegsimuliert, sondern auch der Teil Δ J _VM des Prüflingsträgheitsmomentes J _VM , der gerade so groß ist, wie die minimal einstellbare Zeitkonstante T _Kfzmin am Integrierer 25. Eine ähnliche Simulationsschleife wurde in der DE-OS 32 25 035 anhand deren Fig. 3 beschrieben. Der Offenlegungsschrift sind jedoch nicht die besonderen Vorzüge zu entnehmen, die die Anwendung der Sumulationsschleife beim Simulieren einer Verkleinerung des Prüfstandsträgheitsmomentes im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Simulationsverfahren ergeben.

Die Simulationsschleife bildet die Beziehung für ein Simulationsmoment M′ _sim=J′ _sim · dω′ _Pr /dt nach, die durch die Normierungsgleichung M _n=J _Pr (dω′ _Pr /dt ) _max in die normierte Darstellung

M _sim = J _sim/J_Pr · dω _Pr/dt

überführbar ist. Dabei ist

J _sim = - (J _Pr + J _Kfzmin) .

Block 38 ist ein Differenzierer, der mit der Differenzierzeitkonstanten T _Pr die Winkelbeschleunigung dω _Pr /dt aus der an der Prüfstandmaschine gemessenen Drehzahl bildet. Die Differenzierzeitkonstante T _Pr hat hier den gleichen Wert wie die mechanische Zeitkonstante des Prüfstandes (Block 23). T _v ist die unvermeidbare Verzögerung, mit der jede Differentitation behaftet ist.

Block 39 ist ein Proportionalglied und bewertet die Beschleunigung mit dem Verstärkungsfaktor

J _sim/J _Pr = - (J _Pr + J _Kfzmin)/J _Pr ,

so daß der sich oben angegebene Simulationssollwert M _sim ergibt. Gemäß diesem Sollwert bringt die Prüfstandsmaschine über ihren Momentenregelkreis 44, der in Fig. 6 vereinfacht als Verzögerungsglied mit der Zeitkonstante T _Me dargestellt ist, das Simulationsmoment auf, welches das Prüfstandsträgheitsmoment J _Pr und den Teil Δ J _VM=J _Kfzmin vom Prüfling wegsimuliert.

Gleichzeitig wird nun mit dem Verfahren, das oben für Trägheitsmoment-Vergrößerung beschrieben wurde (äußerer Simulationskreis 24, 25, 27, 32, 33, 34), das endgültig gewünschte Fahrzeugträgheitsmoment J* _Kfz simuliert. Das geschieht mit den Blöcken 25, 24, 27, den Vergleichsstellen 32, 33, 34 und den Rückführungen M _Pr und ω _Pr gemäß Fig. 6.

Dabei wird die Zeitkonstante am Integrierer 25 auf

T _Kfz = T* _Kfz + T _Kfzmin

eingestellt, wobei T* _Kfz als fahrzeugspezifischer Sollwert von übergeordnetem Fahrzeugsimulationsrechner vorgegeben wird. Man sieht, daß auf diese Weise das Problem umgangen wird, eine Integrierzeit T _Kfz=0 vorgeben zu müssen. Zum Beispiel ist für den Fall J* _Kfz=0 (Auskuppeln) am Integrierer 25 die Zeitkonstante

T _Kfz = T _Kfzmin

wirksam, die die Wirkung des zuviel wegsimulierten Trägheitsmomentes Δ J _VM=J _Kfzmin wieder aufhebt.

Das Verfahren nach Fig. 6 wird angewendet für den Trägheitsmomentbereich

0 J* _Kfz J _Kfzmin + J _Pr .

Bei aktivierter Simulationsschleife zur Simulation einer Trägheitsmomentverkleinerung werden in vorteilhafter Weise die Zeitkonstante T _CKfz des Integrierers 24 und der Verstärkungsfaktor k _dKfz des Proportionalgliedes 27 durch den Fahrsimulationsrechner auf Werte eingestellt, wie sie bei einem gewöhnlichen Drehzahlregler üblich sind, d. h. auf eine gute Dämpfung und geringes Überschwingen bei gutem Führungsverhalten. Die konventionelle Einstellung ist zweckmäßig, da durch die innere Simulation die Regelstruktur so unübersichtlich wird, daß die Parameter gemäß den Eigenfrequenzen und der Dämpfung nicht mehr ohne weiteres einstellbar sind. Die Zeitkonstante T _CKfz und der Verstärkungsfaktor k _dKfz werden z. B. bei der Inbetriebnahme des Prüfstandes ermittelt und vom Fahrsimulationsrechner gespeichert.

Für den Trägheitsmomentbereich

J* _Kfz<J _Kfzmin + J _Pr

wird die innere Simulationsschleife in Fig. 6 durch ein Schaltelement 41, das zwischen der Vergleichsstelle 40 und dem Proportionalglied 39 liegt, unterbrochen, so daß das Simulationsverfahren in das Verfahren nach Fig. 5 übergeht (Trägheitsmomentvergrößerung).

Hier lautet dann die Vorschrift für die Zeitkonstanten- Vorgabe am Integrierer 25

T _Kfz = T* _Kfz - T _Pr ,

wobei T* _Kfz wieder als fahrzeugspezifischer Sollwert vom übergeordneten Fahrzeugsimulationsrechner vorgegeben wird.

Das Umschalten zwischen Simulation einer Trägheitsmomentvergrößerung (gemäß Fig. 5) und einer Trägheitsmomentverkleinerung (gemäß Fig. 6 bei geschlossenem Schaltelement 41) ist völlig problemlos, was einen besonderen Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Es müssen jeweils lediglich die Zeitkonstanten T _Kfz und T _CKfz, der Verstärkungsfaktor k _dKfz und das Schaltelement 41 durch einen Fahrsimulationsrechner umgeschaltet werden. Die Zu- und Abschaltung des inneren Simulationskreises durch das Schaltelement 41 ist unproblematisch, da er nicht nachgeführt werden muß. Die Umschaltung der Integrierzeitkonstanten ist auch völlig problemlos. Sie erfolgt sowieso dauernd bei wechselnden Sollvorgaben für T _Kfz und T _CKfz (z. B. bei Gangwechsel) entsprechend dem Trägheitsmoment und der Eigenfrequenz durch den Fahrzeugsimulationsrechner.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der zugehörigen Schaltungsanordnung sind darin zu sehen, daß sie nicht die Stabilitätseinschränkungen der bekannten Verfahren bei der Simulation großer Trägheitsmomente aufweisen. Zusätzlich hat man gemäß der Erfindung die Möglichkeit, durch einfach zu bestimmende Parameter das Trägheitsmoment so zu simulieren, wie es der elastischen Ankopplung des Trägheitsmomentes an den Prüfling im realen Fahrzeug entspricht. Wichtige Eigenfrequenzen und zugehörige Dämpfungen der rotatorischen Fahrzeugbewegung können in dem neuen Verfahren berücksichtigt werden. Es findet keine unbeeinflußbare Ankopplung des simulierten Trägheitsmomentes wie bei Verwendung von Schwungscheiben oder wie bei den Verfahren zur elektrischen Simulation des Trägheitsmomentes nach dem Stand der Technik statt, sondern eine gezielte Anpassung an die Fahrzeugdynamik.

Voraussetzung für eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens ist ein kleines mechanisches Trägheitsmoment des Prüfstandes:

• - Die Trägheitsmomentverkleinerung mit elektrischer Simulation stößt schnell an Stabilitäts- und Dynamikgrenzen.
• - Bei zu kleinen zu simulierenden Trägheitsmomenten treten hohe Beschleunigungen auf. Wenn gleichzeitig der Prüfstand ein großes Trägheitsmoment hätte, würde die Differenz J _sim zwischen Prüfstandsträgheitsmoment und gewünschtem Trägheitsmoment so groß, daß das Simulationsmoment M _sim=J _sim dω/dt größer als das Nennmoment der Maschine würde.

Das erforderliche kleine Prüfstandsträgheitsmoment wird in vorteilhafter Weise mit einer trägheitsarm konstruierten Gleichstrom-Nebenschluß-Maschine realisiert. Gegebenenfalls wird eine niedertourige Maschine mit Anpaßgetriebe verwendet, welches eine Trägheitsmomentreduktion mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses bewirkt. Das Anpassungsgetriebe kann z. B. ein losefreies Zugmittelgetriebe sein. Der Vorteil der Gleichstrom-Nebenschluß-Maschine liegt in der erreichbaren hohen Momentenregeldynamik und in der Genauigkeit des erforderlichen Momentenrechners. Die Genauigkeit der Trägheitsmoment-Simulation ist von der Genauigkeit der Momentenregelung und somit von der Genauigkeit des Momentenrechners abhängig.

In Fig. 7 ist dargestellt, wie mehrere (m) Massen mit Federkonstanten und Dämpfungen durch elektronische Funktionsglieder nachgebildet werden können. Der mechanische Teil des Prüfstandes und der Prüfling sind, wie in Fig. 4 rechts der Linie I-I als Zweimassensystem enthalten. Links neben der Linie I-I sind elektronische Funktionsglieder dargestellt, die zu m Einheiten zusammengefaßt werden können. Jede der m Einheiten, von denen lediglich die erste und die m-te dargestellt sind, repräsentiert eine elektronisch nachgebildete Masse. Durch die Punkte in Fig. 7 werden die nicht dargestellten Einheiten (2 bis m-1) angedeutet. In den Indizes deutet jeweils die letzte Ziffer (1, 2, . . ., m) auf die zugehörige Einheit hin.

Claims (3)

1. Verfahren zum Simulieren des Trägheitsmomentes mindestens einer Masse beim Regeln von Prüfständen mit Hilfe von elektronischen Funktionsgliedern, wobei die Masse des Prüflings und die Masse des Prüfstandes über eine elastische Welle miteinander verbunden sind und als mechanischer n-Massenschwinger (n2) betrachtet werden, bei dem der Prüfstand eine momentengeregelte elektrische Maschine und ein elektronisches Übertragungsglied zwischen den die Trägheitsmomente simulierenden übrigen elektronischen Funktionsgliedern und dem n-Massenschwinger aufweist, bei dem die Prüfstandsdrehzahl gemessen und über das Übertragungsglied zur Regelung der elektrischen Maschine herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulieren der mindestens einen Masse mit ihrem Trägheitsmoment (J _Kfz) durch einen ersten Integrierer (25) erfolgt, dessen Zeitkonstante (T _Kfz) dem zu simulierenden Trägheitsmoment (J _Kfz) proportional ist, daß mindestens eine Federsteifigkeit (C _Kfz) zwischen dem elektronisch zu simulierenden Trägheitsmoment (J _Kfz) und dem mechanischen n-Massenschwinger durch einen zweiten Integrierer (24) simuliert wird, dessen Zeitkonstante (T _CKfz) der zu simulierenden Federsteifigkeit (C _Kfz) umgekehrt proportional ist, und daß mindestens eine Dämpfung (d _Kfz) zwischen dem elektronisch zu simulierenden Trägheitsmoment (J _Kfz) und dem mechanischen n-Massenschwinger durch ein Proportionalglied (27) simuliert wird, dessen Verstärkungsfaktor (K _dKfz) der Dämpfung (d _Kfz) proportional ist, wobei das zu simulierende Trägheitsmoment (J _Kfz) die zu simulierende Federsteifigkeit (C _Kfz) und die zu simulierende Dämpfung (d _Kfz) so eingestellt werden, daß das Eigenschwingungsverhalten der zu simulierenden Kraftfahrzeuge nachgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Gleichstrom- Nebenschluß-Maschine als Übertragungsglied dient, gekennzeichnet durch eine Regelung der Maschine auf das um Verluste korrigierte Luftspaltmoment (M _e).

3. Geregelter Prüfstand, bei dem das Trägheitsmoment mindestens einer Masse mit Hilfe von elektronischen Funktionsgliedern simuliert wird, wobei die Masse des Prüflings und die Masse des Prüfstandes über eine elastische Welle miteinander verbunden sind und als mechanischer n-Massenschwinger (n2) betrachtet werden, und der eine momentengeregelte elektrische Maschine und ein elektronisches Übertragungsglied zwischen den die Trägheitsmomente simulierenden übrigen elektronischen Funktionsgliedern und dem n-Massenschwinger aufweist und mit einem Drehzahlmeßgerät und einem Regelkreis zur Bildung eines elektrischen Prüfstands-Momentsollwertes unter Verwendung der Drehzahl, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Regelkreis, bestehend aus

• - einer Vergleichsstelle (34) zur Subtrahierung des Signals des Prüfstandsmomentsollwertes (M _Pr) von einem vorgebbaren Lastmoment (M _Last),
• - einem der Vergleichsstelle (34) nachgeschalteten ersten Integrierer (25), der aus dem Differenzmoment der Vergleichsstelle (34) eine Soll-Winkelgeschwindigkeit (ω _F ) bildet, die der zu simulierenden Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, wobei die Zeitkonstante (T _Kfz) des ersten Integrierers (25) dem zu simulierenden Trägheitsmoment (J _Kfz) proportional ist,
• - einer dem ersten Integrierer (25) nachgeschalteten weiteren Vergleichsstelle (33) zur Subtrahierung des Meßwertes der Prüfstandswinkelgeschwindigkeit (ω _Pr ) von der Soll-Winkelgeschwindigkeit (ω _F ),
• - einer der Vergleichsstelle (33) nachgeschalteten Parallelschaltung eines zweiten Integrierers (24) und eines Proportionalgliedes (27), deren Ausgänge wieder auf eine Summationsstelle (32) zusammengeführt sind, wobei die Zeitkonstante (T _CKfz) des zweiten Integrierers (24) der zu simulierenden Federsteifigkeit (C _Kfz) umgekehrt und der Verstärkungsfaktor (K _dKfz) des Proportionalgliedes (27) der zu simulierenden Dämpfung (d _Kfz) proportional sind, und
• - einer Rückführung der Summe der Summationsstelle (32) als Prüfstandsmomentsollwert (M _Pr) auf die Vergleichsstelle (34).