DE3808524A1 - Regeleinrichtung fuer einen pruefstand - Google Patents
Regeleinrichtung fuer einen pruefstandInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen Prüf
einrichtung für einen Prüfstand zum Prüfen von Kraftfahrzeugantriebs
aggregaten alleine oder in Fahrzeugen mit einer Vordermaschine, die über
mindestens ein Getriebe mit mindestens zwei Hintermaschinen kuppelbar
ist.
Prüfstände werden dazu eingesetzt, Kraftfahrzeugantriebsaggregate zu
testen. Beispielsweise soll mit einem Allradprüfstand das Verhalten eines
Allradaggregats eines Kraftfahrzeugs bei unterschiedlichen statischen und
dynamischen praxisnahen Belastungszuständen festgestellt werden.
Besondere regelungs- und antriebstechnische Probleme ergeben sich aus
folgenden Gründen:
- 1. Die Allradaggregate können unterschiedlich ausgebildet sein. Unter schiede sind in Bezug auf Leistung, Art (Schalt- oder Wandler getriebe), den Übersetzungsbereich, die Lastverteilung (Art des Verteilergetriebes, der Differentialsperre, der Differentialbremse) vorhanden.
- 2. Während des Prüfvorgangs können im Allradaggregat Schalt- und Kupplungs vorgänge durchgeführt werden.
- 3. Die Vordermaschine kann ein Verbrennungs- oder ein Elektromotor sein.
- 4. Die Regeleinrichtung enthält nichtlineare Stellglieder, z. B. den Verbrennungsmotor oder eine Gleichstrom-Vordermaschine im Feldstell bereich.
- 5. Das Allradaggregat stellt in Verbindung mit der Vordermaschine und den Hintermaschinen ein schwach gedämpftes, schwingungsfähiges mechanisches System dar, das verteilte Federn und Massen enthält.
- 6. Für die Lastverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse kommen sehr unterschiedliche technische Lösungen zur Anwendung. Angefangen bei der direkten starren Kupplung der beiden Achsen bis zum Einsatz von Lastverteilergetrieben mit unsymmetrischem Differential mit auto matischer Betätigung der Vorderachszu- und -abschaltung und der Differentialbremse.
Das Hinterachsdifferential wird häufig mit einer Differentialbremse
oder Differentialsperre ausgerüstet. Im Verteiler- und Hinterachs
getriebe werden als Kraftübertragungs- und -verteilerelemente auch
Viskosekupplungen oder -bremsen und Torsendifferentiale eingesetzt.
Die unterschiedlichen Allradsysteme haben alle das Ziel, die Antriebs
kräfte des Fahrzeugs schlupfarm und optimal auf die Fahrbahn zu
bringen. Je nach dem Aufbau des Kraftfahrzeugantriebsaggregats kann
auch nur eine Vorderachse, eine Hinterachse oder ein Verteilergetriebe
geprüft werden. Wird nur ein Teil eines Allradaggregats geprüft, dann
ergibt sich selbstverständlich ein einfacherer Aufbau der Prüfein
richtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung für
einen Prüfstand der eingangs beschriebenen Gattung zu entwickeln, die
bei hoher Regel- und Wiederholgenauigkeit eine exakte und genaue
Führung und Regelung der gewünschten Regelgrößen unter Anpassung an
unterschiedliche Prüflinge ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens
des Anspruchs 1 gelöst. Mit den im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen
lassen sich die oben angegebenen Forderungen bei den unterschiedlichen
Kraftfahrzeugantriebsaggregaten trotz deren vielfältiger Eigenheiten
erfüllen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird die dem ersten
Regelkreis in der Betriebsart Drehzahlregelung zugeführte Führungsgröße
nach Differenzierung und nach Division durch das Getriebeübersetzungs
verhältnis den weiteren Regelkreisen zugeführt, die auf die Betriebsart
Drehmomentregelung eingestellt sind, während die Summe der Führungs
größen der weiteren Regelkreise nach Division durch das Getriebeüber
setzungsverhältnis dem ersten Regelkreis zugeführt wird. Ungünstige
Rückwirkungen zwischen den verschiedenen Regelkreisen der Mehrgrößen
regelanordnung werden hierbei durch eine Vorsteuerung ausgeglichen. Ein
besonderer Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß sie
keine entdämpfende Wirkung hat.
Wenn die Betriebsarten in den Regelkreisen gegenüber der vorstehend
beschriebenen Einrichtung umgekehrt werden, d. h. der erste Regelkreis
wird in der Betriebsart Drehmomentregelung und die weiteren Regelgrößen
werden in der Betriebsart Drehzahlregelung eingestellt, dann ändert
sich die Steuerschaltung wie folgt: Die dem ersten Regelkreis zugeführte
Führungsgröße wird mit dem Getriebeübersetzungsverhältnis multipliziert
und den weiteren Regelkreisen zugeführt. Die Summe der Führungs
größen der weiteren Regelkreise wird differenziert, mit dem
Getriebeübersetzungsverhältnis multipliziert und danach dem ersten
Regelkreis zugeführt.
Wenn die Störgrößenaufschaltung im Rahmen einer Regelung durchgeführt
wird, dann wird die Stellgröße des ersten Regelkreises in der Betriebsart
Drehzahlregelung nach Division durch das Getriebeübersetzungsverhältnis
den Stellgrößen der weiteren Regelkreise, die auf Drehmoment
regelung eingestellt sind, als Störgröße aufgeschaltet, während die
Summe der Stellgrößen der weiteren Regelkreise nach Division durch das
Getriebeübersetzungsverhältnis der Stellgröße des ersten Regelkreises
als Störgröße aufgeschaltet wird. Die weiteren Regelkreise sind hierbei
auf Summendrehzahlregelung eingestellt. Die Betriebsarten der Regel
kreise können auch gegenüber der oben angegebenen Einstellung umgekehrt
sein. Dann wird auf folgende Weise eine Drehzahl- und Drehmomententkopplung
erzielt. Die Stellgröße des ersten Regelkreises wird nach Multiplikation
mit dem Getriebeübersetzungsverhältnis den Stellgrößen der weiteren
Regel- als Störgröße aufgeschaltet. Die Summe der Stellgrößen der weiteren
Regelkreise wird nach Multiplikation mit dem Getriebeübersetzungsverhältnis
der Stellgröße des ersten Regelkreises als Störgröße aufgeschaltet.
Es ist vorteilhaft, wenn zur Dämpfungsregelung jeweils zwischen zueinander
zu dämpfenden Massen oder Maschinen deren Differenzwinkelgeschwindigkeit
gebildet und den entsprechenden Regelkreisen zur Erzeugung eines Dämpfungs
moments in den Maschinen aufgeschaltet wird. Die Dämpfungsregelung
wird zwischen zwei, mit mechanischen Übertragungselementen, z. B. Wellen,
Kupplungen, Getriebe, verbundenen Maschinen eingesetzt. Bei elektrischen
Maschinen werden die Dämpfungsmomente in den Luftspalten wirksam. Die
Dämpfungsregelung kann zwischen beliebigen Maschinen erfolgen, wobei zwei
oder mehr Maschinen wie eine einzige Maschine wirken, indem die mittlere
Winkelgeschwindigkeit dieser Maschinen gebildet und mit der Winkel
geschwindigkeit einer weiteren Maschine zur Erzeugung der Differenzwinkel
geschwindigkeit verarbeitet wird. Besonders günstig ist die Dämpfungsregelung
dann, wenn die Störgrößenaufschaltung zur Drehzahl- und Drehmoment
entkopplung im Rahmen einer Regelung vorgenommen wird. Die Dämpfungsregelung
kann aber auch überall dort eingesetzt werden, wo zwei Massen, die
gegebenenfalls bereits zusammengefaßte Massen sind, mit Stellantrieben
versehen und durch mechanisch schwingungsfähige Gebilde miteinander
verbunden sind.
Bei einem Übersetzungsgetriebe ist vorzugsweise ein Übersetzungsrechner
vorgesehen, mit dem die mit dem Quadrat der Drehzahlübersetzung sich
ändernden Parameter der Massenträgheitsmomente und Federkonstanten in den
Regelkreisen angepaßt werden. Unter Übersetzungsgetriebe ist hierbei ein
Getriebe zu verstehen, dessen Übertragungsverhältnis geändert werden kann.
Der Übersetzungsrechner stellt z. B. die Parameter zur Bildung der Differenz
winkelgeschwindigkeit und zur Anpassung der Dämpfungssignale an den
Dämpfungsregelkreis ebenso wie zur Drehzahl- und Drehmomententkopplung
ein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird bei einer Summendrehzahlregelung
der elektrischen Hintermaschinen in der Vordermaschine ein Summen
beschleunigungsmoment nach folgender Beziehung erzeugt:
womit mit M BVM das Beschleunigungsmoment der Vordermaschine, mit I 11-14
das auf eine Achse bezogene Massenträgheitsmoment der Hintermaschinen, mit
I VM das Massenträgheitsmoment der Vordermaschine und mit i die auf die
Achse bezogene Übersetzung zwischen der Vordermaschine und den Hintermaschinen
bezeichnet ist. Vorzugsweise wird das Beschleunigungsmoment
M B11-14 mit einem analogen Rechenglied bestimmt. Durch die hochdynamische
Arbeitsweise des analogen Rechenglieds werden Zeitfehler vermieden.
Es ist zweckmäßig, bei der Summendrehmomentregelung durch die Hintermaschinen
zur Drehzahlkopplung in der Vordermaschine zeitgleich mit dem
Lastmoment der Hintermaschinen ein Moment für die Vordermaschine zu bestimmen,
das nach folgender Beziehung
berechnet wird, worin mit M L11-14 die Summe der Lastmomente der Hinter
maschinen bezeichnet ist. Das Lastmoment ML VM wird vorzugsweise ebenfalls
mit einem analogen Rechenglied bestimmt, um Zeitfehler zu vermeiden. Die
hierbei nicht erfaßten Reibmomente des Kraftfahrzeugantriebsaggregats und
der Antriebsmaschinen werden durch die Drehmoment- und Drehzahlregelung
ausgeglichen. Die Reibmomente verursachen bei dynamischen Vorgängen einen
Schleppwinkelfehler, der jedoch vernachlässigbar klein ist. Durch eine
entsprechende Signallaufzeitverzögerung bei der Bildung der Entkopplungs
momente wird dieser dynamische Fehler bedarfsweise bei einer zweckmäßigen
Ausführungsform auf einen vernachlässigbar kleinen Rest reduziert. Unbe
deutend ist auch der dynamische Fehler, der sich durch den geringfügig
zeitverschobenen Drehmomentaufbau zwischen Welle und Luftspalt an der Vorder
maschine ergibt. Bei der Dämpfungsregelung werden z. B. die auf die
gleiche Achse bezogenen Differenzwinkelgeschwindigkeiten aus der Winkel
geschwindigkeit des Rotors der Vordermaschine und der mittleren Winkel
geschwindigkeit der Rotoren der Hintermaschinen gebildet. Von der Differenz
winkelgeschwindigkeit abgeleitete Drehmomente werden bei elektrischen Maschinen
in den Luftspalten der Maschinen erzeugt. Dabei wirken die Luftspalt
momente der Vordermaschine entgegen. Hierdurch werden die Schwingungen
der verteilten Massen der Rotoren und elastischen Wellenverbindungen
gedämpft. Es ist günstig, wenn in der gleichen Weise Dämpfungsregelungen
zwischen den Hintermaschinen der jeweiligen Vorder- und Hinterachse sowie
der linken und der rechten Hintermaschine der Vorderachse und der linken
und rechten Hintermaschine der Hinterachse vorgesehen sind.
Vorzugsweise sind die für Achsen von Differentialgetrieben vorgesehenen
Regelkreise jeweils mit Einrichtungen zur Drehmomentbegrenzung der über
die Achsen übertragenen Drehmomente versehen. Hierdurch ist es möglich,
ohne besondere Regelartumschaltung sehr unterschiedliche Antriebsaggregate
zu prüfen. Die von Differenz- und Verteilergetrieben übertragbaren Differenz
momente können sich dabei zwischen 0 und Nennmoment bewegen, d. h.
zwischen extremer Leichtgängigkeit und Differentialsperre.
Besonders günstig ist eine Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung, bei der
jeweils einer Summierstelle ein Drehzahlsollwert für die Achse, ein Momenten
istwert und ein Momentengrenzwert zugeführt wird, wobei der Summier
stelle ein Regelbaustein nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig direkt mit
einem Eingang eines Differenzverstärkers und über eine Diode mit dem anderen
Eingang des Differenzverstärkers und dem Ausgang des Drehzahlreglers
für die jeweilige Achse verbunden ist, und wobei der Differenzverstärker
über eine Diode auf die Summierstelle rückgekoppelt ist. Mit dieser Anordnung
ist eine Absolutwertbegrenzung der Drehmomente möglich. Es ist immer
nur die Drehzahl- oder die Momentenregelung im Eingriff, während die andere
Regelungsart so mitgeführt wird, daß sie jederzeit ohne größeren Einschwing
vorgang die Regelung übernehmen kann.
Mit den oben beschriebenen Anordnungen können einzelne Bestandteile von
Antriebsaggregaten oder das gesamte Antriebsaggregat geprüft werden. Besonders
kompliziert können Allradantriebsaggregate sein. Ein Allradprüfstand
ist an die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen.
Die regelungs- und antriebstechnischen Probleme des Allradprüfstandes
werden durch folgende Gegebenheiten beeinflußt:
- a) Sehr unterschiedliche Allradaggregate. Sie können unterschiedlich sein in bezug auf die Leistung, Art (Schalt- oder Wandlergetriebe), den Übersetzungsbereich, die Lastverteilung (Art des Verteiler getriebes, der Differentialsperre, der Differentialbremse).
- b) Schalt- und Kupplungsvorgänge im Prüfling
- c) Verbrennungsmotor als Antriebsmotor
- d) Nichtlineare Stellglieder, z. B. Verbrennungsmotor, Gs-Maschine im Feldstellbereich
- e) Schwach gedämpfte schwingungsfähige Mechanik infolge des Mehr maschinenaufbaus mit verteilten Federn und Massen
Die Regelstrukturen des Allradprüfstandes werden im wesentlichen durch
das Antriebs- und Übertragungsverhalten des Allradaggregats bestimmt,
das unterschiedlich ausgebildet sein kann. Im folgenden sind einige
Varianten im Allradaggregataufbau erwähnt:
Das Übersetzungsgetriebe kann ein Schalt- oder ein Automatikgetriebe sein. Für die Lastverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse kommen sehr unterschiedliche technische Lösungen zur Anwendung, angefangen von der direkten starren Kupplung der beiden Achsen bis zum Einsatz von Lastverteiler getrieben mit unsymmetrischem Differential, mit automatischer Betätigung der Vorderachszu- und -abschaltung und der Differentialbremse. Das Hinterachsdifferential wird häufig mit einer Differentialbremse oder Differentialsperre ausgerüstet. Im Verteiler- und Hinterachsgetriebe werden als Kraftübertragungs- und -verteilerelemente auch Viskosekupplungen oder -bremsen und Torsendifferentiale eingesetzt.
Das Übersetzungsgetriebe kann ein Schalt- oder ein Automatikgetriebe sein. Für die Lastverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse kommen sehr unterschiedliche technische Lösungen zur Anwendung, angefangen von der direkten starren Kupplung der beiden Achsen bis zum Einsatz von Lastverteiler getrieben mit unsymmetrischem Differential, mit automatischer Betätigung der Vorderachszu- und -abschaltung und der Differentialbremse. Das Hinterachsdifferential wird häufig mit einer Differentialbremse oder Differentialsperre ausgerüstet. Im Verteiler- und Hinterachsgetriebe werden als Kraftübertragungs- und -verteilerelemente auch Viskosekupplungen oder -bremsen und Torsendifferentiale eingesetzt.
Die unterschiedlichen Varianten von Allradaggregaten haben alle das Ziel,
die Antriebskräfte des Fahrzeugs schlupfarm und optimal auf die Fahrbahn
zu bringen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben.
Es zeigt
Fig. 1 schematisch ein Allradaggregat, das in einem Allradprüfstand
angeordnet ist,
Fig. 2 ein Schwingungsmodell eines Allradprüfstands,
Fig. 3a bis 3d Schwingungsmodelle von vier Zwei-Masse-Systemen,
Fig. 4a ein Schaltbild eines durch Störgrößenaufschaltung entkoppelten
Drehzahl-Drehmomentregelkreises,
Fig. 4b ein Schaltbild eines durch Steuerung entkoppelten Drehzahl-
Drehmomentregelkreises,
Fig. 5 ein Schaltbild eines Übersetzungsrechners,
Fig. 6 ein Kennfeld einer Differenzdrehzahl/Differenzmomenten
regelung,
Fig. 7 ein Schaltbild eines Differenzdrehzahlreglers mit
Drehmomentbegrenzung.
Ein Allradaggregat 1 ist über eine Welle 2 mit einer Vordermaschine 3,
einer Gleichstrom-Nebenschlußmaschine, verbunden. Die Welle 2 ist an eine
Schaltkupplung 4 angeschlossen, die ausgangsseitig über eine nicht näher
bezeichnete Welle mit einem Getriebe 5 in Verbindung steht. Bei dem
Getriebe 5 kann es sich um ein Schaltgetriebe oder ein automatisches
Getriebe, z. B. ein Wandlergetriebe, handeln. Dem Getriebe 5 ist z. B.
ein unsymmetrisches Verteilergetriebe 6 mit einer Bremse nachgeschaltet,
um eine vorgebbare Momentenaufteilung zwischen den Vorderrädern und den
Hinterrädern zu erreichen. Mit Hilfe einer eingebauten Bremse oder Sperre
kann die konstruktiv vorgegebene Momentenaufteilung überbrückt werden.
Vom Verteilergetriebe 6 zweigen nicht näher bezeichnete Wellen zu einem
Hinterachsdifferentialgetriebe 7 und einer Vorderachskupplung 8 ab. Das
Hinterachsdifferentialgetriebe 7 kann eine Bremse 9 aufweisen. Der
wahlweise zuschaltbaren Vorderachskupplung 8 ist ein Vorderachsdifferential
getriebe 10 nachgeschaltet.
Mit den vom Vorderachsdifferentialgetriebe 10 ausgehenden Wellen sind
jeweils eine erste Hintermaschine 11 und eine zweite Hintermaschine 12
verbunden. An die Wellen des Hinterachsdifferentialgetriebes 7 sind jeweils
eine dritte Hintermaschine 13 und eine vierte Hintermaschine 14
angeschlossen. Die Hintermaschinen 11 bis 14 sind jeweils als Gleichstrom-
Nebenschlußmaschinen ausgebildet und haben den gleichen Aufbau.
In Fig. 1 ist ein Allradaggregat mit unsymmetrischen Verteilergetriebe
mit zu- und abschaltbarer Vorderachse und mit betätigbaren Differential
bremsen oder Sperren dargestellt.
Die Antriebs- und Bremsmaschinen sind Gleichstrom-Maschinen, die sowohl
im Anker- als auch im Feldstellbereich betrieben werden.
Die Unlinearität im Feldstellbereich der Gs-Maschinen hat ihre Ursache in
der Feldflußänderung. Sie kann erfaßt und durch Einführung einer Korrektur
größe in den Regelkreisen eliminiert werden, um eine dynamisch gute
Regelung zu erzielen.
Die Korrekturgröße für die Linearisierung der Gs-Maschine im Feldstell
bereich läßt sich mathematisch aus den Maschinengrößen zur Berechnung des
Luftspaltmomentes ermitteln.
Der Allradaggregatprüfstand bildet mit der Vordermaschine 3 und den
Hintermaschinen 11 bis 14 ein schwingungsfähiges Federn-Massen-System.
Im Prüfaufbau sind die Antriebsmaschinen und die Belastungsmaschinen über
die Wellen und das Allradaggregat mechanisch miteinander verbunden.
Infolge der verteilten Massen der Maschinenläufer und der elastischen
Wellenverbindungen stellt dieser Prüfaufbau ein mechanisch, schwach gedämpftes,
schwingungsfähiges Mehrfach-Federn-Masse-System dar, das bei
der Energieübertragung ständig zum Schwingen angeregt wird.
Die praxisgerechte Prüfung des Allradaggregats 1 ist daher nur möglich,
wenn die Schwingungen gedämpft werden. Es wird vorzugsweise eine elektrische
Schwingungsdämpfung vorgesehen. Das Schwingungsmodell des in
Fig. 1 dargestellten Allradprüfstands geht aus Fig. 2 hervor.
In Fig. 2 bedeuten I VM das Massenträgheitsmoment des Rotors der Vorder
maschine 3. I HM ₁₁, I HM ₁₂, I HM ₁₃ und I HM ₁₄ sind die Massenträgheitsmomente
der Hintermaschinen. C VM stellt die Federkonstante der Welle 2 dar. Mit
i VM/K ist die Getriebeübersetzung zwischen der Welle 2 und der Kardanwelle
bezeichnet. Das unsymmetrische Verteilergetriebe 6 bewirkt eine mit i VK
bezeichnete Getriebeübersetzung zwischen Kardanwelle und Vorderachse und
eine mit i KH bezeichnete Getriebeübersetzung zwischen Kardanwelle und
Hinterachse. Mit C KV und C KH sind jeweils die Federkonstanten zwischen
Kardanwelle und Vorderachse und zwischen Kardanwelle und Hinterachse
bezeichnet, C₁, C₂, C₃, C₄ bezeichnen jeweils die Federkonstanten der
drehbaren Teile zwischen dem Vorderachsdifferentialgetriebe 10 und der
ersten bzw. zweiten Hintermaschine 11, 12 sowie zwischen dem Hinterachs
differentialgetriebe 7 und der dritten bzw. vierten Hintermaschine 13, 14.
Das in Fig. 2 dargestellte Modell eines Mehr-Federn-Massen-Systems mit
Getriebeübersetzungen kann auf diese Weise in mehrere, einfache Zwei-
Massen-Systeme ohne Übersetzungen umgeformt werden. Bei Anordnungen mit
zwischengeschalteten Getrieben ist es zweckmäßig, die Federkonstanten C
und die Massenträgheitsmomente I auf eine Getriebeseite bzw. eine Achse
zu beziehen. Die Umrechnung auf eine andere Getriebeseite erfolgt mit i 2.
Bei Zwei-Massenschwingern I₁, I₂ mit Getriebeübersetzungen i und den
Federkonstanten C₁, C₂ wird die Getriebeübersetzung wie folgt
berücksichtigt:
I₂ red = I₂ · i 2
C₂ red = C · i 2
ω₂′ = ω₂ · i
i = ω₁/ω₂
C₂ red = C · i 2
ω₂′ = ω₂ · i
i = ω₁/ω₂
Mit ω₁ und l₂ sind die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Massen I₁
und I₂ bezeichnet.
Die Federkonstanten C₁ und C₂ beiderseits des Getriebes können zu einer
Gesamtfederkonstanten C′ zusammengefaßt werden:
Die Getriebeübersetzung ist beiden oben angegebenen Torsionsfeder
konstanten C VM/10-14, C V/H , C 11,12 und C 13,14 bereits berücksichtig. Dies
gilt auch für die Massenträgheitsmomente I HM11-14, I HM13,14, I HM ₁₂ und
I HM ₁₄. Die vier Zwei-Massen-Systeme ohne Übersetzung sind in den Fig. 3a,
3b, 3c und 3d dargestellt. Hierin sind mit I HM11-14 die bezogenen Massen
trägheitsmomente aller Hintermaschinen 11-14, mit I HM11,12 die bezogenen
Massenträgheitsmomente der ersten und zweiten Hintermaschine 11, 12
und mit I HM13,14 die Massenträgheitsmomente der dritten und vierten
Hintermaschine 13, 14 bezeichnet. Zwischen dem Rotor der Vordermaschine 1
und der Summe der bezogenen Massenträgheitsmomente der Hintermaschinen
11-14, der Summe der bezogenen Massenträgheitsmomente der Hintermaschinen
11, 12 der Vorderachse und der Hintermaschinen der Hinterachse
13, 14 sind jeweils die bezogenen Torsionsfederkonstanten C VM/11-14,
C V/H , C 11/12 und C 13/14 vorhanden. Die sich zwischen den vorstehend angegebenen
Elementen ergebenden Dämpfungsmomente sind in Fig. 3a bis 3d mit
D VM/11-12, D V/H , D 11/12 und D 13,14 bezeichnet.
Es sei angenommen, daß die Massen mit den Massenträgheitsmomenten I VM ,
I HM11-14 bzw. I HM11,12, I HM13,14 bzw. I HM ₁₁, I HM ₁₂ und I HM ₁₃, I HM ₁₄
jeweils sich mit den Winkelgeschwindigkeiten ω VM , ω HM11-14, ω HM11,12,
ω HM13,14, ω HM ₁₁, ω HM ₁₂, ω HM ₁₃ und ω HM ₁₄ bewegen. Aus den Differenzen
ω VM -ω HM11-14, ω HM11,12-ω HM13,14, ω HM ₁₁-ω HM ₁₂ und
ω HM ₁₃-ω HM ₁₄ werden jeweils Differenzwinkelgeschwindigkeiten Δω 3a ,
Δω 3b , Δω 3c und Δω 3d gebildet. In den Luftspalten der Vordermaschine
1 und der Hintermaschine 11 bis 14 werden diesen Differenzwinkelgeschwindigkeiten
proportionale Drehmomente M D3a , M D3b , M D3c , M D3d erzeugt. Die
Dämpfungsgrößen Δω 3a , Δω 3b , Δω 3c Δω 3d und M d3a , M d3b , M d3c , M d3d
sind Wechselgrößen, deren Frequenz durch die mechanischen Schwinger
eingeprägt ist (Resonanzfrequenzen).
Die Quotienten
sind Maße für die Dämpfungswirkung und werden in den Regelkreisen optimal
eingestellt. Befinden sich zwischen den Schwungmassen Getriebe, so sind
diese mit der Übersetzung
bei der Dämpfungsregelung zu berücksichtigen.
Bei Allradaggregaten mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen (Schalt-
oder Automatikgetriebe) wird eine automatische Anpassung der Dämpfungs
regelung an die sich mit der Übersetzung ändernden Regelparameter
durchgeführt.
Die Fig. 4a zeigt ein Schaltbild von Regelkreisen für die Vorder
maschine 3 und die Hintermaschinen 11-14 mit Drehmomententkopplung im
Drehzahlregelkreis 15 der Vordermaschine 3 und mit Drehzahlentkopplung in
den Regelkreisen der Hintermaschinen 11-14. Der auf Drehzahlregelung
eingestellte Regelkreis 15 für die Vordermaschine 1 enthält einen Soll
wertgeber, der an ein Summierglied 17 angeschlossen ist, dem über ein
Summierglied 17 a ein Regelverstärker 18 und ein Gleichrichter 19 nach
geschaltet sind. Der Gleichrichter 19 speist die Vordermaschine 3, die
einen Drehzahlistwertgeber 20 aufweist, dessen Ausgang mit dem Summierglied
17 verbunden ist. Der Regelkreis 15 kann einen unterlagerten Anker
stromregelkreis haben. Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung sind
vier auf Drehmomentregelung eingestellte Regelkreise 21, 22, 23, 24 je
für eine der Hintermaschinen 11, 12, 13, 14 vorgesehen. Bei der in Fig. 4
dargestellten Anordnung ist ein Sollwertgeber 25 für das Drehmoment
vorgesehen. Es ist möglich, daß jeder Regelkreis 21 bis 24 einen eigenen
Sollwertgeber enthält. Wenn nur ein Sollwertgeber mit Summierstellen 26,
27, 28, 29 des jeweiligen Regelkreises 21 bis 24 verbunden ist, dann wird
eine Summendrehmomentregelung durchgeführt. Der Summierstelle 26 ist ein
Regelverstärker 30 und über ein weiteres Summierstelle 26 a ein Gleichrichter
31 nachgeschaltet, der die erste Hintermaschine 11 speist. Der
Regelkreis 22 enthält einen dem Summierstelle 27 nachgeschalteten Regel
verstärker 32, der über eine Summierstelle 27 a und einen Gleichrichter
33, der mit der Hintermaschine 12 verbunden ist. Der Regelkreis
23 weist einen der Summierstelle 28 nachgeschalteten Regelverstärker 34
auf, der über eine Summierstelle 28 a und einen Gleichrichter 35 die
Hintermaschine 13 speist. Im Regelkreis 24 ist ein an das Summierstelle
29 a und einen Gleichrichter 37 die Hintermaschine 14 nachgeschaltet ist.
An den an die Rotoren der Hintermaschinen 11 bis 14 angeschlossenen
Enden der Wellen des Allradaggregats 1 sind jeweils Drehmomentistwertgeber
38, 39, 40, 41 vorgesehen, die je an einer der Summierstellen 26,
27, 28, 29 angeschlossen sind.
Bei einer nicht entkoppelten Drehzahl/Drehmomentregelung wird bei einem
Beschleunigungsvorgang das Gesamtbeschleunigungsmoment aller am Prüfanbau
beteiligten Massenträgheitsmomente als Luftspaltmoment ML VM im
Luftspalt der Vordermaschine 1 erzeugt. Es teilt sich dort auf in das
Beschleunigungsmoment MB VM für den eigenen Maschinenrotor und das
Wellenmoment MW VM . Mit dem Wellendrehmoment MW VM werden über das Prüf
getriebe die Massenträgheitsmomente der Hintermaschinen 11 bis 14
beschleunigt.
Dabei gelten folgende Drehmomentgleichungen:
+ ML VM - MB VM - M VM = 0
+ Mw 11-14 - MB 11-14 = 0
Das Wellendrehmoment Mw 11-14 wirkt dabei als Störgröße des Drehmoment
regelkreises und ist somit unerwünscht.
Bei der Drehmomententkopplung wird das Wellenmoment Mw 11-14 dadurch
vermieden, daß ein Luftspaltmoment ML gleicher Größe und Richtung erzeugt
wird. Das Luftspaltmoment ML steht in einer mathematischen Beziehung zum
Luftspaltmoment der Vordermaschine ML VM .
Es gilt:
Die Drehmomentberechnung von ML 11-14 erfolgt hochdynamisch ohne Zeitfehler
mit einem analogen Rechenglied 42, dessen Eingang über einen
nicht näher bezeichneten Regelverstärker an die Summierstellen 26 bis 29
gelegt ist.
Über einen weiteren Eingang ist das Rechenglied 42 mit einem Über
setzungsrechner verbunden, der vorzugsweise mit mehreren in Fig. 4 nicht
dargestellten Übersetzungsrechnern verbunden ist, die am Getriebe 5, dem
Verteilergetriebe 6 und dem Hinterachs- sowie Vorderachsdifferential
getriebe 7, 10 die Übersetzungsfaktoren bestimmen und ein Gesamt
übersetzungsverhältnis 1 : i berechnen, das für die Drehmomententkopplung
bei Summendrehmomentregelung der Hintermaschinen 11 bis 14 auf die in
Fig. 4 gezeigte Art verwendet wird. Der Ausgang des Rechenglieds 42 ist
mit der Summierstelle 17 a verbunden.
Der Ausgang des Regelverstärkers 18 speist über einen nicht näher
bezeichneten Regelverstärker ein weiteres Rechenglied 43 a, das einen
weiteren Eingang aufweist, der mit dem Übersetzungsrechner verbunden ist
und mit 1 : i beaufschlagt wird. Der Ausgang des Rechenglieds ist zur
Drehzahlentkopplung der Drehmomentregelkreise 21 bis 24 mit den
Summierstellen 26 a bis 29 a verbunden.
Bei nicht drehzahlentkoppelten Drehmomentregelkreisen stellt sich durch
Drehmomentbelastungen bei den Verdrehwinkeln α VM/11-14 der Wellen vor
den Hintermaschinen 11 bis 14 jeweils ein Schleppwinkelfehler ein, der
im folgenden generell mit α n bezeichnet ist.
Bei der Last null stellt sich der Winkel α₀ ein.
Wird bei einem nicht drehzahlentkoppelten System z. B. infolge der
Summen-Drehmomentregelung mit Hilfe der Hintermaschinen 11-14 ein Drehmoment
M11-14 aufgebracht, so werden die Wellen in der Größe des Verdrehwinkels
ω A/11-14 aufgezogen und bei der Drehzahlregelung mit P-I-Regler
wird der Winkelschleppfehler α n verursacht. Letzterer dominiert stört
während der Laständerungszeit die Drehzahlregelung. Der Drehzahlfehler ist
dabei:
Die Drehzahlentkopplung vermeidet diesen dynamischen, lastabhängigen
Fehler, indem zeitgleich mit dem Lastmoment auf der Radmaschinenseite auch
das sich aus der Übersetzung errechenbare Gegendrehmoment der Vordermaschine
VM als Luftspaltmoment vorgegeben wird.
Die Größe dieses Entkoppelmomentes M LVM wird aus dem Lastmoment der
Hintermaschinen errechnet nach der Beziehung:
Die Regelung realisiert aus diesem Solldrehmoment das erforderliche
Luftspaltmoment M LVM .
Die dabei nicht erfaßten Reibmomente des Prüfaufbaues werden über die
Drehzahlregelung ausgeglichen. Der dadurch bedingte Restschleppfehler ist
sehr klein.
Die in Fig. 4a dargestellte Anordnung kann auch in einer anderen Betriebsart
arbeiten, in der der Regelkreis 15 auf eine Drehmomentregelung eingestellt
ist, während die Regelkreise 21 bis 24 auf eine Summendrehzahl
regelung eingestellt sind. Das Achswellenmoment der Vordermaschine 3 wird
mit einem Drehmomentistwertgeber 3 a gemessen, der an einen Eingang eines
Umschalters 15 a gelegt ist, dessen anderer Eingang mit dem Drehzahlist
wertgeber 20 verbunden ist. Bei der Einstellung des Regelkreises 15 auf
Drehmomentregelung weist der Umschalter 15 a eine Stellung auf, die der in
Fig. 4a dargestellten entgegengesetzt ist.
Die Hintermaschinen 11 bis 14 sind jeweils mit Drehzahlistwertgebern 11 a,
12 a, 13 a, 14 a verbunden, die je an einen Eingang eines Umschalters 21 a,
22 a, 23 a und 24 a gelegt sind. Bei der Betriebsart Drehzahlregelung weisen
die Umschalter 21 a bis 24 a die zur dargestellten Schalterstellung
entgegengesetzte Stellung auf. Die Rechenglieder 42, 43 sind an einen
Umschalter 44 angeschlossen, der dann - wenn der Regelkreis 15 auf Dreh
momentregelung und die Regelkreise 21 bis 24 auf Summendrehzahlregelung
eingestellt sind - in der zu Fig. 4a entgegengesetzten Schalterstellung das
Übersetzungsverhältnis i vorgibt.
Die Fig. 4b zeigt eine Anordnung, bei der die Drehzahl/Drehmomententkopplung
in einem Regelkreis 15 für die Vordermaschine 3 und in Regelkreisen
21 bis 24 für die Hintermaschinen im Rahmen einer Steuerung durchgeführt
wird. Gleiche Elemente sind bei den in Fig. 4a und 4b dargestellten Anordnungen
mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die Regelkreise 21 bis 24
haben bei der in Fig. 4b dargestellten Anordnung den gleichen Aufbau wie
bei der in Fig. 4a gezeigten Anordnung, d. h. sie sind wahlweise auf Drehmoment-
oder Drehzahlregelung einstellbar. Bei der in Fig. 4b gezeigten
Stellung der Umschalter 15 a, 21 a, 22 a, 23 a und 24 a ist der Regelkreis 15
auf Drehzahlregelung eingestellt, während die Regelkreise 21 bis 24
jeweils auf Drehmomentregelung eingestellt sind. Der Sollwertgeber 25 ist
nicht nur an die Summierstellen 26, 27, 28 und 29, sondern auch an einen
nicht näher bezeichneten Regelverstärker angeschlossen, dem das Rechenglied
42 nachgeschaltet ist, das ausgangsseitig mit der Summierstelle 17 a
verbunden ist. Der Sollwertgeber 16 ist neben der Summierstelle 17 noch
über ein Differenzierglied 44 a mit einem nicht näher bezeichneten Regel
verstärker verbunden, an den das Rechenglied 43 angeschlossen ist, welches
ausgangsseitig an die Summierstellen 26 a, 27 a, 28 a und 29 a gelegt ist.
Der Sollwert der Drehzahl wird differenziert und nach Multiplikation mit 1
1 : i als Störgröße den Summierstellen 26 a bis 29 a aufgeschaltet. Der
Sollwert des Drehmoments wird nach Multiplikation mit 1 : i der Summier
stelle 17 a als Störgröße aufgeschaltet. Es handelt sich dabei um eine
qualifizierte Vorsteuerung, die annähernd wie eine zur Entkopplung verwendete
Regelung mit Störgrößenaufschaltung arbeitet. Der Vorteil der
Anordnung ist darin zu sehen, daß keine entdämpfende Wirkung auftritt.
Wenn die Umschalter 15 a, 21 a, 22 a, 23 a und 24 a und 44 die entgegen
gesetzten Stellungen wie in Fig. 4b aufweisen, dann arbeitet der Regelkreis
15 in der Betriebsart Drehmomentregelung, während die Regelkreise 21 bis
24 in der Betriebsart Drehzahlregelung arbeiten.
Zur richtigen Parametrierung der Entkopplung und der Dämpfungsregelung ist
ein Istwertsignal der Gesamtübersetzung vorteilhaft. Da diese Gesamtüber
setzung nicht immer sicher von außen z. B. von einem Rechner oder von Hand
vorgegeben werden kann, und diese Übersetzung z. B. bei einem Automatik
getriebe drehzahl- und drehmomentabhängig ist, wird ein in Fig. 5
gezeigter analoger Übersetzungsrechner 45 mit einstellbarem Zeitverhalten
eingesetzt. Mit Hilfe des einstellbaren Zeitverhaltens kann der Über
setzungsrechner z. B. beim Anfahrvorgang trotz kleiner Drehzahlistwerte
schnell die Übersetzung erkennen und schaltet dann auf eine gute
Mittelwertbildung um.
Der Übersetzungsrechner 45 hat drei Eingänge 46, 47, 48 an die je ein
Drehzahlistwert angelegt werden kann. In Fig. 5 sind die entsprechenden
Drehzahlistwerte +xn 1, ∓xn 2 und ∓xn 3 bezeichnet. Der Drehzahlistwert
xn 1 kann von der Tachomaschine der Vordermaschine 3 stammen, während die
Drehzahlistwerte xn 2 und xn 3 beispielsweise von jeweils einer Hinter
maschine erzeugt werden. Bei Summendrehmomentregelung sind z. B. die
Drehzahlistwerte xn 2 und xn 3 die mittleren Drehzahlen der Paare von
Hintermaschinen 11, 12 und Hintermaschinen 13, 14. Der Drehzahlistwert xn 3
beaufschlagt unmittelbar und der Drehzahlistwert xn 2 über einen Schalter
50 eine Summierstelle 49, der ein Regelverstärker 51 nachgeschaltet
ist. An der Summierstelle 49 ist also ein der Differenz der Drehzahlistwerte
entsprechender Wert verfügbar. In der anderen Stellung der Schalters
50 würde der Drehzahlistwert xn 3 an der Summierstelle 49 zweimal aufsummiert.
Der Ausgang des Regelverstärkers 51 ist über die Reihenschaltung
von Spannungsteilerwiderständen 52, 53, 54, von denen zwei durch Schalter
56, 61 bedarfsweise überbrückt werden können, mit einem Integrator 57
verbunden, der einen Kondensator 55 enthält. Dem Integrator 57 ist ein
Betragsbildner 58 nachgeschaltet. Der Ausgang des Integrators 57 ist mit
dem Eingang eines Multiplizierers 59 verbunden, dessen weiterer Eingang
über einen Regelverstärker 60 an den Eingang 48 gelegt ist. Der Ausgang
des Multiplizierers 59 ist an die Summierstelle 49 gelegt. Mit den Schaltern
56, 61 läßt sich die Zeitkonstante der Integration einstellen.
Der Ausgang des Regelverstärkers 51 speist über ein Differenzierglied 62
einen Regelverstärker 63 mit parallel geschaltetem Kondensator 64. Am Ausgang
65 des Regelverstärkers 63 steht ein Signal zur Verfügung, das der
Differenz der Drehzahlistwerte xn 2 und xn 3 proportional ist und zur
Dämpfungsregelung verwendet wird. Unter der oben angegebenen Voraus
setzung, daß die Drehzahlistwerte xn 2 und xn 3 von den Hintermaschinen 11,
12 abgeleitet sind, ist der Ausgang 65 mit der Summierstelle 26 oder 27
verbunden, um in dem Rotor der Hintermaschine 11 oder 12 ein der
Differenzdrehzahl proportionales Luftspaltmoment zu erzeugen. Anstelle der
Drehzahlistwerte xn 2 und xn 3 können auch Winkelgeschwindigkeitsistwerte
verwendet werden, wodurch am Ausgang 65 ein der Differenzwinkel
geschwindigkeit proportionales Signal erzeugt wird, das, je nach der
Beschaltung der Regelverstärker in den Regelkreisen 21, 22 zur Erzeugung
des Luftspaltmoments ausgenutzt wird.
Am Ausgang 66 des Betragsbildners 58 ist ein Signal verfügbar, das dem
Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses 1 : i entspricht und dem Schalter
44 zugeführt wird. Bei der in Fig. 5 angegebenen Stellung der Schalter 50
und 61 tritt am Ausgang des Regelverstärkers 51 ein der Differenzdreh
zahlistwerte x n ₂-x n ₃ entsprechendes Signal auf.
Über den Multiplizierer 59 wird eine Division durch den Drehzahlistwert
x n ₁ bewirkt, so daß sich ein Verhältnis
ergibt. Falls das mittlere Übersetzungsverhältnis des Vorderachsdifferential
getriebes 10 benötigt wird, werden die Istwerte und mit
positiven Vorzeichen der Summierstelle 59 zugeführt. Dann ergibt sich am
Ausgang 66 das Verhältnis
Dieser Kehrwert der mittleren Drehzahl des Vorderachsdifferentialgetriebes
10 wird für die Umrechnung der Massenträgheitsmomente der Rotoren der
Hintermaschinen 11, 12 auf eine Achse benötigt, um bei der Drehmoment
entkopplung die richtige Größe des Luftspaltmoments in der Vordermaschine
1 zu erzeugen. Die Umrechnung erfolgt z. B. in einem nicht dargestellten
Rechenglied. Für das Vorderachsdifferentialgetriebe 10, das Hinterachs
differentialgetriebe 7 und das Ausgleichgetriebe 6 sind Differenz
drehzahl-, Differenzdrehmomentenregelungen vorgesehen. Bei der Differenz
drehzahlregelung ist eine Differenzmomentbegrenzung vorgesehen. Dadurch
ist es möglich, ohne besondere Regelartumschaltung sehr unterschiedliche
Allradaggregate zu prüfen. Die von den Differentialgetrieben und dem
Verteilergetriebe übertragbaren Differenzmomente können sich dabei
zwischen dem Moment 0 und den Nennmoment, d. h. zwischen extremer Leicht
gängigkeit und Differentialsperre bewegen.
Die Fig. 6 zeigt das Kennfeld einer Differenzdrehzahl/Differenzdrehmomentregelung,
wobei in Abszissenrichtung das Verhältnis der Differenzdrehzahl
Δ n zur Nenndifferenzzahl Δ n N und in Ordinatenrichtung das Verhältnis
des Differenzmoments Δ M zum Differenznennmoment Δ M N eingetragen ist.
Es sind im Kennfeld Δ M-Differenzdrehmoment-Begrenzungslinien dargestellt,
die mit Δ M-Grenze bezeichnet sind. Diese Begrenzungslinien können innerhalb
der maximal zulässigen Grenzen ±Δ M-Grenze max im gesamten Differenz
drehmoment-Bereich eingestellt werden. Die Differenzdrehzahl ist nur
innerhalb der Differenzdrehmoment-Begrenzungslinien einstellbar.
Wird z. B. ein Differentialgetriebe mit einer dargestellten Lastkennlinie
A gefahren, so ergeben sich bei der Differenzdrehzahl die
Schnittpunkte a und b mit der Lastkennlinie A. Die Differenzdrehzahlregelung
ist wirksam.
Wird jedoch der Differenzdrehzahlsollwert bei der gleichen Lastkennlinie
vorgeben, so wird in den Schnittpunkten c und d mit den M-Grenzen
die Differenzdrehmoment-Begrenzungsregelung wirksam.
Das Gleiche geschieht auch, wenn bei der Beibehaltung des Sollwertes
die Lastkennlinie in der Testzeit von der Kennlinie A in die Kennlinie B
übergeht (Schnittpunkte e, f).
Auf diese Weise paßt sich die Regelung automatisch an die Veränderungen im
Prüfling an, ohne, daß dabei gefährliche Betriebszustände auftreten
können. Auch eine totale Differentialsperre ist zulässig. Dabei werden die
Lastschnittpunkte g und h angefahren.
Bei dieser Differenzdrehzahl-/Differenzdrehmomentregelung ist immer nur
eine Regelung d. h. die Differenzdrehzahl- oder die Differenzdrehmoment
regelung im Eingriff, während die jeweils andere Regelart so mit geführt
wird, daß sie jederzeit ohne einen größeren Einschwingvorgang die
Regelung übernehmen kann. Es ist jedoch auch eine Begrenzung auf Absolutwerte
von Momenten möglich.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Differenzdrehzahl/Differenzdrehmomentregelkreis
wird an einer Summierstelle z. B. die Differenz aus zwei Drehzahl
istwerten x n ₂ und x n ₃ gebildet. Bei den Drehzahlistwerten x n ₂ und x n ₃
handelt es sich z. B. um die Drehzahlistwerte der Rotoren der Hinter
maschinen 11 und 12. Am Ausgang eines der Summierstelle 67 nachgeschalteten
Regelverstärkers 68 ist der Differenzwert x dn2/3 verfügbar. Ein
Rechner 69, der eingangsseitig an nicht näher bezeichnete Sollwertgeber
angeschlossen ist, erzeugt an einem Ausgang einen Sollwert wd n2/3, der
zusammen mit der Drehzahlistwertdifferenz s dn2/3 eine Summierstelle 70
beaufschlagt, an der die Regelabweichung der Differenzdrehzahlregelung
gebildet wird. Der Summierstelle 70 ist ein Regelverstärker 71 nach
geschaltet, der einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 72, 73 speist.
An dem Widerstand 73 ist ein weiterer Spannungsfolger 74 angeschlossen, an
dessen Ausgang ein der Regelabweichung der Differenzdrehzahlen entsprechendes
Signal verfügbar ist, wenn die Drehmomentbegrenzung nicht
wirksam ist. Der Regelverstärker 71 und der Widerstand 72 bilden mit einem
nicht näher bezeichneten Rückkopplungskreis einen Drehzahlregler.
Zur Drehmomentbegrenzung wird ein Differenzdrehmomentsollwert oder ein
absoluter Momentengrenzwert vom Rechner 69 ausgegeben und einer Summier
stelle 76 unmittelbar sowie einer Summierstelle 77 über einen Invertierer
78 zugeführt. Ferner wird vom Rechner 69 für die jeweilige Drehzahl n₂ ein
Istwert des Drehmoments xMd₂ vorgegeben, der beiden Summierstellen 76 und
77 direkt zugeführt wird. Die Differenz der Drehzahlistwerte wird über
eine Fangschaltung 80 für die Drehzahlregelung den Summierstellen 76 und
77 zugeführt. Den Summierstellen 76, 77 sind jeweils Regelverstärker 90, 91
nachgeschaltet, die je über Dioden 92, 93 mit dem Abgriff des aus den
Widerständen 72, 73 bestehenden Spannungsteilers verbunden sind.
Der Ausgang des Summierverstärkers 90 und der Abgriff des Spannungsteilers
sind je mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 94 verbunden, dessen
Ausgang über eine Diode 95 an die Summierstelle 76 gelegt ist. Der Ausgang
des Regelverstärkers 91 und der Abgriff des Spannungsteilers sind je mit
dem Eingang des weiteren Differenzverstärkers 96 verbunden, der über
eine Diode 97 an die Summierstelle 77 angeschlossen ist.
Wenn die Differenz der Drehmomentistwerte eine die Sollwertdifferenz
entweder im positiven oder negativen Bereich des Kennfelds überschreitet,
werden die Regelverstärker 90 bzw. 91 über die Dioden 92 bzw. 93 wirksam
und greifen über den Spannungsteiler in den Differenzdrehzahlregelkreis
derart ein, daß die Eingangsspannung am Regelverstärker 74 auf einem
gleichbleibenden Wert gehalten wird. In gleicher Weise können absolute
Drehmomentgrenzwerte vorgegeben werden, deren Über- oder Unterschreitung
durch die in Fig. 1 gezeigte Anordnung verhindert wird.
Während der Drehzahlregelung sperren die Dioden 92 und 93 dann, wenn die
Momentengrenzwerte bzw. das vorgegebene Differenzdrehmoment nicht überschritten
werden. Wird ein Momentengrenzwert bzw. das vorgegebene
Differenzdrehmoment überschritten, so leitet die Diode 92 oder 93. Dies
bedeutet, daß der Regelverstärker 90 oder 91 die Drehzahl so beeinflußt,
daß die Momentengrenzwerte eingehalten werden. Die Differenzverstärker 94
bzw. 96 sorgen in Verbindung mit den Dioden 95 bzw. 97 dafür, daß die
Regelkreise für die Momentenbegrenzung dem jeweiligen Drehzahlwert
folgen, so daß die Drehmomentbegrenzung ohne Verzögerung einsetzen kann.
In den Regelkreisen 15 und 21 bis 24 wird unabhängig von Nicht
linearitäten der Stellglieder eine gleichbleibende Regelkreisverstärkung
erzeugt.
Durch die Reduzierung der Führungsgröße des Moments auf einen sehr
kleinen Wert kann das Verhalten bei stark reduzierter Radhaftung
simuliert werden. Eine solche Radhaftung entsteht z. B. bei Glatteis.
Claims (12)
1. Regeleinrichtung für einen Prüfstand zum Prüfen von Kraftfahrzeug
antriebsaggregaten alleine oder in Fahrzeugen mit einer Vorder
maschine, die über mindestens ein Getriebe mit mindestens zwei Hinter
maschinen kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vordermaschine (3) eine Elektro- oder Verbrennungsmaschine
ist, die als Steuerglied in einer Steueranordnung oder als Stellglied
in einem wahlweise auf Drehmoment- oder Drehzahlregelung einstellbaren
ersten Regelkreis (15) angeordnet ist, daß die Hintermaschinen
(11, 12, 13, 14) elektrische oder hydraulische Maschinen sind, die
als Stellglieder je in wahlweise auf Drehzahl- oder Drehmomentregelung
einstellbaren, weiteren Regelkreisen (21, 22, 23, 24) angeordnet sind,
daß zur Drehmomententkopplung in dem oder den auf Drehzahlregelung
eingestellten Regelkreisen diejenigen Drehmomente, die in den bzw. in
die auf Drehmomentregelung eingestellten Regelkreisen eingeleitet
werden, als Störgrößen eingeführt werden, und daß zur Drehzahlentkopplung
des oder der auf Drehmomentregelung eingestellten Regelkreise in
diesen zeitgleich mit den Drehzahländerungen Beschleunigungsmomente
als Störgrößen eingeführt werden.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem ersten Regelkreis (15) in der Betriebsart Drehzahlregelung
zugeführte Führungsgröße nach Differenzierung und nach Division durch
das Getriebeübersetzungsverhältnis den weiteren Regelkreisen
(21, 22, 23, 24), die auf die Betriebsart Drehmomentregelung eingestellt
sind, zugeführt wird, und daß die Summe der Führungsgrößen der
weiteren Regelkreise (21, 22, 23, 24) nach Division durch das
Getriebeübersetzungsverhältnis dem ersten Regelkreis zugeführt wird.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem ersten Regelkreis (15) in der Betriebsart Drehmoment
regelung zugeführte Führungsgröße den weiteren Regelkreisen, die auf
die Betriebsart Drehzahlregelung eingestellt sind, nach Multiplikation
mit dem Getriebeübersetzungsverhältnis zugeführt wird, und daß dem
ersten Regelkreis die Summe der Führungsgrößen der weiteren Regelkreise
(21, 22, 23, 24) nach Differenzierung und nach Multiplikation
mit dem Getriebeübersetzungsverhältnis zugeführt wird.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellgröße des ersten Regelkreises (15) in der Betriebsart
Drehzahlregelung nach Division durch das Getriebeübersetzungs
verhältnis den Stellgrößen der weiteren Regelkreise (21, 22, 23, 24),
die auf Drehmomentregelung eingestellt sind, als Störgröße aufgeschaltet
wird, und daß die Summe der Stellgrößen der weiteren Regelkreise
(21, 22, 23, 24) nach Division durch das Getriebeübersetzungs
verhältnis der Stellgröße des ersten Regelkreises (15) als Störgröße
aufgeschaltet wird.
5. Regeleinrichtung, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Dämpfungsregelung jeweils zwischen zueinander zu dämpfenden
Massen oder Maschinen deren Differenzwinkelgeschwindigkeit gebildet
und den entsprechenden Regelkreisen zur Erzeugung eines Dämpfungsmoments
in den Maschinen aufgeschaltet wird.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Übersetzungsgetriebe ein Übersetzungsrechner vorgesehen
ist, mit dem die mit dem Quadrat der Drehzahlübersetzung sich
ändernden Parameter der Massenträgheitsmomente und Federkonstanten in
den Regelkreisen angepaßt werden.
7. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Summendrehzahlregelung der Hintermaschinen ein Summen
beschleunigungsmoment in der Vordermaschine für die Störgrößen
aufschaltung nach folgender Beziehung erzeugt wird:
wobei mit M BVM das Beschleunigungsmoment der Vordermaschine (3), mit
I 11-14 das auf eine Achse bezogene, reduzierte Massenträgheitsmoment
der Hintermaschinen (11-14), I VM das Massenträgheitsmoment der Vorder
maschine (3) und mit i die auf die Achse bezogene Übersetzung der
Drehzahlen zwischen der Vordermaschine (3) und den Hintermaschinen
(11-14) bezeichnet ist.
8. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Drehzahlentkopplung in der Vordermaschine (3) zeitgleich mit
dem Lastmoment der Hintermaschinen (11-14) als Störgröße ein Moment
nach der Beziehung:
aufgeschaltet wird, worin mit M L11-14 die Summe der auf eine Achse
bezogenen Lastmomente der Hintermaschinen und mit i die auf die Achse
bezogene Übersetzung der Drehzahlen zwischen der Vordermaschine (3)
und den Hintermaschinen (11-14) bezeichnet ist.
9. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Drehmoment- bzw. Drehzahlregelkreisen (15, 21-24) eine
gleichbleibende Regelkreisverstärkung unabhängig von Nichtlinearitäten
der Stellglieder erzeugt wird.
10. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß im Übersetzungsrechner (45) einer oder mehrere Drehzahlwerte einer
Summierstelle (49) zuführbar sind, der ein Regelverstärker (51) und
ein Integrator (57) mit zu- oder abschaltbaren Widerständen nach
geschaltet ist, daß am Integratorausgang die Übersetzung zur nachfolgenden
Betragsbildung und zur Rückführung auf die Summierstelle
über eine multiplizierende Verknüpfung mit einem Drehzahlistwert
ansteht, und daß die Dämpfung hinter dem Regelverstärker (51) abgegriffen
und einem Wechselspannungsverstärker zugeführt wird.
11. Regeleinrichtung, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die für Achsen von Differentialgetrieben (7, 10) vorgesehenen
Regelkreise (21, 22, 23, 24) jeweils mit Einrichtungen zur Drehmoment
begrenzung der über die Achsen übertragenen Drehmomente versehen sind.
12. Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen zur Drehmomentbegrenzung jeweils eine Summierstelle
aufweisen, der ein Drehzahlsollwert für die Achse, ein
Momentenistwert und ein Momentengrenzwert zuführbar ist, daß der
Summierstelle ein Regelbaustein nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig
direkt mit einem Eingang eines Differenzverstärkers und über eine
Diode mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers und dem Ausgang
des Drehzahlreglers für die jeweilige Achse verbunden ist, und daß der
Differenzverstärker über eine Diode auf die Summierstelle rückgekoppelt
ist.
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