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WO2006119874A1 - Vorrichtung und verfahren zur vibroakustischen untersuchung eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur vibroakustischen untersuchung eines kraftfahrzeuges Download PDF

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Publication number
WO2006119874A1
WO2006119874A1 PCT/EP2006/003940 EP2006003940W WO2006119874A1 WO 2006119874 A1 WO2006119874 A1 WO 2006119874A1 EP 2006003940 W EP2006003940 W EP 2006003940W WO 2006119874 A1 WO2006119874 A1 WO 2006119874A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor vehicle
vibration
vibrations
type
vibration generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/003940
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Melz
Michael Matthias
Holger Hanselka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority to US11/913,419 priority Critical patent/US7971486B2/en
Priority to EP06724618A priority patent/EP1880186A1/de
Publication of WO2006119874A1 publication Critical patent/WO2006119874A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/06—Multidirectional test stands

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for performing a vibroacoustic examination on a motor vehicle, which has at least one front and rear axle, with a test bench, against which the motor vehicle is tied and the middle or directly with at least one of the two Axes is connected via at least one power flow along which at least one vibration generator of a first type is provided for generating vibrations of less than 50 Hz. Furthermore, a method is described, which serves the vibroacoustic examination of motor vehicles.
  • test benches or test benches are used on which the motor vehicle to be tested is driven on rollers or unrolled independently.
  • a dynamometer known per se is schematized for this, in which at least the wheels of the vehicle 1 driven by the drive axle are in rolling contact with rollers 2 of the chassis dynamometer.
  • To drive and targeted braking (output) of the rollers 2 is a powerful electric motor 3, whose operation is controlled by a control and monitoring unit. 4 is controlled.
  • test stands encounter those with regard to the frequency range Vibrations that are coupled into the motor vehicle, at about 50 Hz to its technical limits.
  • the invention has for its object to provide a device for performing a vibroacoustic examination on a motor vehicle, which has at least a front and rear axle, with a test bench, against which the motor vehicle is tied and the middle or directly with at least one of the two axes is connected via at least one power flow, along which at least one vibration generator of a first type for generating vibrations of less than 50 Hz is provided, such that the motor vehicle is to be converted into realistic as possible nach0-e vibration states in which the motor vehicle are sensory examined and evaluated can.
  • care must be taken to ensure that the assembly and technical equipment required to be handled is the vibration behavior of the motor vehicle at different speeds To measure road surfaces and different tire profiles to keep as low as possible.
  • a device according to the solution is specified in claim 1.
  • a solution according to the method for performing vibroacoustic examinations on a motor vehicle is described in claim 12.
  • the concept of the invention advantageously further features are the subject of the dependent claims and the description below.
  • test bench concept is based on the previous practice, in which the motor vehicle to be examined is a tire rolling contact with provided on the test casters or treadmills. Rather, according to the solution proposed, the completely opposite a test bench bound motor vehicle along a at least one drive shaft, usually at its two opposite ends
  • Fixing provisions for the wheels provides to connect to a vibration generator of a second kind, which is able to couple vibrations of over 30 Hz, preferably of over 100 Hz in the motor vehicle.
  • the motor vehicle is thus to be put into a high-frequency vibration state which it assumes, as it were, when the motor vehicle travels along a road surface in a real situation.
  • the advantage of the device according to the invention is to be seen in particular in the fact that the vibration generation within the motor vehicle is not caused by a physical contact between tire tread and road surface, but the high-frequency vibrations are realized within the motor vehicle by the targeted coupling with suitably selected vibration generators, the are able to generate vibrations, preferably in a frequency range between 30 and 500 Hz.
  • the vibration coupling into the motor vehicle at any point of the vehicle body, but is suitable for a realistic as possible, simulated adjustment of a real driving situation, the coupling of high-frequency oscillations along at least one drive axle of the motor vehicle in an area where the Tires are attached to the drive shaft.
  • both the initiation of uniform accelerations and low-frequency alternating loads are required for the simulation of driving maneuvers and different driving loads in a manner that already exists in a realized test stand according to the embodiment shown in Figure 3 is the case, as well as the targeted introduction of high-frequency vibrations for the adjustment of rolling noise and also caused by the interaction between the road and tires within the vehicle vibrations.
  • so-called servohydraulic cylinder which are able to initiate both a coupling uniform deflections and low-frequency vibrations in the motor vehicle and this not only along the vehicle vertical but also in addition Direction of the vehicle longitudinal and transverse axis.
  • three separate servohydraulic cylinders are provided for each coupling point on the motor vehicle.
  • electrodynamic shakers which are likewise preferably provided in three implementations per coupling point, are suitable for coupling high-frequency vibrations along the vehicle vertical, the vehicle longitudinal direction and vehicle transverse direction into the vehicle.
  • electrodynamic shakers which are likewise preferably provided in three implementations per coupling point, are suitable for coupling high-frequency vibrations along the vehicle vertical, the vehicle longitudinal direction and vehicle transverse direction into the vehicle.
  • two different concepts for coupling the high-frequency vibrations into the motor vehicle have proved to be particularly advantageous.
  • a first concept provides for the coupling of the high-frequency vibrations parallel to the power flow, along which the uniform loads or low-frequency vibrations are coupled into the motor vehicle.
  • a second concept aims to integrate a vibration generator of the second type in each case for generating high-frequency vibrations or vibrations along the force flow, along which the loads or low-frequency vibrations of the respective first vibration generator act on the motor vehicle.
  • vibration generators are particularly suitable for coupling high-frequency vibrations in which converter materials are used as vibration actuators.
  • a vibration pattern to be realized is detected sensorially in a test drive with a test vehicle, which is used as a reference vibration pattern to carry out a vibroacoustic examination on a motor vehicle tied to a test bench.
  • a reference sensor is mounted, which detects the actual vibrations exerted by the motor vehicle.
  • the sensory detected vibrations are compared with the reference vibration pattern and generated when occurring deviations correction signals that are used to control the corresponding vibration generators.
  • a control loop is formed, with which it is possible, the motor vehicle under specification of certain reference vibration pattern in a real simulated vibration state offset.
  • motor vehicles tied up on a test bench in vibration states that correspond to the most varied driving situations, for example driving on differently selected road surfaces, driving with different tires and associated different tire profiles, driving in wet or dry Road conditions, etc. All real driving situations and conditions allowed to simulate the test bench designed in accordance with the solution without having to carry out the assembly-technical effort to provide for appropriate road surface and tire conditions.
  • the motor vehicle to be examined is connected without any tires to the test stand and the associated vibration generators, by means of which the motor vehicle can be displaced into real-world-modeled vibration states.
  • the vibration behavior of the motor vehicle to be examined in addition to the externally provided vibration generators, as described above, be co-determined by the self-propulsion of the motor vehicle engine.
  • the drive shaft is coupled with correspondingly provided engine shutters, preferably each in the form of an electric motor, for the realization of different engine load conditions of the motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a schematic cross section through a test bed with tied
  • Fig. 4 shows a schematic cross section through a test stand with a vehicle tied to it with mounted in a uniform power flow vibration generators.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view through a test bed on which a motor vehicle 1 is completely actively tied up.
  • the complete bondage of the motor vehicle 1 is indicated graphically in the image representation by the connection 5 with the anvil 6.
  • the motor vehicle has a motor vehicle own engine 7, which is connected in the illustrated embodiment with a drive axle 8, at the two axle ends fastening devices 9 are provided for the wheels of the motor vehicle 1.
  • a motor vehicle own engine 7 which is connected in the illustrated embodiment with a drive axle 8, at the two axle ends fastening devices 9 are provided for the wheels of the motor vehicle 1.
  • FIG. 1 it is assumed that no wheels are fastened to the drive axle 8 in order to make it clear that, for a realistic simulation of a vehicle vibration condition, there is no need for contact between the tires of the motor vehicle and a road surface in order to generate corresponding rolling noise within the vehicle To produce motor vehicle.
  • the hitherto known test stands and the drive shaft 8 is connected on both sides via load-absorbing motor outputs 3, which are preferably formed in the form
  • the fastening devices 9 are each connected directly or indirectly with servo-hydraulic loading units 10, by means of which the fastening devices 9 and, connected thereto, the entire motor vehicle 1 can be uniformly displaced spatially or oscillated at frequencies of up to 50 Hz ,
  • 9 three servohydraulic load units (10 x , 10y, 10 z ) are provided per fastening device whose Kraftfluß therapies are each oriented orthogonal to each other.
  • the servohydraulic loading units (10 x , 10 y , 10 z ) are fastened on the one hand to a mechanically fixed abutment 11 on the one hand and connected to the fastening device 9 on the other hand.
  • the motor output unit 3 is in each case articulated via a movable rotary shaft 12 to the fastening device 9, which ensures that the drive unit 3 rests in each case and experiences no vibrations through the load units 9.
  • high-frequency vibration generators (13 x , 13 y , 13 z ) are provided in parallel to the Kraftflußraumen whose articulation points lie in the chiefsbeispiei according to Figure 1 respectively in the vehicle body, for example in the engine compartment of the vehicle or on the fastening devices 9.
  • the high-frequency vibration generators (13 x , 13 y , 13 z ) are preferably designed as electrodynamic shaker systems and allow the initiation of vibrations with a frequency range between 30 and 500 Hz.
  • the Kraftflußcardien are each oriented spatially orthogonal to each other.
  • the deflection control of the high-frequency vibration generators (13 x , 13 y , 13 z ) is carried out by means of a control unit, not shown, which are able to initiate high-frequency vibrations according to a predetermined vibration pattern in the motor vehicle 1.
  • the high-frequency, electrodynamic vibration generators (13 ⁇ ) 13 y , 13 z ) are located along the force flow of the respective servohydraulic vibration generators (10 ⁇ , 10 y , 10 z ), as shown in particular in the schematized principle representation in FIG Figure 4 shows. Since the high-frequency vibration generators (13 x> 13 y , 13 z ) are not fixed on one side to a mechanically fixed abutment in this case, but are themselves integrated as force-transmitting organs along the respective power flows of the servohydraulic vibration generators 10, vibration generators are particularly advantageous , in which converter materials are used as vibration actuators.
  • Such vibration generators provided with transducer materials can be found, for example, in DE 103 61 481 A1, but the modular interfaces described therein are used for damping mechanical vibrations. However, it is also possible to use the in to use this publication described modular interfaces by suitable control of the energy converter systems for the targeted generation of high-frequency oscillations.
  • the basic principle for vibration excitation of the motor vehicle is largely identical to the two presented concepts according to FIG. 1 and FIG.
  • the operating loads for the simulation of driving maneuvers on the servohydraulic load units 10 in the frequency range between 0 and 50 Hz are initiated.
  • the high-frequency vibration generators 13 which are excited according to a predetermined vibration pattern.
  • a reference sensor 14 is provided on the motor vehicle 1, which detects the actual vibration state of the motor vehicle 1.
  • This actual oscillation state is compared with a reference oscillation pattern which, as already mentioned in the introduction to the description, has been obtained during a test drive.
  • the vibration generators 10 and 13 are correspondingly corrected in order to obtain a vibration compensation to the predetermined reference vibration pattern.
  • Vibration generators is connected, it is particularly advantageous, the second axis, regardless of whether it is a further drive axle or a non-driven axle, to couple with corresponding vibration generators.
  • the second axis regardless of whether it is a further drive axle or a non-driven axle, to couple with corresponding vibration generators.

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Durchführung einer vibroakustischen Untersuchung an einem Kraftfahrzeug, das wenigstens über eine Vorder- und Hinterachse verfügt, mit einem Prüfstand, gegenüber dem das Kraftfahrzeug gefesselt ist und der mittel- oder unmittelbar mit wenigstens einer der beiden Achsen über wenigstens einen Kraftfluss verbunden ist, längs dem wenigstens ein Schwingungsgenerator einer ersten Art zur Erzeugung von Schwingungen von unter 50 Hz vorgesehen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass längs des wenigstens einen Kraftflusses oder parallel zum diesem Kraftfluss wenigstens ein zweiter Schwingungsgenerator einer zweiten Art zur Erzeugung von Schwingungen von über 30 Hz, vorzugsweise von über 100 Hz, vorgesehen ist, der mit dem Kraftfahrzeug in Wirkverbindung tritt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur vibroakustischen Untersuchung eines Kraftfahrzeuges
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Durchführung einer vibroakustischen Untersuchung an einem Kraftfahrzeug, das wenigstens über eine Vorder- und Hinterachse verfügt, mit einem Prüfstand, gegenüber dem das Kraftfahrzeug gefesselt ist und der mittel- oder unmittelbar mit wenigstens einer der beiden Achsen über wenigstens einen Kraftfluss verbunden ist, längs dem wenigstens ein Schwingungsgenerator einer ersten Art zur Erzeugung von Schwingungen von unter 50 Hz vorgesehen ist. Ferner wird ein Verfahren beschrieben, das der vibroakustischen Untersuchung von Kraftfahrzeugen dient.
Stand der Technik
Um das vibroakustische Verhalten von Kraftfahrzeugen experimentell im Labor zu erfassen, werden Versuchs- oder Prüfstände eingesetzt, auf denen das zu überprüfende Kraftfahrzeug auf Rollen angetrieben oder eigenbetrieben abrollt. In Figur 2 ist schematisiert hierzu ein an sich bekannter Rollenprüfstand abgebildet, bei dem zumindest die von der Antriebsachse angetriebenen Räder des Fahrzeuges 1 mit Laufrollen 2 des Rollenprüfstandes in Rollkontakt stehen. Zum Antrieb und gezielten Abbremsen (Abtrieb) der Laufrollen 2 dient ein leistungsstarker Elektromotor 3, dessen Betriebsweise von einer Steuer- und Überwachungseinheit 4 kontrolliert wird. Zu Zwecken einer vibroakustischen Untersuchung des auf den Laufrollen 2 befindlichen Kraftfahrzeuges bedarf es einen den gesamten Prüfstand umgebenden wenigstens schallisolierten (halbschalltoten) Messraumes, so dass unter definierten Umgebungsbedingungen Aussagen über Fahrgeräusche sowohl im Inneren als auch außerhalb des Kraftfahrzeuges 1 angestellt werden können. Wie bereits aus der schematischen Darstellung gemäß Figur 2 zu entnehmen ist, sind derartige Rollenprüfstände technisch sehr aufwendig und damit sehr kostenintensiv und benötigen darüber hinaus sehr viel Platz. Zudem ist es mit den an sich bekannten Rollenprüfständen nicht möglich, das vibroakustische Verhalten eines Fahrzeuges während der Ausübung von Fahrmanövern realistisch nachzubilden. Ein weiterer entscheidender Nachteil ist die geringe Flexibilität hinsichtlich der simulierbaren fahrbaren Oberflächen, zumal Veränderungsmaßnahmen an der Fahrbahnoberfläche mit kosten- und zeitintensiven Umbaumaßnahmen der An- bzw. Abtriebsrollen verbunden sind.
Um das Problem der Simulation von Fahrmanövern sowie von unterschiedlichen Betriebslasten auf einem Prüfstand zu lösen, sind verschiedene Konzepte bekannt, mit denen das Fahrzeug unterschiedlichen Belastungen in der Fahrzeugvertikalen unterworfen werden können, wie dies beispielsweise aus dem Prüfstand gemäß der Bilddarstellung in Figur 3 hervorgeht. Hier befindet sich das Kraftfahrzeug 1 auf servohydraulisch vertikal anhebbaren Hebebühnenelementen, von denen die im dargestellten Ausführungsbeispiel vorderen beiden Hebebühnenelemente mit motorisch antreibbaren Endlosbändern 2 ausgestattet sind, auf denen die vom Fahrzeug angetriebenen Vorderräder aufliegen. Für den motorischen Antrieb der beiden getrennt vorgesehenen Laufbänder 2 sind entsprechende Elektromotore 3 vorgesehen. Zwar erlauben derartige Prüfstände gezielt in das Kraftfahrzeug 1 einzuleitende Belastungen längs der Fahrzeugvertikalen, doch verbleibt auch in diesem Fall das Problem der flexiblen Veränderung der Fahrbahnoberfläche.
Fortschreitende Entwicklungen auf dem Gebiet der aktiven und insbesondere adaptiven Fahrwerkskomponenten, die neben der Optimierung der Fahreigenschaften hinsichtlich verbesserter Strassenlage auch zur Reduktion von Schall und innerhalb des Kraftfahrzeuges auftretenden Vibrationen dienen und damit zur Steigerung der Sicherheit und des Komforts beitragen, begründen den dringenden Bedarf nach einer experimentellen Simulationsumgebung, die in der Lage ist, einerseits die Betriebslasten sowie Fahrmanöver und andererseits die hochdynamischen Belastungen unter Laborbedingungen möglichst realitätsnah nachzubilden. Insbesondere hochfrequente, vom Fahrzeug ausgehende Schwingungen, deren Anregungen in erster Linie auf den Rollkontakt zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche zurückzuführen sind und sowohl durch Reifenprofil sowie auch Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit wesentlich bestimmt werden, tragen zum akustischen Gesamterscheinungsbild des Kraftfahrzeuges bei, das es im einzelnen zu erfassen und entsprechend zu analysieren gilt. Zwar ist es möglich, mit den bisher bekannten Prüfständen, bei denen servohydraulische Belastungseinheiten eingesetzt werden, wie dies bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, nahezu sämtliche auf das Fahrzeug einwirkende Freiheitsgrade experimentell zu simulieren, doch stoßen derartige Prüfstände hinsichtlich des Frequenzbereiches jener Schwingungen, die in das Kraftfahrzeug eingekoppelt werden, bei etwa 50 Hz an ihre technischen Grenzen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung einer vibroakustischen Untersuchung an einem Kraftfahrzeug, das wenigstens über eine Vorder- und Hinterachse verfügt, mit einem Prüfstand, gegenüber dem das Kraftfahrzeug gefesselt ist und der mittel- oder unmittelbar mit wenigstens einer der beiden Achsen über wenigstens einen Kraftfluss verbunden ist, längs dem wenigstens ein Schwingungsgenerator einer ersten Art zur Erzeugung von Schwingungen von unter 50 Hz vorgesehen ist, derart auszubilden, dass das Kraftfahrzeug in möglichst realitätsnah nachempfundene Schwingungszustände überführt werden soll, in denen das Kraftfahrzeug sensorisch untersucht und bewertet werden kann. Insbesondere gilt es dafür Sorge zu tragen, dass der montage- und gerätetechnische Aufwand, den es zu bewältigen gilt, um das Schwingungsverhalten des Kraftfahrzeuges bei unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen sowie unterschiedlichen Reifenprofilen zu vermessen, möglichst gering zu halten.
Eine lösungsgemäße Vorrichtung ist im Anspruch 1 angegeben. Ein lösungsgemäßes Verfahren zur Durchführung von vibroakustischen Untersuchungen an einem Kraftfahrzeug ist im Anspruch 12 beschrieben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung im Weiteren zu entnehmen.
Das lösungsgemäße Prüfstandskonzept kehrt sich von der bisherigen Praxis ab, bei der das zu untersuchende Kraftfahrzeug über einen Reifenrollkontakt mit am Prüfstand vorgesehenen Laufrollen oder Laufbändern steht. Vielmehr wird lösungsgemäß vorgeschlagen, das vollständig gegenüber einem Prüfstand gefesselte Kraftfahrzeug längs einer wenigstens einen Antriebswelle, die üblicherweise an ihren beiden gegenüberliegenden Enden
Befestigungsvorkehrungen für die Räder vorsieht, mit einem Schwingungsgenerator einer zweiten Art zu verbinden, der in der Lage ist, Schwingungen von über 30 Hz, vorzugsweise von über 100 Hz in das Kraftfahrzeug einzukoppeln. Je nach Ansteuerung des Schwingungsgenerators ist somit das Kraftfahrzeug in einen hochfrequenten Schwingungszustand zu versetzen, den es gleichsam annimmt, wenn das Kraftfahrzeug in einer realen Situation längs einer Fahrbahnoberfläche fährt.
Der Vorteil der lösungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere darin zu sehen, dass die Schwingungserzeugung innerhalb des Kraftfahrzeuges nicht durch einen körperlich vorhandenen Kontakt zwischen Reifenprofil und Fahrbahnoberfläche hervorgerufen wird, vielmehr werden die hochfrequenten Schwingungen innerhalb des Kraftfahrzeuges durch die gezielte Ankopplung mit geeignet ausgewählten Schwingungsgeneratoren realisiert, die in der Lage sind, Schwingungen, vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 30 und 500 Hz zu generieren. O
Zwar ist es grundsätzlich möglich, die Schwingungseinkopplung in das Kraftfahrzeug an einer beliebigen Stelle der Kraftfahrzeugkarosserie vorzunehmen, doch eignet sich für eine möglichst realitätsnahe, simulierte Nachstellung einer realen Fahrsituation die Einkopplung der hochfrequenten Schwingungen längs wenigstens einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges in einem Bereich, an dem die Reifen mit der Antriebswelle befestigt werden.
Um das auf dem Prüfstand vollständig gefesselte Kraftfahrzeug in einen Schwingungs- bzw. Vibrationszustand überzuführen, der einer Fahrsituation möglichst realitätsnah nachgebildet ist, bedarf es somit sowohl dem Einleiten gleichförmiger Beschleunigungen und niederfrequente Wechselbelastungen zur Simulation von Fahrmanövern und unterschiedlichen Fahrbetriebslasten in einer Weise, wie es bereits in einem realisierten Prüfstand gemäß dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, als auch der gezielten Einleitung hochfrequenter Vibrationen zur Nachstellung von Abrollgeräuschen sowie auch den durch die Interaktion zwischen Fahrbahn und Reifen innerhalb des Kraftfahrzeuges hervorgerufenen Vibrationen. Zur Einleitung der gleichförmigen bzw. niederfrequenten Schwingungen eignen sich wie auch bereits vorstehend zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 erwähnt, sogenannte servohydraulische Zylinder, die sowohl einer Einkopplung gleichförmiger Auslenkungen sowie niederfrequenter Schwingungen in das Kraftfahrzeug einzuleiten vermögen und dies nicht nur längs der Fahrzeugvertikalen sondern zusätzlich auch in Richtung der Fahrzeuglängs- und querachse. Wie die weiteren Ausführungsbeispiele zeigen werden sind hierfür jeweils drei getrennte servohydraulische Zylinder pro Einkopplungspunkt am Kraftfahrzeug vorgesehen.
Um hochfrequente Schwingungen in das Kraftfahrzeug gezielt einzukoppeln, eignen sich vorzugsweise sogenannte elektrodynamische Shaker, die ebenfalls pro Einkopplungspunkt vorzugsweise in dreifacher Ausführung vorzusehen sind, um hochfrequente Schwingungen längs der Fahrzeugvertikalen, der Fahrzeuglängsrichtung sowie Fahrzeugquerrichtung in das Fahrzeug einzukoppeln. Grundsätzlich haben sich zwei unterschiedliche Konzepte zur Einkopplung der hochfrequenten Schwingungen in das Kraftfahrzeug als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ein erstes Konzept sieht die Einkopplung der hochfrequenten Schwingungen parallel zum Kraftfluss vor, längs dem die gleichförmigen Belastungen bzw. niederfrequenten Schwingungen in das Kraftfahrzeug eingekoppelt werden. Ein zweites Konzept hingegen zielt auf die Integration eines Schwingungsgenerators der jeweils zweiten Art zur Erzeugung hochfrequenter Schwingungen bzw. Vibrationen längs des Kraftflusses, längs dem die Belastungen bzw. niederfrequenten Schwingungen des jeweils ersten Schwingungsgenerators auf das Kraftfahrzeug einwirken. Im letztgenannten Fall eignen sich insbesondere Schwingungsgeneratoren zur Einkopplung hochfrequenter Schwingungen, in denen Wandlerwerkstoffe als Schwingungsaktoren eingesetzt sind.
Beide Konzepte, auf deren ausführliche Beschreibung auf die nachstehende Bezugnahme auf die konkreten Ausführungsbeispiele verwiesen wird, ermöglichen eine weitgehend realitätsnahe in Schwingungssetzung des gesamten auf dem Prüfstand gefesselten Kraftfahrzeuges, so dass mittels geeigneter Schwingungssensoren zielführende Untersuchungen am Kraftfahrzeug durchgeführt werden können. Hierzu wird ein zu realisierendes Schwingungsmuster sensoriell in einer Probefahrt mit einem Versuchsfahrzeug erfasst, das als Referenzschwingungsmuster der Durchführung einer vibroakustischen Untersuchung an einem am Prüfstand gefesselten Kraftfahrzeugs zugrunde gelegt wird. Am oder im zu untersuchenden Kraftfahrzeug, das auf dem Prüfstand gefesselt ist, ist wenigstens ein Referenzsensor angebracht, der die tatsächlich vom Kraftfahrzeug ausgeübten Vibrationen erfaßt. Mittels einer Auswerteeinheit werden die sensorisch erfaßten Schwingungen mit dem Referenzschwingungsmuster verglichen und bei auftretenden Abweichungen Korrektursignale erzeugt, die zur Ansteuerung der entsprechenden Schwingungsgeneratoren dienen. Auf diese Weise ist ein Regelkreis gebildet, mit dem es möglich ist, das Kraftfahrzeug unter Vorgabe bestimmter Referenzschwingungsmuster in einen real nachgebildeten Schwingungszustand zu versetzen. Mit Hilfe der lösungsgemäßen Anordnung ist es daher erstmals möglich, entsprechend auf einen Prüfstand gefesselte Kraftfahrzeuge in Schwingungszustände zu versetzen, die den unterschiedlichsten Fahrsituationen entsprechen, beispielsweise Fahrten über unterschiedlich gewählte Fahrbahnoberflächen, Fahrten mit unterschiedlichen Bereifungen und damit verbundenen unterschiedlichen Reifenprofilierungen, Fahrten bei nassen oder trockenen Fahrbahnbedingungen etc. Alle reell vorstellbaren Fahrsituationen und Bedingungen erlaubt der lösungsgemäß ausgebildete Prüfstand nachzubilden ohne dabei den montagetechnischen Aufwand zu betreiben, für entsprechende Fahrbahnoberflächen- und Bereifungsbedingungen sorgen zu müssen. Vielmehr wird das zu untersuchende Kraftfahrzeug ohne jegliche Bereifung mit dem Prüfstand und den damit verbundenen Schwingungsgeneratoren verbunden, durch die das Kraftfahrzeug in reell nachempfundene Schwingungszustände versetzt werden kann.
Selbstverständlich kann das Schwingungsverhalten des zu untersuchenden Kraftfahrzeuges neben den extern vorgesehenen Schwingungsgeneratoren, wie vorstehend beschrieben, auch durch den Eigenantrieb des kraftfahrzeugeigenen Motors mitbestimmt werden. Gleichsam an sich bekannter Prüfstände ist zur kraftfahrzeugeigenen Motorbelastung die Antriebswelle mit entsprechend vorgesehenen Motorabtrieben gekoppelt, vorzugsweise jeweils in Form eines Elektromotors, zur Realisierung unterschiedlichster Motorlastzustände des Kraftfahrzeuges. Mit dem lösungsgemäßen Prüfstandskonzept ist es somit möglich, Komfort- und Akustik-relevante Fahrbetriebszustände am eigenbetriebenen bzw. eigenbefeuerten und am Prüfstand gefesselten Kraftfahrzeug nachzubilden und zu untersuchen, letztlich mit dem Ziel der Zu-Verfügungstellung einer Entwicklungsumgebung in einer Laborumgebung, in der passive und intelligente Material- bzw. Struktursysteme für die Anwendung in der Fahrzeugtechnik erprobt werden können. Auch können neuartige und zu entwickelnde Reglersysteme in einer derartigen experimentellen Simulationsumgebung untersucht werden, eine Möglichkeit, die in einem realen Fahrbetrieb weder sinnvoll noch effektiv durchgeführt werden kann. Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisierter Querschnitt durch einen Prüfstand mit gefesseltem
KFZ und parallel angeordnetem Schwingungsgeneratoren,
Fig. 2 klassischer Rollenprüfstand gemäß Stand der Technik,
Fig. 3 bekannter Belastungsprüfstand (Stand der Technik),
Fig. 4 schematisierter Querschnitt durch einen Prüfstand mit einem darauf gefesselten KFZ mit im einheitlichen Kraftfluß angebrachten Schwingungsgeneratoren.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Prüfstand, an dem ein Kraftfahrzeug 1 vollständig aktiv gefesselt ist. Die vollständige Fesselung des Kraftfahrzeuges 1 ist in der Bilddarstellung durch die Verbindung 5 mit dem Gegenlager 6 graphisch angedeutet. Das Kraftfahrzeug weist einen kraftfahrzeugeigenen Motor 7 auf, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Antriebsachse 8 verbunden ist, an deren beiden Achsenden Befestigungsvorrichtungen 9 für die Räder des Kraftfahrzeuges 1 vorgesehen sind. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass keine Räder an der Antriebsachse 8 befestigt sind, um zu verdeutlichen, dass es für eine möglichst realistätsnahe Simulation eines Kraftfahrzeugschwingungszustandes keines Kontaktes zwischen den Reifen des Kraftfahrzeuges und einer Fahrbahnoberfläche bedarf, um entsprechende Abrollgeräusche innerhalb des Kraftfahrzeuges zu erzeugen. Gleichsam den bis anhin bekannten Prüfständen ist auch die Antriebsachse 8 beidseitig über lastaufnehmende Motorabtriebe 3 verbunden, die vorzugsweise in Form jeweils von Elektromotoren ausgebildet sind.
Zur Simulation von Fahrmanövern und unterschiedlichen Betriebslasten sind die Befestigungsvorrichtungen 9 jeweils mittel- oder unmittelbar mit servohydraulischen Belastungseinheiten 10 verbunden, durch die die Befestigungsvorrichtungen 9 und damit verbunden das gesamte Kraftfahrzeug 1 gleichförmig räumlich ausgelenkt oder in Schwingungen mit Frequenzen von bis zu 50 Hz versetzt werden kann. Um das Kraftfahrzeug in möglichst allen drei Raumachsen zu bewegen, sind pro Befestigungsvorrichtung 9 drei servohydraulische Belastungseinheiten (10x,10y,10z) vorgesehen, deren Kraftflußrichtung jeweils orthogonal zueinander orientiert sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die servohydraulischen Belastungseinheiten (10x,10y,10z) einerseits jeweils an einem mechanisch festen Gegenlager 11 befestigt und andererseits mit der Befestigungsvorrichtung 9 verbunden. Die motorische Abtriebseinheit 3 ist jeweils über eine bewegliche Drehwelle 12 an die Befestigungsvorrichtung 9 angelenkt, wodurch gewährleistet ist, dass die Antriebseinheit 3 jeweils ruht und keine Schwingungen durch die Belastungseinheiten 9 erfährt.
Um das Kraftfahrzeug 1 zur Ausübung eines simulierten Fahrmanövers mit Hilfe der servohydraulischen Belastungseinheiten (10x,10y,10z) gesamtheitlich auszulenken, bedarf es einer nicht in der Figur 1 dargestellten Steuereinheit, über die die Auslenkungen aller servohydraulischer Belastungseinheiten (10x,10y,10z) koordiniert werden.
Zusätzlich zu den servohydraulischen Belastungseinheiten (10x,10y,10z) sind parallel zu deren Kraftflußrichtungen hochfrequente Schwingungsgeneratoren (13x,13y,13z) vorgesehen, deren Anlenkungspunkte in dem Ausführungsbeispiei gemäß Figur 1 jeweils im Bereich der Fahrzeugkarosserie liegen, bspw. im Motorraum des Kfz oder an den Befestigungsvorrichtungen 9. Die hochfrequenten Schwingungsgeneratoren (13x,13y,13z) sind vorzugsweise als elektrodynamische Shaker-Systeme ausgebildet und ermöglichen die Einleitung von Schwingungen mit einem Frequenzbereich zwischen 30 und 500 Hz. Gleichsam der Anordnung der servohydraulischen Schwingungsgeneratoren 10 sind pro Anlenkungspunkt drei getrennte elektrodynamische Shaker-Systeme (13x,13y,13z) vorgesehen, deren Kraftflußrichtungen jeweils räumlich orthogonal zueinander orientiert sind. Auch die Auslenkungsansteuerung der hochfrequenten Schwingungsgeneratoren (13x,13y,13z) erfolgt mit Hilfe einer nicht weiter dargestellten Steuereinheit, die hochfrequente Schwingungen nach einem vorgegebenen Schwingungsmuster in das Kraftfahrzeug 1 einzuleiten vermögen.
Ein alternatives Anordnungskonzept der hochfrequenten Schwingungsgeneratoren im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen ist im Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Figur 4 dargestellt. Bezüglich der Figuren 2 und 3 sei auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Auch in diesem Fall befindet sich das Kraftfahrzeug 1 in einem vollständig gefesselten Zustand gegenüber einem Prüfstand. Ebenso sind drei servohydraulische Belastungseinheiten (10x,10y,10z) mit jeweils orthogonal zueinander orientierten Kraftfluß vorgesehen, die jeweils mit der Befestigungsvorrichtung 9 des Kraftfahrzeuges 1 verbunden sind. Im Fall des Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 befinden sich jedoch die hochfrequenten, elektrodynamischen Schwingungsgeneratoren (13X)13y,13z) längs des Kraftflusses der jeweiligen servohydraulischen Schwingungsgeneratoren (10x,10y,10z) wie dies insbesondere aus der schematisierten Prinzipdarstellung gemäß Figur 4 hervorgeht. Da die hochfrequenten Schwingungsgeneratoren (13x>13y,13z) in diesem Fall nicht einseitig an einem mechanisch festen Gegenlager fixiert sind, sondern selbst als kraftvermittelnde Organe längs der jeweiligen Kraftflüsse der servohydraulischen Schwingungsgeneratoren 10 integriert sind, eignen sich in besonders vorteilhafter Weise Schwingungsgeneratoren, in denen Wandlerwerkstoffe als Schwingungsaktoren eingesetzt sind. Derartige mit Wandlerwerkstoffen versehene Schwingungsgeneratoren sind beispielsweise der DE 103 61 481 A1 zu entnehmen, jedoch werden die dort beschriebenen modularen Schnittstellen zum Dämpfen mechanischer Schwingungen eingesetzt. Ebenso ist es jedoch auch möglich, den in dieser Druckschrift beschriebenen modularen Schnittstellen durch geeignete Ansteuerung der Energiewandlersysteme zur gezielten Erzeugung hochfrequenter Schwingungen einzusetzen.
Das grundlegende Prinzip zur Schwingungsanregung des Kraftfahrzeuges ist mit den beiden vorgestellten Konzepten gemäß Figur 1 und Figur 4 weitgehend identisch. So werden die Betriebslasten zur Simulation der Fahrmanöver über die servohydraulischen Belastungseinheiten 10 im Frequenzbereich zwischen 0 und 50 Hz eingeleitet. Zur hochfrequenten Schwingungseinleitung dienen die hochfrequenten Schwingungsgeneratoren 13, die nach einem vorgegebenen Schwingungsmuster angeregt werden. Um einen möglichst realitätsnahen Schwingungszustand des Kraftfahrzeuges zu erreichen, ist am Kraftfahrzeug 1 ein Referenzsensor 14 vorgesehen, der den Ist-Schwingungszustand des Kraftfahrzeuges 1 erfaßt. Dieser Ist-Schwingungszustand wird mit einem Referenzschwingungsmuster verglichen, das wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt im Rahmen einer Testfahrt gewonnen worden ist. Bei Abweichungen zwischen dem Ist-Schwingungszustand und einem wunschgemäßen Referenzschwingungszustand werden die Schwingungsgeneratoren 10 und 13 entsprechend korrigiert angesteuert, um einen Schwingungsabgleich zum vorgegebenen Referenzschwingungsmuster zu erhalten.
In Erweiterung zu den in den Figuren 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen, bei denen jeweils eine Antriebsachse 8 mit entsprechenden
Schwingungsgeneratoren verbunden ist, ist es besonders vorteilhaft, auch die zweite Achse, unabhängig davon, ob es sich um eine weitere Antriebsachse oder eine nicht angetriebene Achse handelt, mit entsprechenden Schwingungsgeneratoren zu koppeln. Insbesondere bei Fahrzeugen, mit Vierradantrieb ist eine entsprechende Versorgung aller Antriebsachsen mit Schwingungsgeneratoren nahezu unvermeidbar, möchte man einen möglichst realitätsnahen Schwingungszustand innerhalb des Kraftfahrzeuges induzieren. Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug Laufrolle Elektromotor Steuer- und Überwachungseinheit Verbindung Gegenlager Motor Antriebsachse Befestigungsvorrichtung Schwingungsgenerator erster Art, servohydraulische Belastungseinheit Gegenlager Flexibel angekoppelte Antriebswelle Schwingungsgenerator zweiter Art, elektrodynamischer Shaker Referenzsensor

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Durchführung einer vibroakustischen Untersuchung an einem Kraftfahrzeug, das wenigstens über eine Vorder- und Hinterachse verfügt, mit einem Prüfstand, gegenüber dem das Kraftfahrzeug gefesselt ist und der mittel- oder unmittelbar mit wenigstens einer der beiden Achsen über wenigstens einen Kraftfluss verbunden ist, längs dem wenigstens ein Schwingungsgenerator einer ersten Art zur Erzeugung von Schwingungen von unter 50 Hz vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass längs des wenigstens einen Kraftflusses oder parallel zum diesem Kraftfluss wenigstens ein zweiter Schwingungsgenerator einer zweiten Art zur Erzeugung von Schwingungen von über 30 Hz, vorzugsweise von über 100 Hz, vorgesehen ist, der mit dem Kraftfahrzeug in Wirkverbindung tritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator der ersten Art eine servohydraulische Belastungseinheit und der Schwingungsgenerator der zweiten Art eine elektrodynamische Belastungseinheit, insbesondere ein elektrodynamischer Shaker, ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator der zweiten Art Schwingungen mit einer Frequenz zwischen 30 und 500 Hz erzeugt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schwingungsgenerator der ersten
Art mit einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verbunden ist, dass die Antriebsachse mit wenigstens einem Motorabtrieb verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Motorabtrieb ein Elektromotor ist.
6 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuereinheit vorgesehen ist, die Schwingungssignale nach einem vorgebbaren Schwingungsmuster generiert, und dass die Steuereinheit wenigstens mit dem wenigstens einen Schwingungsgenerator der zweiten Art verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Kraftfahrzeug wenigstens ein
Schwingungssensor vorgesehen ist, dass der wenigstens eine Schwingungssensor mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, und dass der wenigstens eine Schwingungsgenerator der ersten und/oder der zweiten
Art, die Auswerteinheit sowie die Steuereinheit einen Regelkreis derart bilden, dass die Auswerteeinheit einen Soll-Ist-Vergleich zwischen mittels des wenigstens einen
Schwingungssensors erfassten Ist-Schwingungen und durch das
Schwingungsmuster vorgegebene Soll-Schwingungen durchführt und bei
Abweichungen Korrektursignale generiert und an die Steuereinheit abgibt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug wenigstens eine motorisch, eigenangetriebene Antriebswelle vorsieht, mit zwei gegenüberliegenden Wellenabtriebsenden, an denen keine Räder montiert sind, so dass das Kraftfahrzeug keinen Reifenkontakt zum Prüfstand aufweist, und dass zumindest der Schwingungsgenerator der ersten Art mit dem wenigstens einen Wellenabtriebsende verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator der zweiten Art wenigstens einen aus Wandlerwerkstoff bestehenden Schwingungen erzeugenden Aktor aufweist. I b
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass längs des wenigstens einen Kraftflusses drei Schwingungsgeneratoren der ersten Art derart vorgesehen sind, dass sie jeweils über zueinander orthogonal orientierte Kraftflussrichtungen mit der wenigstens einen Achse verbunden sind.
11. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass längs oder parallel zu dem wenigstens einen Kraftfluss drei Schwingungsgeneratoren der zweiten Art derart vorgesehen sind, dass sie jeweils über zueinander orthogonal orientierte Kraftflussrichtungen mit der wenigstens einen Achse verbunden sind.
12. Verfahren zur Durchführung einer vibroakustischen Untersuchung an einem Kraftfahrzeug, das an einem Prüfstand gefesselt wird und das zur Simulation von Fahrbetriebszuständen nach einem vorgebbaren Belastungsmuster in Schwingungen mit Frequenzen im Bereich zwischen 0 und 50 Hz belastet wird, wobei das Kraftfahrzeug zusätzlich mit höherfrequenten Schwingungen nach einem vorgebbaren höherfrequenten Schwingungsmuster beaufschlagt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das höherfrequente Schwingungsmuster im Rahmen einer realen Testfahrt des Kraftfahrzeuges gewonnen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagen des Kraftfahrzeuges mit den höherfrequenten Schwingungen geregelt erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Kraftfahrzeug ausgeübten Schwingungen, die durch externe Schwingungsanregung mittels der Schwingungsgeneratoren und/oder mittels eines motorischen Eigenantriebes des Kraftfahrzeuges initiiert werden, sensoriell erfasst werden und zumindest mit dem höherfrequenten Schwingungsmusters verglichen werden, und dass die Schwingungsgeneratoren zumindest der zweiten Art zum Zwecke einer Angleichung des von dem Kraftfahrzeug ausgeführten Schwingungen und dem vorgegebenen höherfrequenten Schwingungsmuster geregelt angesteuert werden.
16. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Simulation von Abrollgeräuschen in einem Kraftfahrzeug unter Vermeidung einer Interaktion zwischen einer Fahrbahnoberfläche und einem Reifenprofil.
17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vibroakustische Beurteilungen von unterschiedlichen Fahrbanhoberflächen und Reifenprofilen durchführbar sind.
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