Matthias, Michael (Pützerstr. 6b, Darmstadt, 64287, DE)
Hanselka, Holger (Heinrich-Delp-Strasse 204, Darmstadt, 64297, DE)
Melz, Tobias (Herdweg 71, Darmstadt, 64285, DE)
Matthias, Michael (Pützerstr. 6b, Darmstadt, 64287, DE)
Hanselka, Holger (Heinrich-Delp-Strasse 204, Darmstadt, 64297, DE)
| 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 SollIstVergleich zwischen mittels des wenigstens einen Schwingungssensors erfassten IstSchwingungen und durch das Schwingungsmuster vorgegebene SollSchwingungen 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. |
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.
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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 (10 x ,10y,10 z ) vorgesehen, deren Kraftflußrichtung jeweils orthogonal zueinander orientiert sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die servohydraulischen Belastungseinheiten (10 x ,10 y ,10 z ) 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 (10 x ,10 y ,10 z ) gesamtheitlich auszulenken, bedarf es einer nicht in der Figur 1 dargestellten Steuereinheit, über die die Auslenkungen aller servohydraulischer Belastungseinheiten (10 x ,10 y ,10 z ) koordiniert werden.
Zusätzlich zu den servohydraulischen Belastungseinheiten (10 x ,10 y ,10 z ) sind parallel zu deren Kraftflußrichtungen hochfrequente Schwingungsgeneratoren (13 x ,13 y ,13 z ) 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 (13 x ,13 y ,13 z ) 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 (13 x ,13 y ,13 z ) vorgesehen, deren Kraftflußrichtungen jeweils räumlich orthogonal zueinander orientiert sind. Auch die Auslenkungsansteuerung der hochfrequenten Schwingungsgeneratoren (13 x ,13 y ,13 z ) 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 (10 x ,10y,10 z ) 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 (13 X) 13 y ,13 z ) längs des Kraftflusses der jeweiligen servohydraulischen Schwingungsgeneratoren (10 x ,10 y ,10 z ) wie dies insbesondere aus der schematisierten Prinzipdarstellung gemäß Figur 4 hervorgeht. Da die hochfrequenten Schwingungsgeneratoren (13 x> 13 y ,13 z ) 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