WO2015193258A1 - Verfahren zum betreiben einer prüfanordnung sowie prüfanordnung - Google Patents

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test
arrangement
arrangements
simulation unit
real
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Jakob Andert
Rene Savelsberg
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FEV GmbH
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
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    • G01M13/026—Test-benches of the mechanical closed-loop type, i.e. having a gear system constituting a closed-loop in combination with the object under test
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    • G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a test arrangement for testing of test specimens, such as vehicle components, in particular internal combustion engines, electrical machines, transmissions, batteries, powertrain systems or subsystems thereof, wherein at least two specimens are coupled together via a transmission arrangement.
  • test specimens such as vehicle components, in particular internal combustion engines, electrical machines, transmissions, batteries, powertrain systems or subsystems thereof, wherein at least two specimens are coupled together via a transmission arrangement.
  • the invention also relates to a corresponding test arrangement.
  • the requirements for the development of vehicles and their components are increasing steadily, in particular with shorter development times and lower development costs.
  • the complexity of test bench trials is increasing due to the use of an ever-increasing number of sensors and actuators. High demands are therefore placed on the development of the vehicle and the development of its subsystems in terms of the flexibility of the test procedures and the test setup.
  • test bed arrangements each comprising a test stand and a test object
  • two specimens may be arranged on a common test stand, wherein the two specimens are coupled together.
  • Physical quantities may be energy or media in general.
  • energy can be transmitted in the form of speed and torque.
  • media such as gases or liquids can be transmitted.
  • a concrete embodiment is a test arrangement with a test stand arrangement for engines and a test stand arrangement for transmissions, wherein the test stand assembly for the engine is connected via a connecting shaft with the test rig arrangement for the transmission.
  • the transmission arrangement in the form of the connecting shaft transmits energy in the form of speed and torque as a physical quantity.
  • test rig arrangement for an engine and a test stand arrangement for an exhaust aftertreatment device, such as a NOx catalyst or a diesel particulate filter, wherein the two test arrangements are connected to each other via an exhaust pipe.
  • the exhaust pipe in this case represents the transmission arrangement and the physical variable which is exchanged between the two test rig arrangements, the exhaust gases.
  • the invention proposes a method for operating a test arrangement in which at least two test bed arrangements, each with a test stand and a test object via a simulation unit for the transmission of physical quantities coupled together are, wherein the behavior of a real transmission arrangement between the two test rig arrangements is simulated by a simulation model of the simulation unit.
  • the basic idea of the invention is not to spatially and physically connect the two test rig arrangements, so that the physical variable which arises on one of the two test rig arrangements is fed directly to the other test rig arrangement, but to separate the two test rig arrangements from each other and via a simulation unit to couple with each other.
  • the simulation unit receives the physical quantities as input variables of the one test stator arrangement, simulates the behavior of the transmission arrangement and imprints the thus simulated physical variables as output variables of the other test rig arrangement.
  • the simulation unit has real interfaces with which the simulation unit is spatially and physically connected on the one hand to the one test rig arrangement and on the other hand to the other test rig arrangement for exchanging physical variables.
  • the simulation unit acts bidirectionally, that is to say that the physical input variables of one test stand arrangement are recorded by the simulation unit and output variables of the other test stand arrangement are impressed and vice versa.
  • test rig arrangements In principle, it is conceivable here that the behavior of at least one of the test rig arrangements is simulated by a simulation model, that is, it is not actually available. Thus, two simulated test rig arrangements can be coupled together or a real test rig arrangement with a simulated test rig arrangement.
  • the physical parameters of the test rig arrangements are not determined in advance and only reproduced, as would be the case in a higher-level simulation, but arise during the test run continuously and in real time from the current interactions between the test rig arrangements.
  • the physical transmission arrangement such as the rotating shaft, an electrical connection, a media exchange, are replaced by corresponding sources or real interfaces (dynamometer, voltage source or conditioning device). These real interfaces form as exact as possible physical couplings including all interactions.
  • one of the two test rig assemblies may include an engine test bench and the other of the two test bed assemblies include a transmission test bench.
  • the simulation unit preferably comprises two dynamometers as real interfaces, which are each mechanically connected to one of the two test rig arrangements.
  • a first of the two dynamometers is in this case connected to a crankshaft of an engine (specimen) of the engine dynamometer and a second of the dynamometer is connected to the main shaft of a transmission (specimen) of the transmission test.
  • the dynamometer on the engine absorbs the physical variables, rotational speed and torque of the engine, and on the other hand can also impress torques, which result in a real connection of the transmission in the direction of the engine, onto the engine.
  • the dynamometer which is connected to the gearbox. Both test rig arrangements thus undergo exactly the same conditions in real time and simultaneously, as in a real connection arrangement between the two test rig arrangements.
  • a respective dynamometer may be coupled to the respective shafts of the test object (engine or transmission) in order to simulate a connecting shaft between the engine and the transmission.
  • the simulation unit simulates input quantities and output variables with identical rotational speeds and torques in order to reproduce the same behavior as possible with a real connecting shaft.
  • the speed and moment equilibrium are also brought about automatically by the test arrangement according to the invention.
  • the engine does not generate a uniform rotational speed but oscillates on its output shaft, these vibrations are recorded in real time by the simulation unit as input variables, the simulation using them Input variables is continued.
  • the transmission for example, based on a simulated wheel-road coupling, in turn, have feedback on the connecting shaft, for example, non-uniform speeds.
  • These quantities are reported back to the engine as physical quantities for its output shaft and thus again represent input variables for the engine, to which it in turn reacts.
  • the interaction of the feedback in both directions results in a total system, which not only has respective predetermined input and output variables, but simulated by feedback steady states of the overall system.
  • the connecting shaft as a transmission arrangement between the engine and transmission is therefore simulated as rigid, with both candidates would thus be connected as if they were really coupled together.
  • This simulation technique with feedback calls for a high degree of accuracy and attention to detail in simulation and, for real components, also a correspondingly highly developed and accurate drive and measurement technology. All components must reproduce all details, including vibrations and variations, in the same way, in real time, and work as accurately and in detail as the coupling requires.
  • the auxiliary devices necessary for the coupling of the components that is to say the real interfaces of the simulation unit, must not influence the system or at least only very slightly, that is to say that the physical influencing variables of the auxiliary equipment (real interfaces) must be compensated in the simulation model.
  • the additional mass moments of inertia of the real interfaces that is to say the dynamometer, must therefore be compensated.
  • Another example results from the simulation of a high-voltage connection as a transmission arrangement between a test arrangement for a high-voltage battery and a test rig arrangement for an electric motor. If the electric motor requests power from the high-voltage battery to accelerate the vehicle, the voltage of the battery would break due to internal resistance, which likewise reduces the voltage at the electric motor. On the other hand, one can not accurately predict how high the voltage dip of the high-voltage battery will be during acceleration, since this depends on many component parameters and can only be determined by tests. The required current for a given acceleration depends again from the battery voltage. This interaction would take until an equilibrium state of voltage and current is reached. It can be seen directly that bidirectional coupling is necessary in order to correctly test the voltage for acceleration in the system network. The inventive coupling of the two test rig arrangements can be used to determine the voltage dip during the test procedure.
  • test arrangement in the field of exhaust aftertreatment.
  • a test stand arrangement would be provided for an internal combustion engine and a test rig arrangement for the exhaust gas aftertreatment devices, which are connected to one another via a transmission arrangement, namely the simulated exhaust gas line.
  • the degree of conversion of a NOx catalyst or filter efficiency of a soot filter of predetermined design can be simulated situation- and time-dependent.
  • the pressure conditions are to be completely simulated or actually recorded, with the internal combustion engine reacting to them.
  • test arrangement would not be the individual components presented with their behavior, but the entire system in which the exhaust gas line between the internal combustion engine and exhaust aftertreatment devices such as a real existing line is included and flows, pressures, temperatures, etc., from the test bed arrangement for the exhaust aftertreatment devices be transferred back to the test rig assembly for the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a simulation unit of the test arrangement according to FIG. 1 and FIG. 3 shows a control circuit with compensation of the physical influences of a real interface of the simulation unit.
  • FIG. 1 shows a simulation system for testing vehicle components.
  • the Si mulation system comprises a test arrangement 18, which is coupled to a main simulation unit 14 with each other.
  • the test arrangement 18 has a first test rig arrangement 1 and a second test rig arrangement 2.
  • the two test rig arrangements 1, 2 are coupled via a simulation unit 3.
  • the first test rig arrangement 1 comprises an engine test bench 4 as the first test bench and a motor 5 as the first test object.
  • the second test rig arrangement 2 comprises a transmission test bench 6 as a second test bench and a transmission 7 as a second test object.
  • the engine 5 has a crankshaft 8, which is coupled via the simulation unit 3 to an input shaft 9 of the transmission 7.
  • the simulation unit 3 has a control unit 10 which controls a first dynamometer 11 as a first real interface and a second dynamometer as a second real interface.
  • the control unit 10 simulated using a simulation model a real connecting shaft and controls the dynamometers 1 1, 12 such that the forces acting on the crankshaft 8 and the input shaft 9 speeds and torques behave as if the crankshaft 8 with the input shaft 9 with a real connection shaft rigidly mechanically connected.
  • the control unit 10 may have a computer for this purpose.
  • the second test rig assembly 2 further comprises a third dynamometer 13 which is drive-connected to an output shaft 19 of the transmission 7.
  • the third dynamometer 13 is coupled to the main simulation unit 14, which simulates inter alia a wheel-road coupling of a vehicle.
  • the main simulation unit 14 is also connected to the first test rig assembly 1 and simulates a driver to impart a drive cycle to the engine 5.
  • a closed circuit is ensured to check the vehicle components, here engine 5 and transmission 7.
  • Figure 2 shows the compensation of the physical quantities of the real interfaces 1 1, 12, here the two dynamometers 1 1, 12.
  • the simulation unit 3 has for this purpose first a simulation model 15, which receives the rotational speeds of the two dynamometers 1 1, 12 and under application of the simulation model 15 corresponding control pulses for the torque of the two dynamometers 1 1, 12 calculated. In this case, however, it is necessary for the system-inherent inertia of the dynamometers 11, 12 to be taken into account.
  • Simulation models in the form of a compensation model 16 for the first dynamometer 1 1 and a compensation model 17 for the second dynamometer 12th
  • the control circuit for the compensation is shown in FIG.
  • the torques of the engine (TEngine) and the gearbox (TGearox) are fed to the control loop as a reference variable.
  • the simulation model 15 as a controller outputs the controlled variable in the form of the shaft rotation number.
  • the torque due to inertia is taken into account (Tinertiacomp).

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Prüfanordnung (18), bei welchem zwei Prüfstandanordnungen (1, 2) mit jeweils einem Prüfstand (4, 6) und einem Prüfling (5, 7) über eine Simulationseinheit (3) für die Übertragung von physikalischen Größen miteinander gekoppelt sind, wobei das Verhalten einer realen Übertragungsanordnung durch ein Simulationsmodell (15) der Simulationseinheit (3) simuliert wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Prüfanordnung sowie Prüfanordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Prüfanordnung zum Prüfen von Prüflingen, wie zum Beispiel Fahrzeugkomponenten, insbesondere Verbren- nungskraftmaschinen, Elektromaschinen, Getriebe, Batterien, Antriebsstrangsysteme oder Teilsysteme davon, wobei mindestens zwei Prüflinge über eine Übertragungsanordnung miteinander gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Prüfanordnung. Die Anforderungen bei der Entwicklung von Fahrzeugen und deren Komponenten steigen stetig, wobei insbesondere kürzere Entwicklungszeiten und geringere Entwicklungskosten gefordert sind. Gleichzeitig steigt die Komplexität der Prüfstandsversuche durch Verwendung einer immer größer werdenden Anzahl von Sensoren und Aktua- toren. An die Fahrzeugentwicklung und die Entwicklung deren Teilsystemen richten sich daher hohe Anforderungen an die Flexibilität der Prüfabläufe und des Prüfaufbaus.
Bei herkömmlichen bekannten Prüfanordnungen können zwei Prüfstandanordnungen, die jeweils einen Prüfstand und einen Prüfling umfassen, zur Übertragung physikali- scher Größen unmittelbar miteinander gekoppelt sein. Alternativ können auch zwei Prüflinge auf einem gemeinsamen Prüfstand angeordnet sein, wobei die beiden Prüflinge miteinander gekoppelt sind. Zur Kopplung dient eine reale räumlich-körperliche Übertragungsanordnung, die physikalische Größen zwischen den beiden Prüflingen und damit zwischen den beiden Prüfstandanordnungen überträgt. Physikalische Grö- ßen können hierbei im allgemeinen Energie oder Medien sein. So kann zum Beispiel Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment übertragen werden. Andererseits können auch Medien, wie zum Beispiel Gase oder Flüssigkeiten übertragen werden. Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist eine Prüfanordnung mit einer Prüfstandanordnung für Motoren und einer Prüfstandanordnung für Getriebe, wobei die Prüfstandanordnung für den Motor über eine Verbindungswelle mit der Prüfstandanordnung für das Getriebe verbunden ist. Die Übertragungsanordnung in Form der Verbindungswelle überträgt hierbei Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment als physikalische Größe.
Ein anderes Beispiel ist eine Prüfstandanordnung für einen Motor sowie eine Prüfstan- danordnung für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, wie zum Beispiel einen NOx- Katalysatoren oder einen Dieselpartikelfilter, wobei die beiden Prüfungsanordnungen über eine Abgasleitung miteinander verbunden sind. Die Abgasleitung stellt hierbei die Übertragungsanordnung dar und die physikalische Größe, die zwischen den beiden Prüfstandanordnungen ausgetauscht wird, sind die Abgase.
Zur Erzielung einer höheren Flexibilität im Bereich des Aufbaus einer Prüfungsanordnung und des Prüfungsablaufs schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Prüfungsanordnung vor, bei welchem mindestens zwei Prüfstandanordnungen mit jeweils einem Prüfstand und einem Prüfling über eine Simulationseinheit für die Über- tragung von physikalischen Größen miteinander gekoppelt sind, wobei das Verhalten einer realen Übertragungsanordnung zwischen den beiden Prüfstandanordnungen durch ein Simulationsmodell der Simulationseinheit simuliert wird.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die beiden Prüfstandanordnungen nicht räumlich-körperlich miteinander zu verbinden, so dass die physikalische Größe, die an einem der beiden Prüfstandanordnungen entsteht, direkt der anderen Prüfstandanordnung zugeleitet wird, sondern die beiden Prüfstandanordnungen voneinander zu trennen und über eine Simulationseinheit miteinander zu koppeln. Die Simulationseinheit nimmt einerseits die physikalischen Größen als Eingangsgrößen der einen Prüfstan- danordnung auf, simuliert das Verhalten der Übertragungsanordnung und prägt die so simulierten physikalischen Größen als Ausgangsgrößen der anderen Prüfstandanordnung auf. Hierzu weist die Simulationseinheit reale Schnittstellen auf, mit denen die Simulationseinheit einerseits mit der einen Prüfstandanordnung und andererseits mit der anderen Prüfstandanordnung zum Austausch physikalischer Größen räumlich-körperlich verbunden ist. Diese realen Schnittstellen sind in der Lage, zum einen physikalische Grö- ßen der Prüfstandanordnungen aufzunehmen bzw. zu messen und zu detektieren und zum anderen physikalische Größen den Prüfstandanordnungen aufzuprägen. Dabei agiert die Simulationseinheit bidirektional, das heißt, es werden die physikalischen Eingangsgrößen der einen Prüfstandanordnung von der Simulationseinheit aufgenommen und Ausgangsgrößen der anderen Prüfstandanordnung aufgeprägt und umge- kehrt.
Grundsätzlich ist es hierbei denkbar, dass das Verhalten zumindest einer der Prüfstandanordnungen durch ein Simulationsmodell simuliert wird, also nicht real zur Verfügung steht. Somit lassen sich auch zwei simulierte Prüfstandanordnungen miteinander koppeln oder eine reale Prüfstandanordnung mit einer simulierten Prüfstandanordnung.
Die physikalischen Größen der Prüfstandanordnungen werden nicht im Vorfeld bestimmt und lediglich wiedergegeben, wie dies bei einer übergeordneten Simulation der Fall wäre, sondern ergeben sich während des Versuchslaufs kontinuierlich und in Echtzeit aus den aktuellen Wechselwirkungen zwischen den Prüfstandanordnungen. Die physikalische Übertragungsanordnung, wie zum Beispiel die drehende Welle, eine elektrische Verbindung, ein Medienaustausch, werden durch entsprechende Quellen bzw. reale Schnittstellen (Dynamometer, Spannungsquelle oder Konditionierungsein- richtung) ersetzt. Diese realen Schnittstellen bilden möglichst exakte physikalische Kopplungen inklusive aller Wechselwirkungen nach.
Zu berücksichtigen ist hierbei, dass die realen Schnittstellen der Simulationseinheit selbst wiederum einen physikalischen Einfluss auf das Übertragungsverhalten der Si- mulationseinheit haben, so dass es erforderlich ist, dass das Simulationsmodell der Simulationseinheit ein Modell der realen Schnittstelle aufweist und physikalische Einflussgrößen der realen Schnittstellen kompensiert. Eine der zwei Prüfstandanordnungen kann zum Beispiel einen Motorprüfstand umfassen und die andere der beiden Prüfstandanordnungen einen Getriebeprüfstand. Die Simulationseinheit umfasst hierbei vorzugsweise zwei Dynamometer als reale Schnittstellen, die jeweils mit einer der beiden Prüfstandanordnungen mechanisch verbunden sind. Ein erster der beiden Dynamometer ist hierbei mit einer Kurbelwelle eines Motors (Prüflings) des Motorprüfstands verbunden und ein zweiter der Dynamometer ist mit der Hauptwelle eines Getriebes (Prüflings) des Getriebeprüfstands verbunden. Der Dynamometer am Motor nimmt zum einen die physikalischen Größen, Drehzahl und Drehmoment, des Motors auf und kann andererseits auch Drehmomente, die sich bei einer realen Verbindung von Getriebe in Richtung zum Motor ergeben, auf den Motor aufprägen. Dasselbe gilt für den Dynamometer, der mit dem Getriebe verbunden ist. Beide Prüfstandanordnungen durchlaufen somit exakt die gleichen Zustände in Echtzeit und gleichzeitig, wie bei einer realen Verbindungsanordnung zwischen den beiden Prüfstandanordnungen.
An der Prüfstandanordnung für einen Motor und der Prüfstandanordnung für ein Getriebe kann jeweils ein Dynamometer an den jeweiligen Wellen des Prüflings (Motor bzw. Getriebe) angekoppelt sein, um eine Verbindungswelle zwischen dem Motor und dem Getriebe zu simulieren. Hierbei ist sicherzustellen, dass vergleichbar zum Einsatz einer realen Verbindungswelle, welche nur geringe, fast vernachlässigbare Torsion und Trägheit aufweist, bei der Simulationseinheit Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen mit identischer Drehzahl und Drehmomenten simuliert werden, um ein möglichst gleichen Verhalten wie bei einer realen Verbindungswelle abzubilden. Vergleichbar zu einer realen Verbindungswelle, welche keinerlei Information über den Fahrzyklus be- nötigt, wird durch die erfindungsgemäße Prüfanordnung ebenfalls selbständig ein Drehzahl- und Momentengleichgewicht herbeigeführt. Hierdurch werden Schwankungen, dynamische Vorgänge und Peaks bidirektional übertragen, wobei sich die Drehzahl und das Drehmoment erst im Laufe eines Prüflaufs durch die erfindungsgemäße Kopplung ergeben.
Erzeugt beispielsweise der Motor keine gleichmäßige Drehzahl sondern Schwingungen an seiner Abtriebswelle, so werden diese Schwingungen in Echtzeit von der Simulationseinheit als Eingangsgrößen aufgenommen, wobei die Simulation mit diesen Eingangsgrößen fortgeführt wird. Umgekehrt kann das Getriebe, zum Beispiel auf Basis einer simulierten Rad-Straße-Kopplung, wiederum Rückkopplungen auf die Verbindungswelle, zum Beispiel ungleichförmige Drehzahlen, aufweisen. Diese Größen werden dem Motor als physikalische Größen für dessen Abtriebswelle zurückgemeldet und stellen somit wieder Eingangsgrößen für den Motor dar, auf die dieser wiederum reagiert. Im Zusammenspiel der Rückkopplung in beiden Richtungen ergibt sich ein Gesamtsystem, welches nicht nur jeweils vorgegebene Eingangs- und Ausgangsgrößen aufweist, sondern durch Rückkopplung eingeschwungene Zustände des Gesamtsystems simuliert. Die Verbindungswelle als Übertragungsanordnung zwischen Motor und Getriebe wird demnach als starr simuliert, wobei beide Prüflinge somit verbunden wären, als seien sie real miteinander gekoppelt.
Diese Simulationstechnik mit Rückkopplungen fordert eine hohe Genauigkeit und Detailtreue in der Simulation und bei realen Komponenten auch eine entsprechend hoch- entwickelte und genaue Antriebs- und Messtechnik. Alle Komponenten müssen alle Details, inklusive Schwingungen und Schwankungen etc., gleich und in Echtzeit abbilden und so genau und detailliert, wie es die Kopplung erfordert, arbeiten. Dabei dürfen die zur Kopplung der Komponenten notwendigen Hilfseinrichtungen, also die realen Schnittstellen der Simulationseinheit, das System nicht oder zumindest nur sehr ge- ringfügig beeinflussen, das heißt, dass die physikalischen Einflussgrößen der Hilfseinrichtungen (realen Schnittstellen) im Simulationsmodell kompensiert werden müssen. Am Beispiel der Prüfstandanordnung für einen Motor und der Prüfstandanordnung für ein Getriebe müssen somit die zusätzlichen Massenträgheitsmomente der realen Schnittstellen, also der Dynamometer, kompensiert werden.
Ein weiteres Beispiel ergibt sich aus der Simulation einer Hochvoltverbindung als Übertragungsanordnung zwischen einer Prüfanordnung für eine Hochvoltbatterie und einer Prüfstandanordnung für einen Elektromotor. Wenn der Elektromotor zur Beschleunigung des Fahrzeugs Strom aus der Hochvoltbatterie anfragt, würde die Span- nung der Batterie durch inneren Widerstand einbrechen, was gleichermaßen die Spannung am Elektromotor verringert. Man kann hingegen nicht genau vorhersagen, wie hoch der Spannungseinbruch der Hochvoltbatterie beim Beschleunigen sein wird, da dieser von vielen Bauteilparametern abhängt und erst durch Versuche ermittelt werden kann. Die benötigte Stromstärke für eine gegebene Beschleunigung hängt wiederum von der Batteriespannung ab. Diese Wechselwirkung würde solange dauern, bis ein Gleichgewichtszustand an Spannung und Strom erreicht ist. Es ist direkt zu erkennen, dass eine bidirektionale Kopplung nötig ist, um die Spannung für eine Beschleunigung im Systemverbund korrekt zu erproben. Durch die erfindungsgemäße Kopplung der beiden Prüfstandanordnungen kann während des Prüfvorgangs der Spannungseinbruch ermittelt werden.
Ein weiteres Beispiel ist eine Prüfanordnung aus dem Bereich der Abgasnachbehandlung. Hierbei wäre eine Prüfstandanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine und eine Prüfstandanordnung für die Abgasnachbehandlungseinrichtungen vorgesehen, die über eine Übertragungsanordnung, nämlich der simulierten Abgasleitung, miteinander verbunden sind. Der Konvertierungsgrad eines NOx-Katalysators oder Filterwirkungsgrad eines Rußfilters vorgegebener Bauart kann situations- und zeitabhängig simuliert werden. Die Druckverhältnisse sind komplett nachzubilden oder real zu er- fassen, wobei die Verbrennungskraftmaschine darauf reagiert. In einer solchen Prüfanordnung wären nicht die einzelnen Komponenten mit ihrem Verhalten dargestellt, sondern das gesamte System, in dem die Abgasstrecke zwischen der Verbrennungskraftmaschine und Abgasnachbehandlungseinrichtungen wie eine real existierende Leitung einbezogen wird und Durchflüsse, Drücke, Temperaturen etc., von der Prüfstandanordnung für die Abgasnachbehandlungseinrichtungen zurück an die Prüfstandanordnung für die Verbrennungskraftmaschine übertragen werden.
Ein bevorzugtes Beispiel einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Hierin zeigt
Figur 1 ein Simulationssystem mit einer Prüfanordnung gemäß der Erfindung,
Figur 2 eine Simulationseinheit der Prüfanordnung gemäß Figur 1 und Figur 3 einen Regelkreis mit Kompensation der physikalischen Einflüsse einer realen Schnittstellen der Simulationseinheit.
Figur 1 zeigt ein Simulationssystem zum Prüfen von Fahrzeugkomponenten. Das Si- mulationssystem umfasst eine Prüfanordnung 18, welche mit einer Hauptsimulationseinheit 14 miteinander gekoppelt ist. Die Prüfanordnung 18 weist eine erste Prüfstandanordnung 1 und eine zweite Prüfstandanordnung 2 auf. Die beiden Prüfstandanordnungen 1 , 2 sind über eine Simulationseinheit 3 gekoppelt. Die erste Prüfstandanord- nung 1 umfasst einen Motorprüfstand 4 als ersten Prüfstand und einen Motor 5 als ersten Prüfling. Die zweite Prüfstandanordnung 2 umfasst einen Getriebeprüfstand 6 als zweiten Prüfstand und ein Getriebe 7 als zweiten Prüfling. Der Motor 5 weist eine Kurbelwelle 8 auf, die über die Simulationseinheit 3 mit einer Eingangswelle 9 des Getriebes 7 gekoppelt ist. Die Simulationseinheit 3 weist eine Steuereinheit 10 auf, welche einen ersten Dynamometer 1 1 als erste reale Schnittstelle und einen zweiten Dynamometer als zweite reale Schnittstelle steuert. Die Steuereinheit 10 simuliert mit Hilfe eines Simulationsmodells eine reale Verbindungswelle und steuert die Dynamometer 1 1 , 12 derart, dass die auf die Kurbelwelle 8 und die Eingangswelle 9 wirkenden Drehzahlen und Drehmomente sich so verhalten, als wäre die Kurbelwelle 8 mit der Eingangswelle 9 mit einer realen Verbindungswelle starr mechanisch verbunden. Die Steuereinheit 10 kann zu diesem Zweck einen Computer aufweisen.
Die zweite Prüfstandanordnung 2 umfasst ferner einen dritten Dynamometer 13, der mit einer Ausgangswelle 19 des Getriebes 7 antriebsverbunden ist. Der dritte Dyna- mometer 13 ist mit der Hauptsimulationseinheit 14 gekoppelt, welche zum Beispiel unter anderem eine Rad-Straßen-Kopplung eines Fahrzeugs simuliert. Die Hauptsimulationseinheit 14 ist darüber hinaus mit der ersten Prüfstandanordnung 1 verbunden und simuliert einen Fahrer, um dem Motor 5 ein Fahrzyklus aufzuprägen. Somit ist ein geschlossener Kreislauf gewährleistet, um die Fahrzeugkomponenten, hier Motor 5 und Getriebe 7, zu prüfen.
Durch die Kopplung der beiden Prüfstandanordnungen 1 , 2 über die Simulationseinheit 3 ist es einfach, die Anordnung der einzelnen Komponenten innerhalb der Prüfanordnungen zu ändern, ohne dass ein großer Montage- und Demontageaufwand ent- steht. Es können selbst Prüfstandanordnungen bzw. Prüflinge miteinander gekoppelt werden, die keine passenden mechanischen Schnittstellen aufweisen. Darüber hinaus können weitere Fahrzeugkomponenten innerhalb der Simulationseinheit simuliert werden, ohne dass diese mechanisch mit eingebunden werden müssten. Darüber hinaus ist es auch möglich, das Verhalten eines der Prüflinge in seiner Größenordnung virtuell zu verändern. So ist es zum Beispiel möglich, durch Anpassung der Simulation in der Simulationseinheit die grundlegenden physikalischen Größen des Motors bei der Simulation in der Simulationseinheit 3 zu berücksichtigen, diese jedoch in den Größenverhältnissen derart zu ändern, dass ein größerer oder kleinerer Motor simuliert wird.
Figur 2 zeigt die Kompensation der physikalischen Größen der realen Schnittstellen 1 1 , 12, hier den beiden Dynamometern 1 1 , 12. Die Simulationseinheit 3 weist hierzu zunächst ein Simulationsmodell 15 auf, welches die Drehzahlen der beiden Dynamometer 1 1 , 12 aufnimmt und unter Anwendung des Simulationsmodells 15 entspre- chende Steuerimpulse für das Drehmoment der beiden Dynamometer 1 1 , 12 errechnet. Hierbei ist es jedoch erforderlich, dass die systemeigenen Massenträgheiten der Dynamometer 1 1 , 12 berücksichtigt werden. Hierzu dienen Simulationsmodelle in Form eines Kompensationsmodells 16 für den ersten Dynamometer 1 1 und ein Kompensationsmodell 17 für den zweiten Dynamometer 12.
Der Regelkreis für die Kompensation ist in Figur 3 dargestellt. Die Drehmomente des Motors (TEngine) und des Getriebes (TGearox) werden als Führungsgröße dem Regelkreis zugeführt. Das Simulationsmodell 15 als Regler gibt die Regelgröße in Form der Wellendrehungszahl aus. In der Rückführung wird das Drehmoment aufgrund von Mas- senträgheiten berücksichtigt (Tinertiacomp).
Bezugszeichenliste
1 erste Prüfstandanordnung
2 zweite Prüfstandanordnung
3 Simulationseinheit
4 Motorprüfstand
5 Motor
6 Getriebeprüfstand
7 Getriebe
8 Kurbelwelle
9 Eingangswelle
10 Steuereinheit
1 1 erster Dynamometer
12 zweiter Dynamometer
13 dritter Dynamometer
14 Hauptsimulationseinheit
15 Simulationsmodell
16 Kompensationsmodell für den ersten Dynamometer
17 Kompensationsmodell für den zweiten Dynamometer
18 Prüfanordnung
19 Ausgangswelle

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Prüfanordnung sowie Prüfanordnung Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Prüfanordnung (18), bei welchem mindestens zwei Prüfstandanordnungen (1 , 2) mit jeweils einem Prüfstand (4, 6) und einem Prüfling (5, 7) über eine Simulationseinheit (3) für die Übertragung von physikalischen Größen miteinander gekoppelt sind, wobei das Verhalten einer realen Übertragungsanordnung durch ein Simulationsmodell (15) der Simulationseinheit (3) simuliert wird.
2. Verfahren Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinheit (3) in Antwort auf physikalische Größen einer der Prüfstandanordnungen (1 , 2) (Eingangsgrößen) physikalische Größen für die jeweils andere der Prüfstandanordnungen (2, 1 ) (Ausgangsgrößen) simuliert und
dass die Ausgangsgrößen der jeweils anderen der Prüfungsanordnungen (2, 1 ) aufgeprägt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Prüfstandanordnung (1 , 2) real ist und
dass über eine reale Schnittstelle (1 1 , 12) der Simulationseinheit (3) die Ausgangsgrößen der realen Prüfstandanordnung (1 , 2) aufgeprägt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsmodell (15) der Simulationseinheit (3) ein Modell der realen Schnittstelle (1 1 , 12) aufweist und physikalische Einflussgrößen der realen Schnittstelle (1 1 , 12) kompensiert.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhalten zumindest einer der Prüfstandanordnungen durch ein Simulationsmodell simuliert wird.
6. Prüfanordnung (18), welche folgendes aufweist:
zumindest zwei Prüfstandanordnungen (1 , 2) mit jeweils einem Prüfstand (4, 6) und einem Prüfling (5, 7) und
einer Simulationseinheit (3), über welche die zwei Prüfstandanordnungen (1 , 2) derart miteinander gekoppelt sind, dass physikalische Größen zwischen den zwei Prüfstandanordnungen (1 , 2) übertagen werden,
wobei die Simulationseinheit (3) ein Simulationsmodell (15) für das Verhalten einer realen Übertragungsanordnung umfasst.
7. Prüfanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinheit (3) derart gestaltet ist, dass sie in Antwort auf physikalische Größen einer der Prüfstandanordnungen (1 , 2) (Eingangsgrößen) physikalische Größen für die jeweils andere der Prüfstandanordnungen (2, 1 ) (Ausgangsgrößen) simuliert und diese der jeweils anderen der Prüfungsanordnungen (2, 1 ) aufprägt.
8. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Prüfstandanordnung (1 , 2) real ist und
dass die Simulationseinheit (3) über eine reale Schnittstelle (1 1 , 12) verfügt, die mechanisch mit der zumindest einen realen Prüfstandanordnung (1 , 2) verbunden ist,
wobei die reale Schnittstelle (1 1 , 12) über die Simulationseinheit (3) gesteuert ist.
9. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei Prüfstandanordnungen (1 ) einen Motorprüfstand (4) um- fasst und die andere der beiden Prüfstandanordnungen (2) einen Getriebeprüfstand (6) umfasst,
dass die Simulationseinheit (3) ein Simulationsmodell (15) für das Simulieren des Verhaltens einer Antriebswelle aufweist und
dass die Simulationseinheit (3) je Prüfstandanordnung (1 , 2) eine reale Schnittstelle (1 1 , 12), vorzugsweise einen Dynamometer, umfasst, die mit den jeweiligen Prüfstandanordnungen (1 , 2) mechanisch verbunden ist.
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