Regelungstechnisches Anforderungsprofil zur Simulation für Straßenfahrten und anderweitigen Fahrzuständen von Fahrzeugen auf Akustik-Rollenprüfständen

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Paula Esser
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1 Regelungstechnisches Anforderungsprofil zur Simulation für Straßenfahrten und anderweitigen Fahrzuständen von Fahrzeugen auf Akustik-Rollenprüfständen Dipl-Ing. Armin Rohnen Hochschule München Fakultät 03: Fahrzeugtechnik 3. September 2012

Fahrzeugen auf Akustik-Rollenprüfständen Dipl-Ing.

2 Zusammenfassung Das vorliegende Dokument stellt eine Zusammenfassung von Regelungsanforderungen zur Simulation für Fahrzustände von Fahrzeugen auf Akustik-Rollenprüfständen dar. Hierbei wird unterschieden zwischen Regelungen, die auf den Rollenprüfstand einwirken und Regelungen, die über das Fahrpedal auf das Fahrzeug einwirken. Die Regelungsarten sind unter den Gesichtspunkten einer möglichst reproduzierbaren Simulation realer Fahrsituationen und Fahrzyklen definiert und erprobt. Ebenso sind Regelungsarten enthalten, um Lastenheftanforderungen akustischer Fahrzeugziele reproduzierbar erfüllen zu können. Eine rollenwirkende Fahrzeugzugkraftregelung ist nicht enthalten, da diese nicht hinreichend mit Sicherheitskriterien belegt werden kann, um eine Drehrichtungsänderung des Fahrzeugmotors zu verhindern. Die besonderen Anforderungen für die Nutzung von Rollenprüfständen zur Abgasemissionsmessung werden in diesem Dokument nicht behandelt. Der Autor ist Lehrkraft an der Hochschule München, Fakultät 03: Fahrzeugtechnik und bietet seit 2009 seine Dienstleistung als selbständiger (Akustik)Ingenieur an. Er war zuvor 21 Jahre als Mitarbeiter der BMW AG im Werk Regensburg in der Gesamtfahrzeug Akustik Analyse tätig. Unter anderem verantwortete er im Jahr die anwendungstechnische Planung des dortigen Akustik-Rollenprüfstandes und stellte die Vorgabe der Rollenprüfstandsplanung im BMW Werk Leipzig (2004) zur Verfügung.

Die Regelungsarten sind unter den Gesichtspunkten einer möglichst reproduzierbaren Simulation realer Fahrsituationen und Fahrzyklen definiert und erprobt.

3 Kapitel 1 Simulation der Straße - rollenwirkende Regelkreise 1.1 Rollengeschwindigkeit Entspricht der Fahrzeuggeschwindigkeit Eingabeparameter 1. V in km/h Sicherheitskriterium 1.2 Geschwindigkeitsrampe Automatisiertes Fahren mit kontinuierlicher Geschwindigkeitsveränderung. Beginnend bei V 0, endend oder pausierend bei V 1. Anschließende Geschwindigkeitsveränderung von V 1 zu V 0 sowie beliebige Wiederholung des Ablaufs. Wobei V 0 die niedrigere Startgeschwindigkeit und V 1 die höhere Endgeschwindigkeit darstellt. i

2 Geschwindigkeitsrampe Automatisiertes Fahren mit kontinuierlicher Geschwindigkeitsveränderung.

4 KAPITEL 1. ROLLENREGELUNGEN ii Eingabeparameter 1. V 0 in km/h 2. V 1 in km/h 3. Zeitspanne t hoch in s für die kontinuierliche Geschwindigkeitsänderung von V 0 zu V 1 4. Zeitspanne t runter in s für die kontinuierliche Geschwindigkeitsänderung von V 1 zu V 0 5. Zeitspanne t pause in s für die Pause zwischen den einzelnen Geschwindigkeitsrampen 6. Anzahl n der durchzuführenden Geschwindigkeitsrampen Sicherheitskriterium 1.3 Geschwindigkeitsprofil Durchführung eines beliebig gestalteten Verlaufs V (t). Die Eingabe erfolgt über einen geeigneten Editor Sicherheitskriterium 1.4 Motordrehzahl (als Subfunktion der Rollengeschwindigkeit) Einregeln der Rollengeschwindigkeit, so dass sich die angegebene Motordrehzahl einstellt.

Anzahl n der durchzuführenden Geschwindigkeitsrampen 1.2.2 Sicherheitskriterium 1.3 Geschwindigkeitsprofil Durchführung eines beliebig gestalteten Verlaufs V (t).

5 KAPITEL 1. ROLLENREGELUNGEN iii Eingabeparameter 1. n in min Sicherheitskriterium 1.5 Motordrehzahlrampe (als Subfunktion der Geschwindigkeitsrampe) Automatisiertes Fahren mit kontinuierlicher Drehzahlveränderung. Beginnend bei n 0, endend oder pausierend bei n 1. Anschließende Drehzahlveränderung von n 1 zu n 0 sowie beliebige Wiederholung des Ablaufs. Wobei n 0 die niedrigere Startdrehzahl und n 1 die höhere Enddrehzahl darstellt Eingabeparameter 1. n 0 in min 1 2. n 1 in min 1 3. Zeitspanne t hoch in s für die kontinuierliche Drehzahländerung von n 0 zu n 1 4. Zeitspanne t runter in s für die kontinuierliche Drehzahländerung von n 1 zu n 0 5. Zeitspanne t pause in s für die Pause zwischen den einzelnen Drehzahlrampen 6. Anzahl n der durchzuführenden Drehzahlrampen Sicherheitskriterium

Anschließende Drehzahlveränderung von n 1 zu n 0 sowie beliebige Wiederholung des Ablaufs. Wobei n 0 die niedrigere Startdrehzahl und n 1 die höhere Enddrehzahl darstellt. 1.5.1 Eingabeparameter 1.

6 KAPITEL 1. ROLLENREGELUNGEN iv 1.6 Motordrehzahlprofil (als Subfunktion des Geschwindigkeitsprofils) Durchführung eines beliebig gestalteten Verlaufs n (t). Die Eingabe erfolgt über einen geeigneten Editor Sicherheitskriterium 1.7 Fahrmassensimulation (FMS) Die Fahrmassensimulation erfolgt als Subfunktion der Rollengeschwindigkeitsregelung. Ermittelt wird die an den Rollen aktuell wirkende Bremskraft F F zg.ges., die aktuell vorhandene Rollengeschwindigkeit V Rolle sowie die momentan simulierte Fahrzeugbeschleunigung a F zg.. Die im Handbuch Kraftfahrzeugtechnik 1 näher erläuterte Formel (1.1) ergibt durch Umstellung die neue Sollgeschwindigkeit V Soll. Aus der Differenz der neuen Sollgeschwindigkeit V Soll, der aktuell anliegenden Rollengeschwindigkeit V Rolle und der Regelungszeit kann die neue simulierte Fahrzeugbeschleunigung a F zg.neu ermittelt werden. F F zg.ges. = F Rollwiderstand + F T rägheit + F Steigung + F Luftwiderstand (1.1) F Rollwiderstand = vorhanden (1.2) F T rägheit = m F zg. a F zg. (1.3) F Steigung = m F zg sin(steigungswinkel) (1.4) F Luftwiderstand = (Luftdichte/2) A F zg. v 2 (1.5) Im Gegensatz zu der früher üblichen Variante, die Fahrmassensimulation als Subfunktion der Rollenkraftregelung zu gestalten, stellen sich bei der Fahrmassensimulation als Subfunktion der Rollengeschwindigkeitsregelung die Kraftverhältnisse an den treibenden Rädern des Fahrzeugs selbständig wie auf der befahrenen ebenen Straße ein. Zudem ergibt sich ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs auf dem Rollenprüfstand, da unter 1 VIEWEG Handbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN

Ermittelt wird die an den Rollen aktuell wirkende Bremskraft F F zg.ges., die aktuell vorhandene Rollengeschwindigkeit V Rolle sowie die momentan simulierte Fahrzeugbeschleunigung a F zg.

7 KAPITEL 1. ROLLENREGELUNGEN v Einhaltung der Sicherheitskriterien eine unbeabsichtigte Rückwärtsfahrt in einem Vorwärtsgang und die damit verbundene Richtungsumkehr der Motordrehung nicht vorkommen kann Eingabeparameter 1. Fahrzeugmasse m in kg 2. Fahrzeugluftwiderstandsbeiwert c w 3. Fahrzeuganströmfläche A in m Sicherheitskriterium V Soll darf nicht das Vorzeichen wechseln

Vorwärtsgang und die damit verbundene Richtungsumkehr der Motordrehung nicht vorkommen kann. 1.7.

8 Kapitel 2 Simulation des Fahrzeugfahrers - fahrpedalwirkende Regelkreise 2.1 Fahrzeugbeschleunigung FMS+a (als Subfunktion der Fahrmassensimulation) Regelung der Fahrzeugbeschleunigung über den Fahrpedalstellmotor (FPS) als simuliertes Gasgeben Eingabeparameter 1. n 0 in min 1 2. n 1 in min 1 3. a Beschleunigung in m/s 2 4. n V erzögerung in m/s 2 5. Zeitspanne t pause in s für die Pause zwischen den einzelnen Beschleunigungsbzw. Verzögerungsrampen. 6. Anzahl n der durchzuführenden Beschleunigungs- / Verzögerungsrampen Sicherheitskriterium vi

(FPS) als simuliertes Gasgeben. 2.1.1 Eingabeparameter 1. n 0 in min 1 2. n 1 in min 1 3. a Beschleunigung in m/s 2 4.

9 KAPITEL 2. FAHRPEDALSTELLER vii 2.2 Fahrzeugzugkraft (als Subfunktion der Rollengeschwindigkeit, Geschwindigkeitsrampe, Geschwindigkeitsprofil, Motordrehzahl, Motordrehzahlrampe oder Motordrehzahlprofil) Regelung der Fahrzeugzugkraft über den Fahrpedalstellmotor (FPS) als simuliertes Gasgeben Eingabeparameter 1. F Soll in N Sicherheitskriterium 2.3 Fahrzeugzugkraftrampe (als Subfunktion der Rollengeschwindigkeit, Geschwindigkeitsrampe, Geschwindigkeitsprofil, Motordrehzahl, Motordrehzahlrampe oder Motordrehzahlprofil) Regelung der Fahrzeugzugkraft über den Fahrpedalstellmotor (FPS) als simuliertes Gasgeben. 1. F 0 in N 2. F 1 in N 3. Zeitspanne t hoch in s für die kontinuierliche Fahrzeugzugkraftzunahme von F 0 zu F 1 4. Zeitspanne t runter in s für die kontinuierliche Fahrzeugzugkraftabnahme von F 1 zu F 0 5. Zeitspanne t pause in s für die Pause zwischen den einzelnen Fahrzeugzugkraftrampen 6. Anzahl n der durchzuführenden Fahrzeugzugkraftrampen

über den Fahrpedalstellmotor (FPS) als simuliertes Gasgeben. 2.2.1 Eingabeparameter 1. F Soll in N 2.2.2 Sicherheitskriterium 2.

10 KAPITEL 2. FAHRPEDALSTELLER viii Sicherheitskriterium 2.4 Fahrzeugzugkraftprofil (als Subfunktion der Rollengeschwindigkeit, Geschwindigkeitsrampe, Geschwindigkeitsprofil, Motordrehzahl, Motordrehzahlrampe oder Motordrehzahlprofil) Regelung der Fahrzeugzugkraft über den Fahrpedalstellmotor (FPS) als simuliertes Gasgeben. Durchführung eines beliebig gestalteten Verlaufs F (t), F (V ) oder F (n). Die Eingabe erfolgt über einen geeigneten Editor Sicherheitskriterium 2.5 Absoluter Stellwert in Prozent (als Subfunktion der Rollengeschwindigkeit, Geschwindigkeitsrampe, Geschwindigkeitsprofil, Motordrehzahl, Motordrehzahlrampe oder Motordrehzahlprofil) Sollwert für den Fahrpedalstellmotor (FPS) als simuliertes Gasgeben Eingabeparameter 1. F P S Soll in % Sicherheitskriterium

Fahrzeugzugkraft über den Fahrpedalstellmotor (FPS) als simuliertes Gasgeben. Durchführung eines beliebig gestalteten Verlaufs F (t), F (V ) oder F (n).

11 Kapitel 3 Reagieren auf Verletzung der Sicherheitskriterien Wird aufgrund der definierten Sicherheitskriterien ein sicherheitskritischer Zustand festgestellt, so muß der Prüfstand mit V Rolle = 0 km/h und F P S Soll = 0 schnellstens zum Stillstand zu gebracht und abgeschaltet werden. Das regelverhalten ist so zu programmieren, dass angegebene (eingegebene) Grenzwerte überwacht und eingehalten werden. ix

= 0 km/h und F P S Soll = 0 schnellstens zum Stillstand zu gebracht und abgeschaltet werden.

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