Die Prüfmaschine

Entwicklung einer Prüfmaschine für Normprüfungen und realistische Streckensimulation

 

 

Mit den bisherigen Prüfverfahren können folglich die realen Einsatzbedingungen entweder gar nicht oder nur mit hohem Kostenaufwand abgebildet werden. Es kann durch heutige Verfahren folglich kein Prüfstandsaufbau dargestellt werden, der Unternehmen im Bereich der Bremsenentwicklung die Möglichkeit bietet, auch ohne Prototyp und ohne Gefahr von Leib und Leben die Absicherung realitätsgetreu nachzuweisen und so die Auslegung zu bestätigen. Auch Zulassungsinstitutionen fehlt ein einfacher Prüfstand, auf dem die realen Belastungen simuliert werden können und so eine aussagekräftige Zulassung entwickelter Bremsbauteile getätigt werden kann.

 

 

Technologische Entwicklung

 

Aufgrund der dargestellten Probleme in Bezug auf die mangelnden Absicherungsmöglichkeiten heute verfügbarer Prüfstände, wird von der Firma Schmid Motorsport GmbH in Zusammenarbeit mit der Hochschule Kempten ein Fahrzeugbremsenprüfstand entwickelt werden, der erstmals hochdynamische Vorgänge, die beispielsweise durch einen Regeleingriff des Bremsensteuergeräts verursacht werden, realitätsgetreu darstellen kann. Bei derartigen Bremsmanövern kann ein Rad aus hoher Geschwindigkeit durch den Verlust der Haftgrenze blockieren, durch den Regeleingriff wird es anschließend sprunghaft auf die Ausgangsgeschwindigkeit beschleunigt. Diese Vorgänge und die Auswirkungen auf die Bremsbauteile, sollen erstmals durch das innovative Testverfahren am Prüfstand wahrheitsgetreu abgebildet werden können.

 

Zudem sind heute eingesetzte Prüfstände auf eine Maximalgeschwindigkeit von 200 km/h limitiert, üblicherweise wird jedoch nur der Geschwindigkeitsbereich bis 160 km/h abgesichert, da für den höheren Geschwindigkeitsbereich keine gesetzlichen Bestimmungen vorliegen. Daraus resultieren bei dynamischen Hochgeschwindigkeitsbremsungen erhebliche Sicherheitsmängel, die aufgrund fehlender Prüfstandstechnik nicht überprüft und abgesichert werden können. Auch Fahrversuche werden meist nicht durchgeführt, da weder die dafür nötigen Teststrecken existieren noch die Prototypen entsprechendes Entwicklungsstadium aufweisen. Um diese Sicherheitslücke zu schließen, soll die Prüfmaschine bis zu einer Maximalgeschwindigkeit von Vmax alle tatsächlich auftretenden Bremsmanöver inklusive Bremsregelungseingriff zuverlässig und realitätsgetreu abbilden können. Besonders bei hochmotorisierten Fahrzeugen führt die vorgestellte Prüfstandstechnik neben den genannten Vorteilen zu einer wesentlichen Verbesserung des Bremsen-Absicherungsprozesses und damit der Sicherheit im Straßenverkehr.

 

Neben der realitätsgetreueren Absicherung ergeben sich durch den Einsatz des neuartigen Prüfstands signifikante Verbesserungen im Entwicklungsprozess und deutlich kürzere Entwicklungszeiten. Im Bremsbauteil-Entwicklungsprozess führen besonders Geräusche und Schwingungsprobleme, die ausschließlich durch Abbilden des realen Fahrverhaltens unter extremen Bedingungen detektiert werden können, zu oftmaligen Iterationsschritten. Durch den neuartigen Prüfstand kann das reale Fahrverhalten zu jedem Entwicklungszeitpunkt und mit wenigen Anbauteilen des Prototyps abgebildet werden, weshalb Schwingungsprobleme zu frühen Entwicklungsstadien erkannt werden können. So resultiert trotz der steigenden Komplexität (Steigerung der Leistungsaufnahme bei geringerem Volumen, steigende Variantenvielfalt etc.) eine zielgerichtetere und effizientere Entwicklung von Bremsbauteilen.

 

Durch die Vernetzung des Bremsenprüfstands mit realen Testfahrten ergibt sich ein weiterer entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Prüfstandsmethoden. Es können erstmals die Eingangsgrößen für die Simulation aus wahren Messungen abgeleitet und so im Nachgang an eine Messfahrt am Prüfstand nachgebildet werden. Dadurch ist es erstmalig möglich, kritische Parameter zu evaluieren und verstärkten Verschleiß oder Bremsenversagen auf bestimmte Fahrmanöver zurückzuführen. Durch die Vernetzung der Fahrt mit dem Prüfstand über eine Cloud-Anwendung ist zudem eine Verkürzung des Entwicklungsprozesses möglich. Bisher wurden Messfahrten zentral auf einen Messrechner abgespeichert und bei Bedarf weiteren Prüfstandsabteilungen übermittelt. Dies generierte aufgrund von Falschinterpretationen und Anfertigen von Duplikaten eine erhebliche Datenmenge, die von vielen Beteiligten in der Bremsenentwicklung ungenutzt blieb. Durch die Abspeicherung auf der Cloud-Umgebung wird eine Organisationsstruktur zur Datenverwaltung und Datenverarbeitung geschaffen, die besonders für größere Bremsenhersteller eine entscheidende Verbesserung im Entwicklungsprozess mit sich bringt.

 

 

Das Patent welches zugrunde liegt, stellt die Grundlage für das Vorhaben und erläutert das allgemeine Funktionsprinzip. Der Prüfstandsaufbau besteht aus mindestens einem Antriebsmotor. Zur Nachbildung der realen Umgebungsbedingungen soll der Bremsenprüfling zusätzlich von einer Klimakammer umgeben sein. Für die Ansteuerung der Motoren, der Trennkupplung und aller Nebenaggregate wird eine geeignete Regelung eingesetzt und in der Prüfstandssteuerung implementiert, die den hohen Dynamikanforderungen genügt und somit eine realitätsgetreue Bremsung darstellen kann. 

 

Durch die Ansteuerung des Bremsensteuergeräts wird die Bremsenhydraulik aktuiert und so eine Bremsung initiiert. In Abhängigkeit der Bremsenansteuerung müssen die Antriebsmaschinen derart geregelt werden, dass die Bremsscheibe die Bewegung eines im Fahrzeug verbauten Rads simuliert. Dazu wird mithilfe eines Echtzeit-Reifenmodells und einer Restbussimulation ausgehend vom Fahrzustand (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Gierrate, Lenkwinkel, etc.) der Reifenschlupf sowie die reale Radbewegung berechnet. Die Regelung und Simulation müssen durchgehend kürzeste Zykluszeiten realisieren, um die hochdynamischen Vorgänge in der Bremse realitätsgetreu darstellen zu können. So muss beispielsweise ein Verzögern in den Stillstand und das Beschleunigen auf Fahrzeuggeschwindigkeit jeweils innerhalb von weniger als 200 ms ausgeführt werden können. Vor, während und nach dem Steuergeräteingriff des Bremsensteuergeräts (ABS- oder ESP-Regelung) müssen durchgehend die/der Antriebsmotor/-en und damit die Bremsbauteile derart geregelt werden, dass zum einen in der Bremse eine definierte kinetische Energie in Wärme gewandelt und andererseits durchgehend die reale Reifenbewegung dargestellt wird. Somit resultiert durch die Entwicklung ein innovativer Hardware-in-the-Loop-Bremsenprüfstand, bei dem die Hardware der Bremse real vorliegt, das umgebende Fahrzeugverhalten jedoch simulativ dargestellt wird.

 

Technische Funktionalitäten und relevante Parameter mit zugehörigem Lösungsweg

 

Parameter

 

Wert

Preis (€)

 

 

Motorart

 

Antriebsmotor

Anzahl Motoren

 

mindestens 1

Leistung Motoren

 

ausreichend

Benötigte Komponenten

 

Bremsbauteile

Prüfgeschwindigkeit

 

Vmax

Prüfdauer

 

 

Bremsregelung darstellbar

 

ja

Regelungszykluszeit

 

Echtzeit

Nachstellung realer Mess-fahrten möglich (Cloud)

 

ja

Nachstellung der Umgebungs-bedingungen möglich

 

ja

 

 

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