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Aufeinander abgestimmtes System erleichtert Untersuchungen mechanischer Belastungen
Die Optimierung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen erstreckt sich nicht nur auf den elektrischen Antriebstrang, sondern bezieht alle Bauteile des Fahrzeuges mit ein. Es gilt Gewicht einzusparen, um die maximale Performance und Energieeffizienz zu erreichen. Gleichzeitig muss das Fahrzeug dauerhaft stabil und für die geplante Lebensdauer sicher ausgelegt sein. Aus diesem Grund werden auch Fahrwerkskomponenten hinsichtlich der mechanischen Belastung getestet und stetig verbessert. Für Messungen der Betriebsfestigkeit an Teilen der Radaufhängung kommen Messmodule von CSM und Telemetrie-Messtechnik von AXON zum Einsatz.
Simulation und Validierung
Die Lenker und Spurstangen zählen zum Teil zu den ungefederten Massen und haben einen wesentlichen Einfluss auf Fahrdynamik und Fahrkomfort. Die zu erwartenden Kräfte, die während verschiedener Fahrsituationen auftreten, werden in der Entwicklung in Simulationen vorhergesagt und müssen anschließend in Fahrversuchen und auf dem Prüfstand validiert werden. Zur Validierung der Simulationen werden die Kräfte ermittelt, die auf die Achsgeometrie wirken.
Messaufgabe
Erfassung von Kräften an Lenkern und Spurstangen sowie Messung von Drehmoment, Federweg, Lenkwinkel und Geschwindigkeit.
Was ist zu beachten?
Für Messungen der Betriebsfestigkeit müssen die einwirkenden Kräfte sowie der Federweg, Lenkwinkel und die Geschwindigkeit gemessen werden. Für eine einfache Applikation werden alle Messgrößen mit einem Messsystem parallel erfasst. Dafür werden Daten während verschiedener Fahrsituationen sowie auf dem Prüfstand gesammelt. Das verwendete Messsystem sollte in allen Testszenarien zum Einsatz kommen können, um lange Umbauzeiten zu vermeiden und einen einfachen Vergleich der gewonnenen Daten zu ermöglichen.
Bauteilspezifische Anforderungen
Spurstangen und Lenker sind sehr stabile Bauteile, wodurch nur geringe Dehnwerte bei normalen Fahrsituationen zu erwarten sind. Daher muss die verwendete Messtechnik sehr hochauflösend sein, um sehr kleine Signalwerte erfassen zu können. Da hingegen beim Missbrauchstest, wie z. B. der Fahrt über einen Bordstein, sehr hohe Werte auftreten können, muss die Messtechnik eine ausreichende Dynamik bieten. Daneben ergeben sich bei der Messung an rotierenden Teilen Schwierigkeiten für die Übertragung der Werte, da die Sensorik auf der Welle angebracht werden muss.
Alle Daten in einem Messsystem zusammenführen
Für die Messungen werden Komponenten aus dem Vector CSM E-Mobility-Messsystem verwendet. Die Messung der Zug-/Druckbelastung in den Spurstangen erfolgt mit Dehnungsmessstreifen (DMS). Je nach geometrischem Aufbau der Achslenker werden mit DMS Einzeldehnungen, Biegungen oder Zug-/ Druckbelastungen gemessen.
Automatische Anpassung im Messmodul
Alle DMS werden an ein DMS-Messmodul STG6 pro BS20 angeschlossen. Viertelbrücken werden direkt im Sensorkabel zu Halbbrücken ergänzt. Die Ergänzung zur Vollbrücke der DMS erfolgt einfach im Messmodul, wodurch weitere Verschaltungen entfallen und verschiedenste DMS Widerstandswerte unterstützt werden können. Dank des extrem niedrigen Eingangsspannungsbereichs von bis zu ±0,3 mV/V können sehr kleine Messsignale präzise erfasst werden. Die Messdatenrate je Kanal von bis zu 20 kHz erlaubt die Erfassung von schnellen Belastungsänderungen.
Messungen an rotierenden Teilen
Für die Messungen an der Antriebswelle kommen Telemetrie-Systeme für die Erfassung von Drehmomenten von AXON Systems GmbH, einem langjährigen Partner von CSM, zum Einsatz. Mit der Lösung von AXON werden die Daten von einer rotierenden DMS-Messstelle für die Drehmomentmessung berührungslos übertragen. Dazu wird die DMS-Messstelle an eine Rotor-Elektronik angeschlossen, welche auf der Antriebswelle installiert und mit einer mehrlagigen Schutzschicht versehen wird, sodass Umwelteinflüsse keine Beeinträchtigung der Messergebnisse hervorrufen. Die Daten werden drahtlos an eine Stator Unit übertragen, deren Antenne ringförmig um die Achse gelegt wird. Die Antenne der Stator Unit kann frei geformt und auf diese Weise bei wenig Bauraum den Gegebenheiten am Einbauort flexibel angepasst werden. Die Control Unit erzeugt die nötige Versorgungsspannung für die Sensoren auf der Rotor Unit und gibt die erfassten Messdaten weiter.
Signale für die Auswertung einfach zusammenführen
Die CSM Messmodule werden über EtherCAT® an ein XCP-Gateway angeschlossen. Das XCP-Gateway synchronisiert die Messmodule über das Precisi¬on-Time-Protocol (PTP) besser als 1 μs und setzt alle Signale auf XCP-on-Ethernet um. Die Daten aus dem AXON Telemetrie-System werden über CAN in die Messkette eingebunden, im XCP-Gateway gebündelt und ebenso über XCP-on-Ethernet weitergegeben. Die gesammelten Daten können entweder mit einem Datenlogger oder Messrechner aufgezeichnet werden. Die anschließende Datenauswertung kann mit Vector CANape oder vMeasure durchgeführt werden.
Passende Messtechnik für hohe Anforderungen
Mit den Komponenten des Vector CSM E-Mobility-Messsystems und Messtechnik von AXON können alle erforderlichen Messgrößen präzise mit einem einheitlichen System erfasst werden. Durch die kompakte und robuste Bauweise können die Messmodule und Telemetrie-Systeme nah an der Messstelle verbaut und sowohl im Fahrversuch als auch auf dem Prüfstand verwendet werden.
Weitere Informationen
Weiterführende Informationen
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CSM Xplained: Das Vector CSM E-Mobility-Messsystem
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CSM Xplained: Beschleunigungsmessung in der E-Mobility
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CSM Xplained: Betriebsfestigkeit in der E-Mobility
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CSM Xplained: Wartung von HV-Messtechnik – Kalibrierung und Isolationsprüfung
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CSM Xplained: Messketten schnell und zuverlässig konfigurieren – Teure und zeitraubende Fehler vermeiden
Verwendete Produkte
Verwendete Hardware
Das Vector CSM E-Mobility-Messsystem
Das Messsystem für die Entwicklung der Elektromobilität
STG6 ECAT MM-Serie
Schnelle und dezentrale DMS-Messungen
Typ STG6 pro BS20 | STG6 BK20
EtherCAT®-basierte Messmodule für den dezentralen Einsatz unter anspruchsvollen Bedingungen: Robust, sehr kompakt und mit sechs zeitsynchronen DMS-Eingängen für Viertel-, Halb- und Vollbrücken.
XCP-Gateway
Die Protokollumsetzer für EtherCAT® und CAN auf XCP-on-Ethernet
Das XCP-Gateway ist die Schnittstelle zwischen Datenerfassungs-Software (bspw. vMeasure, CANape®, INCA®, Vision® ...) und den EtherCAT®-Messmodulen von CSM. Es beinhaltet einen EtherCAT®-Master und einen XCP-on-Ethernet-Slave.
Verwendete Software
vMeasure
Komplexe Messtechnikaufgaben sicher lösen
vMeasure von Vector Informatik ist die einfach zu bedienende Datenerfassungs-Software für CAN- und EtherCAT®-basierte Messmodule von CSM. vMeasure bietet den vollen Umfang an Funktionen, die Sie von einer modernen DAQ-Software erwarten.
Messketten schnell konfiguriert: CSMconfig (mit CSMview) ist die verlässliche Konfigurationssoftware für alle CAN- und EtherCAT®-basierten Messmodule von CSM. Die einheitliche und komfortable Oberfläche ermöglicht ein einfaches Einstellen aller Messparameter. Das beschleunigt den Messaufbau.
