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Anwendungsfälle
zuverlässig Flotten-Daten aufzeichnen

Messungen der mechanischen Belastung eines solarbetriebenen PKW-Testfahrzeugs

Neben dem Wandel von Antrieben mit Verbrennungsmotor hin zur Elektromobilität stellt sich die Frage, woher der Strom kommt, der zukünftig E-Motoren in Fahrzeugen antreiben soll. Eine Idee: In das Fahrzeug integrierte Solarpanele zum Laden der Batterie. Hierfür wurde im Rahmen des Sion-Programms von Sono Motors eine Flotte an solarbetriebenen Testfahrzeugen entwickelt. Eines davon hat CSM bei der Integration der benötigten Messtechnik für die Erfassung der mechanischen Belastung und der elektrischen Leistung des Antriebsstrangs begleitet.

Sono Sion
Icon Background

Hintergrund

Das Münchner Unternehmen Sono Motors stellt Solarmodule her, die in die Karosserie von Personen- oder Lastkraftfahrzeugen eingebaut oder nachträglich dort angebracht werden können. Mit einem eigenen PKW sollte das Konzept ganzheitlich umgesetzt werden.

Für den Bau eines neuen PKWs mussten die Werte aus vorhergegangen Berechnungen zur Dimensionierung der Antriebskomponenten aber auch der Batterie sowie der Gesamtkonstruktion im Rahmen der Leistungsanalyse und der Betriebsfestigkeit kontrolliert werden. Die Anforderung: Einen Messaufbau im Fahrzeug zu integrieren, der die verschiedenen Messdaten aus den Komponenten synchron erfasst und gleichzeitig für die Anwendung im rauen Fahrversuch geeignet ist.

Aus diesem Grund wurde eines der Testfahrzeuge komplett mit Messtechnik von CSM ausgestattet.1

Messaufgabe

Erfassung von Messgrößen der Betriebsfestigkeit (Torsion, Dehnungen, Beschleunigungen, Temperaturen) sowie von HV- Spannung und Strom im elektrischen Antriebsstrang.

Icon Challenge

Herausforderung

„Wie bewegt sich das Fahrzeug während der Fahrt?“ und „Welche Kräfte wirken auf die einzelnen Komponenten?“, sind nur einige Fragen, die Messungen zur mechanischen Belastung vorausgehen.

Die Bewertung der Betriebsfestigkeit, also das Erreichen der geplanten Lebensdauer der Materialien, setzt voraus, dass einwirkende Kräfte, beispielsweise Schwingungen, Torsion und Beschleunigung an Komponenten wie Fahrzeugrahmen und Batterie gemessen werden. Bei einer Messung diesen Umfangs, die mehrere Hundert Messkanäle und zahlreiche Messgrößen umfasst, muss auch die Datenaufzeichnung während der Fahrt sicher und zuverlässig funktionieren.

Icon Solution

CSM Messtechniklösung

Zur Ausstattung des Testfahrzeugs wurden Bestandteile des Vector CSM E-Mobility-Messsystems verwendet. Um alle Werte umfassend aufzunehmen und analysieren zu können, war ein Messsaufbau mit insgesamt mehr als 200 Messkanälen notwendig.

Messaufbau

Messung von mechanischer Belastung

  • Beschleunigungssensoren, die in x-, y-, und z-Richtung messen, wurden an der Radaufhängung und dem Rahmen angebracht. Sie erfassen die Bewegungen der Komponenten im Fahrbetrieb. Für die Messung der Torsion an der Batterie und am Rahmen, wurden Dehnungsmessstreifen (DMS) angebracht. Aus den gewonnen Daten konnte abgeleitet werden, wie groß die Kräfte sind, die an diesen Stellen einwirken.
  • Die Sensordaten der Dehnungsmessstreifen wurden über STG6 ECAT-Module mittels EtherCAT® übertragen. Die Module geben direkt die korrekte physikalische Größe aus, was eine nachträgliche Umrechnung der Werte überflüssig macht. Außerdem verfügt es über ein ratiometrisches Messprinzip, das die Werte im Verhältnis zur Speisespannung erfasst - dadurch wird die Skalierung vereinfacht. Darüber hinaus zeichnen sich die Module durch ein rauscharmes Verhalten aus und ermöglichen somit besonders störungsfreie Messwerte.
  • AD4 ECAT-Module wurden für die Sensordaten aus den Beschleunigungssensoren verwendet, auch hier erfolgte die Übertragung mit EtherCAT®. Die sehr robusten und gleichzeitig kompakten Gehäuse beider Modultypen nach Schutzklasse IP67 ermöglichen außerdem den dezentralen Einsatz im Fahrversuch.

Strom- / Spannungsmessungen im HV-Umfeld

  • Für die HV-sicheren Messungen zwischen Batterie und Inverter wurde das HV Breakout-Modul (HV BM) 1.2 verwendet: Es misst Strom und Spannung direkt in den HV-führenden Leitungen. Weitergegeben wurden die gemessenen Werte über eine Messkette mit EtherCAT®, so konnte in diesem Fall eine zeitsynchrone Auswertung der Daten mit bis zu 100 kHz zu ermöglicht werden.
CAN THMM
Im Fahrzeugraum aber auch an einzelnen Komponenten wurden an 68 Messstellen Temperaturen erfasst und über THMM pro Thermomodule aufgenommen.
Beschleunigungssensoren
Drei uniaxiale Beschleunigungssensoren erfassen die Bewegungen der Radaufhängung in x-, y-, und z-Richtung.
Messkette
Über mehrere STG6 ECAT- und AD4 ECAT-Messmodule wurden die Messdaten in ein XCP-Gateway als Schnittstelle zur Software übertragen.
Messdaten
Beispielhafte Darstellung der Messdaten von Beschleunigungssensoren an der Hinterachse. Aus den zeitlich korrelierenden Daten kann der Übertragungsfaktor aus dem Feder-Dämpfer-System (links und rechts) bestimmt werden.
Icon Benefits

Vorteile

Mit den modularen, dezentralen CSM-Messmodulen konnte eine komplett maßgeschneiderte Lösung angeboten werden. Durch die Messtechnik-Lösung aus einer Hand und die Synchronität der Daten war es möglich, Zusammenhänge aus der Korrelation der gewonnen Messungen zu erkennen. Neben den Messergebnissen für die einzelnen Fahrzeugbereiche und Komponenten konnten auch wichtige Test-Erkenntnisse für das Fahrzeug evaluiert werden.


1 Leider musste das Projekt im Frühjahr 2023 eingestellt werden. Zum Zeitpunkt der Erstellung des Berichts fanden keine Tests mehr mit dem Fahrzeug statt.

Verwendete Produkte

Verwendete Hardware

AD MiniModule

CAN AD MiniModule

Allround-Messmodule für Sensoren mit analogen Spannungsausgängen

Die Module der AD CAN MM (MiniModul)-Serie von CSM bieten ein großes Anwendungsspektrum zum Erfassen von Analogsignalen (Spannung, Strom, Druck, Durchfluss usw.).

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CSM THMM

CAN TH MiniModule

Temperaturmessungen mit Thermoelementen Typ K, J und T

Die Thermo MiniModule von CSM ermöglichen präzise dezentrale Temperaturmessungen mit Thermoelementen vom Typ K, J und T: tausendfach im Einsatz für Messungen in Powertrain, an HVAC-Komponenten, im Fahrzeuginnenraum, bei der Aggregate-Entwicklung u. v. m.

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AD4 OG ECAT MiniModul-Series

AD4 ECAT MM-Serie

Schnelle Analogsignale einfach messen

AD4 pro Typ IG100 | IG1000 und AD4 Typ OG100 | OG1000

Konzipiert für die Erfassung von schnellen Analogsignalen im dezentralen Anwendungsbereich der Fahrzeugmesstechnik.

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HV Breakout-Module 1.1, 1.2

HV Breakout-Module 1.2, 1.2C

Einphasige Messung von Innenleiterstrom und Spannung

Die HV Breakout-Module (BM) vom Typ 1.2 wurden speziell für die sichere und präzise einphasige Messung in getrennten HV+ und HV- Kabeln konzipiert. Innenleiterstrom und Spannung werden direkt erfasst und die Momentanleistung online im Modul berechnet.

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EtherCAT® STG MiniModule

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.

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XCP-Gateway

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.

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Verwendete Software

vMeasure exp

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.

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Software CSMconfig

Logo CSMconfig

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.

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