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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.
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.
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.
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.
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.
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.
Weitere Informationen
Weiterführende Informationen
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CSM Xplained: Messen in Hochvolt-Umgebungen
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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
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.).
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.
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.
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.
