Querschnitt 21 / Februar 2007 - h_da: Hochschule Darmstadt

Querschnitt 21
Abbildung 4 • Bedienpult des hochdynamischen Prüfstands
signalen. es stehen drei verschiedene Messmodule zur Verfügung.
• Modul DT: Zur erfassung von Temperaturen
mit Widerstandsthermometer und Thermoelementen
• Modul DP: Zur Messung von Drücken
• Modul DCV: Zur Messung von Strom- und Spannungs-
signalen
Alle Module sind im Messgalgen integriert, der in unmittelbarer
Nähe des Messortes (Prüfzelle) angebracht ist. Die Messsensoren
werden über Steckverbindungen mit dem drehbar und
schwenkbar gelagerten Gehäuse des Messgalgens verbunden.
Die Sensorsignale werden von der nachgeschalteten elektronik
erfasst und digitalisiert. Anschließend werden aus den digitalisierten
Werten die physikalischen Messwerte berechnet
und linearisiert. Die Messwerte werden mit der dem Kanal zugeordneten
erfassungsfrequenz via CAN-Bus zum Automatisierungssystem
STArS übertragen. Die Parametrierung der
Module erfolgt vom Bedien-PC des Automatisierungssystems
aus. Hierfür steht standardmäßig eine Parametriersoftware
auf dem Automatisierungssystem STArS zur Verfügung.
Die umrichteranlage dient zur Versorgung der Asynchronmaschine
mit elektrischer energie bei Motorbetrieb und zur
rückspeisung der elektrischen energie ins Netz bei Generatorbetrieb.
Der Dynas3-Frequenzumrichter verfügt über ein
separates einspeisefeld mit Hauptschütz, Drosseln, Sicherungen
und Hilfsrelais. Das Zentralmodul enthält den Gleichrichter
zur erzeugung der Zwischenkreisspannung, die Überwachungs-
und einschaltelektronik, den Mikroprozessor für
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die Diagnose sowie das Bedienfeld für die Parametrierung,
Status- und Fehlermeldung.
Die ebenfalls zur Verfügung gestellte Fahrhebelstelleinrichtung
ermöglicht den Fahrhebel des Versuchsmotors elektromotorisch
zu verstellen. Als Stellglied wird ein elektrischer
Antrieb verwendet, der mit einem permanenterregten dreiphasigen
Synchronmotor arbeitet.
Als Antriebs- und Belastungsmaschine wird eine luftgekühlte
Dynas3-Asynchronmaschine mit Drehmomentmessflansch
und integrierter Drehzahlmesseinrichtung verwendet. Vorteile
sind weitgehende Wartungsfreiheit, hohe Überlastbarkeit,
Höchstdrehzahlen, geringe Massenträgheitsmomente und damit
gute dynamische eigenschaften.
Für die Inbetriebnahme der Anlage und für die ersten Versuchs-
und entwicklungsarbeiten wurde dem Fachgebiet Verbrennungskraftmaschinen
von der GM Power Train GmbH,
rüsselsheim, ein aufgeladener 4-Zylinder-4-Takt-Ottomotor
mit Ladeluftkühlung zur Verfügung gestellt. Der 1.6 Liter Turbo
eCOTeC®-Motor, wie z. B. im neuen Opel Meriva OPC verbaut,
bringt eine Spitzenleistung von 132 kW (180 PS) und ein Drehmoment
von 230 Nm. Durch das Dreiwege-Abgasnachbehandlungskonzept
erfüllt der Motor die euro-4-Grenzwerte.
• einsatz des hd-Prüfstands in der Praxis
Mit Hilfe der Anlage können die dynamischen Betriebszustände
von Pkw- und Nfz-Motoren, wie sie im normalen Fahrbetrieb
auf der Straße auftreten, mit modernster Computertechnik
simuliert werden. Die aufwändige Überprüfung der Motoren
INCA PC
Steuergerät
Umrichter
Abbildung 5 • Komponenten des hochdynamischen Prüfstands
im Fahrzeug entfällt dadurch weitgehend. Mit den Simulationswerkzeugen
können z. B. auch unterschiedliche Fahrzeuggewichte,
veränderte Luft- und rollwiderstandsbeiwerte, veränderte
Getriebeabstufungen und bestimmte Fahrerverhalten
nachgebildet und deren einflüsse auf Verbrauch und Abgasemissionen
untersucht werden. Darüber hinaus können die bekannten
Fahrzyklen wie z. B. der „Neue europäische Fahr-Zyklus“,
NeFZ-Test, oder der uS-Amerikanische, FTP-75-Test
(Federal Test Procedure), auf dem Prüfstand simuliert werden.
Mit diesen Tests werden neu zugelassene Fahrzeuge überprüft,
inwieweit sie die gesetzlich vorgeschriebenen Abgasgrenzwerte
erfüllen. Der NeFZ-Test, der den typischen Stadtverkehr
mit Überlandfahrten in europa repräsentiert, setzt
sich aus Leerlauf, Beschleunigungs-, Verzögerung- und Konstantfahrten
zusammen. Die Fahrkurve des FTP 75-Testzyklus
besteht aus Geschwindigkeitsverläufen, die in den uSA auf den
Straßen von Los Angeles während des morgendlichen Berufsverkehrs
tatsächlich gemessen wurde.
Die realitätsgetreue Fahrersimulation und die genaue Nachbildung
von Anfahr- und Schaltvorgängen ermöglichen die Simulation
aller Fahrzustände und der vom Gesetzgeber definierten
Fahrzyklen an dynamischen Prüfständen. Dadurch ist es praktisch
möglich, das „Fahrzeug von der Straße ins Labor zu verlegen“.
Die entwicklungszeiten von Fahrzeugen werden ständig reduziert.
Im Laufe des entwicklungsfortschritts eines Fahrzeuges
erhöht sich der zeitliche und kostenmäßige Aufwand einer
Testmethode jedoch überproportional. Deshalb müssen mög-
10 Jahre Technologietransfer horiba aTs – hochschule Darmstadt
Messwertaufnahme
Prüfstand
X-act
Prüfstandregler
STARS
Automatisierungssystem
Abgasanalyse
Messschrank
FAchbereich mAschinenbAu
lichst viele dynamische Versuche in ein frühes entwicklungsstadium
verlegt werden, d. h. es sind dynamische Versuche am
Motor durchzuführen, bevor das Fahrzeug überhaupt existiert.
Mit Hilfe der dynamischen Prüfstandstechnik können frühzeitig
Abgas- und Verbrauchsmessungen am Motor durchgeführt
werden, die bisher zu einem späteren Zeitpunkt auf Abgasrollenprüfständen
erfolgten. Auch Verschleißuntersuchungen
von Bauteilen und Funktionsuntersuchungen von Stell- und regelmechanismen
können unter dynamischen Betriebsbedingungen
erprobt werden.
Die reproduzierbarkeit der Messergebnisse ist aufgrund der
stabilen umgebungsbedingungen und der genauen Last- und
Drehzahleinstellung sehr hoch, so dass sich auch entwicklungstechnische
Maßnahmen, die nur einen geringen einfluss
auf Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen haben, exakt
darstellen lassen. Damit auch die Übertragbarkeit der ergebnisse
vom dynamischen Prüfstand zum rollenprüfstand und
zum Fahrversuch gesichert ist, müssen zusätzlich Korrelationsmessungen
durchgeführt werden.
um eine effiziente Nutzung und Weiterentwicklung des HD-
Prüfstands gewährleisten zu können, ist eine intensive Zusammenarbeit
zwischen Anwender und entwickler der Prüftechnik
erforderlich. Aus diesem Grund wurde zwischen der Firma
Horiba ATS als entwickler und der Hochschule Darmstadt als
Anwender die Kooperation geschlossen.
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