18.11.2020

Digitale Ladungsverstärker für Fahrzeugtest-Prüfstände

Grenzen verschieben

Im Zuge der Modernisierung ihres Kinematik- und Compliance-Prüfstands integrierte AB Dynamics den digitalen Ladungsverstärker 5074A von Kistler. Er ermöglicht eine komplett digitale Messkette für die Kraftsensoren zur Messung von Kräften und Momenten an jedem Reifen in Echtzeit und auch bei hochkomplexen Anforderungen.


Jede Radstation der SPMM von AB Dynamics ist ausgerüstet mit piezoelektrischen Mehrkomponenten-Kraftsensoren von Kistler - für präzise Messungen von Reifenkräften und -momenten.
Bild: AB Dynamics

Die britische Anthony Best Dynamics Limited ist Teil der international agierenden AB Dynamics Group, die ein Portfolio an Lösungen für Mess- und Analysesysteme, Simulation und die Automatisierung von Versuchsgeländen bietet. Die Zahl der Mitarbeitenden hat sich von etwa 70 im Jahr 2015 auf heute mehr als 200 erhöht. Mit einem Netzwerk aus Standorten in Europa, Japan und den USA vertreibt die Firma ihre Lösungen für Betriebsfestigkeit und Validierung an viele Automobilhersteller, Zulieferer und Testcenter weltweit. Matthew Dustan, Produktmanager für Labor-Testsysteme bei AB Dynamics, beschreibt die aktuellen Trends im Bereich Fahrzeugtests wie folgt: "Der Fortschritt beim Testen von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) hat zu einem höherem Bedarf an komplexen Testlösungen geführt und bietet spannende Gelegenheiten für die Automatisierung von Prüfständen. Außerdem wächst die Bedeutung von Simulationen für die Fahrzeugentwicklung/-konstruktion - gerade im Umfeld neuer Hersteller von Elektrofahrzeugen."

Komplexer Simulations-Prüfstand

Viele Fahrzeugentwickler auf der ganzen Welt betreiben eine der Lösungen von AB Dynamics: Die Suspension Parameter Measuring Machine (SPMM) ist ein komplexer Prüfstand, der das Verhalten eines Fahrzeugs durch die Kombination von Roll-, Nick-, Gier- und Auf/Ab-Bewegungen auf einer beweglichen Plattform simuliert. Unter jeder der vier Radstationen befindet sich ein piezoelektrischer Mehrkomponenten-Kraftsensor zur genauen Erfassung von Kräften und Momenten: Die Reihe 9366C von Kistler besteht aus vier Sensoren, die dank ihrer Steifigkeit und hohen Eigenfrequenz eine hohe Messgenauigkeit bieten. "Die Kraftmesszellen von Kistler liefern uns hochauflösend Messwerte der Nullpunkte, wenn das Fahrzeug auf den Prüfstand montiert wird, und danach messen sie mit sehr hoher Genauigkeit alle während der Kinematik- und Compliance-Tests auftretenden Belastungen am Fahrzeug. Nicht zuletzt sorgen sie dafür, Überlastungen und damit potenzielle Schäden zu verhindern", erklärt Dustan. Angesichts der zunehmenden Komplexität von Fahrzeugtests setzten sich die Ingenieure von AB Dynamics das Ziel, die SPMM komplett zu digitalisieren, um höhere Bandbreiten für weitergehende Testanforderungen in der Zukunft zu ermöglichen. "Unser Ziel war es, die SPMM zu modernisieren mit einer komplett digitalen Messkette und einem geschlossenen Regelkreis für alle Kraftwirkungen", so Dustan weiter. "Es hat ungefähr zwei Jahre gedauert, dieses Entwicklungsprojekt abzuschließen, und der digitale Ladungsverstärker von Kistler war dabei entscheidend." In der neuen SPMM5000e werden die Signale jeder Radstation von zwei digitalen Ladungsverstärkern vom Typ 5074A (mit jeweils vier Kanälen) digitalisiert. Sie fügen sich ein in eine verteilte Ethercat-Topologie, die Kraftmesswerte in Echtzeit bei hohen Frequenzen liefert. "Wir fahren momentan einen 2kHz-Zyklus auf unserer Maschine, aber der Verstärker von Kistler kann noch mehr leisten - der Flaschenhals liegt woanders", erklärt Dustan. "Wir wollen in naher Zukunft auf 4kHz gehen. Außerdem konnten wir die Größe des Schaltschranks um etwa 40 Prozent reduzieren, d.h. die Maschine braucht jetzt viel weniger Kabel und Verdrahtungen und lässt sich deutlich einfacher installieren. Weitere Vorteile sind die große Bandbreite, eine niedrige Latenz und geringer Drift auch in feuchten Umgebungen - um nur einige zu nennen." AB Dynamics hat seine hochmoderne neue Lösung bereits an mehrere Kunden in Europa und Asien ausgeliefert.

Echtzeitmessung von Kräften und Momenten

Eine weitere Eigenschaft des Ladungsverstärkers 5074A ist der umschaltbare Messbereich. Er erlaubt genaue Messungen der Amplitude über fast fünf Dekaden und bietet damit eine große Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungen. "Die Einstellung des Messbereichs kann genutzt werden, um Belastung und Auflösung anzupassen. Wir nutzen die 16Bit-Signale und schätzen zu Beginn die Kräfte. Dann passen wir sie mit Hilfe der ersten Messdaten an", erläutert Dustan. Dieses Vorgehen führt zu einer besonders hohen Datenqualität. Ein kritischer Faktor für die Kunden von AB Dynamics, die die Messergebnisse nutzen, um Entscheidungen bezüglich des Fahrzeugdesigns während des gesamten Entwicklungsprozesses zu treffen. Die Zusammenarbeit mit Kistler fasst Dustan so zusammen: "Wir hätten die neue Maschine ohne den digitalen Ladungsverstärker von Kistler nicht fertigstellen können. Er ermöglicht eine Steuerung der Kräfte im geschlossenen Regelkreis bei hohen Frequenzen - und nicht nur das, dank seiner Kompaktheit können wir die komplette Messkette lokal in die verschiedenen Bereiche der Maschine integrieren. Darüber hinaus hat Kistler für uns die Kraftmesszellen individuell angepasst, so dass sie reibungslos ins neue Setup integriert werden konnten. Kurz gesagt haben sie genau das geliefert, was man von einem Marktführer erwartet: innovative Produkte und kundenspezifische Lösungen."

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