Ob Prüfstand oder Teststrecke – ika setzt auf WheelWatch

Vehicle Dynamics Testing: Praxiseinsatz beim Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen University

ika_Messaufbau

Seitdem Kraftfahrzeuge gebaut werden, beschäftigen sich Ingenieure mit der Konstruktion und Entwicklung der unterschiedlichen Komponenten des Fahrwerks, um den Komfort der Fahrzeuge zu erhöhen und gleichzeitig die aktive Sicherheit zu verbessern. In dieser Tradition arbeitet auch der Bereich Fahrwerk des Instituts für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen University. Seit 2013 setzt das ika erfolgreich WheelWatch für ihre Untersuchungen zur Fahrdynamik am Fahrzeug ein.

In Zusammenarbeit mit Autoherstellern und deren Zulieferern arbeitet das Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen University an besonderen Fragestellungen und leistet einen anerkannten Beitrag zur Lösung der aktuellen Herausforderungen. Dessen Ingenieure beherrschen dabei alle Teilschritte der Fahrwerkentwicklung: von der Konzeption und Simulation über die Detailkonstruktion, den Prototypenbau bis zu Funktions- und Dauerfestigkeitstests im Fahrversuch und auf unterschiedlichen Prüfständen. Hervorgegangen aus dem ika ist die fka Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen. Sie forscht seit mehr als 30 Jahren für internationale OEMs und Zulieferer und bietet Beratung, Konzeption, Simulation, Konstruktion, Prototypenbau und experimentelle Erprobung aus einer Hand. Beide Einrichtungen arbeiten eng zusammen.

Zwecks Weiterentwicklung der eingesetzten Messtechnik entstand der Bedarf für ein optisches Hochgeschwindigkeitsmesssystem, das alle wichtigen Messwerte zur Bestimmung der Achskenngrößen wie Spur, Sturz und Verschiebungen in einem Fahrzeugkoordinatensystem liefert. Das System sollte sowohl im Fahrversuch auf der Teststrecke als auch am Prüfstand einsetzbar sowie gegebenenfalls auf andere Messaufgaben übertragbar sein. Heute setzt das ika für die Aufgabe AICONs Messsystem WheelWatch ein.

Berührungslose Hochgeschwindigkeitsmessung von Radbewegungen auf der Teststrecke

Welchen Einfluss verschiedene Arten von Lagern sowohl auf Achsen und Radstellungen als auch auf das Fahrverhalten haben, ist beispielsweise eine der Fragen, die durch eine Einflussanalyse beantwortet werden soll. Dazu werden unterschiedliche Arten von Manövern gefahren. Die Vertikaldynamik wird unter anderem anhand von Geradeausfahrten auf Schlechtwegen untersucht. Für die Erfassung der Querdynamik werden genormte Fahrmanöver wie der VDA-Spurwechsel (nach ISO 3888-2) oder auch Open-loop-Manöver wie stationäre Kreisfahrt und Sinuslenken durchgeführt.

Jeweils eine Achse wird mit dem WheelWatch System ausgerüstet. Über jedes zu messende Rad ist eine Kamera montiert, die zeitgleich den Kotflügel als ortsfestes Referenzsystem und das Rad als zweiten Starrkörper erfasst. Messmarken an steifen Karosseriebauteilen wie dem Kotflügel kennzeichnen das Koordinatensystem des Fahrzeugs. Ein spezieller Adapter in hochfester CFK-Leichtbauweise signalisiert das Rad. Der komplette Aufbau inklusive Referenzierung, Radachskalibrierung und Systemsetup dauert weniger als eine Stunde pro Fahrzeugachse.

Das Testfahrzeug hat neben dem WheelWatch System noch weitere Messtechnik an Bord: beispielsweise Sensoren, die Kräfte und Beschleunigung erfassen; auch Lenkroboter und Kreiselplattformen werden oftmals zeitgleich eingesetzt. Die unterschiedlichen Sensoren sind über verschiedene Schnittstellen (z. B. CAN, Ethernet, Analog) an die Datenerfassung angebunden, die Messdaten werden zeitsynchron zentral zusammengeführt und gespeichert, je nach Anforderung in Echtzeit oder im Post-Processing.

Kinematische Analyse am Prüfstand

Am Achsmessstand des ika wird die Kinematik und Elastokinematik von Fahrzeugen und Achsmodulen gemessen: Radverhalten, Radlasten, Spur, Sturz, Längs-, Seiten- und Vertikalkräfte sowie die Verschiebung der Radaufstandspunkte sind beispielhafte Größen, die hier erfasst werden. Auch hier soll die Frage beantwortet werden, welchen Einfluss einzelne Komponenten auf die Achse haben. Dazu wird ein beladener Zustand des Fahrzeugs simuliert, d. h. das Fahrzeug wird in einen definierten Einfederzustand gebracht. Die Tests werden mit einem mechanischen Radersatzsystem und WheelWatch durchgeführt.

Auch auf dem Prüfstand arbeitet das ika parallel zur Messung mit WheelWatch mit einem eigenen Erfassungssystem für Kräfte und Wege. Ein Messrechner steuert den Prüfstand. Die mit WheelWatch bestimmten 6D Daten (X, Y, Z, 3 Rotationen) werden in Echtzeit via Ethernet-Schnittstelle an die zentrale Datenerfassung geschickt. Ein aufwändiges Post-Processing wird damit vermieden. Das macht die Arbeit mit WheelWatch und die Integration des Systems in komplexere Messabläufe komfortabel und unkompliziert.

Neues System – neuer Komfort

Thomas Horrmann, Teamleiter Benchmarking und Funktionsentwicklung, betreut die Arbeit mit WheelWatch. Er ist äußerst zufrieden mit der Entscheidung für AICON: „Wir haben das WheelWatch System sehr gut in unsere bestehende Testing-Umgebung integriert. Durch das schnelle Aufrüsten sparen wir 30 % der Zeit im Vergleich zu unserem vorherigen Messsystem. Mit WheelWatch sind Fahrversuche wesentlich komfortabler umzusetzen; wir ermitteln jetzt die absoluten Spur- und Sturzwinkel, und nicht wie vorher nur die relativen Werte. Zudem läuft das neue System sehr stabil.“

WheelWatch ist das System mit der höchsten am Markt verfügbaren Genauigkeit für die Überprüfung statischer und dynamischer Fahrzeugparameter. Im Fahrversuch überzeugt das System vor allem durch seine Robustheit und höchste Zuverlässigkeit in der Datenakquisition auch bei widrigsten Umweltbedingungen. WheelWatch gehört zu AICONs modularem Systemkonzept MoveInspect Technology, dass jeder Anwender an seine individuelle Messaufgabe anpassen kann. In Zukunft wird das System daher auch für die Vermessung von anderen Komponenten und Bauteilen eingesetzt werden. Für das Forschungsteam von ika und fka hat sich WheelWatch damit heute als langfristige Messlösung für universelle Messaufgaben bewährt.

Wir bedanken uns beim Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen University und bei der fka Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen für die freundliche Unterstützung!

WheelWatch

WheelWatch ermöglicht die berührungslose Hochgeschwindigkeitsmessung der Radbewegungen auf der Teststrecke oder am Prüfstand. Es bestimmt alle Radparameter inklusive Spur,...

 
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