Praktikum im Lehrgebiet Kfz-Messtechnik

Praktikum im Lehrgebiet Kfz-Messtechnik Die Studenten der Fahrzeugtechnik der HTW Dresden finden ihr zukünftiges Aufgabengebiet hauptsächlich bei den ...
Author: Alexa Waldfogel
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Praktikum im Lehrgebiet Kfz-Messtechnik Die Studenten der Fahrzeugtechnik der HTW Dresden finden ihr zukünftiges Aufgabengebiet hauptsächlich bei den Fahrzeugherstellern, den Zulieferern und den Überwachungsvereinen. Dort kommt es darauf an, bestimmte technische Parameter der Fahrzeuge zu testen und bzw. diese mit den Vorgabewerten abzustimmen. Demnach ist das Praktikum als Bestandteil der studentischen Ausbildung darauf orientiert, praxisrelevante Versuche durchzuführen. Dabei werden die Parameter einzelner Baugruppen erfasst und ausgewertet, aber auch das Gesamtfahrzeug steht mit seinem dynamischen Verhalten im Mittelpunkt des Interesses. Vor jedem Praktikum erhält der Student die entsprechende Anleitung, anhand derer er die nötige Informationen für die Versuche und deren Auswertung erhält. Im Praktikum selbst finden dann unter Anleitung eines Laboringenieurs die Versuche statt. Die Ergebnisse sind i.d.R. zu Hause in Protokollform auszuwerten. Die durchzuführenden Versuche richten sich nach den technischen Möglichkeiten und werden kontinuierlich aktualisiert. Gegenwärtig stehen u. a. folgende technische Ausrüstungen und Prüfstände zur Verfügung, die in das Praktikum integriert sind: 1. Prüfaufbau zur Schwerpunktbestimmung eines Fahrzeugs Für Untersuchungen zu den Bewegungen des Fahrzeugs ist die Kenntnis der Schwerpunktlage erforderlich. Der Schwerpunkt ist eine Bezugsgröße im fahrzeugfesten Koordinatensystem, wobei für die meisten Betrachtungen die Lage in x-Richtung besonders wichtig ist. Wenn die unabgefederten Massen bekannt sind, kann die Lage des Aufbauschwerpunktes auch in zRichtung explizit ermittelt werden. Da eine rein analytische Bestimmung zu aufwendig ist, sollen die erforderlichen Angaben in einem Versuch gewonnen werden. Dazu wird das Fahrzeug auf Radlastwaagen gestellt. Zunächst lässt sich über die statischen Achslasten die Schwerpunktlage in x-Richtung berechnen. Anschließend wird das Fahrzeug einseitig an einem Kran angehoben. Es ergeben sich jetzt Änderungen der Achslast, an der auf der Fahrbahn verbliebenen Achse. Daraus wird die vertikale Schwerpunktlage ermittelt.

Abb. 1 Vorbereitungsarbeiten am Versuchsstand

Abb. 2 Angehobenes Fahrzeug und Bestimmung der Hubhöhe

2. Endoskopische Betrachtung am Fahrzeug und seiner Baugruppen Die Hauptaufgabe der technischen Endoskopie in der Fahrzeugtechnik besteht in der schnellen und demontagefreien Untersuchung und Bewertung sonst unzugänglicher Fahrzeughohlräume jeglicher Art zur Gutachtenerstellung und Schadensdiagnose. Hauptuntersuchungsgebiete sind dabei Motoren, Getriebe und Karosserien von Kraftfahrzeugen. Die Ausrüstung besteht aus einem Bildschirm, einer Tastatur, der Lichtquelle, einem Akkupack für mobile Anwendungen und einer Anzahl von flexiblen sowie starren Endoskopen mit verschiedenen Blickwinkeln, Durchmessern und Schwenkbereichen. Die aufgenommenen Bilder können digital auf eine Speicherkarte gesichert werden.

Abb. 3 Ausrüstung zur Endoskopie

Die flexiblen Ausführungen der Endoskope ermöglichen auch die Sichtung von sonst verborgenen Hohlräumen im Motor bzw. besonders schwer zugänglichen Bereichen der Karosserie. Dadurch können Vorschäden oder auch vorausgegangene Instandsetzungen, die von außen nicht mehr erkennbar sind, diagnostiziert werden.

Abb. 4 Beispielaufnahmen Endoskopie aus Motor, Getriebe und Karosserie

3. Erfassung der Kennlinien eines Unterdruckbremskraftverstärkers Um das Kennfeld eines Unterdruck-Bremskraftverstärkers zu erstellen, welches den erzeugten Leitungsdruck als Funktion der Pedalkraft (Fußkraft) darstellt, werden mehrere Messeinrichtungen benötigt. Als weitere veränderliche Größe dient der im Bremskraftverstärker durch den Ejektor einstellbare Unterdruck. Zusätzlich werden der Pedalweg durch ein Seilzugpotentiometer sowie der Hydraulikdruck im Leitungssystem durch einen Drucksensor erfasst. Die Messwertaufbereitung erfolgt durch diverse Schnittstellenprogramme und die Verarbeitung sowie Visualisierung mit DIAdem. Hierfür wurden Schaltpläne und Autosequenzen für die automatisierte Auswertung erstellt.

Abb. 5 BKV Prüfstandsaufbau

Abb. 6 Auswertung BKV-Kennfeld

Die Einleitung der Bremskraft erfolgt mittels eines Pneumatikzylinders. Der für den Bremskraftverstärker notwendige Unterdruck wird durch einen Ejektor mit Zuluftsteuerung erzeugt. Der Ejektor beinhaltet ein Magnetventil, für die Zylindersteuerung ist ein 5/3 Wegeventil mit geschlossener Mitte notwendig, um diesen ein- und ausfahren zu können. Im Ergebnis kann das Ansprechverhalten sowie die Verstärkung des Bremskraftverstärkers in Abhängigkeit des Unterdrucks bis zum sogenannten Aussteuerpunkt und darüber hinaus beurteilt werden. 4. Rollenprüfstand Bei dem Rollenleistungsprüfstand handelt es sich um einen Doppelrollenprüfstand für einachsig angetriebene Fahrzeuge. Der Prüfstand verfügt über eine Wirbelstrombremse und eine Asynchronmaschine. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit beträgt 200 km/h. Im Betrieb mit der Wirbelstrombremse sind Radleistungen bis 230 kW messbar. Die Erfassung der Rollenumfangskraft erfolgt dabei über eine Kraftmessdose (max. Radumfangskraft 5000 N). Die Asynchronmaschine hat eine Leistung von 95 kW und kann damit den Prüfstand antreiben oder abbremsen. Dieser technische Aufbau des Prüfstandes vereint die Anforderungen eines Rollenleistungsprüfstandes mit denen eines Abgasrollenprüfstandes.

Abb. 7 Rollenleistungsprüfstand Durch die Asynchronmaschine und deren PC-gestützte Steuerung und Regelung ist es möglich, die Fahrwiderstände des Fahrzeuges auf der Straße real auf dem Prüfstand zu simulieren und damit korrekte Verbrauchs- und Abgasmessungen durchzuführen. Mit zusätzlicher Messtechnik ist es auch möglich, spezielle Untersuchungen an den Fahrzeugbaugruppen vorzunehmen.

Abb. 8 Steuerung Prüfstand Für die Kraftstoffverbrauchsmessung steht eine volumetrische Kraftstoffverbrauchsmesseinrichtung der Firma AVL zur Verfügung. Die Untersuchungen erfolgen nach gesetzlich vorgegebenen oder frei wählbaren Zyklen, die wiederum dem Fahrer über ein so genanntes Fahrerleitgerät direkt über einen Bildschirm

angezeigt werden. Alle üblichen Fahrzyklen sind bereits einprogrammiert, so z.B. NEFZ, FTP 75, US 06, WLTP.

Abb. 9 Kraftstoffverbrauchsmessgerät AVL

Abb. 10 Volumen- und CO2 Messgerät Junkalor

Üblicherweise werden bei den Zyklusfahrten die Messwerte Öltemperatur, Ansauglufttemperatur, Kraftstofftemperatur, Luftdruck, Motordrehzahl, Momentanverbrauch, Kraft und Leistung an der Rollenoberfläche, Rollengeschwindigkeit, CO2-Emissionen und Abgasvolumenstrom erfasst und ausgewertet. Aus diesen Werten lässt sich eine Vielzahl weiterer physikalischer Größen berechnen.

Abb. 11 Kraftstoffverbrauch, Motordrehzahl und Radleistung während einer Zyklusmessung

5. Achsvermessung Im Zusammenhang mit dem Technikum Fahrzeugtechnik wurde eine neue Achsmesstechnik für PKW in Betrieb genommen. Bisher fand die Ausbildung an dem Achsmesscomputer „Diplomat“ von John Bean statt. Bei diesem Gerät wurden die Messköpfe über Infrarotsender angesteuert. Die technischen Anforderungen an die Handhabung des Gerätes und an den Messplatz selbst waren relativ hoch. Das neue Gerät „Geoliner“ wird auf einer Hebebühne eingesetzt und erlaubt dank seiner kamerageführten Messdatenerfassung eine sehr schnelle und zuverlässige Messung. Der integrierte Achsmesscomputer vereinfacht wesentlich die Interpretation der Ergebnisse aus den Vorder- und Hinterachsvermessungen. Die relevanten Parameter der unterschiedlichsten Fahrzeugtypen sind bereits einprogrammiert und stehen zur Auswertung zur Verfügung.

Abb. 12 Achsmesstand des kamerageführten Achsmesscomputers Mit Hilfe der Hebebühne kann das Fahrzeug auf eine geeignete Arbeitshöhe angehoben werden. Dadurch sind auch Arbeiten zur Achseinstellung einfach und reproduzierbar geworden. 6. Vierstempelprüfanlage (Straßensimulator) Während der Rollenprüfstand die Bewegungen des Fahrzeugs in x-Richtung simuliert, können mit dem Straßensimulator die Bewegungen in z- Richtung vorgegeben und analysiert werden. Auf einem Spannfeld sind vier Hydraulikzylinder postiert, auf denen das Fahrzeug sich befindet. Über eine Prüfstandssteuerung wird nun das Fahrzeug vertikal über die Radaufstandspunkte angeregt. Die Antwortsignale können an beliebiger Stelle im oder am Fahrzeug aufgenommen werden. Wahlweise werden als Eingangssignale Unebenheitsverläufe von Straßen eingegeben werden oder auch Beschleunigungssignale an den Achsschenkeln, die zuvor bei einer Straßenfahrt gemessen wurden. Die Auswertung der dabei gewonnenen Messgrößen kann im Zeit- oder im Frequenzbereich erfolgen.

Abb. 13 Mercedes-Benz S500 auf dem Prüfstand Der Prüfstand hat folgende Parameter: Max. Radmasse: Zylindernennkraft: Zylinderhub: Max. Geschwindigkeit: Max. Beschleunigung:

875 kg 40000 N +/- 150 mm 2,1 m/s 250 m/s2

Mit dieser Anlage könne Untersuchungen zur schwingungsseitigen Beanspruchung des Fahrzeugs (Komfortbetrachtung) aber auch Betriebslastuntersuchungen vorgenommen werden.

7. Messfahrzeug für Straßenversuche Die Kenntnis des dynamischen Verhaltens von Fahrzeugen im Straßenverkehr ist wichtig, um den wirtschaftlichen Einsatz der Fahrzeuge verstehen zu können. Dadurch lassen sich beispielsweise unmittelbar Auswirkungen von verkehrsregelnden Maßnahmen auf den Kraftstoffverbrauch ermitteln. Aber auch das richtige Bewerten von fahrdynamischen Manövern setzt voraus, dass derartige Prozeduren praktisch ausgeführt werden. Stellvertretend für die unterschiedlichsten Aufgabenstellungen bei der Fahrzeugerprobung, wurde ein Fahrzeug zu einem universellen Messfahrzeug umgebaut.

Abb. 14 Messfahrzeug Opel Movano In diesem Fahrzeug sind unterschiedliche Messwerterfassungssysteme installiert. Grundbestandteile sind eine GPS-Anlage mit zusätzlichen Beschleunigungsaufnehmern in die Koordinatenrichtungen, ein Momentankraftstoffverbrauchsmessgerät und ein umfangreiches Auswertetool für OBD-Signale. Die zentrale Datenerfassung erfolgt mittels LabVIEW. Dadurch besteht die Möglichkeit, bereits während der Fahrt alle Signale auf einer on-line –Anzeige zu verfolgen aber auch später im Büro die aufgezeichneten Signale auszuwerten. Bei Bedarf kann die installierte Technik mit weiteren Sensoren ergänzt werden. Für ausgesuchte Anwendungsfälle wird auch diese Messtechnik in andere Fahrzeuge installiert, um vergleichbare Untersuchungen vorzunehmen. Neben den hier geschilderten Versuchsaufbauten sind weitere Messgeräte vorrätig, um diverse Untersuchungen an Fahrzeugen und deren Baugruppen vorzunehmen. Dazu gehören auch Schallpegelmesser und das Pulse-System für Modalanalysen.

Abb. 15 Beispiel für eine Modalanalyse an einer Abgasanlage

Bei Anfragen zu den hier gezeigten Versuchsaufbauten und Anwendungsmöglichkeiten wenden Sie sich bitte an:

Prof. Dr.-Ing. N. Brückner Tel.: 0351/462 2784 Fax: 0351/462 3310 Mail: [email protected]

Dipl.-Ing. (FH) M. Holz Tel.: 0351/462 2672 Fax: 0351/462 3310 Mail: [email protected]