Blick unter die Haube

Der so genannte Aggregatefreigang, sprich der Freigang bei Motor- und Getriebebewegungen, ist bei der Entwicklung von Fahrzeugen eine wichtige Größe. Die Konstrukteure brauchen präzise Aussagen zu diesem Thema, denn nur mit den entsprechenden Daten lässt sich der Bauraum des Motors optimal gestalten. So darf zum Beispiel der Motor bei Schalt- und Fahrvorgängen nicht mit anderen Bauteilen im Motorraum kollidieren. Mit dem optischen Mess-System EngineWatch der Aicon 3D Systems GmbH lassen sich die Motorbewegungen mit der erforderlichen Genauigkeit messen.

Das System erfasst die Motorbewegungen berührungslos in sechs Freiheitsgraden während einer Testfahrt und auf dem Prüfstand. Durch die neue Technik werden klassische Sensoren wie mechanische Wegaufnehmer ersetzt. Die Bewegungen der Messpunkte, also deren Position und Orientierung, werden direkt als Absolutwerte im Fahrzeugkoordinatensystem dargestellt.

Zur gleichen Zeit können auch Bewegungen anderer relevanter Bauteile im Motorraum erfasst werden, etwa die des Batteriekastens. Das optische System arbeitet berührungslos, also ohne mechanische Kopplung zum Motorblock, und liefert daher zuverlässige Messdaten auch unter extremen, dynamischen Bedingungen. Die Messfrequenz liegt bei 490 Hz. Dabei lassen sich die Messdaten über einen beliebig langen Zeitraum zuverlässig aufzeichnen.

Das Mess-System arbeitet mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. Das Modell besteht aus einem hochauflösenden CMOS-Sensor, einem integrierten Hochleistungsblitz und einem Bildauswerteprozessor. Die Kamera bietet die für Hochgeschwindigkeitsversuche erforderlichen kurzen Belichtungszeiten im Mikrosekundenbereich. Zusätzlich verfügt das Gerät über die notwendige Robustheit und Langzeitstabilität.

Die Kamera ist an einer Halterung montiert und blickt direkt auf den Motorblock. Das Messprinzip basiert auf der Erfassung von Relativbewegungen zweier Starrkörper. Dazu wird der Motorblock mit Referenzpunkten versehen. Eine weitere Referenzpunktfläche wird mit einer Halterung an der Fahrzeugkarosserie so aufgebracht, dass beide gleichzeitig von der Kamera erfasst werden können. Laut Hersteller dauern die Montage und das Einmessen des Systems nicht länger als eine halbe Stunde. Die Position der Kamera zum Motorblock muss nicht stabil zu sein, da das System sich selbst über die Referenzpunkteflächen im Messtakt zum Fahrzeug orientiert und auf diese Weise jede Kamerabewegung rechnerisch kompensiert. Eigenbewegungen der Kamera beeinflussen daher nicht die Messergebnisse.

Die Messbilder werden direkt im Sensor ausgewertet und die digitalen Daten in Echtzeit an das Notebook gesendet. EngineWatch bestimmt die Position der Messpunkte und die Drehwinkel als absolute Werte im Fahrzeugkoordinatensystem. Zur Präsentation der Ergebnisse wird ein Weg-Zeit-Diagramm für die Bewegungen im Fahrzeugkoordinatensystem erstellt. Die Messergebnisse können über eine Schnittstelle direkt an eine weiterverarbeitende Software exportiert werden. So lassen sich die gemessenen Bewegungen zum Beispiel in einem CAD-System visualisieren.

Uwe Böttger uwe.boettger@konradin.de

Anfang des Jahres traten neue Bewertungsverfahren für die so genannten EURONCAP-Tests in Kraft (EURONCAP steht für European New Car Assessment Programme). Die Änderungen sind eine echte Herausforderung für die Autobauer und deren Entwicklungspartner, denn sie schreiben eine Reihe neuer Tests am Fahrzeug vor – speziell für die Sicherheits- und Komfortmerkmale am Sitz. Beim Heckaufprallversuch wurde zum Beispiel der so genannte Whiplash-Test eingeführt, der ausschließlich an Schlittensystemen durchgeführt wird. Er gibt Aufschluss über die Belastung der Halswirbelsäule beim Aufprall, also dem bekannten HWS-Syndrom. Hierfür sind besondere Dummies, so genannte BioRID-Dummies (Biofidelic Rear Impact Dummies) erforderlich, die über zusätzliche Winkel- und Beschleunigungssensoren verfügen. Diese speziellen Dummies bewegen sich wie ein menschlicher Körper, wenn er einem Stoß von hinten ausgesetzt wird. Auf diese Weise lassen sich die Kräfte messen, die auf den Hals einwirken.

Gemeinsam mit einem Hersteller von Autositzen hat der Mess-Spezialist Aicon das Dummypositioniersystem DPS für diese neuen Anforderungen fit gemacht. Mit dem DPS-System kann für die Tests nicht nur die Positionierung des Dummies vorgenommen werden, sprich die richtige Lage von Kopf, Knie oder Kopfwinkel. Der Anwender kann zudem mit einem handgeführten Taster 3D-Punkte entsprechend der Vorschrift auf den Dummy oder auf das Schlittensystem übertragen.

Das DPS-System übernimmt auch alle Symmetriemessungen und die Messung zusätzlicher Punkte am Sitz. Dazu zählen zum Beispiel Drehversteller, Kopfstütze oder Lehne. Außerdem lässt sich der Abstand des Kopfes zur Kopfstütze in kurzer Zeit ermitteln. Schließlich erfasst das System den Kopfauftreffpunkt an der Kopfstütze, was beim Whiplash-Test vorgeschrieben ist. Die Ergebnisse werden automatisch ausgewertet und in Form von anschaulichen Berichten dokumentiert. Anwender des Systems schätzen die hohe Reproduzierbarkeit der Messungen und die Zeitersparnis bei der Versuchsvorbereitung und -durchführung. ub