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Fahrzeugachsprüfstand mit hochdynamischem Hexapod

DFG-Projekt zur Hardware-in-the-Loop-Simulation mechatronischer Fahrzeugachsen

Heutzutage weisen Fahrzeugachsen eine steigende Anzahl elektronischer Komponenten auf, die den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit verbessern. Die Entwicklung und Prüfung solcher mechatronischer Systeme erfordert den Einsatz effizienter Prüfsysteme. Das Ziel ist es, die Anzahl aufwendiger Fahrversuche zu minimieren und diese durch schnell durchzuführende und reproduzierbare Tests ins Labor zu verlagern.

Multidirektionale Achsprüfung mit einem Hexapod

Mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurde ein neuartiges Prüfkonzept zur multidirektionalen Belastung von gesamten Fahrzeugachsen realisiert. Der Prüfstand besteht aus einem hydraulischen Hexapod mit sechs parallelkinematiksch angeordneten Hydraulikzylindern und ermöglicht die realitätsnahe räumliche Belastung von Fahrzeugachsen. Der Clou dieses Prüfstands besteht in seinem Regelungskonzept und der dynamischen Auslegung und Abstimmung seiner Komponenten, welche die hochdynamische Regelung ermöglichen. Während bei gängigen Prüfständen für Betriebsfestigkeitsuntersuchungen die Anregungssignale durch aufwendige, in vielen Iterationen zu erlernende und damit unflexible Steuerungen realisieren, werden sie hier direkt online aus Messdaten eingeregelt.

Hardware-in-the-Loop-Simulation

Neben dem Einsatz des Prüfkonzepts zur konventionellen Achsprüfung, in der gemessene oder synthetische Fahrbahnprofile direkt aufgeprägt werden, ist auch der Einsatz in einer Hardware-in-the-Loop (HiL) Simulation möglich. Diese aus dem Bereich der Steuergeräteentwicklung bekannte Methode zielt darauf ab, eine Komponente zu testen, ohne das Restsystem physikalisch zu realisieren. Bei der HiL-Simulation einer mechatronischen Fahrzeugachse wird also nur diese real aufgebaut, während die restlichen Komponenten des Gesamtsystems „Fahrzeug“, u. a. Karosserie, Reifen, Fahrer und Umwelteinflüsse, auf einem Echtzeitrechner simuliert werden. Die Kopplung von realer Fahrzeugachse und Restfahrzeugmodell geschieht über den Hexapoden und Sensorik (Kraft-, Wegsensoren). Die HiL-Technik ermöglicht den Test von Achsen mit aktiven Fahrwerkregelsystemen (regelbare Dämpfer, Stabilisatoren) im Systemverbund. Dieses Vorhaben wird ebenfalls von der DFG gefördert.