Mess- Und Prüfstandstechnik: Antriebsstrangentwicklung Hybridisierung Elektrifizierung (der Fahrzeugantrieb) (german Edition)

Die Architektur der Antriebsstränge in Automobilen ändert sich aufgrund von Hybridisierung, Elektrifizierung oder teil- und vollautonomen Fahrzeugen signifikant. Dies hat große Auswirkungen auf die Testsysteme. Simulation und Test realer Komponenten können nur mehr gemeinsam gesehen werden. Das Buch wendet sich an Prüfstandsplaner, -betreiber und Einsteiger für die immer komplexer werdenden Testsysteme für Komponenten und Systeme in Antriebsstrangentwicklung. Es vermittelt eine Übersicht der verschiedenen Prüfstandstypen für alle Komponenten eines modernen Antriebsstrangs. Im zweiten Teil werden spezifische Themengebiete wie Messtechnik, Regelung, Simulation, Hardware-in-the-loop, Automatisierung oder Prüffeldmanagement vertieft. Vorwort 6 Weitere Autoren 7 Inhaltsverzeichnis 9 Formelzeichen und Abkürzungen 14 1 Einleitung 17 1.1 Treiber in der Fahrzeugentwicklung 17 1.2 Anforderungen an Mess- und Prüftechnik 19 1.2.1 Entwicklungsmethodik in der Antriebsstrangentwicklung 19 1.2.2 Einfluss der Entwicklungsmethodik 20 1.2.3 Vernetzte Entwicklungsumgebungen 23 1.3 Aufbau des Buchs 24 2 Prüfstandstypen 26 2.1 Verbrennungsmotorenprüfstände 26 2.1.1 Anwendungsgebiete 26 2.1.2 Aufbau eines Prüfstandes für Verbrennungsmotoren 28 2.1.3 Stationäre Motorenprüfstände 30 2.1.4 Instationäre Motorenprüfstände 31 2.1.5 Forschungsprüfstände 36 2.1.6 Sondermotorenprüfstände 38 2.2 Komponentenprüfstände 40 2.2.1 Prüfstände für Verbrennungsmotorzusatzkomponenten 41 2.2.2 Prüfstände für Heißgaskomponenten 45 2.2.3 Prüfstände für Getriebekomponenten 55 2.2.4 Startermotorenprüfstand 56 2.2.5 Elektromotorenprüfstand 58 2.2.6 Inverterprüfstand 61 2.2.7 Batterieprüfstand 64 2.2.8 Brennstoffzellenprüfstand 66 2.3 Steuergeräte-Prüfstände (HiL) 68 2.3.1 Einführung 68 2.3.2 Aufbau 69 2.3.3 Steuergeräte-Komponententest 72 2.3.4 Steuergeräte-Verbundtest 76 2.3.5 Testautomatisierung 77 2.3.6 Modellbasierte Kalibrierung 77 2.4 Antriebsstrangprüfstände 79 2.4.1 Antriebsstrangprüfstände mit Verbrennungsmotor 79 2.4.2 Antriebsstrangprüfstände mit Prime Mover als Eintrieb 83 2.4.3 Hybridantriebsstrangprüfstände 89 2.5 Fahrzeugprüfstände 89 2.5.1 Rollenprüfstände für Emissionsentwicklung und -zertifizierung 92 2.5.2 Rollenprüfstände für Verbrauchs- und Leistungsmessungen 94 2.5.3 Rollenprüfstände für Dauerlauf und Dauerfestigkeit 97 2.5.4 Rollenprüfstände für NVH-Analysen 99 2.5.5 Rollenprüfstände für EMV-Analyse 101 2.5.6 Rollenprüfstände für erweiterte Applikationen 102 2.6 Rennsportprüfstände 104 2.6.1 Motorenprüfstände im Rennsport 105 2.6.2 Komponentenprüfstände im Rennsport 107 2.7 Abgasprüfstände 109 2.7.1 Übersicht 109 2.7.2 Abgasprüfung für PKW am Rollenprüfstand 111 2.7.3 Abgasprüfung für Nutzfahrzeuge 120 2.7.4 Abgasprüfung für Non-Road Motoren 122 3 Hardwaresicht 124 3.1 Prüfstandsmechanik 126 3.1.1 Schwingfundament 128 3.1.2 Prüflingsaufspann- und Palettensysteme 131 3.1.3 Wellenverbindungen und Berührungsschutz 135 3.1.4 Wellenauslegung 137 3.2 Aktuatoren 139 3.2.1 Mechanische Belastungseinheiten 140 3.2.2 Weitere mechanische Belastungseinheiten 154 3.2.3 Elektrische Belastungseinheiten 156 3.2.4 Klimatische Belastungseinheiten 159 3.3 Messtechnik 169 3.3.1 Temperaturmessung 169 3.3.2 Messung elektrischer Größen 171 3.3.3 Dehnungsmessung 172 3.3.4 Kraft- und Druckmessung 172 3.3.5 Beschleunigungsmessung 174 3.3.6 Drehmomentenmessung 175 3.3.7 Drehzahlmessung 181 3.3.8 Kraftstoffmessung 183 3.3.9 Luftmengenmessung 189 3.3.10 Ölverbrauchsmessung 191 3.3.11 Zündwinkelmessung 193 3.3.12 Lambdasonden 194 3.3.13 Abgasmessung 195 3.3.14 Partikelmessung und Abgastrübung 219 3.3.15 Drall und Tumble 231 3.3.16 Indiziermesstechnik 253 3.3.17 Brennstoffzellenmesstechnik 253 3.4 Messfehler und Genauigkeit 261 3.4.1 Messkette 261 3.4.2 Einfluss des Sensoreinbauortes 262 3.4.3 Messunsicherheiten 263 3.4.4 Interpolationsfehler 263 3.4.5 Kalibrierung und Justierung 265 3.4.6 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) 265 3.5 Bussysteme 268 3.5.1 Übersicht 268 3.5.2 CAN 270 3.5.3 Profibus 274 3.5.4 Industrial Ethernet 277 3.5.5 Weitere Fahrzeugbusse 280 3.6 PC-Schnittstellen 281 3.6.1 RS 282 3.6.2 RS 282 3.6.3 Ethernet, TCP/IP und UDP 283 3.6.4 USB 284 3.6.5 IEEE 285 3.6.6 VXI, VISA, PXI 286 4 Softwaresicht – Prüfstand 287 4.1 Softwarestruktur und Schnittstellenstandards 287 4.1.1 Softwarestruktur 287 4.1.2 Schnittstellenstandards 289 4.2 Messdatenerfassung 296 4.2.1 Arten der Datenerfassung 296 4.2.2 Erfassungszeitpunkt 298 4.2.3 Synchronisierung 299 4.2.4 Modale Kriterien 300 4.2.5 Datenvorverarbeitung 301 4.3 Signalverarbeitung 302 4.3.1 Signalgeneratoren 302 4.3.2 Berechnung 303 4.3.3 Filterung 304 4.3.4 Grenzwertüberwachung 305 4.3.5 Allgemeine Regler 306 4.3.6 Bewertung und Plausibilität 312 4.4 Datenaufzeichnung 314 4.4.1 Stationärmessung 314 4.4.2 Kontinuierliche Aufzeichnung 315 4.4.3 Post-Mortem-Aufzeichnung 315 4.5 Prüfstandsregelung und Simulation 316 4.5.1 Regelung am Verbrennungsmotorprüfstand 316 4.5.2 Regler für Antriebsstrangprüfstände 323 4.5.3 Regelung am Rollenprüfstand 326 4.5.4 Einfache Fahrzeugersatzmodelle 328 4.5.5 Virtueller Fahrversuch 335 4.5.6 Virtuelle Fahrzeugintegration 345 4.5.7 Restbussimulation 349 4.6 Testautomatisierung 351 4.6.1 Prüfablauf 351 4.6.2 Prüfstandszustandssteuerung 354 4.6.3 Automatische Bedatung von Steuergeräten 354 4.7 Messdatenauswertung 364 4.7.1 Messdatenauswahl 364 4.7.2 Messdatendarstellung 367 4.7.3 Datensynchronisierung 371 4.7.4 Formeln und Berechnungen 374 4.7.5 Klassierungen 377 4.7.6 Effizienzsteigerung bei der Datenauswertung 379 4.8 Sicherheit 381 4.8.1 Gefährdungsanalyse und Risikobeurteilung 381 4.8.2 Gefährdungsanalyse an Prüfständen 382 4.8.3 Sicherheitsrelevante Systeme 384 4.8.4 Sicherheitsfunktionen 384 4.8.5 Sicherheitshardware 385 4.8.6 Aufbau der Sicherheitsfunktionen 386 5 Softwaresicht – Prüffeld 391 5.1 Einleitung Prüffeld 392 5.1.1 Einordnung 392 5.1.2 Herausforderungen 392 5.1.3 Prüffeldprozesse 393 5.2 Workflow Management 394 5.2.1 Aufgabenplanung im Prüffeld 394 5.2.2 Auslastungsoptimierung 396 5.2.3 Prüffeldzustandsüberwachung 398 5.3 Ressourcenmanagement 401 5.3.1 Anforderungen an die Prüfmittelverwaltung 401 5.3.2 Beispielanwendung 402 5.3.3 Prüfmitteldaten 403 5.3.4 Wartung von Prüfmitteln 403 5.3.5 Sensorkalibrierdaten 403 5.4 Daten- und Informationsmanagement 405 5.4.1 Ergebnisdatenverwaltung 405 5.4.2 Applikationsdatenmanagement 408 5.4.3 Modellmanagement 411 5.4.4 Namensverwaltung im Prüffeld 412 5.4.5 Datenhaus 413 5.5 Datenmanagement in verteilten Prüffeldern 414 Literaturverzeichnis 416 Sachwortverzeichnis 422 Die Architektur der Antriebsstränge in Automobilen ändert sich aufgrund von Hybridisierung, Elektrifizierung oder teil- und vollautonomen Fahrzeugen signifikant. Dies hat große Auswirkungen auf die Testsysteme. Simulation und Test realer Komponenten können nur mehr gemeinsam gesehen werden. Das Buch wendet sich an Prüfstandsplaner, -betreiber und Einsteiger für die immer komplexer werdenden Testsysteme für Komponenten und Systeme in Antriebsstrangentwicklung. Es vermittelt eine Übersicht der verschiedenen Prüfstandstypen für alle Komponenten eines modernen Antriebsstrangs. Im zweiten Teil werden spezifische Themengebiete wie Messtechnik, Regelung, Simulation, Hardware-in-the-loop, Automatisierung oder Prüffeldmanagement vertieft. Der Inhalt Übersicht.- Treiber in der Fahrzeugentwicklung.- Anforderungen an Mess- und Prüftechnik.- Aufbau des Buchs.- Teil I: Prüfstandstypen.- Komponentenprüfstände.- Steuergeräte-Prüfstände (HIL).- Antriebsstrangprüfstände.- Fahrzeugprüfstände.- Rennsportprüfstände.- Abgasprüfstände.- Teil II: Hardwaresicht.- Prüfstandsmechanik.- Aktuatoren.- Messtechnik.- Datenkommunikation.- Teil III: Softwaresicht - Prüfstand.- Softwarestruktur.- Messdatenerfassung.- Signalverarbeitung.- Datenmanagement.- Prüfstandsregelung.- Simulation.- Automatisierung.- Sicherheit.- Teil IV: Softwaresicht - Prüffeld.- Prüffeld.- Vernetzte Test- und Simulationsinfrastruktur. Die Zielgruppen Prüfstandsingenieure in der Automobilindustrie Prüffeldbetreiber Messtechniker Testingenieure Applikationsingenieure Über die Autoren Prof. Dr. Klaus Lebert, Fachhochschule Kiel, Leiter des Instituts für Mechatronik Dr. Michael Paulweber, AVL List GmbH Graz, Director ITS Research & Technology ​​Die Architektur der Antriebsstr©Þnge in Automobilen ©Þndert sich aufgrund von Hybridisierung, Elektrifizierung oder teil- und vollautonomen Fahrzeugen signifikant. Dies hat große Auswirkungen auf die Testsysteme. Simulation und Test realer Komponenten k©œnnen nur mehr gemeinsam gesehen werden. Das Buch wendet sich an Pr©ơfstandsplaner, -betreiber und Einsteiger f©ơr die immer komplexer werdenden Testsysteme f©ơr Komponenten und Systeme in Antriebsstrangentwicklung. Es vermittelt eine Übersicht der verschiedenen Pr©ơfstandstypen f©ơr alle Komponenten eines modernen Antriebsstrangs. Im zweiten Teil we Die Architektur der Antriebsstrange in Automobilen andert sich aufgrund von Hybridisierung, Elektrifizierung oder teil- und vollautonomen Fahrzeugen signifikant. Das Buch wendet sich an Prufstandsplaner, -betreiber und Einsteiger fur die immer komplexer werdenden Testsysteme fur Komponenten und Systeme in Antriebsstrangentwicklung. Front Matter....Pages I-XVII Einleitung....Pages 1-9 Prüfstandstypen....Pages 11-108 Hardwaresicht....Pages 109-271 Softwaresicht – Prüfstand....Pages 273-376 Softwaresicht – Prüffeld....Pages 377-401 Back Matter....Pages 403-417