Moderne Start-Stopp-Systeme, Hybridantriebe und die Entwicklung hin zu Industrie 4.0 stellen neue Herausforderungen an die Prüftechnik. Diesen begegnet der Stuttgarter Mess- und Testsystemspezialist SMART TESTSOLUTIONS mit der neuen Generation seines Geräts zur Drehzahlsimulation und Erzeugung von winkelbasierten Triggersignalen ISIM-G2. Hauptanwendungsfelder des ISIM-G2 sind Prüfstände für Motoren und moderne Einspritzsysteme.
Für den Betrieb einer Motorelektronik am Prüfstand ist es notwendig, Kurbel- und Nockenwellensignale phasenstabil zu simulieren. Maßgeblich für die Simulation ist die Drehzahl der Antriebswelle des Prüfstandes, die im Teststand die Pumpenwelle des Einspritzsystems antreibt. Im realen Fahrzeug übernimmt diese Aufgabe die Kurbelwelle. Am Teststand wird rückwärts gerechnet, das heißt für jede Antriebs- beziehungsweise Pumpenwellendrehzahl werden die jeweils dazugehörigen Drehzahlen von Kurbel- und Nockenwelle simuliert.
Solange althergebrachte Übersetzungsverhältnisse a la 2:1 von Kurbelwelle zu Nockenwelle und 1:1 von Kurbelwelle zur Pumpenwelle galten, war diese Simulation vergleichsweise einfach beherrschbar. Heutzutage jedoch arbeiten Einspritzsysteme auf der Basis von Common-Rail-Technik, bei der das Verhältnis von der Kurbel- zur Pumpenwelle schon mal ungeradzahlig sein kann, beispielsweise 5:3.
Moderne Antriebssysteme erschweren Simulation
Weitere Entwicklungen, die die Simulation erschweren, sind Start-Stopp-Systeme und Hybrid-Antriebe. „Früher reichte es, wenn unser Gerät ab einer bestimmten Drehzahl und nur in einer Drehrichtung korrekt simulierte Winkelsignale lieferte“, berichtet SMART-TESTSOLUTIONS-Geschäftsführer Wolfgang Neu. Die neuen Eigenschaften moderner Motoren machten jedoch eine korrekte Simulation ab Nulldrehzahl und auch bei Rückwärtsdrehungen notwendig.
Daher hat SMART das ISIM-G2 mit einem neuen, FPGA-basierten Logik-Design ausgestattet. Dieses ist in der Lage, ab Drehzahlen der Antriebswelle >0,5 Umdrehungen/Minute die korrekten Drehzahlen von Kurbel- und Nockenwelle zu simulieren und auch bei sehr hohen Drehzahlbeschleunigungen die Phasenlage der Wellen zueinander nicht zu verlieren. Selbst bei hohen Beschleunigungen weist das ISIM G2 einen maximalen Phasenfehler von 0,2 Grad auf, im Standardbetrieb beträgt er 0,1 Grad.
„Bei Verbrenner-Anwendungen müssen wir pro Sekunde Beschleunigungen von 500 oder 1000 Umdrehungen/Minute verarbeiten, bei den mittlerweile immer häufiger zum Einsatz kommenden Hybridantrieben sind es bis zu 8000 Umdrehungen pro Minute in der Sekunde“, so Wolfgang Neu. Dabei die Phasenstarrheit beizubehalten erfordere ein sehr viel schnelleres Logik-Design als bisher sowie einen neuen Algorithmus.
Triggersignal-Generator integriert
Einspritzsysteme verarbeiten winkelbasierte Signale. Daher generiert das ISIM-G2 winkelbasierte Triggersignale sowie winkel- und drehzahlproportionale Analogsignale. Die Dauer eines Triggersignals lässt sich frei einstellen – und zwar wahlweise als Winkelmaß oder in Zeiteinheiten.
Neben der Drehzahlsimulation ab 0,5 Umdrehungen der Antriebswelle und der erheblich höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit bietet das ISIM-G2 mehr Konfigurationsmöglichkeiten in Bezug auf die simulierbaren Signaltypen. So simuliert es über Induktivgeber und Hallsensoren hinaus beispielsweise auch DG23i-Sensoren, welche die Drehrichtung erkennen. Bei Start-Stopp-Systemen kann es nämlich schon mal vorkommen, dass die Pumpenwelle beim Abschalten des Motors rückwärts dreht.
Technologiewandel hin zu Industrie 4.0
Das ISIM-G2 ist vorrangig für den Betrieb an Prüfständen rund um das Thema Einspritztechnik gedacht, lässt sich jedoch auch für andere Anwendungsfelder nutzen. Denn das Gerät kann gleichzeitig bis zu fünf völlig unabhängige Wellen simulieren, wobei die Abhängigkeiten der Wellen untereinander frei einstellbar sind. Damit lässt sich auch eine Drehzahlsimulation mit vier individuell angetriebenen Rädern realisieren.
Weiteres Feature des ISIM-G2 ist die webfähige Bediensoftware, die es erlaubt das Gerät von jedem beliebigen Arbeitsplatz im Local Area Network aus über einen Webbrowser zu bedienen. „Mit der Integration eines Webservers in das Gerät haben wir den Technologiewandel unserer Geräte hin zu Industrie 4.0 angestoßen “, so Wolfgang Neu.
Für den Betrieb einer Motorelektronik am Prüfstand ist es notwendig, Kurbel- und Nockenwellensignale phasenstabil zu simulieren. Maßgeblich für die Simulation ist die Drehzahl der Antriebswelle des Prüfstandes, die im Teststand die Pumpenwelle des Einspritzsystems antreibt. Im realen Fahrzeug übernimmt diese Aufgabe die Kurbelwelle. Am Teststand wird rückwärts gerechnet, das heißt für jede Antriebs- beziehungsweise Pumpenwellendrehzahl werden die jeweils dazugehörigen Drehzahlen von Kurbel- und Nockenwelle simuliert.
Solange althergebrachte Übersetzungsverhältnisse a la 2:1 von Kurbelwelle zu Nockenwelle und 1:1 von Kurbelwelle zur Pumpenwelle galten, war diese Simulation vergleichsweise einfach beherrschbar. Heutzutage jedoch arbeiten Einspritzsysteme auf der Basis von Common-Rail-Technik, bei der das Verhältnis von der Kurbel- zur Pumpenwelle schon mal ungeradzahlig sein kann, beispielsweise 5:3.
Moderne Antriebssysteme erschweren Simulation
Weitere Entwicklungen, die die Simulation erschweren, sind Start-Stopp-Systeme und Hybrid-Antriebe. „Früher reichte es, wenn unser Gerät ab einer bestimmten Drehzahl und nur in einer Drehrichtung korrekt simulierte Winkelsignale lieferte“, berichtet SMART-TESTSOLUTIONS-Geschäftsführer Wolfgang Neu. Die neuen Eigenschaften moderner Motoren machten jedoch eine korrekte Simulation ab Nulldrehzahl und auch bei Rückwärtsdrehungen notwendig.
Daher hat SMART das ISIM-G2 mit einem neuen, FPGA-basierten Logik-Design ausgestattet. Dieses ist in der Lage, ab Drehzahlen der Antriebswelle >0,5 Umdrehungen/Minute die korrekten Drehzahlen von Kurbel- und Nockenwelle zu simulieren und auch bei sehr hohen Drehzahlbeschleunigungen die Phasenlage der Wellen zueinander nicht zu verlieren. Selbst bei hohen Beschleunigungen weist das ISIM G2 einen maximalen Phasenfehler von 0,2 Grad auf, im Standardbetrieb beträgt er 0,1 Grad.
„Bei Verbrenner-Anwendungen müssen wir pro Sekunde Beschleunigungen von 500 oder 1000 Umdrehungen/Minute verarbeiten, bei den mittlerweile immer häufiger zum Einsatz kommenden Hybridantrieben sind es bis zu 8000 Umdrehungen pro Minute in der Sekunde“, so Wolfgang Neu. Dabei die Phasenstarrheit beizubehalten erfordere ein sehr viel schnelleres Logik-Design als bisher sowie einen neuen Algorithmus.
Triggersignal-Generator integriert
Einspritzsysteme verarbeiten winkelbasierte Signale. Daher generiert das ISIM-G2 winkelbasierte Triggersignale sowie winkel- und drehzahlproportionale Analogsignale. Die Dauer eines Triggersignals lässt sich frei einstellen – und zwar wahlweise als Winkelmaß oder in Zeiteinheiten.
Neben der Drehzahlsimulation ab 0,5 Umdrehungen der Antriebswelle und der erheblich höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit bietet das ISIM-G2 mehr Konfigurationsmöglichkeiten in Bezug auf die simulierbaren Signaltypen. So simuliert es über Induktivgeber und Hallsensoren hinaus beispielsweise auch DG23i-Sensoren, welche die Drehrichtung erkennen. Bei Start-Stopp-Systemen kann es nämlich schon mal vorkommen, dass die Pumpenwelle beim Abschalten des Motors rückwärts dreht.
Technologiewandel hin zu Industrie 4.0
Das ISIM-G2 ist vorrangig für den Betrieb an Prüfständen rund um das Thema Einspritztechnik gedacht, lässt sich jedoch auch für andere Anwendungsfelder nutzen. Denn das Gerät kann gleichzeitig bis zu fünf völlig unabhängige Wellen simulieren, wobei die Abhängigkeiten der Wellen untereinander frei einstellbar sind. Damit lässt sich auch eine Drehzahlsimulation mit vier individuell angetriebenen Rädern realisieren.
Weiteres Feature des ISIM-G2 ist die webfähige Bediensoftware, die es erlaubt das Gerät von jedem beliebigen Arbeitsplatz im Local Area Network aus über einen Webbrowser zu bedienen. „Mit der Integration eines Webservers in das Gerät haben wir den Technologiewandel unserer Geräte hin zu Industrie 4.0 angestoßen “, so Wolfgang Neu.
