Steuerung und Kalibrierung des elektrischen Antriebsstrangs für Automobilhersteller und Tier-1-Zulieferer

Bei Versuchen am elektrischen Antriebsstrang sind die verschiedensten Aspekte zu beachten, insbesondere im Hinblick auf die Optimierung der Leistungsfähigkeit bei gleichzeitiger Minimierung der Leistungsaufnahme:

• Besitzt der Antriebsstrang die für das betreffende Fahrzeug geplanten und erforderlichen Eigenschaften?
• Entspricht das tatsächliche Verhalten des Antriebsstrangs den sich aus den Simulationen ergebenden Vorhersagen?
• Arbeiten die Teilsysteme der verschiedenen Zulieferer so wirkungsvoll zusammen wie geplant?
• Arbeiten die Hochspannungs-Teilsysteme des Antriebsstrangs wie erwartet mit der Niederspannungs-Regelelektronik zusammen?
• Wie müssen die einzelnen Teilsysteme kalibriert werden, um bei Einhaltung der angestrebten Wirkungsgrad-Parameter die gewünschte Leistungsfähigkeit zu erreichen?
• Gestatten die Regelungssysteme ausreichend Fahrspaß, um potenzielle Fahrzeugkäufer zu überzeugen?

In der Grundkonfiguration für die Analyse elektrischer Antriebsstränge kommt mindestens eine ‘Leistungsanalysator’-Kartedes Typs GN310B zum Einsatz. Jede GN310B besitzt drei Leistungskanäle (5 Spannungsbereiche bis ±1500 VDC und 7 Strombereiche zwischen ±75 mA und ±2 A) sowie zwei digitale Kanäle für Drehmoment und Drehzahl. Dargestellt werden Effektivwert, P, S, Q, λ, η, cosϕ, Gesamt-Oberschwingungsverhältnis, i_alpha, i_beta (und weitere Werte) plus Berechnung der Leistung über die volle Bandbreite und der Grundschwingungsleistung.

Die Drehmomente werden mit Drehmomentmessflanschen von HBK erfasst. Ein Beispiel ist der T40B, ein universaler eigenständiger Drehmomentaufnehmer, der das Messsignal digital überträgt und für verschiedene Nenndrehmomente eingesetzt werden kann: 100 Nm, 200 Nm, 500 Nm, 1 kNm, 2 kNm, 3 kNm, 5 kNm und 10 kNm. Der T40B ist optional mit Zeitsignal (Drehzahl) für die dq0-Transformation erhältlich. Darüber hinaus kann das Pendeldrehmoment analysiert werden.

Dank der Kombination aus Rohdatenerfassung und Echtzeit-Leistungsberechnung können sich die Ingenieure mit Perception – live und direkt am Bildschirm – vergewissern, dass der Entwurf und die Parameter des jeweiligen Antriebsstrangs-Versuchs korrekt definiert sind. Es entsteht eine „intuitive Rückkopplung“, die die Produktivität der Ingenieursarbeit maximiert.

Ein entscheidendes Merkmal von Perception ist die Datenbank mit über 100 vordefinierten Formeln einschließlich fortgeschrittener Analysen wie Raumzeiger- oder dq0-Transformation (alias Park-Transformation). Die Datenbank kann mit benutzerdefinierten Formeln erweitert werden, entweder direkt oder mittels der Kombination von Elementen aus Auswahllisten.

Die mit Perception mögliche Stapelverarbeitung gespeicherter Daten gestattet den Ingenieuren Post-Prozess-Analysen für Verifikation und Zertifizierung. Zeit- und Arbeitsaufwand für wiederholt durchgeführte Prüfabläufe entfallen. Und nicht zuletzt können die betreffenden Daten mit Perception aus sicheren Linux-RAID-Arrays in verbreitete Software-Systeme von Drittanbietern, wie Matlab oder LabVIEW, übertragen werden.

Schnellere Erstellung von Oberflächenkarten mit erweiterten Möglichkeiten in der neuen Version von Perception.

• Die zyklusbasierte Aufzeichnung ermöglicht eine selektive Datenerfassung. So können beispielsweise Temperaturdaten kontinuierlich mit niedriger Abtastrate erfasst werden, während hohe Abtastraten für wichtige elektrische Messgrößen nur an jenen Arbeitspunkten eingestellt werden, die für die Oberflächenkarte benötigt werden. Die Daten lassen sich also zielgerichteter erfassen.
• Die automatische Skalierung (Auto Range) wählt selbsttätig auf Grundlage der durch den Power Analyzer erkannten Signalstärke den jeweils besten Bereich. Beim Erstellen einer Wirkungsgradkarte stellt Auto Range beispielsweise nach jedem Drehmomentschritt automatisch den passenden Bereich ein, um die Messunsicherheit möglichst klein zu halten.

Perception automatisiert aber nicht nur die Messung und Datenerfassung. Die Ingenieure können mit dieser Software auch automatisch Daten exportieren, analysieren und Berichte erstellen.

Daher werden die Produkte von HBK unter besonderer Berücksichtigung ihrer Interoperabilität entworfen und hergestellt: Messaufnehmer und Messinstrumente sind per Design integriert. Ein „Plug-and-Play“-Ansatz gewährleistet die einfache Integration einzelner Komponenten der Messkette. Im Interesse möglichst guter Signalqualität und vor dem Hintergrund hoher Produktivitätsanforderungen an die Mitarbeitenden empfiehlt es sich, auch kleine, aber nicht unwesentliche Kabel und Verbrauchsmaterialien bei HBK zu beschaffen.

Auch die Software Perception ist auf optimale Produktivität des Ingenieurs während der Einrichtung des Prüfstands ausgelegt:

• Der Ingenieur kann mit der Prüfstand-Konfigurationsfunktion ganz einfach eine Konfiguration anlegen, indem er die Symbole für Energiequellen, Wechselrichter und Motoren mit der Maus an die richtige Stelle zieht. So lässt sich jeder reale Antriebsstrang in Minuten abbilden.
• Während des Konfigurationsvorgangs werden automatisch Messgeräte und Anzeigen angelegt. Alle Formeln werden automatisch angewandt. Dies vereinfacht die Einrichtungsphase eines Versuchs. Perception erkennt die einzelnen Geräte beim Anschließen automatisch. Der Vorgang ist intuitiv und zeitsparend.

Die Versuchseinrichtung für elektrische Antriebsstränge besteht von Grund auf aus klassenbesten Produkten, die höchstmögliche Genauigkeit und zuverlässige Ergebnisse gewährleisten. Ihr modularer Aufbau und die sichere Integration der einzelnen Komponenten macht die Installation zu einem Kinderspiel. Die Einrichtungen sind flexibel und lassen sich leicht erweitern, so dass langfristige Investitionssicherheit garantiert ist.