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Sensorik Lastgeschehen mit Sensoren präzise bewerten

| Redakteur: Jan Vollmuth

Eine spezielle Messmethode auf Basis hochgenauer Beschleunigungssensoren reduziert bei Fahrzeugerprobungen die Zahl der erforderlichen Sensoren deutlich. Das Verfahren wird etwa von der MAN Truck & Bus SE genutzt.

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Monalysis montiert die Beschleunigungssensoren von ASC u.a. im Bereich der LKW-Vorderachse. Die dort gemessenen Werte geben Rückschlüsse auf das Belastungsgeschehen am Gesamtfahrzeug.
Monalysis montiert die Beschleunigungssensoren von ASC u.a. im Bereich der LKW-Vorderachse. Die dort gemessenen Werte geben Rückschlüsse auf das Belastungsgeschehen am Gesamtfahrzeug.
(Bild: ASC)

Eine komplexe Aufgabe: Die Vorbereitung und Durchführung einer Fahrzeugerprobung mit einem vollumfänglich ausgerüsteten Versuchsfahrzeug erfordert einigen Aufwand. Alleine die Applikation, Kalibrierung und Einrichtung diverser Messpunkte nimmt in der Regel mehrere Wochen in Anspruch. Bei den Tests werden Daten gesammelt, die den Herstellern wichtige Informationen zum Belastungsgeschehen an ihren Fahrzeugen liefern.

Belastungsdaten im Kundenbetrieb erfassen

„Eine derartige Erfassung von Belastungsdaten an einer Vielzahl von Fahrzeugen im tatsächlichen Kundenbetrieb wäre aus Sicht der Fahrzeugentwickler wünschenswert, scheidet jedoch auf Grund des hohen Aufwands in Verbindung mit den hohen Kosten aus“, erklärt Dipl.-Ing. (FH) Michael Städele, Geschäftsführer der Monalysis GmbH.

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Die Anforderungen an die Robustheit variieren stark von Land zu Land und hängen von den Einsatzbedingungen in der jeweiligen Region ab. „Während Autobahnfahrten herrschen andere Belastungssituationen vor als beim Befahren einer unbefestigten Passstraße“, so Dipl.-Ing. (FH) Benedikt Mundl, bei Monalysis maßgeblich für die Erprobungsfahrten zuständig. Ziel der Untersuchungen ist deshalb, die verschiedenen regionalen und nutzungsabhängigen Belastungen und Beanspruchungen möglichst einfach und an einer Vielzahl von Fahrzeugen zu ermitteln, die der langjährige Kunde MAN bei der Entwicklung seiner LKW berücksichtigen kann.

Aufwand und Kosten reduzieren

Um den Aufwand und die Kosten einer Fahrzeugerprobung zu reduzieren, entwickelten die Analyse-Experten das sogenannte Durability-Transfer-Verfahren. Das Verfahren reduziert die Zahl der erforderlichen Sensoren von mehreren Hundert auf nur noch einige wenige, z.B. zum Erfassen der Beschleunigung am Fahrwerk oder an der Karosserie in Längs-, Seiten- und Hochrichtung. Aus diesen relevanten Leitgrößen lässt sich mittels Deep-Learning-Algorithmen das Belastungs- und Beanspruchungsgeschehen in unterschiedlichen Fahrzeugbereichen ableiten. „Aus den erfassten Beschleunigungswerten können wir Rückschlüsse auf das Belastungsgeschehen am Gesamtfahrzeug oder an einzelnen Komponenten wie Fahrwerk, Rahmen, Anbauteilen oder dem Fahrerhaus ziehen“, erklärt Michael Städele. Aufgrund der deutlich weniger Messstellen und autarken Messdatenerfassung kann jedes Kundenfahrzeug als Versuchsfahrzeug dienen.

Darüber hinaus erlaubt das Durability-Transfer-Verfahren eine Bewertung und Kategorisierung der Straßenqualität. Sind die vertikalen Fahrzeugbeschleunigungen erfasst, können diese genutzt werden, um die Fahrbahngüte eines befahrenen Straßensegments zu bewerten.

Buchtipp

Das Buch Industriesensorik beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Robust und beständig

Für die Erprobungsfahrten an den LKW von MAN verwendet Monalysis triaxiale kapazitive Beschleunigungssensoren von ASC vom Typ ASC 5521MF (Medium Frequency). Sie decken Messbereiche von ±2 bis ±200 g ab und verfügen über einen breiten Frequenzgang von 0 Hz bis 7 kHz (typ. ±3 dB). Die robusten Sensoren bieten zudem eine hohe Beständigkeit gegenüber wiederholten Stoßbelastungen bis 6000g und arbeiten bei Temperaturen bis 125 °C.

Die Beschleunigungssensoren eignen sich nicht nur ideal für Festigkeitsprüfungen, sondern lassen sich auch sehr gut für Prüfstandsanwendungen, Modalanalysen, Fahrkomfortmessungen sowie Crash- und Fahrdynamik-Tests einsetzen.

Benedikt Mundl ist mit den Sensoren und dem Service von ASC sehr zufrieden. Der Ingenieur wird die Sensoren deshalb schon bald in weiteren Fahrzeugen einsetzen. Auf diese Weise kann man weitere Erkenntnisse über das weltweite Belastungs- und Beanspruchungsgeschehen von Fahrzeugen sowie die Straßenqualitäten gewinnen. (jv)

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