Garantiert standfest – Komponentenprüfstand für sichere elektromechanische Parkbremsen bei Continental, Division Chassis & Safety

Der Continental Konzern gehört zu den führenden Automobilzulieferern weltweit. Zum Leistungsumfang zählen Bremssysteme, Systeme und Komponenten für Antrieb und Fahrwerk, Instrumentierung, Infotainment-Lösungen, Fahrzeugelektronik, Reifen und technische Elastomerprodukte. MicroNova unterstützt Continental während der Entwicklungsphase eines Bremssattels mit elektromechanischer Parkbremse.

Im Rahmen des Projektes wurden bereits erfolgreich abgeschlossen:

• HiL-Prüfstand für EPB-Steuergeräte
• UMR EPB (Universales Mess-Rack Elektromechanische Park-Bremse)
• Aktuator Dauerlauf-Prüfstand
• Komponentenprüfstand für motorbetriebene Bremssättel

Die elektromechanische Parkbremse im Einsatz
Der Einzug der Elektronik hat auch vor der Feststellbremse nicht Halt gemacht. So wird das knarrende Festziehen der Bremse bald der Vergangenheit angehören. Die elektromechanische Parkbremse wird im Gegensatz zur herkömmlichen Feststellbremse nicht mit einem Hand- oder Fußbremshebel betätigt, sondern automatisch aktiviert, beispielsweise bei abgestelltem Motor oder im Stand. Bei genauerer Betrachtung stellt der alltägliche Bremsvorgang hohe Anforderungen an das elektrische Feststell-Bremssystem. Es muss ein sicherer Stand des Fahrzeugs auch unter ex­tremen örtlichen Begebenheiten, wie einer Hanglage, sichergestellt sein. Das Gleiche gilt bei wechselnden klimatischen Bedingungen. Eine einwandfreie Funktionalität des Bremssystems muss auch beim Parken in Duplex-Garagen, auf Fähren oder Autozügen gewährleistet sein.

Bremssattel mit elektromechanischer Parkbremse © Continental Konzern

Anforderungen an einen Prüfstand des Antriebsmoduls
Das Antriebsmodul wandelt als Teil des Gesamtsystems Parkbremse das Drehmoment eines Elektromotors in ein hohes Drehmoment um. Die letzte Getriebestufe weist durch den Schneckentrieb eine Selbsthemmung auf. Das Aufgabengebiet des Prüfstandes umfasst unter anderem folgende Anforderungen:

• Bestimmung des Wirkungsgrades einzelner Getriebestufen und des Gesamtsystems. Für eine hohe Signalgüte ist eine extrem reibungsarme Lagerung der Antriebswellen notwendig.
• Reibungsfreie Abdichtung der Wellen, Vermeidung von Eisansatz in der Klimabox und an den Wellen
• Funktionsprüfungen und Nachbildung realitätsnaher Betriebsarten
• Aufnahme von Motorkennlinien
• Dauerläufe und Einzelversuche
• Klimabox zur Nachbildung definierter klimatischer Bedingungen
• Automatische Protokollierung
• Einfaches Handling zum schnellen Prüflingswechsel
• Drei unabhängige Antriebssysteme vom Highspeed-Antrieb (20.000 rpm) bis hin zum drehmomentstarken Abtrieb (bis 40 Nm)

MicroNova konnte Continental durch eine intensive Konzeptphase überzeugen und wurde beauftragt, die einzelnen Komponenten so auszulegen, dass eine hochwertige und gleichzeitig kostengünstige Ausführung erzielt wurde.

Die Software des Prüfstandes
Die Messtechnikapplikation wurde unter dem Betriebssystem Windows XP entwickelt. Ein FPGA (Field Programming Gate Array) liefert den Kern für Messdatenerfassung, Sicherheitsüberwachungen und Regelung. So wurde eine Datenerfassung und -verarbeitung mit einer Abtastrate von 1 ms umgesetzt. Die Erfassung der Stromaufnahme des Antriebsmotors erfolgt mit einem Messtakt von 20 kHz. So lassen sich durch die Kommutierung verursachte Stromripple präzise aufzeichnen.

Die gesamte Übertragungskette, angefangen vom Prüfling bis hin zu den Antrieben mit Umrichter, weist ein sehr komplexes Übertragungsverhalten auf. Durch Nichtlinearitäten neigt das Gesamtsystem zu hohen Überschwingern auf der Abtriebsseite. Durch eine hochwertige Regelung werden diese Schwingungen nahezu vollständig gedämpft. Eine extrem schnelle Regelung allein ist kein Garant für eine hohe Regelgüte, sondern oftmals wird dadurch sogar das Gegenteil erreicht! Durch einen PI-Zustandsregler mit Störgrößenaufschaltung und Durchgriff lassen sich aber auch die schwierigsten Regelungsprobleme in den Griff bekommen.

Durch unterschiedliche Parametersätze können sowohl Drehmoment als auch Drehzahl geregelt werden. Dabei ist mit Blick auf die vielen Freiheitsgrade ein tiefgreifendes Verständnis des Gesamtsystems Voraussetzung für die richtige Parametrierung. Je nach Testfall werden die entsprechenden Parametersätze auf das FPGA geladen. Eine adaptive Anpassung, um beispielsweise auf unterschiedliche Prüflinge zu reagieren, ist problemlos möglich.

Mechanischer Aufbau
Der Prüfstand wurde in Zusammenarbeit mit der Firma idee-werk realisiert. Er bietet nicht nur funktionell, sondern auch optisch besondere Highlights:

• In drei Dimensionen verstellbare  sowie auch schwenkbare Antriebssysteme
• Klimakammer für einen Temperaturbereich von -40°C bis 120°C
• Einfache Adaption unterschiedlicher Baustände
• Reibungsarme Lagerung der Wellen
• Kalibrierbarkeit aller Sensoren im Prüfstand
• Modularer Aufbau, leichte Wartbarkeit
• Gute Zugänglichkeit des Antriebsmoduls und der Antriebe von allen Seiten
• Schnappverschlüsse zur schnellen Demontage der Klimakammer
• Aufbau, Umbau sowie Einrichtung durch eine Person möglich
• Kompakte Bauform, alle elektrischen Einschübe sind im Prüfstand integriert.
• Zahlreiche Ablagemöglichkeiten

Fazit
Der Komponentenprüfstand für Continental bietet weitreichende Möglichkeiten zur Verifizierung von Prüflingen. Die Anwendungen reichen von Belastungstests, Dauerlaufversuchen und Wirkungsgradbestimmungen bis hin zu individuellen Funktionstests. Die Testtiefe wird durch Einsatz einer Klimabox enorm erweitert.

Im Bereich kleiner bis mittlerer Leistung eignet sich der Prüfstand hervorragend für rotierende Drehmomentwandler und Antriebseinheiten. Ein weiter Drehzahlbereich, der bisher nur teuren Highspeed-Synchronmaschinen vorbehalten war, wird durch Einsatz hochwertiger Standardkomponenten erreicht. Die Kombination aus exzellenter Antriebstechnik und hochwertiger Mechanik, gepaart mit einer flexiblen Ansteuerung und Regelung, eröffnet ein weites Anwendungsgebiet in der Prüftechnik.