Datenerfassung für unsere Mobilität

Elektrokleinstfahrzeuge sind fester Bestandteil urbaner Mobilität. Ihre Sicherheit und Langlebigkeit erfordern umfassende Tests. Das imc ARGUSfit-System bietet eine flexible, modulare Lösung zur präzisen Datenerfassung – sowohl auf Prüfständen als auch bei realen Fahrtests. So unterstützt imc Entwickler bei der Optimierung und Validierung für hohe Produktqualität. 

E-Bikes und E-Scooter sind im Straßenbild von Städten und Großstädten kein seltener Anblick mehr, denn diese Elektrokleinstfahrzeuge ergänzen den öffentlichen Nahverkehr auf der „letzten Meile“. Die Fahrzeuge sind darauf ausgelegt, Entfernungen zurückzulegen, die zum Autofahren zu kurz, zum Gehen jedoch zu weit sind. Wesentlich beigetragen zur Verbreitung und zur Weiterentwicklung dieser elektrischen Mobilitätslösungen haben die Verfügbarkeit kostengünstiger Batterien, Displays und GPS-Systeme. Um kritische mechanische und elektrische Defekte zu verhindern, die die Sicherheit der Nutzer und der Öffentlichkeit gefährden könnten, müssen Entwickler und Hersteller die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Fahrzeuge durch eine gründliche Validierung sicherstellen. 

Eine solche umfasst zahlreiche Parameter, angefangen bei der strukturellen Betriebsfestigkeit, über zuverlässige Bremsen bis hin zur Sicherheit der Batterie. Dafür braucht es eine vielseitige, flexible und modulare Datenerfassungslösung, die sich schnell an wechselnde Testszenarien anpassen kann – sowohl bei mobilen Testfahrten als auch auf stationären Prüfständen. Dadurch lässt sich wertvolle Zeit einsparen und aus den Messdaten umfassende Einblicke und Erkenntnisse gewinnen, was letztlich zur höchsten Produktqualität führt. 

Normen für Elektrokleinstfahrzeuge 

Europaweit und international existieren so gut wie keine einheitlichen Standards für die Betriebssicherheit von elektrisch angetriebenen Kleinstfahrzeugen. Festzuhalten ist, dass vor allem die Eigenschaften der Batterie im Fokus stehen. Es geht dabei insbesondere darum, die Sicherheit der Benutzer und der Umwelt zu erhöhen: da Mikro-Fahrzeuge als Transportmittel der letzten Meile in Ergänzung zum öffentlichen Nahverkehr genutzt werden und Anwender diese in Bussen und Bahnen transportieren möchten, gilt es, eine Brand- oder Explosionsgefährdung (thermal runway) durch technische Defekte der Batterie auszuschließen. Darüber hinaus entscheidet in Deutschland das Kraftfahrtbundesamts mittels Prüfung über die allgemeine Betriebserlaubnis (ABE), ob ein Fahrzeug auf der Straße fahren darf. Neben der Sicherheit ist auch die Nachhaltigkeit von E-Scootern ein Aspekt, weshalb die Bauweise auf eine möglichst lange Lebensdauer abgestimmt sein sollte. 

Sicherheit, Nachhaltigkeit und Produktoptimierung 

Im Bereich mechanische Sicherheit wird die sogenannte Betriebsfestigkeit geprüft. Damit sind Test zur Materialermüdung („Fatigue“) gemeint, mit denen die strukturelle und dynamische Belastbarkeit untersucht wird und Ausfälle statistisch vorhergesagt werden können. Somit dienen sie auch als Entwicklungsmethodik, um durch angepassten Entwurf Ausfälle und Materialversagen zu vermeiden, beziehungsweise das Produktdesign bei vorgegebenen Lebensdauer-Anforderungen zu optimieren in Bezug auf Gewicht, Energieverbrauch, Herstellungs- und Betriebskosten sowie möglichen Kompromissen zwischen diesen Kriterien. Bei solchen Ermüdungstests werden das Fahrzeug oder einzelne Komponenten gezielt definierten Belastungen ausgesetzt. Dies geschieht entweder unter realen Bedingungen oder auf Prüfständen, wo Aktuatoren entsprechende Lastsituationen nachbilden. 

Im Gegensatz zur Prüfung auf maximaler Belastbarkeit zeigt sich während des Fatigue-Tests, dass nicht nur ein einzelnes Ereignis, sondern insbesondere eine große Anzahl von Lastzyklen oder Vibrationen, die sich jeweils weit unterhalb des maximalen Belastungslevels abspielen zum finalen Versagen führen können. Die Strukturen entwickeln quasi ein „Gedächtnis“ für ihre Belastungshistorie. Dem zugrunde liegen Prozesse der Bildung und des Wachstums von Mikrorissen in den Werkstoffstrukturen, welche als akkumulierende Schädigungen schließlich zum Ermüdungsbruch führen. Diese Vorgänge lassen sich mathematisch modellieren und statistisch prognostizieren. 

Straßentests und Prüfstands Messungen 

In der Praxis werden Dehnmessstreifen (DMS) verwendet, um mechanische Spannungen, Kräfte und Vibrationen zu messen. Während Prüfstände präzise und wiederholbare Bedingungen bieten, liefern Straßentests wichtige reale Belastungsdaten, die sich dann wiederum auf dem Prüfstand effizient nachbilden lassen. Dies kann sogar dadurch vereinfacht und beschleunigt werden, dass reale und komplexe Belastungsprofile durch einfache Sinuskurven mit beschleunigter Frequenz ersetzt werden, die jedoch identische Ermüdungsbelastungen repräsentieren. Somit lassen sich Monate oder Jahre realen Betriebs in wenigen Teststunden oder Tagen simulieren. 

Vorteil einer integrierten Messlösung 

Das imc ARGUSfit-System ist ein kompaktes, leichtes und modulares Messsystem, das gleichermaßen für mobile Tests an kleinen Elektrofahrzeugen und für stationäre Prüfungen geeignet ist. Dank seines modularen Aufbaus lässt es sich schnell an unterschiedliche Anforderungen anpassen. 

Beim Test eines Elektro-Motorrads wurde das imc ARGUSfit-System beispielsweise eingesetzt, um sowohl die Betriebsfestigkeit als auch Betriebsparameter der Batterie, Motordaten und Temperaturverteilungen synchron zu erfassen.  

imc ARGUSfit ist ein universell einsetzbares Messsystem, das dank flexibel kombinierbarer Module sowohl analoge Sensoren und Signale als auch digitale Feldbusse wie CAN FD erfasst. Mit Kanal-Abtastraten von bis zu 500 kHz können auch hochdynamische Signale aufgezeichnet werden und die maximale Summen-Datenrate des Gesamtsystems von 5 MS/s lässt sehr viel Spielraum für Kapazität und Performance der gesamten Messanwendung. Dabei können sowohl sehr schnelle als auch sehr langsame Abtastraten in beliebiger Anzahl kombiniert werden. Der miniaturisierte Formfaktor und die flexiblen Kombinationsmöglichkeiten erlauben effiziente Lösung von Prüfaufgaben sowohl bei Messfahrten als auch am Prüfstand. Die Integration der Analysesoftware imc FAMOS ermöglicht zudem die einfache Auswertung der Messdaten zu aussagekräftigen Ergebnissen. Diese flexible und einfach zu bedienende Lösung reduziert den Schulungsaufwand, führt unmittelbar zu Resultaten und beschleunigt damit letztlich die Markteinführung der getesteten Produkte. 

Autor: Martin Riedel, Technischer Produktmarketing-Manager, imc Test & Measurement