Präzise piezoelektrische Messungen

Präzise Fahrdynamik- und Fahrwiderstandsmessungen sind eine zentrale Grundlage für die Entwicklung und Zulassung unterschiedlicher Nutzfahrzeuge. Denn diese müssen für die Zulassung in der Europäischen Union eine festgelegte CO₂-Emissionsnorm erfüllen. Bei der Bestimmung der Emissionswerte müssen verschiedene Messgrößen berücksichtigt werden – die Ermittlung des Traktionsmoments gehört verpflichtend dazu. Mit der weiterentwickelten Drehmoment-Messradserie RoaDyn P1 für kleine (ST), mittelschwere (MT) und schwere (HT) Nutzfahrzeuge erleichtert Kistler die Erfassung dieser Messdaten.

Das Drehmoment-Messrad RoaDyn P1HT ist für schwere Nutzfahrzeuge konzipiert, verfügt über einen Messbereich von 50.000 N·m (High Range) beziehungsweise 5.000 N·m (Low Range) und ist seit einigen Jahren fester Bestandteil in der Forschung und Entwicklung von Lastkraftwagen oder Autobussen. Nun wurde das Drehmoment-Messrad RoaDyn P1(ST/MT/HT) grundlegend weiterentwickelt: die Veränderungen erlauben eine noch höhere Zuverlässigkeit und längere Lebensdauer. Auch für kleine und mittelschwere Nutzfahrzeuge ist das Messrad in der jeweils passenden Konfiguration und dem entsprechenden Messbereich erhältlich.

In einem P1HT Messrad sind sechs piezoelektrische Einkomponenten-Präzisionsmesszellen verbaut, die jeweils zwei Piezo-Schubsensoren enthalten. Die Schubsensoren wurden optimiert, die Verkabelung der Messzellen vereinfacht und der Schutz des Gehäuses gegen Witterungseinflüsse, Verschmutzung und Korrosion erhöht. Alle Maßnahmen orientieren sich an den Erfahrungen aus der Praxis und den permanent steigenden Anforderungen der Industrie.

Drehmoment-Messräder nachrüstbar dank modularer Bauweise

Die Weiterentwicklung der Drehmoment-Messräder RoaDyn P1ST/MT/HT wurde so gestaltet, dass vorhandene Messräder nachrüstbar sind. Bestehende Kunden müssen nicht das komplette Messrad austauschen – die bisher verbauten Messzellen werden lediglich durch die neuen Komponenten mit der optimierten Verkabelung ersetzt – Neukonfigurationen sind nicht erforderlich. Kistler bietet seinen Kunden das Upgrade als Sonderservice an und gewährleistet so Nachhaltigkeit und Investitionsschutz. Eine weniger komplexe Bauweise steigert nicht nur die Zuverlässigkeit und Lebensdauer, die Kunden profitieren auch von niedrigeren Kosten im Vergleich zu einer kompletten Neuinvestition. Ab sofort wird ausschließlich die weiterentwickelte Technologie eingesetzt.

Im Fokus: Fahrwiderstandsmessungen gemäß der CO₂-Emissionsverordnung der EU

Neben typischen Anwendungen wie Forschung und Entwicklung im Bereich der dynamischen Steuerungssysteme, der Bestimmung des Wirkungsgrads des Antriebsstrangs, Messung der Fahrzeugleistung oder der Analyse von Fading-Effekten bei Bremsen, ist das Drehmoment-Messrad ein wichtiger Bestandteil bei der Ermittlung der CO₂-Emissionen von kleinen, mittelschweren und schweren Nutzfahrzeugen.

Seit dem Jahr 2025 gelten auf der Grundlage der CO₂-Emissionsverordnung der EU für Nutzfahrzeuge über 3,5 Tonnen strengere Richtwerte, welche in einem nächsten Schritt im Jahr 2030 nochmals verschärft werden. Zur Bestimmung der CO₂-Emissionen werden unter anderem Messwerte zum Luftwiderstand (Cd x A), dem Rollwiderstandskoeffizienten (RRC), zu Motorleistungskennfeldern, Getriebe- und Antriebsstrangcharakteristika sowie Achsen- und Rotationsträgheiten erfasst. Innerhalb dieser Messungen hat die Ermittlung der Betriebslasten eines Fahrzeugs, die während der Fahrt auf ein Messrad wie das RoaDyn P1ST/-MT/-HT wirken, große Bedeutung. Aus den Messwerten werden am Ende anhand des standardisierten Berechnungsmodells der EU „VECTO“ (Vehicle Energy Consumption Calculation Tool) die CO₂-Emissionen errechnet.

Die Hersteller haben ein großes Interesse an Komponententests, da die präzise Ermittlung oft Werte ergibt, die über den alternativ einzugebenden Standardwerten liegen. Im Rahmen dieser obligatorischen Tests stellen die Drehmoment-Messräder RoaDyn P1ST/MT/HT die bevorzugte Wahl der Hersteller dar. Im Gegensatz zu anderen technologischen Ansätzen kommen sie ohne aufwändige Halterungen an der Außenseite der Fahrzeugkarosserie aus, welche den Strömungswiderstand der Fahrzeuge erhöhen und zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen können.

Messung des Traktionsdrehmoments mit telemetrischer Signalübertragung

Die Drehmoment-Messräder RoaDyn P1ST/MT/HT lassen sich – wie alle Messräder der flexiblen P1-Serie – einfach und schnell montieren und bei Bedarf austauschen. Das jeweilige Messrad ersetzt den mittleren Teil der Felge, der die effektivste Position zur Erfassung von Drehmomenten darstellt und gleichzeitig eine optimale Integration in das Fahrwerkssystem des Fahrzeugs bietet. Das Traktionsdrehmoment My wird mit piezoelektrischen Quarzsensoren gemessen. Die im Drehmoment-Messrad integrierte Elektronik verstärkt und verarbeitet die Signale. Zusätzlich verfügen diese Messräder über jeweils vier Kanäle für Temperaturmesselemente. Die Übermittlung der Daten erfolgt drahtlos mithilfe des KiRoad Wireless P1 Datenübertragungssystems, dessen Empfänger im Fahrzeuginneren positioniert werden kann. Zur Weiterverarbeitung lässt sich dieses System mit dem KiDAQ von Kistler oder einem beliebigen Datenerfassungssystem (DAQ-System) anderer Hersteller verbinden.

Patentierte Technologie

Kistler hält ein Patent für die piezoelektrische Präzisionsmesszelle zur Ermittlung von Drehmomenten an Rädern. Die Weiterentwicklung führt unter anderem dazu, dass diese patentierte Messzelle dank größtmöglichem Schutz und technischer Vereinfachung noch zuverlässiger hochpräzise Ergebnisse liefert.