WheelWatch Berührungslose Hochgeschwindigkeitsmessung der Radbewegung am fahrenden Fahrzeug oder am Prüfstand

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1 WheelWatch Berührungslose Hochgeschwindigkeitsmessung der Radbewegung am fahrenden Fahrzeug oder am Prüfstand VORSPRUNG IST MESSBAR

2 WheelWatch Berührungslose Hochgeschwindigkeitsmessung der Radbewegung am fahrenden Fahrzeug oder am Prüfstand Optimierung der Fahreigenschaften Bei der Fahrzeugentwicklung werden umfangreiche Untersuchungen am Fahrwerk durchgeführt, damit ein Serienfahrzeug optimale Fahreigenschaften erhält. Dazu zählt die Frage, wie groß der Radkasten eines Fahrzeugs mindestens sein muss, um genügend Raum für die Radbewegungen zu bieten. Eine andere Fragestellung bezieht sich auf das Verhalten des Rades in Extremsituationen oder auf Schlechtweg. Bei diesen und vielen weiteren Untersuchungen werden häufig noch mechanische Sensoren eingesetzt, die aufwändig zu handhaben sind und das Fahrverhalten beeinflussen können. V O R S P R U N G I S T Mit WheelWatch steht nun ein optisches Messverfahren zur Verfügung, das auf Grund seines Funktionsprinzips eine ganze Reihe von Vorteilen bietet, die Fahrversuche wesentlich effizienter gestaltet und genauere Messergebnisse liefert. Hochgeschwindigkeitskamera TraceCam F Zentrale Komponente des optischen Messsystems WheelWatch ist die Hochgeschwindigkeitskamera TraceCam F, bestehend aus einem hochauflösenden CMOS-Sensor, einem integrierten Hochleistungsblitz und einem FPGA-Bildauswerteprozessor. TraceCam F bietet die für Hochgeschwindigkeitsversuche erforderlichen extrem kurzen Belichtungszeiten im Mikrosekundenbereich und verfügt über die für Fahrversuche notwendige Robustheit und Langzeitstabilität. Sie liefert mit einer Frequenz von 500Hz Daten zur Überprüfung und Optimierung der statischen und dynamischen Fahrwerkparameter, wobei beliebig viele Punkte innerhalb der dynamischen Vorgänge aufgenommen werden können. Das externe Triggern gewährleistet eine zeitsynchrone Verknüpfung mit anderen Sensoren. WheelWatch basiert auf dem TraceCam F Kamerasystem, das ohne mechanische Kopplung mit dem Rad arbeitet Durch das TraceCam F Messobjektiv beträgt der Abstand zwischen Kamera und Karosserie weniger als 500 mm. TraceCam F wird über eine Standard-Netzwerkverbindung mit dem Auswerterechner im Fahrzeug verbunden (hier genügt ein Notebook). Die Stromversorgung erfolgt im Fahrversuch über das 12 Volt Bordnetz.

3 M E S S B A R Funktionsprinzip Zur Vermessung der Radbewegungen wird je Rad eine Kamera so angebracht, dass sie gleichzeitig den Kotflügel sowie das zu vermessende Rad erfasst. Speziell codierte Messmarken an der Karosserie markieren das Fahrzeugkoordinatensystem, das Rad wird mit einem Adapter in Leichtbauweise signalisiert. Die Messbilder werden im Sensor ausgewertet und die digitalen Daten in Echtzeit an das Notebook gesendet. Die Ergebnisse wie Position, Winkel und Trajektorien stehen bereits kurz nach der Aufnahme zur Verfügung. WheelWatch liefert alle sechs Freiheitsgrade der Radbewegung absolut im Fahrzeugkoordinatensystem. CFK Radadapter Die Position der Kamera zum Fahrzeug muss nicht stabil sein, da WheelWatch sich selbst im Messtakt zum Fahrzeug referenziert. So werden die aus der Relativbewegung von Rad zu Kotflügel abgeleiteten Messwerte direkt im Fahrzeugkoordinatensystem geliefert. Bewegungen der Kamera beeinflussen daher im Gegensatz zu anderen Systemen zur Radstandsmessung die Messergebnisse nicht. Start und Stopp der Messfrequenz löst der Fahrer selbst aus, weitere Interaktionen mit dem System sind nicht notwendig. Sobald das Startsignal ausgelöst wird, erfassen die Hochgeschwindigkeitskameras dynamische Vorgänge ohne Zeitbegrenzung mit einer Frequenz bis zu 500Hz. Messergebnisse im Software-Modul WheelWatch

4 Vorteile von WheelWatch Die Entwicklung von WheelWatch erfolgte in enger Zusammenarbeit mit Anwendern aus der Automobilindustrie, deren Anforderungen direkt umgesetzt wurden. Dadurch bietet WheelWatch bei der Anwendung folgende Vorteile: Kurze Montagezeiten Die TraceCam F Kamera lässt sich schnell und einfach am Fahrzeug ohne aufwändige Hilfsmittel wie eine Hebebühne o.ä. montieren. Für die vollständige Instrumentierung eines Fahrzeugs mit vier TraceCam F Kameras, Montagerahmen, Radadaptern, Einmessung, Kalibrierung sowie Referenzierung zum Fahrzeugkoordinatensystem benötigt der Anwender weniger als eine Stunde. Dann ist WheelWatch messbereit. Hohe Messgenauigkeit Mit WheelWatch lassen sich Radbewegungen eines fahrenden Fahrzeugs bis zu einer Geschwindigkeit von 250 km pro Stunde messen. Dabei können auch extreme Fahrmanöver überwacht werden. Die Positionsgenauigkeit liegt bei ca. ±0,1 mm, die Winkelgenauigkeit bei ca. ±0,015. Gleichzeitiger Einsatz an mehreren Achsen Mehrere TraceCam F Kameras lassen sich untereinander und mit anderen Messaufnehmern synchronisieren. Dabei können die Kameras entweder von einem externen Synchronisationssignal gesteuert werden oder selbst das Mastersignal für alle verwendeten Sensoren liefern. Zusätzlich wird jeder einzelne Messwert mit einem digitalen Zeitstempel gekennzeichnet. So ist der synchronisierte Einsatz an mehreren Achsen und mit anderen Messsensoren möglich. Integration in Prüfstände WheelWatch ist ebenso für die Integration in einen Fahrzeugprüfstand konzipiert. Die synchrone Datenerfassung aller TraceCam F Kameras zusammen mit anderen Sensoren gewährleistet eine taktgleiche Messwerterfassung für alle Räder. Alle Messdaten werden von WheelWatch sowohl digital gespeichert als auch in Echtzeit über eine Analogoder eine Digitalschnittstelle (z.b. TCP/IP) den übergeordneten Steuerrechnern zur Verfügung gestellt. Der optionale AICON Data Router erlaubt via TCP/IP die Steuerung aller WheelWatch Funktionen von einem zentralen Prüfstandrechner aus. Arbeitsablauf: Montage von WheelWatch in wenigen Schritten Keine mechanische Kopplung zum Rad WheelWatch ist ein optisches Messsystem und benötigt keine mechanische Kopplung mit dem Rad. Das Fahrverhalten wird nicht durch die Messausrüstung beeinflusst, und der Lenkwinkel wird nicht beschränkt. Im Gegensatz zu anderen Verfahren besteht nicht das Risiko der Messwertverfälschung durch die mechanische Kopplung Sensor Rad. Geringes Gewicht WheelWatch benötigt keine schweren Auswerteeinheiten, Batterien oder Controller, die das Fahrverhalten beeinflussen können. Die Anforderungen an den Montagerahmen hinsichtlich seiner Festigkeit sind gering. Deshalb haben weder sein Gewicht noch das geringe Kameragewicht einen Einfluss auf das Fahrverhalten. Gleiche Referenz für alle Räder Mit WheelWatch können alle vier Räder in einem gemeinsamen Koordinatensystem erfasst und damit auch Bewegungen der Räder zueinander ermittelt werden. Weitere Anwendungsfelder TraceCam F ist auch für andere Anwendungsbereiche einsetzbar, zum Beispiel zur Bahnvermessung von Robotern, bei Türschlagversuchen, zur Erfassung von Motorbewegungen oder zur Maschinenkontrolle.

5 Spezifikationen Fahrversuch und Prüfstand System Systemkomponenten Kamera Kameratyp Auflösung Max. Bildfrequenz Belichtungszeit Objektiv Ringblitz Datenübertragung Synchronisierung Stromversorgung WheelWatch pro Achse 2 TraceCam F Kameras und 2 CFK Radadapter, Halterung, Zubehörset inkl. Messmarken, Sync-Box, Steuerrechner mit WheelWatch Software TraceCam F Highspeed CMOS Kamera 1280 x 1024 Pixel 500Hz 10µs - 1s verzeichnungsarmes Hochleistungsobjektiv, f =10mm Hochleistungs-LED-Ringlicht, µs TCP/IP digitaler TimeStamp / externes Triggersignal < 5µs / Master für Synchronisierung Fahrversuch: 12 Volt Bordnetz; Leistungsaufnahme max. 26W bei 2 Kameras; Prüfstand: 230 Volt Radadapter Material Durchmesser Gewicht Messmarken Software Kohlefaserverbundplatte 400mm < 400g Typ ANCO auf Retrofolie High Gain 7610 Modul WheelWatch - Kamerakalibrierung - Achskalibrierung - Referenzpunktbestimmung - Transformation in übergeordnetes Fahrzeugkoordinatensystem für Absolutmessung - Datenübertragung über Datei, analog oder digital (TCP/IP) - Berechnung der Achs- und Radparameter Steuerrechner Fahrversuch Prüfstand Notebook (Microsoft Windows XP) Desktop (Microsoft Windows XP) Systemparameter Positionsgenauigkeit: X, Y, Z Winkelgenauigkeit Messvolumen Abstand Kamera - Radadapter max. Winkel (Spur - Sturz) Rollwinkel Aufzeichnungsfrequenz ± 0,1mm ± 0,015 1m x 1m x 0,5m ca. 0,5m ± 45 unbegrenzt 500Hz

6 WheelWatch Berührungslose Hochgeschwindigkeitsmessung der Radbewegung am fahrenden Fahrzeug oder am Prüfstand Optisches Messsystem mit Hochgeschwindigkeitskamera als Aufnahmesensor Keine mechanische Kopplung Sensor/Rad Selbstreferenzierung zum Fahrzeug im Messtakt Integrierbar in komplexe Prüfstände Montage in kürzester Zeit Radfreigangsmessung Bestimmung aller Radparameter inkl. Spur, Sturz, Federweg und Lenkwinkel Gleichzeitige Vermessung mehrerer Achsen VORSPRUNG IST MESSBAR AICON 3D Systems GmbH Biberweg 30 C D Braunschweig tel. +49 (0) fax +49 (0) info@aicon.de