“We are drowning in information, but starved for knowledge”, sagte schon der weltbekannte Zukunftsforscher und Autor John Naisbitt Anfang des Jahrtausends. Unter der Betrachtung der immens gestiegenen Informationsaufkommen in Prüffeldern und den damit verbundenen Herausforderungen des Wissensmanagements ist die Aussage von John Naisbitt heute aktueller denn je.

Eine effiziente Nutzung von Daten ist heute das Maß aller Dinge und wichtig, um zukunftsbereit zu sein. Dies gilt insbesondere für den effizienten Betrieb von Prüffeldern. In der Praxis ist es nicht nur wichtig, Messdaten einzelner Versuchsreihen von einem Prüfstand zu analysieren und zu vergleichen, sondern diese mit Informationen von anderen Prüfständen, aus der Simulation und von Fahrzeugmessungen zu kombinieren. Insbesondere die unterschiedliche Herkunft der Daten und die somit unterschiedlichen Datenformate stellen dabei große Herausforderungen an ein effizientes Managementsystem. Dabei kann gerade beim Einsatz verschiedener Automatisierungssysteme der Vergleich von Messdaten zweier Prüfstände anspruchsvoll und zeitraubend werden. Neben den unterschiedlichen Datenformaten liegen oftmals die beschreibenden Informationen wie Kanalnamen, Einheiten und Testobjekt-Informationen inkonsistent zwischen den Prüfständen vor.

Einfache Integration

FEVFLEX vereint nun Informationen unterschiedlichster Herkunft. Entscheidender Vorteil ist die Unabhängigkeit von Datenformaten und beschreibenden Informationen. FEVFLEX wird als zentraler Baustein in das Prüffeld-Verwaltungssystem integriert und erfordert dabei nur minimale Änderungen der bestehenden Systeme. Somit verläuft die Integration in bestehende Prüffelder äußerst kosteneffizient und einfach.

FEVFLEX ermöglicht eine höchst anwenderfreundliche und effiziente Bearbeitung von Messdaten. Entscheidender Vorteil dabei ist die simple und intuitive Bedienphilosophie, die bereits nach einer Einarbeitungszeit von nur 30 Minuten produktive Arbeit ermöglicht. Volltext-Suchmechanismen stellen dem Nutzer die angefragten Informationen schnell und ohne notwendige Vorkenntnisse zur Verfügung.

Automatisierter Import und Export

Der Export von Informationen und Daten in andere Datenbanken oder Datensysteme lässt sich in FEVFLEX vollständig automatisieren. Zudem automatisiert das System zeitaufwändige Import-Aufgaben wie die Konvertierung von Datenformaten und Einheiten, Vereinheitlichung von Kanalnamen, Plausibilitätsprüfungen und Transport-Prozesse.
„An den mehr als 40 Prüfständen im Dauerlaufprüfzentrum Brehna fallen heute täglich rund 75 Gigabyte an Daten an, die mittels FEVFLEX vollautomatisch in die eigenen und externen Kundendatenbanken eingelagert werden“, bestätigt Kurt Zimmer, der für das Prüffeldmanagement beim FEV-DLP verantwortlich ist. „Dabei konnte das Ziel, Messdaten bereits eine halbe Stunde, nachdem sie entstanden sind, in der Kundendatenbank eingelagert zu haben, erfolgreich umgesetzt werden.“

Offenes System mit vielen Schnittstellen

Dank des offenen Systems von FEVFLEX können Kunden eigene Aufgaben definieren und automatisieren. Dabei ist FEVFLEX Hardware-unabhängig und läuft auf virtuellen Maschinen in zentralen, bereits bestehenden IT-Ressourcen. Dabei nutzt FEVFLEX durch seine AutoBalancing-Methodik diese IT-Ressourcen hocheffizient. In Verbindung mit der FEVALYS-Datenauswertung lassen sich zudem Berechnungen und grafische Reports zentralisiert und vollständig automatisiert ausführen. „Das Warten eines Ingenieurs vor seinem Rechner, bis alle Daten lokal ausgewertet sind und Report erstellt ist, gehört damit der Vergangenheit an“, fasst Zimmer zusammen. Darüber hinaus kann sich FEVFLEX auch zu externen Business Intelligence Lösungen, wie ERP- oder MES-Systemen ,verbinden und dient dort als Interpreter der Messinformationen, um beispielsweise abrechnungsrelevante Daten an ERP-Systeme zu liefern.

Heutzutage werden Antriebssysteme immer komplexer, während gleichzeitig die Ansprüche an Effizienz und Genauigkeitsprüfungen steigen. Das zeigt sich beispielsweise in den neuen Vorschriften, wie Euro 7, und den neuen Standardzyklen, wie WLTP und RDE. Bei der Antriebsstrangentwicklung werden unterschiedliche Tools verwendet, wobei jedes einen sehr spezifischen Teil des Entwicklungszyklus für den Antriebsstrang abdeckt.
Um die Effizienz von Entwicklungszyklen zu erhöhen und neue Konzepte bereits vor deren physischer Existenz zu evaluieren, wurde eine integrative Co-Simulations- und Co-Validierungsplattform geschaffen, in der unterschiedliche Modelle aus verschiedensten Quellen zusammenarbeiten.

Leistungsstarke Co-Simulationsplattform

Die Plattform kann im gesamten Entwicklungsprozess eingesetzt werden: In den ersten Entwicklungsphasen ermöglicht sie die Zusammenarbeit verschiedener Entwicklungsteams; in den folgenden physischen Antriebsstrang- und ESG-Validierungsphasen erleichtert sie die Verwendung von Modellen im Prüfstand, die in der Designphase entwickelt wurden – und dies ohne Qualitätsverlust.
Da diese Modelle in Form einer Datei in das Gesamtsystem eingebunden werden, müssen die tatsächlichen Fremdtools nicht für die Simulation des ganzen Systems vorhanden sein. Dennoch ist es möglich, die Modelle während ihrer Integration in der Originalsoftware zu belassen. So kann ein neues Konzept für einen Hybrid-Antriebsstrang validiert oder der Luftkreislauf eines neuen Motors, des dazugehörenden Turbos und seines AGR-Systems durch die Evaluation der Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs lange vor der physischen Existenz der Teile oder des Systems gemessen werden.

Leistungsfähige Co-Validierungsplattform

In Anbetracht zunehmend komplexer Modelle mit mehr und mehr Details ist eine Echtzeitvernetzung mit realen Komponenten höchst attraktiv, um die Entwicklung zu beschleunigen. Gleichzeitig erfordert gerade diese Komplexität der Modelle eine Vereinfachung, um eine Ausführung in Echtzeit überhaupt zu ermöglichen. Hierdurch verlieren die Prüfungen jedoch an Repräsentativität. So kann beispielsweise ein auf dem Prüfstand geprüfter Motor zufriedenstellende Ergebnisse zeigen, die jedoch bei Straßenfahrzyklen signifikant abweichen. In den Validierungsphasen – wie Hardware-in-the-Loop (HiL) und Engine-in-the-Loop (EiL) – treten erstmals die verschiedenen physischen Komponenten auf den Plan. Diese Elemente müssen mit den Komponenten, die sich noch in der Modellierungsphase befinden, wirkungsvoll verbunden werden.

„Ohne die Ausführung von komplexen Modellen in harter Echtzeit lässt sich kein hoher Präzisionsgrad auf Hardware-in-the-Loop- oder Motorenprüfständen erreichen. Eine schnelle Prototypenentwicklung auf dem HiL-Prüfstand oder Kalibrierung des ESG auf dem Motorenprüfstand ist nicht mehr möglich“, erklärt Dr. Hassen Hadj Amor, Product Group Leader bei FEV Software und Testing Solutions. „In unserer realisierten Plattform wird die Präzision des Modells beibehalten und kann direkt in deterministischer, harter Echtzeit auf dem Prüfstand repliziert werden. Dies wurde durch die Integration spezifischer Funktionen erreicht, welche die Daten-Vorausberechnung mit fortschrittlichsten Algorithmen in einer Multi-Solver- und Multi-Core-Umgebung erlauben.

Verfügbarkeit

Die Plattform wurde von dem französischen Forschungsinstitut „IFP energies Nouvelles“ entwickelt. Bisher wurden zahlreiche Lizenzen unter dem Namen „xMOD“ bei Kunden in Europa und Asien installiert und stellen ihre Leistungsfähigkeit Tag für Tag unter Beweis. Im Laufe des kommenden Jahres wird FEV die Plattform als Standalone- Lösung anbieten und sie darüber hinaus in die MORPHEE Suite integrieren. Zahlreiche Modellbibliotheken werden das Angebot vervollständigen und ermöglichen es den Kunden, von FEVs langjähriger Erfahrung in der Antriebsstrangentwicklung zu profitieren.

Die Automobilindustrie ist mit strengeren CO-Vorgaben und Emissionsrichtlinien konfrontiert. Moderne Brennverfahren stellen zunehmend höhere Ansprüche an die Ladungsbewegung im Zylinder. So unterscheiden sich zum Beispiel die Anforderungen des direkteinspritzenden aufgeladenen Ottomotors deutlich von einer Saugmotorvariante mit Kanaleinspritzung. Neuartige Brennverfahren mit frühem oder spätem Einlassschluss erweitern den Parameterraum zusätzlich.

Eine bedarfsgerechte Bewertung der Ladungsbewegung ist mit Strömungsprüfständen, die bei FEV sowohl für den Entwicklungsprozess als auch für End-of-Line-Tests entwickelt werden, möglich. „Unsere Strömungsprüfstände sind das Ergebnis von mehr als 30 Jahren Forschung und Erfahrung sowohl in der Motorenentwicklung als auch im Vertrieb entsprechender Prüfwerkzeuge“, erklärt Bruno Funken, Technical Specialist Custom Test Benches bei FEV. „Jeder Prüfstand wird präzise nach den Anforderungen des Kunden angepasst und als schlüsselfertiges Endprodukt geliefert.“

FEV-Strömungsprüfstände ermöglichen die Untersuchung und Bewertung des Durchfluss-, Tumble- und Drall-Verhaltens von Zylinderköpfen und Strömungsmessmodellen bei stationärer Durchströmung. Sie stellen damit ein unverzichtbares Werkzeug bei der Kanalentwicklung und Qualitätssicherung dar. Grundkonzept und viele Detaillösungen basieren auf den langjährigen Erfahrungen im Strömungslabor der FEV. In Kombination mit der FEV-Datenbank können die vermessenen Kanäle in Streubändern bewertet und auf dieser Basis Korrelationen zum Brennverhalten abgeleitet werden.

Der Testaufbau

Grundsätzlich besteht der Prüfstand aus vier Hauptkomponenten:

• Rahmen mit Zylinderkopfaufnahme und autom. Ventilverstellung
• Gebläseeinheit mit Durchflussmesssystem
• Messsystem zur Bestimmung der Ladungsbewegung (Drall- und Tumble-Flügelrad, Drall- und Tumble-Wabe)
• Schaltschrank mit integrierter Messtechnik und spezieller Messsoftware

Zur Auswahl stehen verschiedene Flügelrad- und Waben-Messverfahren, die nach Kundenwunsch miteinander kombiniert werden können. Die Messrohre münden in großzügig dimensionierte Ausgleichsbehälter, die definierte Strömungsbedingungen sicherstellen und Strömungspulsationen kompensieren. Die Gebläseeinheit ist als Stand-Alone-System konzipiert und umfasst ein bzw. zwei Seitenkanalverdichter, Frequenzumrichter zur automatisierten Regelung der Fördermenge und ein Drehkolbengaszähler zur Messung des durchgesetzten Volumenstroms. In einem separaten Schaltschrank befinden sich die Messkarte, die Steuerung der Ventilaktuatoren und Anschlüsse für die Frequenzumrichter und Sensoren. Eine automatische Ventilhubverstellung ermöglicht in Verbindung mit der Software (LabVIEW) eine vollautomatische Strömungsvermessung.

Konkrete Messungen

Zum Messen wird der Zylinderkopf auf eine austauschbare zylinderförmige Röhre mit identischem Durchmesser wie die Motorbohrung angeschlossen. Die Ladungsbewegung (Tumble oder Swirl) wird über die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrads oder über das Drehmoment der Wabe aufgenommen.

Der stationäre Strömungsprüfstand ermöglicht die Untersuchung motornaher Strömungszustände an Ein- und Auslasskanälen bei stationärer Durchströmung und erlaubt so eine gezielte Bewertung des Durchfluß-, Drall- und Tumble-Verhaltens der Ladungswechselorgane, die typischerweise als dimensionslose Kennzahlen dargestellt werden. Auslegung und Bewertung von Kanälen erfolgt auf Basis der FEV-Datenbank anhand von Streubändern.

Technische Daten des Strömungsprüfstands

• End-of-line-Tests
• Vollständig automatischer Wechsel des Prüflings
• Customizing des Prüfstandes und der Software nach Kundenwunsch
• Ventilantrieb-Design für harte Federn
• Messmethode:
  – Drall- und Tumble-Flügelrad
  – Drall- und Tumble-Wabe
• Bohrung von 60 mm bis > 190 mm
• Durchflussrate bis 1.600 m³/h

Ab der zweiten Jahreshälfte 2016 ist die neue Generation des Automatisierungssystems MORPHEE verfügbar: Die neue 64-Bit-Version funktioniert mit allen gängigen Betriebssystemen und bietet umfassende Leistung mit bis zu 5.000 Kanälen bei 1 kHz. Die neue Generation ist nicht darauf beschränkt, technischen Entwicklungen einfach zu folgen; die Beiträge der FEV-Entwicklungsteams werden zukünftig wesentlich umfassendere und schnellere Verbesserungen des Systems ermöglichen. Als Ergebnis stellt MORPHEE nun mehr denn je einen technischen Benchmark für automatisierte Prüfstände dar. 

Die neue MORPHEE-Version bietet die Möglichkeit, neue Automatisierungskonzepte für zukünftige Prüfstände zu entwickeln und berücksichtigt dabei sowohl aktuelle als auch kommende Abgasnormen und Prüfstandards wie beispielsweise Euro 7 oder RDE.

Darüber hinaus stellt es ein leistungsstarkes Tool für neue Kalibrierungsmethoden am Antriebsstrang dar, wie z. B. Road to Rig. „Auf Basis seiner etablierten Qualitäten, wie Offenheit und Leistung, werden die Funktionen von MORPHEE erweitert, sodass die gleichen Schnittstellen, Modelle und Tools im gesamten Entwicklungsprozess verwendet werden können. Dadurch wird die neue MORPHEE-Generation zu einer einzigartigen Validierungsplattform, bei der die drei Funktionen Prüfautomatisierung, Kalibrierungstätigkeit am Prüfstand und Echtzeit-Simulation vereint werden“, erklärt Philippe Lacassagne, Global Sales Director bei FEV Software und Testing Solutions.

Komplettsystem mit modularen Konfigurationen

Auf Basis des „All-in-One“-Systems sind je nach individueller Prüfumgebung des Kunden zahlreiche Konfigurationen möglich. So können Prüfautomatisierung, Kalibrierung und Echtzeit-Simulation in einer einzigen Plattform, die auf einem Motoren-, Getriebe- oder Powertrain-Prüfstand installiert wird, vereint werden. Alternativ können die drei Funktionen auch mithilfe von Dritthersteller-Tools getrennt genutzt werden, wie es beispielsweise in einer Kalibrierungskonfiguration gängig ist, bei der die MORPHEE-Kalibrierungsplattform mit entsprechenden Automatisierungstools von Drittherstellern zusammenarbeitet.

Wiederverwendung von Daten und Simulationen

Die Plattform kann mehrere Simulationstools von Drittherstellern zu einem komplexen simulierten System verbinden – beispielsweise zu Model-in-the-Loop- oder Software-in-the-Loop-Anwendung. Diese Simulationsplattform kann später für die nachfolgenden Entwicklungsschritte in den Hardware-in-the-Loop-Prüfständen und in einem Motorenprüfstand wiederverwendet werden.

„Unsere neue MORPHEE-Generation konzentriert sich auf die Segmentierung, die für den aktuellen Workflow der neuesten Generation von Prüfzentren geeignet ist“, so Lacassagne.

Einfaches Upgrade mit voller Kompatibilität

Die 64-Bit-Version von Morphee ist vollständig abwärts kompatibel, sodass Anwendungen wie Prüfungen, grafische Schnittstellen, Vorlagen und Komponenten aus der 32-Bit-Version weitergenutzt werden können.

Praktische Upgrade-Optionen

Die Entwicklung der neuen MORPHEE-Generation stellt einen wichtigen technischen Schritt dar, ist gleichzeitig aber auch eine Fortsetzung der Strategie, die seit Einführung von MORPHEE verfolgt wird. Allen Kunden mit einem Wartungsvertrag wird das Upgrade auf die Version automatisch zur Verfügung stehen. Betreibern von Automatisierungssystemen von Drittherstellern bietet FEV einen individuellen und angepassten Wechsel an.