zurück zur Übersicht

Neue Möglichkeiten zur Messung von Drehmomentwelligkeit und Reduzierung von Signalschwingungen

Hoch- und Tiefpassfilter in der Drehmomentmesstechnik zur hochgenauen Messung von Drehmomentwelligkeit und Eliminierung irrelevanter Signalschwingungen.

Drehmomentmessungen sind in der Entwicklung neuer Antriebe essenziell, um eine größtmögliche Dauerhaltbarkeit und Effizienz der Prototypen zu gewährleisten. ATESTEO nutzt in der hauseigenen Drehmomentmesstechnik Filter, die eine hohe Messgenauigkeit der Oberwellen beim Drehmoment ermöglichen. Sie filtern schon direkt im Messkörper irrelevante Signalschwingungen heraus. Damit können die Antriebe bereits während des Testings hinsichtlich Effizienz, Langlebigkeit und NVH-Eigenschaften besser analysiert und frühzeitig in der Entwicklung optimiert werden.

ATESTEO ist auch deshalb weltweit führender Spezialist für Drivetrain Testing, weil die Prüfungen, Tests und Versuche auf eigenen hochentwickelten Prüfständen mit eigens entwickelter Technik durchgeführt werden. Die Drehmomentmesswellen werden bei ATESTEO inhouse entwickelt und den hohen Ansprüchen der Kunden und ihrer Testing-Projekte immer wieder angepasst. Durch das große Technik- und Engineering Know-how innerhalb des Unternehmens können viele Herausforderungen durch Neu- oder Weiterentwicklungen gelöst werden. Und setzen neue Standards in der Branche. Die innovativen Hoch- und Tiefpassfilter von ATESTEO lösen das häufig auftretende Problem der Messungenauigkeit bei Drehmomentwelligkeit oder ermöglichen die optimierte Übertragung von hochfrequenten Signalschwingungen. Drehmomentmessgeräte von ATESTEO sind präzise und zuverlässige Instrumente zur Messung des Drehmoments. Eine neue AC-Ripple-Erkennung und ein Tiefpassfilter erweitern jetzt die Funktionalitäten der ATESTEO Drehmomentmesswellen deutlich.

Hochgenaue Drehmomentmesswellen von ATESTEO

Sie möchten mehr über unsere inhouse entwickelten Drehmomentmesswellen erfahren?
Alle Informationen und Ihre individuelle Anfrage zu unseren Produkten finden Sie hier.

ATESTEO Hochpassfilter eröffnet Möglichkeit zur präzisen Messung der AC-Welligkeit

Automobilhersteller entwickeln ihre neuen, modernen Antriebe auch unter dem Gesichtspunkt der Optimierung von Geräusch- und Vibrationsemissionen für einen größtmöglichen Komfort beim Fahren. Die Drehmomentwelligkeit, auch AC-Welligkeit genannt, ist ein Hauptauslöser für Geräusche und Vibrationen, die durch den Antriebsstrang erzeugt werden. Um sie zu reduzieren, muss eben diese AC-Welligkeit gemessen werden können. Und das war bis jetzt ein Problem.

Bisher: Kleine AC-Welligkeit mit schlechter Auflösung

Die Drehmomentwelligkeit ist ein hochfrequentes Signal, welches in das Drehmomentsignal integriert ist. Seine Amplitude ist im Vergleich zum Drehmomentsignal sehr gering. Da die Auflösung eines Messsignals auf den Nenndrehmomentbereich abgestimmt ist, zeigt sich die AC-Welligkeit relativ klein. Deshalb wurde sie bisher selbst bei hochgenauen Messsystemen nur mit schlechter Auflösung gemessen.

ATESTEO | High-pass and low-pass filter for measuring torque ripple and reducing signal oscillations. AC/DC synthetic signal

Dieses synthetische Diagramm zeigt eine AC-Welligkeit von 200 Hz, in die das Basis-Drehmomentsignal (DC+AC 1 Hz) integriert ist. Das Amplitudenverhältnis zwischen dem Basissignal und der Restwelligkeit beträgt 100:1. Die AC-Welligkeit ist nur dann gut zu erkennen, wenn das Diagramm vergrößert wird. Was hier mit synthetischen Daten leicht möglich ist, erfordert Änderungen im Messsystem. Anstatt zu zoomen oder zu vergrößern, muss das reale Signal verstärkt werden, um es deutlich zu erkennen.

Die Lösung: Verstärkung des realen Signals ohne Clipping

Damit der Ingenieur bei der Drehmomentmessung auch die AC-Welligkeit erkennen kann, muss das Signal verstärkt werden. Die Verstärkung der Oberwellen muss für eine genaue Auswertung innerhalb des Rotationsmesskörpers erfolgen. Wenn das Signal jedoch nur verstärkt würde, läge der Wert außerhalb des Messbereichs. ATESTEO Drehmomentmessgeräte haben typischerweise Messbereiche von 110 % oder 120 %. Jeder Wert, der über diese Bereiche hinausgeht, würde geclippt, also in der Messung abgeschnitten werden. Um das zu verhindern, ist eine smartere Signalverarbeitung erforderlich. Ansonsten wird die AC-Welligkeit nur in sehr niedrigen Bereichen des Messbereichs verstärkt – und das wäre für die Drehmomentmessung nicht zielführend.

ATESTEO | High-pass and low-pass filter for measuring torque ripple and reducing signal oscillations. Amplified AC/DC signal.

Dieses Diagramm zeigt das Signal mit einem Verstärkungsfaktor von nur 2. Die synthetische violette Linie wurde abgeschnitten, um die Systemgrenzen von 110 % einzuhalten. Die türkisfarbene Linie zeigt die reale Linie, wie sie nach der Verstärkung sein sollte.

Um ein Clipping zu verhindern, isoliert der neue Hochpassfilter von ATESTEO den Ripple-Wert, um ihn anschließend als aussagekräftigen Wert zu gewinnen. Der neuentwickelte 5-Hz-Hochpassfilter isoliert dazu das Ripple-Signal vom Basissignal und verstärkt dann das isolierte Signal. So wird der gesamte verfügbare Messbereich genutzt.

ATESTEO | High-pass and low-pass filter for measuring torque ripple and reducing signal oscillations. AC ripple isolated and amplified.

Isoliertes und verstärktes Signal (Faktor 100)

Mit Isolierung, Verstärkung und Kalibrierung zum hochgenauen Ergebnis

Die Isolierung und Verstärkung des Ripple-Signals wird durch elektronische Bauteile in der Rotorplatine realisiert. Zur Übertragung des Signals ist eine weitere Maßnahme erforderlich. Das AC-Welligkeitssignal ist nur eine zusätzliche Information. Das ursprüngliche Drehmomentsignal (DC+AC) noch immer die Hauptinformation. Deshalb muss die Datenübertragung des Drehmomentsignals und des AC-Signals ermöglicht werden. Viele der ATESTEO Drehmomentmessgeräte verfügen über eine doppelte Telemetrie, die es erlaubt, dieses vorverarbeitete Signal parallel zum ursprünglichen Drehmomentsignal an die Auswerteeinheit zu übertragen. Zum Schluss wird noch der zweite Kanal kalibriert, damit auch dieser die erforderliche Messgenauigkeit erreicht. Da ATESTEO über ein eigenes DAkkS-akkreditiertes Kalibrierlabor verfügt, wird auch die Kalibrierung inhouse durchgeführt. Dazu wird der Rotor in einen Kalibriermodus versetzt, der es erlaubt, den AC-Kanal separat zu kalibrieren.

Mit dem neuen Hochpassfilter bietet ATESTEO erstmals die Möglichkeit, AC-Welligkeit gut zu erkennen, präzise zu messen und dem Kunden als aussagekräftigen Wert zur Verfügung zu stellen.

ATESTEO Tiefpassfilter für eine genaue Messung trotz hochfrequenter Schwingungen

Hochfrequente Schwingungen im Drehmomentsignal können die Messtechnik herausfordern. Besonders, wenn die Frequenz der Schwingungen über der eigentlichen Dynamik des Messsystems liegt. So treten diese hochfrequenten Schwingungen bei E-Mobility Prüfständen, aufgrund vergleichsweise hoher Drehzahlen, auch häufiger auf. Es sind dann Drehmoment-Peaks von 10 kHz und mehr – ausgelöst beispielsweise durch Zahneingriffsfrequenzen – möglich.

ATESTEO | High-pass and low-pass filter for measuring torque ripple and reducing signal oscillations. Basic signal.

Signal mit 15 kHz Schwingung

ATESTEO | Learn more about e-mobility testing of your drivetrain and powertrain at ATESTEO. We have state-of-the-art test benches for electric and hybrid drives to develop and implement the testing of all types of transmission.

Elektrische Antriebe auf dem Prüfstand

Sie möchten mehr über unser E-Mobility Testing Prüfstandsportfolio erfahren?
Alle Informationen und Ihren persönlichen Kontakt zu ATESTEO finden Sie hier.

Bisher: Verlorene Signalschwingung macht Wirkungsgradmessung ungenauer

Die Frequenz solcher Schwingungen ist höher als die typische Drehmomentmessdynamik von 7 kHz. Infolgedessen würden diese hochfrequenten Schwingungsdrehmomentwerte über die drahtlose Datenschnittstelle nur mit begrenzter Frequenz übertragen werden. Die Signalschwingung ginge also auf dem Weg zum Messgerät (teilweise) verloren (Vgl. Nyquist-Frequenz). Datenanalyse und Dateninterpretation wären damit komplizierter, genaue Wirkungsgradmessungen unmöglich.

ATESTEO | High-pass and low-pass filter for measuring torque ripple and reducing signal oscillations. Acquired signal.

Mit 25 kHz abgetastetes Signal (entspricht einer Dynamik von 7 kHz)

Die Lösung: Filterung des Signals mit individueller Filtereckfrequenz

Mit dem neuen Tiefpassfilter filtert ATESTEO das Signal bevor es an den stationären Teil des Drehmomentmessgeräts weitergeleitet wird. Die Tiefpassfilterfunktion wird durch elektronische Filterkomponenten realisiert, die während der Herstellung auf der Rotorelektronik installiert werden. Die individuelle Filtereckfrequenz kann vor der Fertigung gewählt werden. Im Ergebnis ist das Ausgangssignal des Drehmomentmesssystems frei von Schwingungen und lässt sich somit leichter analysieren.

ATESTEO | High-pass and low-pass filter for measuring torque ripple and reducing signal oscillations. Signal filtered.

Angewandter 10-Hz-Tiefpassfilter

Der Tiefpassfilter ist für ausgewählte ATESTEO Drehmomentmessgeräte verfügbar. Systeme mit dualer Telemetrie ermöglichen die parallele Übertragung des ursprünglichen und des gefilterten Signals an die Auswerteeinheit. Hochfrequente Schwingungssignale können zusätzlich mit speziellen NVH-Equipment, die im Vergleich zu kabellosen Rotationssystemen über eine dynamischere Signalerfassung verfügen, gemessen und ausgewertet werden.

Der neue Tiefpassfilter von ATESTEO zur Optimierung von Drehmomentmessung und Drehmomentanalyse ist ein weiterer Schritt in der stetigen Weiterentwicklung hochmoderner Prüfstände

ATESTEO | Learn more about our NVH test benches in our ATESTEO blog. In our automotive blog you get to know everything about the world of drivetrain testing, automotive testing, testing equipment and engineering. In our blog you will learn all about our testing services, our test benches and the technologies of the future such as e-mobility and current trends as autonomous driving.

NVH Testing bei ATESTEO

Schwingungsuntersuchungen und Schwingungsreduktionen 
Alle Infos zu unseren Leistungen und Möglichkeiten im NVH Testing erfahren Sie hier.

Über den Autor: ATESTEO

Mit über 150 Prüfständen in Deutschland, China und Japan ist ATESTEO der führende Spezialist für die Erprobung von Antriebssträngen in Kombination mit Komponentenvalidierung, Fahrzeugmesstechnik und Ingenieurdienstleistungen. Das Unternehmen gehört zu den Top-Partnern der Automobil- und Zulieferindustrie weltweit - auch bei der Erprobung von Elektromobilität.