Bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen nutzen Ingenieure Messräder, um bei Testfahrten die an den Rädern auftretenden Lasten (Kräfte und Drehmomente) zu ermitteln und aufzuzeichnen. Diese Messdaten bilden dann die Grundlage von Simulationsrechnungen, dienen aber auch als Eingabeparameter für Prüfstandsfahrten.

Caemax präsentiert jetzt neue Messräder, die WFT-CX. Sie sind nicht nur wasserdicht, sie halten auch höheren mechanischen und thermischen Belastungen stand. Damit sind nun auch extreme Geländefahrten bei jeder Witterung durchführbar. Neu an den Messrädern ist: Durch die weitgehend digitale Signalaufbereitung kommen sie im Gegensatz zu vergleichbaren Systemen mit weniger Dehnungsmessstreifen (DMS) aus. An die Stelle einer komplexen und störanfälligen analogen Verschaltung von DMS-Signalen, wie bisher üblich, tritt nun eine digitale Online-Verrechnung mit 24-Bit-DSP-Auflösung (16 Bit für die Übertragung und Wiedergabe). Die daraus resultierende höhere Dynamik der Messsignale erlaubt nun auch den Einsatz im unwegsamen Gelände.

Präzise Messdaten

Die gesamte Signalaufbereitung ist ausgelegt für eine möglichst störungsfreie und exakte Erfassung der Messdaten. Dies wurde durch extrem kurze Kabelwege, eine optimierte Anordnung der DMS und einer Digitalisierung direkt an der Messstelle realisiert. Auch die voll differenzielle Ausführung aller Verstärkereingänge einschließlich der Brückenspeisung sorgt für entsprechende Störunterdrückung. Insgesamt 16 im Rad verteilte Thermosensoren dienen zudem der optimalen Temperaturkompensation. Zusammen mit der inkrementellen Winkelauflösung von 8.192 diskreten Messpunkten am Umfang garantiert dies eine hohe Genauigkeit. Die intelligenten Messverstärker übernehmen zudem die Eigendiagnose aller Mess-Stellen und erkennen beispielsweise einen Kabelbruch am Sensor.

Online-Kalibrierung statt Wasserwaage

Mikroprozessoren und eine intelligente Firmware ermöglichen nicht nur den blitzschnellen Abgleich, sondern können auch die bei allen Messrädern notwendige Linearisierung und Crosstalk-Kompensation anhand der im Messrad gespeicherten Kalibrier- und Korrekturdaten durchführen, was in einer verbesserten Datenqualität gegenüber aktuellen Systemen resultiert. Der vor jeder Messfahrt erforderliche Abgleich erfolgt innerhalb von zwei bis drei Radumdrehungen. Nach dem Einbau der Messnabe wird die Ausrichtung in x-, y- und z-Richtung automatisch durchgeführt. Manuelles Ausrichten mit der Wasserwaage gehört damit der Vergangenheit an.
Ein weiterer Aspekt für den wirtschaftlichen Einsatz ist die leichte Handhabung und schnelle Montage der neuen Caemax-Messräder. So kann die Stator-Elektronik einfach vom Rad getrennt werden, was das Wuchten auf Standardmaschinen ermöglicht und den Einsatz von herkömmlichen Radschraubern erleichtert. Der modulare Aufbau des gesamten Messkörpers bewirkt auch, dass die für die mechanische Anpassung an spezielle Fahrzeug- und Radtypen stets notwendigen Naben- und Felgenadapter separat gefertigt werden können - im Bedarfsfall sogar direkt beim Anwender. Caemax verbesserte auch die Notlaufeigenschaften: Kommt es durch Überlast zu einem mechanischen Bruch, verzahnen sich der innere und äußere Ring des Messkörpers derart, dass eine Weiterfahrt in den meisten Fällen möglich bleibt.
Die berührungslose digitale Übertragung der Messdaten vom rotierenden Rad zum Stator erfolgt über eine Infrarot-Nahfeldtelemetrie. Von dort führt ein Kabelsteg zur Kontrolleinheit ins Fahrzeug-Innere. Die neuen Messräder sind dabei Schnittstellen-kompatibel zu ihren Vorgängern. Vorhandene Messsysteme können also weiter verwendet werden. Für die gesamte Steuerung und Wiedergabe der Signale kommen das Messgerät Mops Evolution und die RemusLab Erfassungssoftware von Caemax zum Einsatz. Ein Mops-TTI-Controller kann dabei jeweils zwei Messräder gleichzeitig bedienen. Das heißt zur Erfassung der Messdaten von vier Rädern ist die Kontrolleinheit 0,5 x 19 Zoll groß. Daneben ist natürlich die simultane Erfassung vieler weiterer Messgrößen im und am Fahrzeug möglich - beispielsweise Temperaturen, Drehzahlen, Kräfte, Winkel und Wege. Standardschnittstellen wie CAN oder Ethernet sorgen zudem für eine komfortable Weiterverarbeitung der Messwerte.

Elektronischer Steckbrief

Auf Grund der mechanisch bedingten Nichtlinearitäten ist eine genaue Kalibrierung für jedes Messrad auf einem speziell dafür entwickelten Prüfstand unabdingbar. Der bei Caemax hausinterne Kalibrierprüfstand wurde entsprechend erweitert, um eine optimale Kalibrierung auch der neuen Messradgrößen anbieten zu können. Ermittelt werden zum einen die Nichtlinearitäten der sechs Komponenten Fx, Fz, Fy, Mx, Mz und My, sowie deren Einfluss auf die jeweils anderen Größen („Crosstalk"). Dabei werden pro Rad insgesamt 36 Linienschriebe aufgezeichnet, die in die automatische Linearisierung und Crosstalk-Kompensation einfließen. Jedes Messrad erhält mit den dort ermittelten Werten seinen elektronischen Steckbrief mit sämtlichen für die exakte Online-Verrechnung notwendigen Kalibrier- und Korrekturdaten.
Die neuen Messräder WFT-CX können vom Kleinwagen (minimale Felgengröße: 14 Zoll) bis hin zur großen Limousine, aber speziell auch an SUVs und Kleinlastern (maximaler Nabendurchmesser: 5,5 Zoll) eingesetzt werden. Neben der wasserdichten Ausführung ist hierfür vor allem auch die Stoßfestigkeit bis 50g maßgeblich, was erstmals Versuche mit Schwellenüberfahrten (speed bumps) erlaubt. Der kühltechnisch optimierte Aufbau in Verbindung mit der guten Wärmeleitung des Alu-Messkörpers vermeidet einen übermäßigen Wärmeeintrag selbst bei Vollbremsungen. Zum Beispiel wurden mit den Messrädern über 20 Bremsversuche (Beschleunigung auf 150 km/h mit anschließender Vollbremsung) durchgeführt. Die Temperatur des Messkörpers hat dabei die 50 °C-Grenze nicht überschritten. Die gesamte Signalaufbereitung ist für einen Temperaturbereich von -40 °C bis +105 °C ausgelegt. Das alles resultiert in einem wesentlich breiteren Anwendungsspektrum als bisher, das nun auch Brems-, Komfort- und Reifentests mit ein und derselben Messradkonfiguration einschließt.