Mit den bisherigen Prüfverfahren können die realen Einsatzbedingungen nicht abgebildet werden. Es kann durch heutige Verfahren folglich kein Prüfstandsaufbau dargestellt werden, welcher Unternehmen u.a. im Bereich der Bremsenentwicklung die Möglichkeit bietet, auch ohne Prototyp und ohne Gefahr von Leib und Leben die Absicherung realitätsgetreu nachzuweisen und so die Auslegung zu bestätigen. Auch Zulassungsinstitutionen fehlt ein Prüfstand, auf dem die realen Belastungen simuliert werden können und so u.a. eine aussagekräftige Zulassung entwickelter Bremsbauteile getätigt werden können.

Das Ergebnis zur Entwicklung unseres patentierten hochdynamischen stationären Prüfkonzepts ist, erstmalig eine Realfahrt welche das Fahrprofil einer tatsächlichen Fahrt auf der Straße reproduzierbar und quantifizierbar macht. 

Technologische Entwicklung

Aufgrund der dargestellten Probleme in Bezug auf die mangelnden Absicherungsmöglichkeiten heute verfügbarer Prüfstände, ist von der Firma Schmid Motorsport GmbH in Zusammenarbeit mit der Hochschule Kempten ein Fahrzeugbremsenprüfstand entwickelt worden, welcher erstmals hochdynamische Vorgänge, die beispielsweise durch einen Regeleingriff des Bremsensteuergeräts verursacht werden, realitätsgetreu dargestellt werden. Bei derartigen Bremsmanövern kann ein Rad aus hoher Geschwindigkeit durch den Verlust der Haftgrenze blockieren, durch den Regeleingriff wird es anschließend sprunghaft auf die Ausgangsgeschwindigkeit beschleunigt. Diese Vorgänge und die Auswirkungen auf die Bremsbauteile, werden erstmals durch das innovative Testverfahren am Prüfstand wahrheitsgetreu abgebildet.

Zudem sind heute eingesetzte Prüfstände auf eine Maximalgeschwindigkeit stark eingeschrenkt, üblicherweise wird nur der Geschwindigkeitsbereich bis 160 km/h abgesichert, da für den höheren Geschwindigkeitsbereich keine gesetzlichen Bestimmungen vorliegen. Daraus resultieren bei dynamischen Hochgeschwindigkeitsbremsungen erhebliche Sicherheitsmängel, die aufgrund fehlender Prüfstandstechnik nicht überprüft und abgesichert werden können. Auch Fahrversuche werden meist nicht durchgeführt, da weder die dafür nötigen Teststrecken existieren noch die Prototypen entsprechendes Entwicklungsstadium aufweisen. Um diese Sicherheitslücke zu schließen, wird die Prüfmaschine bis zu einer Maximalgeschwindigkeit von Vmax alle tatsächlich auftretenden Bremsmanöver inklusive Bremsregelungseingriff zuverlässig und realitätsgetreu abbilden. Besonders bei hochmotorisierten Fahrzeugen führt die vorgestellte Prüfstandstechnik neben den genannten Vorteilen zu einer wesentlichen Verbesserung des Bremsen-Absicherungsprozesses und damit der Sicherheit im Straßenverkehr.

Neben der realitätsgetreueren Absicherung ergeben sich durch den Einsatz des neuartigen Prüfstands signifikante Verbesserungen im Entwicklungsprozess und deutlich kürzere Entwicklungszeiten. Im Bremsbauteil-Entwicklungsprozess führen besonders Geräusche und Schwingungsprobleme, die ausschließlich durch Abbilden des realen Fahrverhaltens unter extremen Bedingungen detektiert werden können, zu oftmaligen Iterationsschritten. Durch den neuartigen Prüfstand wird das reale Fahrverhalten zu jedem Entwicklungszeitpunkt und mit wenigen Anbauteilen des Prototyps abgebildet, weshalb Schwingungsprobleme zu frühen Entwicklungsstadien erkannt werden können. So resultiert trotz der steigenden Komplexität (Steigerung der Leistungsaufnahme bei geringerem Volumen, steigende Variantenvielfalt etc.) eine zielgerichtetere und effizientere Entwicklung von Bremsbauteilen.

Durch die Vernetzung des Bremsenprüfstands mit realen Testfahrten ergibt sich ein weiterer entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Prüfstandsmethoden. Es werden erstmals die Eingangsgrößen für die Simulation aus wahren Messungen abgeleitet und so im Nachgang an eine Messfahrt am Prüfstand nachgebildet. Dadurch ist es erstmalig möglich, kritische Parameter zu evaluieren und verstärkten Verschleiß oder Bremsenversagen auf bestimmte Fahrmanöver zurückzuführen. Durch die Vernetzung der Fahrt mit dem Prüfstand über eine Cloud-Anwendung ist zudem eine Verkürzung des Entwicklungsprozesses möglich. Bisher wurden Messfahrten zentral auf einen Messrechner abgespeichert und bei Bedarf weiteren Prüfstandsabteilungen übermittelt. Dies generierte aufgrund von Falschinterpretationen und Anfertigen von Duplikaten eine erhebliche Datenmenge, die von vielen Beteiligten in der Bremsenentwicklung ungenutzt blieb. Durch die Abspeicherung auf der Cloud-Umgebung wird eine Organisationsstruktur zur Datenverwaltung und Datenverarbeitung geschaffen, die besonders für größere Bremsenhersteller eine entscheidende Verbesserung im Entwicklungsprozess mit sich bringt.

Das Patent welches zugrunde liegt, stellt die Grundlage für das Vorhaben und erläutert das allgemeine Funktionsprinzip. Der Prüfstandsaufbau besteht aus mindestens einem Antriebsmotor. Zur Nachbildung der realen Umgebungsbedingungen ist der Bremsenprüfling zusätzlich von einer Klimakammer umgeben. Für die Ansteuerung der Motoren, der Trennkupplung und aller Nebenaggregate wird eine geeignete Regelung eingesetzt und in der Prüfstandssteuerung implementiert, die den hohen Dynamikanforderungen genügt und somit eine realitätsgetreue Bremsung darstellt.

The current test methods cannot reflect the real operating conditions. As a result, today's procedures cannot be used to create a test bench setup that offers companies in the area of brake development, among other things, the opportunity to realistically demonstrate safety and thus confirm the design, even without a prototype and without risking life and limb. Approval institutions also lack a test bench on which the real loads can be simulated and, among other things, a meaningful approval of developed brake components can be made.

The result of the development of our patented, highly dynamic stationary test concept is, for the first time, a real journey that makes the driving profile of an actual journey on the road reproducible and quantifiable.

Technological development

Due to the problems described in relation to the lack of protection options available on test benches available today, the company Schmid Motorsport GmbH has developed a vehicle brake test bench in collaboration with the Kempten University of Applied Sciences, which for the first time realistically represents highly dynamic processes that are caused, for example, by a control intervention of the brake control unit . During such braking maneuvers, a wheel can lock at high speed due to the loss of adhesion limit, and the control intervention then accelerates it suddenly to its initial speed. These processes and the effects on the brake components are truthfully depicted for the first time using the innovative test procedure on the test bench.

In addition, the test benches used today are severely limited to a maximum speed; usually only the speed range up to 160 km/h is protected, as there are no legal regulations for the higher speed range. This results in significant safety deficiencies in dynamic high-speed braking, which cannot be checked and verified due to a lack of test bench technology. Driving tests are usually not carried out either, as neither the necessary test tracks exist nor the prototypes are at an appropriate stage of development. In order to close this safety gap, the testing machine will reliably and realistically reproduce all braking maneuvers that actually occur, including brake control intervention, up to a maximum speed of Vmax. Particularly in highly motorized vehicles, the test bench technology presented leads, in addition to the advantages mentioned, to a significant improvement in the brake validation process and thus safety in road traffic.

In addition to more realistic validation, the use of the new test bench results in significant improvements in the development process and significantly shorter development times. In the brake component development process, noise and vibration problems in particular, which can only be detected by replicating real driving behavior under extreme conditions, lead to frequent iteration steps. The new test bench depicts real driving behavior at every stage of development and with just a few add-on parts to the prototype, which is why vibration problems can be identified at early stages of development. This results in a more targeted and efficient development of brake components despite the increasing complexity (increase in power consumption with lower volume, increasing variety of variants, etc.).

Networking the brake test bench with real test drives results in another decisive advantage over conventional test bench methods. For the first time, the input variables for the simulation are derived from true measurements and are thus reproduced following a measurement run on the test bench. This makes it possible for the first time to evaluate critical parameters and attribute increased wear or brake failure to specific driving maneuvers. By connecting the journey with the test bench via a cloud application, it is also possible to shorten the development process. Previously, measurement runs were saved centrally on a measuring computer and transmitted to other test bench departments if necessary. Due to misinterpretations and the creation of duplicates, this generated a significant amount of data that remained unused by many involved in brake development. By storing data in the cloud environment, an organizational structure for data management and data processing is created, which brings about a decisive improvement in the development process, especially for larger brake manufacturers.

The patent on which it is based provides the basis for the project and explains the general functional principle. The test bench structure consists of at least one drive motor. The brake test specimen is used to simulate the real environmental conditions

By activating the brake control unit, the brake hydraulics are actuated and braking is initiated. Depending on the brake control, the drive machines must be controlled in such a way that the brake disc simulates the movement of a wheel installed in the vehicle. For this purpose, the tire slip and the real wheel movement are calculated using a real-time tire model and a residual bus simulation based on the driving condition (speed, acceleration, yaw rate, steering angle, etc.). The control and simulation must consistently achieve the shortest cycle times in order to be able to realistically represent the highly dynamic processes in the brake. For example, it must be possible to decelerate to a standstill and accelerate to vehicle speed within less than 200 ms. Before, during and after the control unit intervention of the brake control unit (ABS or ESP control), the drive motor(s) and thus the brake components must be continuously regulated in such a way that, on the one hand, a defined kinetic energy is converted into heat in the brake and, on the other hand, continuously the real tire movement is displayed. The development thus results in an innovative hardware-in-the-loop brake test bench in which the brake hardware is real, but the surrounding vehicle behavior is simulated.