Christoph Reisinger

• Diese Masterarbeit untersucht die Möglichkeit, die auftretenden Massenträgheiten und Verluste an einem Back-2-Back-Prüfstand für definierte Prüfläufe mit Hilfe von zusätzlichen Antriebselementen auszugleichen. Der aktuelle Prüfstandsaufbau besteht aus zwei elektrischen Antriebsachsen (den Prüflingen), welche über Wellenverbindungen und zwei Koppelgetriebe mechanisch miteinanderverbunden sind. Im aktuellen Prüfaufbau erfolgt die Massenträgheits- und Verlustkompensation durch die Prüflinge selbst, welche dadurch unterschiedliche Lastzustände aufweisen. Diese ungleiche Belastung widerspricht dem grundsätzlichen Testinteresse, einen Prüfling gegen den anderen Prüfling mit jeweils gleicher Last zu betreiben. Die Problem- bzw. Fragestellung dieser Arbeit ist es zu prüfen, ob diese Massenträgheit- und Verlustkompensation durch eine Erweiterung des Prüfstandsaufbaus von zusätzlichen Antriebselementen getragen werden kann. Das Konzept dieser Arbeit ist es, an den beiden Koppelgetrieben zusätzliche elektrische Motoren anzubringen, welche den Prüfaufbau beschleunigen und verzögern können und somit die Massenträgheiten und Verluste kompensieren. Für den aktuellen Prüfstandsaufbau wird ein Modell in MATLAB/Simulink auf Basis der theoretischen Herleitungen von Massenschwingersystemen erstellt. Die notwendigen Modellparameter werden aus vorhandenen Messdatenaufzeichnungen des realen Prüfstands identifiziert und die Simulationen der erstellten Modelle werden gegen diese realen Messdatenaufzeichnungen bzw. gegen die anderen Modelle validiert. Als Ergebnis der Modellerstellung steht ein robustes Modell, das auch unter der Annahme gewisser Vereinfachungen in der Lage ist, den realen Prüfstand mit definierten Prüfabläufen zu simulieren. Darauf aufbauend wird die Erweiterung mit zusätzlichen Antriebselementen im Modell durchgeführt und geeignete PI-Regler mit Vorsteuerung entworfen. Das entworfene Simulationsmodell fährt abschließend den gleichen Prüflauf wie der reale Prüfstand ab, und die Daten aus der Simulation werden mit den Messdaten verglichen. Dabei können beide Prüflinge drehmomentgeregelt betrieben werden, die Drehzahlregelung für den Prüflauf erfolgt durch die zusätzlichen elektrischen Motoren im Modell, welche auch die Massenträgheits- und Verlustkompensation für den Prüflauf tragen. Für die Simulation wird ein stabiles, aber dennoch vereinfachtes Modell verwendet. Die Ergebnisse der Simulation mit den Prüfstandserweiterungen bestätigen die Hypothese, dass die parasitären Trägheits- und Verlusteffekte durch den Aufbau zusätzlicher Antriebselemente weitgehendkompensiert werden können. Außerdem wurde für die definierten Prüfläufe ein besseres Verhalten, sowohl hinsichtlich Dynamik als auch hinsichtlich Stabilität festgestellt. Zusätzlich wird im Ergebnisteil die Möglichkeit diskutiert, die Prüfstandsseiten gezielt mit unterschiedlicher Drehzahl, wie z.B. bei einer Kurvenfahrt, zu betreiben. Diese Arbeit gibt abschließend noch die Empfehlung, die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen am realen Prüfstand zu testen, sowie in das reale Prüfstandssystem zu integrieren. Weiters sollte die Prüfstandserweiterung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit bzw. Rentabilität bewertet werden.
• In this thesis, the improvement and adjustment of a test application for an automotive test bench is examined. The specific test application contains two devices under test, which are electric drive axles. In the test setup, the axles are mechanically connected with shafts and two gearboxes. For the testing itself,various operating points with different torque and speed of rotation are relevant. In all test applications unpreferred torques occur. This is caused by the need to compensate the inertia of mass and the losses due to friction of the components in the test setup. In the current setup of the test bench the compensationof the inertia of mass and the friction loss is compensated with the torque of the devices under testing. Asa result, the devices under testing have different intermittent load, which contradicts the purpose of the test.The main intention of this thesis is to find and validate a solution to compensate the unpreferred torque. Therefore, additional electric motors shall compensate the inertia of mass and friction losses, instead of the devices under test. In the setup of the test bench these additional electric motors can be fitted to the gearboxes.This thesis contains a simulation of the current test bench setup and a simulation with the additional electricmotors. At first, a model of the current test bench is implemented in MATLAB/Simulink. The model is based on the mass oscillators theory. Needed parameters for the model are identified from measurements of the real test bench. In the process of modelling and for some of the parameters, simplifications need to be assumed. However, as a result the implemented model of the test bench shows an appropriate system behaviour. To validate the model, measurements of the real tests are used for a comparison with the results of the simulation.Furthermore, the model is extended with the electric motors. For the extended model a new control system is implemented to reach the defined operating points. Hence, a control system with PI-controllers and feedforward control is implemented for each of the electric motors. As a result of the implemented control system, both devices under testing can operate in torque control and the additional motors operate in speed control. A stable but simplified model is used for simulation. The results of the simulation with the test bench extensions confirm the hypothesis that the parasitic inertia of mass and friction loss effects can largely be compensated by the additional drive elements. In addition, the test bench performs better in terms of both dynamics and stability. Additionally, with the new setup further test applications may be possible. For each of the two sides of the test bench, a different rotational speed may be possible to control. This might be interesting for simulations of cornering.Finally, this work recommends integrating the simulation results into the real test system. Subsequently,data from the simulation will be compared with further empirical data. Furthermore, test equipment manufacturers and test bench operators should evaluate the cost-effectiveness of the system expansion.