KU Leuven LMSD & Toyota Motor EuropeBarrières doorbreken in NVH-onderzoek naar aandrijflijnen

In een notendop

Het LMSD-team (Laboratory for Mechanical Systems and Dynamics) van de KU Leuven is gespecialiseerd in het integreren van simulatie- en praktijkgegevens om de prestaties, betrouwbaarheid en levensduur van mechatronische systemen, zoals aandrijflijnen voor auto’s, te verbeteren. Om hun baanbrekende onderzoek te ondersteunen, werkten ze samen met CTRL Engineering, bekend om zijn expertise op het gebied van testbanken voor auto’s, om de nodige validatietools voor hun geavanceerde simulaties te leveren.

“CTRL Engineering helped us from accurate requirement setting up to the delivery of a high accuracy test bench, which made us a very happy partner 😊🔧🎯”
Claus Claeys – Research Manager @ KU Leuven LMSD

De uitdaging: geavanceerde NVH-evaluatie in aandrijflijnen van de volgende generatie

Nu hybride en elektrische voertuigen (EV’s) de prestaties van aandrijflijnen herdefiniëren, is Toyota Motor Europe (TME) een samenwerking aangegaan met het LMSD-team van de KU Leuven om de NVH-kenmerken (Noise, Vibration, Harshness) van geavanceerde componenten te evalueren. Om hun simulaties te valideren, had het team een ultramoderne testbank nodig. CTRL Engineering kreeg de opdracht om een oplossing op maat te ontwerpen die de praktijkomstandigheden kon nabootsen en een nauwkeurige modelvalidatie kon garanderen.

Kritieke vereisten voor de testbank waren onder meer snelle data-acquisitie, encodernauwkeurigheid tot op de microseconde, simulaties met hoge dynamische belasting, naadloze modelgebaseerde software-integratie en veiligheidsvoorzieningen voor hoogspanningssystemen.

De oplossing: een op maat gemaakte testbank voor precisie

CTRL Engineering ging de uitdagende eisen aan door een op maat gemaakte testbank te ontwikkelen die geavanceerde hardware- en softwareoplossingen naadloos integreerde. Het systeem werd ontworpen om dynamische belastingen en hogesnelheidsoperaties te weerstaan en tegelijkertijd nauwkeurige NVH-metingen te leveren.

Een belangrijke innovatie was de integratie van een FPGA-gebaseerd edge-apparaat, dat het mogelijk maakte om alle encodergegevens te voorzien van een tijdstempel met een hoekpositie-nauwkeurigheid van ongeveer 0,1 boogseconden bij een nominale invoersnelheid van 3000 tpm. Dankzij deze precisie kon het team het dynamische gedrag van aandrijflijncomponenten monitoren met een detailniveau van meer dan een tiende boogseconde, waardoor zelfs de kleinste variaties in geluid en trillingen konden worden geregistreerd.

Het mechanische ontwerp werd geoptimaliseerd om interferentie met trillingsmetingen te verminderen, waarbij de nadruk lag op het handhaven van een lage natuurlijke frequentie onder 5 Hz. Dit zorgde ervoor dat mogelijke resonanties de kwaliteit van de geregistreerde NVH-gegevens niet in gevaar brachten.

De energie-efficiëntie werd verbeterd door het gebruik van een gedeelde DC-bus, die het vermogensverlies tijdens de werking van de motor minimaliseerde en regeneratieve energieterugwinning mogelijk maakte, wat resulteerde in een tot 20% lager energieverbruik in vergelijking met conventionele systemen.

Realtime synchronisatie en besturing werden bereikt via EtherCAT-communicatie, wat een snelle, deterministische gegevensoverdracht mogelijk maakte. Dit zorgde voor een nauwkeurige coördinatie tussen motoren, sensoren, actuatoren en gegevensverzamelsystemen, waardoor tests met een nauwkeurigheid van milliseconden konden worden uitgevoerd en de latentie tot een minimum werd beperkt.

Resultaten: de kloof tussen simulatie en validatie overbruggen

Dankzij deze samenwerking kon LMSD het onderzoek versnellen door gebruik te maken van de geavanceerde testbank, die snelle iteratie en validatie van simulatiemodellen mogelijk maakte. Het hielp ook bij het optimaliseren van het ontwerp van de aandrijflijn, aangezien de inzichten die werden verkregen uit rigoureuze tests de NVH-prestaties (Noise, Vibration, Harshness) aanzienlijk verbeterden. Bovendien verbeterde de samenwerking de commerciële gereedheid, met betrouwbare gegevens die de mogelijkheden van de motor valideerden en toekomstige schaalbaarheid en klantgesprekken ondersteunden.

Deze baanbrekende samenwerking zorgt ervoor dat LMSD en TME goed gepositioneerd zijn om aan de verwachtingen van de industrie te voldoen en deze te overtreffen, door aandrijfsystemen te leveren die nieuwe maatstaven zetten voor efficiëntie en betrouwbaarheid.

Waarom is dit belangrijk voor u?

Deze samenwerking toont het belang aan van precisie bij de validatie van aandrijfsystemen, vooral nu de auto-industrie elektrificatie omarmt. Nauwkeurige NVH-tests zorgen ervoor dat nieuwe aandrijftechnologieën betrouwbaar en efficiënt zijn en voldoen aan de wettelijke normen.

De op maat gemaakte testbanken van CTRL Engineering bieden de hoge snelheid gegevensverzameling, nauwkeurige timing en realtime controle die nodig zijn om complexe systemen te valideren, waardoor autofabrikanten de time-to-market kunnen verkorten en de productkwaliteit kunnen verbeteren bij de overgang naar hybride en elektrische voertuigen.