In der Automobilindustrie werden sicherheitsrelevante Bauteile zur Freigabe für die Serienproduktion zwar in zunehmenden Maße rechnerisch analysiert, aber immer auch experimentell erprobt. Dazu werden einzelne Bauteile oder ganze Systeme (z.B. Schwenklager oder Vorderachse) auf hydraulischen Prüfmaschinen realitätsnah belastet und die Lebensdauer ermittelt. Das Ensemble Prüfstand- Prüfling stellt dabei ein komplexes mechatronisches Gesamtsystem dar. Eine Simulation der Erprobung im Rechner soll helfen, das Verhalten des Prüfsystems besser zu verstehen und die Vorbereitungszeit für die reale Prüfung zu verkürzen.

Bei der Erprobung von Fahrzeugachsen müssen vorgegebene Kräfte und Momente an der rechten und linken Radnabe eingeleitet werden. Ein neuartiges Prüfstandskonzept setzt dazu die Hexapodenkonfiguration ein, die durch die Anordnung von 6 gleichen hydraulischen Zylindern eine beliebige Kraft/Momentkonstellation im Radmittelpunkt erzeugen kann.

Der Betrieb des Prüfsystems erfolgt über Steuergrößen für die hydraulischen Ventilen zur Erzeugung der gewünschten Kräfte und Bewegungen in den einzelnen Zylindern. Die Achse selbst weist wegen ihres komplexen Aufbaus mit Federn, Dämpfern, Gummilagern etc. einen nicht-linearen Zusammenhang zwischen Kräften/Momenten und den Verschiebungen und Rotationen an der Radnabe auf. Die Durchführung einer Erprobung mit vorgegebenen Lasten stellt deshalb hohe Anforderungen an die Ansteuerung und Regelung des Systems. Während des Prüfstandslaufes werden die tatsächlich auftretenden Kräfte und Momente am Rad ständig gemessen, mit den Vorgaben verglichen und in einen Regler gefüttert, der daraus ein Steuersignal v für die Ventile der Hydraulik erzeugt.

In der Simulation wird das mechanische System Achse-Hexapoden mittels eines Mehrkörpermodells abgebildet. Die Hydraulik wird durch einen Satz von (Differenzial-) Gleichungen und zugehörigen Parametern (Viskosität, E-Modul, ...) modelliert und das in der realen Hardware verwendete Regelsystem (Controller) wird mittels geeigneter Schnittstellen in die Simulationsumgebung eingebunden. Basierend auf Messdaten aus Fahrversuch und Prüfstandslauf wird die Modellierung aller Teilsysteme überprüft und an das reale Verhalten angepasst. Damit werden Studien zur Anpassung der geometrischen Konfiguration des Hexapoden an die Achserprobung oder zur Verbesserung des Kontrollmechanismus durchgeführt.

Die im folgenden Bild gezeigte überarbeitete Konfiguration des Hexapoden kommt beispielsweise bei der gleichen Erprobung mit deutlich geringeren Zylinderkräften aus als das Ausgangsmodell.