Was passiert im EVZ? Oder: Die Wettermacher.

Die Aufgabe einer zukunftsfähigen Prfstandslandschaft ist es, Instrumente und Methoden zur Verfgung zu stellen, um die Auslegung und Absicherung von Komponenten und deren Zusammenspiel effizient zu untersttzen. Die dabei durchgefhrten Untersuchungen sollen nahezu sämtliche Beanspruchungen des Fahrzeuglebens realitätsnah abbilden und zudem möglichst viele der im Kundenbetrieb möglichen Fahrszenarien ber die Erprobung im Prfstand abdecken. Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum der BMW Group (EVZ) leistet darber hinaus noch einiges mehr: es ist eine „visionäre Prflandschaft“, deren Ausstattung bereits heute alle zuknftigen Mobilitätskonzepte und deren Auslegungs- und Absicherungsbedarf abdeckt.

„Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum ist das Schweizer Taschenmesser der BMW Group bei der Entwicklung von neuen Lösungen fr eine nachhaltige Mobilität. Hier haben wir alles, was wir fr die tägliche Absicherung brauchen und können gleichzeitig Themen vorantreiben, die in fnf oder zehn Jahren aktuell sind.“
(Peter Hoff, Projektplanung EVZ)

 
Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Umweltwindkanal - Regensimulation

Durch die Möglichkeit, im EVZ Umwelteinflsse äußerst realitätsnah zu simulieren, können Fahrten in großer Höhe, mit Regen, Sonne oder Schnee mit Autos und Motorrädern erstmals im Prfstand stattfinden. Damit erreicht die Betriebs- und Funktionsabsicherung auf dem Prfstand eine völlig neue Dimension. Die Systeme des Prfstands simulieren ber verschiedene Fahrprofile die Rahmenbedingungen beispielsweise einer Berg- oder Autobahnfahrt, um sparsame und effiziente Betriebsstrategien fr die Fahrzeuge zu entwickeln. Besonders fr Themen wie die Optimierung von Motor- und Getriebeapplikationen, aber auch im Hinblick auf die Hybridisierung der Fahrzeuge ist dies eine große Erleichterung, da nun in der präzise justierbaren Umgebung des Prfstands Tests durchgefhrt werden können, die bisher auf der Straße nicht so genau bzw. gar nicht gemessen werden konnten. Mit Abgas- und Verbrauchsmessungen bei verschiedenen Fahrzyklen, sowie Messungen zum Verhalten der Motor-Getriebekombination bei plötzlichen änderungen der Lastvorgaben, können neue Optimierungspotenziale identifiziert und im Hinblick auf Dynamik, Verbrauch und Abgaszusammensetzung umgesetzt werden.

Insgesamt werden im EVZ fnf bergreifende Entwicklungs- und Absicherungsthemen adressiert, die sich gegenseitig ergänzen. Diese sind Energie- und Wärmemanagement, thermische Betriebssicherheit, Tieftemperaturverhalten, Betriebs- und Funktionsabsicherung unter Umweltbedingungen sowie die Entwicklung und Funktionsabsicherung des Heiz-Klimasystems. Versuche und Untersuchungen, die einen längeren Prfzeitraum vorsehen, wie Korrosion, Dauerfestigkeit, Dauerhaltbarkeits- oder Laufleistungsversuche werden im EVZ dagegen nicht durchgefhrt.

Die Prfstände des EVZ – alle Straßen dieser Welt unter einem Dach. Das EVZ verfgt ber insgesamt fnf Prfstände, die jeweils wichtige Alleinstellungsmerkmale besitzen, teilweise aber auch ber ähnliche und identische Funktionalitäten und Umfänge verfgen. Diese Redundanz ist bewusst gewählt, um eine gewisse Flexibilität in der Belegung der Prfstände zu gewährleisten. Damit ist ein Prfablauf nicht auf einen bestimmten Prfstand festgelegt, sondern einige Tests können in mehreren Prfständen durchgefhrt werden.

„Nicht jeder Prfstand muss alles können, sondern er muss jeweils das Richtige können. Im EVZ haben wir das durch die intelligente Ausstattungskombination der Kanäle realisiert und können nun praxisnah und praxisgerecht prfen.“
(Peter Hoff)

 
Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Umweltwindkanal - Schneesimulation

Bei der Implementierung der Prflandschaft des EVZ wurde einerseits darauf geachtet, eine maximale berdeckung der Anforderungen darzustellen, um bestmöglich arbeiten zu können. Andererseits jedoch sollten gleichzeitig Kosten und Energie gespart werden. Im Vorfeld wurden alle Anforderungen der Fachabteilungen erhoben, um bestimmte Funktionen und Umfänge darstellen und abprfen zu können. Anschließend wurden jedoch nicht einfach alle Wnsche erfllt, sondern die Prflandschaft wurde praxisgerecht auf die Anforderungen der Entwicklungsabteilungen aus dem Unternehmen zugeschnitten. So bietet nicht jeder Prfstand jede Funktion, in der Summe jedoch decken alle Prfstände jegliche abbildenswerte Umweltsimulationsmöglichkeit ab.

Drei thermische Windkanäle und zwei klimatisierte Kammerprfstände – fnf individuelle Prfstände der Extraklasse. Das EVZ besteht zum einen aus drei spezifisch ausgestatteten Windkanälen: „Thermowindkanal“, „Klimawindkanal“ und „Umweltwindkanal“. Diese drei Prfstände dienen in erster Linie der Bauteil- und Systemabsicherung unter Extrembedingungen wie Hitze, Kälte, Regen und Schnee. Durch die identische Konzeption der drei Windkanäle in Größe und Geometrie wird sichergestellt, dass die Versuchsingenieure aus den verschiedenen Entwicklungsabteilungen bei gleicher Strömungsqualität zwischen den Kanälen wechseln können, ohne dass sich dies auf die Messergebnisse niederschlägt. Fr Standarduntersuchungen ist damit beste Vergleichbarkeit bei größtmöglicher Flexibilität gegeben.

Eine architektonische Besonderheit ist die vertikale Luftfhrung der Windkanäle. Die Luft wird dabei nach Verlassen der Messstrecke ber dem Prfstand zurckgefhrt. In dieser Rckfhrung befindet sich das Gebläse ca. fnfzehn Meter ber dem Plenum. Um eine möglichst realistische Umströmung des Gesamtfahrzeugs zu erreichen, wird die Luft beim Eintritt in die Messstrecke durch eine Dse mit 8,4 Quadratmetern gefhrt und das Plenum entsprechend großzgig dimensioniert. Diese vertikale, raumökonomische Anordnung ermöglicht außerdem eine prozessoptimale Anordnung der drei Prfstände.

Neben den drei Windkanälen untersttzen die beiden Kammerprfstände „Höhenprfstand“ und „Kälteprfstand“ beispielsweise die Auslegung und Absicherung der Heiz-Klimasysteme und ermöglichen Emissionsmessungen unter Höhe oder Kälte.

 
Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Umweltwindkanal - Regensimulation

Jeder Prfstand verfgt neben der Messstrecke ber einen separaten Leitstand. Von hier aus wird der Prfstand bedient und kontrolliert. Ein hochmodernes Prfstandsleitsystem steuert alle Komponenten und berwacht Hunderte von Parametern. Es gibt differenzierte Rckmeldungen darber, ob die Rollen sich bewegen, der Ventilator sich dreht, mit welcher Geschwindigkeit der Wind weht und ob die Kältemaschinen arbeiten. Ohne ein solches System ist die Bedienung eines derart komplexen Prfstands nicht möglich. Das Prfstandsleitsystem ermöglicht es, hochdynamische Versuche mit wechselnden Umweltbedingungen detailliert und reproduzierbar abzufahren. Während der Fahrversuche berwacht der Prfstandstechniker den Versuchsablauf in erster Linie am Computer – und hat damit hunderte von Messwerten im Blick und im Griff. So erkennt er sofort, falls etwas außerplanmäßig laufen sollte und kann entsprechend handeln. Intelligente Trverriegelungssysteme und die Videoberwachung der Prfstände tragen außerdem zur Sicherheit aller Beteiligten bei.

In jedem dieser Gesamtfahrzeugprfstände ist das Fahrzeug ber Fesselungen fest mit dem Prfstand verbunden, bewegt sich also nicht vorwärts. Um dennoch die Straße im Labor zu simulieren, kommt zum einen Windkanaltechnik zum Einsatz, zum anderen sind in jedem der Prfstände vier Rollenantriebe im Prfstandsboden eingelassen. Diese zylindrischen Rollen haben bis zu zwei Meter im Umfang und simulieren an jedem der vier Räder den bewegten Untergrund. Dabei funktionieren die Rollen wie ein Dynamo an einem Fahrrad und können dadurch diverse längsdynamische Fahrsituationen simulieren. Bei Beschleunigungsversuchen, Bergauf- oder Hochgeschwindigkeitsfahrten bietet die Rolle den der Situation entsprechenden Fahrwiderstand und bremst das Fahrzeug. Die Rollen arbeiten dabei generatorisch und speisen den aus der Bremswirkung gewonnenen Strom ins EVZ Stromnetz ein.

„Die Rollen im Prfstand sind unsere Straße – aber eine Straße die nie endet und beliebig bergauf oder bergab fhren kann. Soll die Rolle im Prfstand eine Bergabfahrt vom Großglockner simulieren, schiebt sie praktisch das Fahrzeug den ‚Berg‘ hinunter, ganz so wie dies die Hangabtriebskraft mit einem Auto an einem realen Berg auch tut.“
(Roland Kleemann, Methoden und Prfeinrichtungen EVZ)

 
Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Umweltwindkanal - Regensimulation auf dem Motorradlaufband mit der BMW R 1200 RT

Da sich Fahrsituationen sehr schnell ändern können, muss sich die Rolle sehr schnell regeln lassen. Will man beispielsweise eine Notbremsung aus einer Autobahnfahrt mit 100 km/h simulieren, können die Rollen im EVZ eine Einregelzeit von nur 50 Millisekunden realisieren, das ist nur etwa halb so lang wie ein menschlicher Wimpernschlag. Und das mit unglaublicher Genauigkeit: Die Winkelsynchronisation zwischen den vier Rollen erfolgt mit einer maximalen Abweichung von lediglich plus/minus 0,05 km/h. Dies und die Tatsache, dass die großen Rollenantriebe kurzzeitig eine Maximalleistung von bis zu 1,4 Megawatt erbringen können, machen sie zu einem der technischen Highlights im EVZ.

Der Thermowindkanal – „cool“ bleiben. Der Thermowindkanal dient im Wesentlichen der klassischen thermischen Bauteilabsicherung und ist mit seinem Funktionsumfang dementsprechend ausgelegt. Hier werden vorzugsweise hohe Fahrzeuglasten gefahren, wie beispielsweise Hochlastfahrten mit einem Anhänger oder Höchstgeschwindigkeit in großer Hitze ber einen längeren Zeitraum. Ziel ist es hier, alle Grenzlast bestimmenden Versuche, die der Kunde im „wahren Leben“ auch fährt, zu simulieren und nachzuvollziehen. Besonders interessant ist dabei jedoch nicht die reine Höchstgeschwindigkeitsfahrt auf einer Autobahn allein, sondern vor allem die Lastwechsel: fährt man lange auf der Autobahn unter Volllast und steht kurz darauf im Stau, bedeutet das eine hohe Belastung fr das Khlsystem, da kein Fahrtwind mehr die Khlung untersttzt. In diesem Fall nimmt das Khlvermögen drastisch ab, aber der heiße Motor erzeugt noch sehr viel Abwärme. In diesen Grenzsituationen muss das Khlsystem dennoch in der Lage sein, diese Abwärme abzutransportieren.

Da der Thermowindkanal vor allem auf Untersuchungen zur Khlleistung und thermischen Betriebssicherheit ausgelegt ist, liegt der realisierbare Temperaturbereich zwischen 20° C und 45° C. Das Gebläse erzeugt Windgeschwindigkeiten bis zu 280 km/h, um auch Höchstgeschwindigkeitsfahrten zu simulieren. Darber hinaus verfgt er ber eine begehbare Mittengrube mit Glasboden, die beispielsweise thermographische Untersuchungen des Unterbodens ermöglicht.

Der Klimawindkanal – Beschleunigung wie ein BMW M5. Im Grunde identisch mit dem Thermowindkanal, bietet der Klimawindkanal einige Besonderheiten. Neben der thermischen Bauteilabsicherung liegt der Fokus hier zusätzlich auf Untersuchungen zu Klimatisierung, Bremsenkhlung und Hochdynamikversuchen. Mit bis zu 250 km/h Windgeschwindigkeit erreicht der Klimawindkanal zwar nicht die Höchstgeschwindigkeit des Thermowindkanals, jedoch kann das Gebläse hier schneller beschleunigen. Durch die Verwendung von besonders steifen und leichten Kohlefaserrotorblättern – statt Aluminiumblättern wie in den anderen Kammern – lässt sich hier sogar die Beschleunigung eines BMW M5 darstellen, um beispielsweise dessen Khlverhalten auf dem Nrburgring abzusichern.

 
Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Klimawindkanal

Zudem verfgt der Klimawindkanal ber eine Sonnensimulation. Eingemessen auf bis zu 1200 Watt pro Quadratmeter sorgen 24 Hochleistungsstrahler in diesem Prfstand fr eine realitätsnahe und homogene Sonneneinstrahlung. Dies erlaubt vor allem erweiterte Prfumfänge zur Khlleistung. Als besondere Belastung fr das Khlsystem des Fahrzeugs wird dieses nach einer simulierten Belastungsfahrt mit schwerem Hänger „windgeschtzt“ und in voller Sonneneinstrahlung abgestellt. Zu der Windstille und der warmen Umgebungsluft kommt außerdem eine hohe Bodentemperatur, die noch ber der Lufttemperatur liegen kann. Auch hier wird der so wichtige Abtransport der Abwärme untersucht und abgesichert, damit kein Bauteil zu heiß wird. Um sicherzustellen, dass keine Luftbewegung mehr stattfindet, verschließt ein Rollo binnen fnf Sekunden die Dse des Gebläses. Die kontinuierliche Temperierung des Prfstands wird währenddessen ber Lftungsgitter seitlich und oberhalb der Dse realisiert.

Neben zahlreichen Heißlanderprobungsumfängen lassen sich im Klimawindkanal auch Minusgrade bis zu -10° C Lufttemperatur darstellen, um beispielsweise das Zusammenspiel von Innenraumheizung und Motorkhlung zu untersuchen und zu optimieren. In diesem Windkanal werden außerdem Versuche zur Auslegung der Klimaanlage durchgefhrt. Besonders die Belastungen im Leerlauf, im Stand, bei Bergfahrten und bei Stop-&-Go-Zyklen wie im Stadtverkehr, sind fr Konzeption und Absicherung relevant. Wichtiger Aspekt mit Potenzial fr die Zukunft ist auch das Zusammenspiel von Wärmemanagement und Klimatisierung.

Der Umweltwindkanal – Schneesturm im Sommer. Der Auslegungs- und Absicherungsprozess in der Fahrzeugentwicklung bezieht sich jedoch nicht nur auf Untersuchungen in Wärme oder Kälte. Ziel der Prfumfänge ist es außerdem, die Betriebs- und Verkehrssicherheit unter allen klimatischen Wetterbedingungen zu gewährleisten, also unter Regen, Schnee, Hitze oder Kälte und Höhe. Unter dem Begriff „komplexe Umweltsimulation“ subsumiert, bietet das EVZ die einzigartige Möglichkeit, die Testfahrzeuge auch im Prfstand unterschiedlichsten Witterungsbedingungen auszusetzen.

Grundvoraussetzung fr eine realitätsnahe Umweltsimulation ist eine gleichmäßige Luftströmung bis in hohe Geschwindigkeiten, die das Fahrzeug zudem mit einer gewissen Strömungsqualität umgibt. Eine hohe Strömungsqualität bedeutet, dass die Umströmung des Fahrzeugs im Prfstand nahezu identisch mit der tatsächlichen Umströmung während der Fahrt auf der Straße ist. Des Weiteren sind zusätzliche Faktoren wie Luftfeuchte, Temperatur, Sonne, Regen und Schnee zu realisieren, die auch jeweils konstant oder in bestimmten Kombinationen und Wechseln gleichzeitig gegeben sein mssen. Mit dem EVZ gelingt es nun erstmals, diese Anforderungen in einen Prfstand zu integrieren: den Umweltwindkanal.

„Mit dem Umweltwindkanal verfgt die BMW Group erstmals ber die Möglichkeit, sämtliche Umweltfaktoren in einem isolierten Prffeld einzeln und in Kombination abprfen zu können. Damit lassen sich verschiedenste Umweltsituationen detailgetreu und vor allem realistisch abbilden.“
(Christa Hornreich; entwickelte die Methoden fr die thermischen Prfstände)

 
Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Bauphase

Neben einer Sonnensimulation verfgt der Umweltwindkanal ber Anlagen zur Niederschlagssimulation. Damit können die Versuchsingenieure im Prfstand Regen und Schnee erzeugen – und das in verschiedenen Intensitäten. Sogar die Beschaffenheit des Schnees kann zwischen trocken und feucht, also Pulver- oder Nassschnee, variiert werden. Wie aufwendig die Schneeversuche in Alaska oder Skandinavien bisher waren, zeigt folgendes Beispiel: Eine besonders kritische Fahrsituation im Nordland ist die Fahrt hinter einem Lkw auf einer schneebedeckten Straße. Der Lkw erzeugt dabei eine große Schneefahne, in der die nachfolgenden Fahrzeuge fahren. Der Schnee in dieser Fahne ist so fein, dass er sich im Ansaugtakt des Motors festsetzt und den Luftfilter verstopfen kann. Ist dies der Fall, geht der Motor wegen Luftmangels aus. Sollten diese Bedingungen getestet werden, musste diese Situation stundenlang nachgestellt werden. Fr Vergleichsfahrten wurden dabei immer drei Fahrzeuge und Fahrer benötigt. Dies alles kann nun deutlich sicherer und einfacher im Prfstand erledigt werden: Bei Bedarf fährt die Schneelanze aus und simuliert die Schneefahne. Ein Fahrer wird fr diesen Versuch nicht benötigt.

Weitere Versuche, die im Umweltwindkanal stattfinden können, sind beispielsweise die berprfung und Optimierung der Scheibenwischerfunktion, des Wasserfangkonzepts in der A-Säule zur Freihaltung der Seitenscheibe vor berlaufendem Wasser sowie der Außenspiegel-Eigenverschmutzung. Auch Untersuchungen zur Klimaanlagenfunktion in Heißklimaländern oder zur Auslegung des Heizsystems durch die Simulation der Kaltlanderprobung können durchgefhrt werden. Mittels eines speziellen Messsystems werden hier auch Untersuchungen zur Bremsenabkhlung durchgefhrt. Insgesamt ist im Umweltwindkanal ein Temperaturumfang von minus 20° C bis plus 55° C darstellbar.

Eine weitere große Besonderheit im Umweltwindkanal ist das Flachband, um auch Motorräder im Prfstand bestimmten Umweltbedingungen aussetzen und deren Einfluss messen zu können. Die Möglichkeit, Motorräder im Prfstand in diesen Umweltsituationen zu untersuchen, ist bisher einzigartig. Der Vorteil des Flachbands besteht in der hohen Simulationsgte in Bezug auf die Straßenfahrt. Gegenber einer Fahrt auf Rollen, bewegen sich nicht nur die Antriebsräder des Fahrzeugs, sondern der gesamte Boden darunter. Gerade bei Motorrädern ist dies wichtig, denn durch die Drehung des Vorderrads entstehen Luftströme, die die Khlleistung wesentlich untersttzen (bei Motorrädern sitzt der Khler hinter dem Vorderrad). Wrde sich das Vorderrad nicht drehen, wären die Messergebnisse wertlos. Daher ist es gerade bei Themen wie der Khlungsabsicherung oder der Entwicklung des Lufteintritts durch die Khlung von großer Wichtigkeit, dass sich das ganze Motorrad auch im Prfstand so bewegt, als wrde es auf der Straße fahren. Des Weiteren besteht sogar die Möglichkeit, das Motorrad auf dem Band bis zu gewissen Geschwindigkeiten „heiß“ – also mit Testfahrer – zu fahren. In allen anderen Fällen wird das Motorrad fixiert und aus dem Leitstand heraus betrieben.

Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Umweltwindkanal - Schneesimulation

Der Höhenprfstand – ganz hoch hinaus. Der Höhenklimaprfstand ist das „Highlight“ des EVZ. Auf den ersten Blick dem Kälteprfstand recht ähnlich, fallen auf den zweiten Blick einige Unterschiede auf: Die Anzeigetafel im Prfstand verfgt ber ein Informationsfeld mehr, das die Bezeichnung Höhe trägt. Zudem erkennt man die ungewöhnlich dicken Fenster mit speziell verstärkten Rahmen und die schwere massive Stahltr, die die Messwarte vom Prfstand trennt. Nur durch eine Druckschleuse kann man den Prfstand betreten. Dieser Aufwand ist nötig, denn in diesem Prfstand wird Höhe simuliert. Der Höhenprfstand erlaubt Testfahrten bis auf 4200m Höhe ber Normalnull, dies entspricht einem Absolutdruck von 620 Millibar. Damit trennen bis zu 400 Millibar Druckdifferenz die Messwarte vom Prfstand.

„Der Höhenprfstand lässt sich am besten mit einem U-Boot vergleichen. Dort gibt es ähnliche Druckverhältnisse und Krafteinwirkungen auf die Außenhlle.“
(Christa Hornreich)

Ein großes Gebläse evakuiert den gesamten Prfstand entsprechend, schafft dabei aber immer noch einen Ausgleich zwischen der Luft, die der Motor zur Verbrennung benötigt und dem Abgas, das er dabei produziert. Auch berdruck kann simuliert werden, sodass in Mnchen gleichermaßen Messungen auf Meereshöhe wie auf Alpenpässen simuliert werden können. Dies ist unter anderem wichtig fr den Abgleich mit bisherigen Messungen auf dem Versuchsgelände in Miramas, Sdfrankreich.

Aber der Prfstand kann noch viel mehr. Zusätzlich zum Luftdruck, kann ein Temperaturbereich von minus 30° bis plus 45° C dargestellt werden, die Luftfeuchte ist variabel und der Prfstand verfgt ber eine Sonnensimulationsanlage. Damit ist eine komplette Umweltsimulation möglich. Praktisch alle Klimazonen der Welt können hier nachgebildet werden.

Auch wenn dieser Prfstand in der Größe den thermischen Windkanälen deutlich nachsteht, verfgt er dennoch ber die entsprechende Windkanaltechnik. Dank einer aufwendigen Simulation ist es dem Prfstandsplaner gemeinsam mit den Aerodynamikexperten der BMW Group gelungen, auf kleinstem Raum einen aerodynamisch anspruchsvollen Prfstand zu realisieren. Die Dse misst immerhin zwei Quadratmeter – ein Novum fr einen Höhenprfstand – und ermöglicht so eine sehr gute Anströmung des Motorraums. Der Kollektor im Fond sorgt zudem fr eine definierte Abströmung im Fahrzeugheckbereich und am Unterboden. Die gesamte Luftfhrung ist optimal ausgestaltet, um Verluste zu reduzieren und Strömungsablösungen zu verhindern. Durch all diese Maßnahmen konnte erreicht werden, dass auch in diesem Prfstand Windgeschwindigkeiten von 250 km/h dargestellt werden können und das mit einer realistischen Anströmung bis zur A-Säule des Fahrzeugs.

Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Querschnitt Umweltwindkanal

Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal dieses Prfstands ist die integrierte Messtechnik fr Verbrauch und Emissionen. Während in den anderen Prfständen die Messtechnik im Fahrzeug verbaut ist, stellt hier der Prfstand die Messtechnik. Eine moderne CVS Abgasmessanlage ermöglicht zulassungsrelevante Messungen unter den Aspekten Höhe, Kälte und Hitze. Die Messtechnik ist geeignet, auch minimale Emissionen, wie sie die zuknftige Gesetzgebung vorschreibt, zuverlässig zu detektieren. Durch den im Vergleich zu einfachen Abgasrollenprfständen erweiterten Geschwindigkeits- und Temperaturbereich können hier auch verbrauchsreduzierende Maßnahmen außerhalb der gesetzlichen Zyklen untersucht werden. Denn Efficient Dynamics bezieht sich auf den gesamten kundenrelevanten Fahrbereich. Mit all diesen Merkmalen ist der Höhenklimaprfstand der ideale Prfstand fr die Motorenentwicklung.

Der Höhenprfstand und der neue BMW TwinPower Turbo Vierzylinder. Im Höhenprfstand herrschen beste Voraussetzungen, um die Ingenieure bei der optimalen Auslegung und Applikation von Motoren zu untersttzen. Dies zeigt eindrucksvoll der neue BMW TwinPower Turbo Vierzylindermotor, denn bei der Entwicklung dieses Antriebs griff man bereits auf die Prfmöglichkeiten des Höhenprfstands zurck. Als erster BMW Vierzylindermotor mit Benzin-Direkteinspritzung High Precision Injection und vollvariabler Ventilsteuerung VALVETRONIC setzt der neu entwickelte Motor Maßstäbe fr Wirtschaftlichkeit auf höchstem Leistungsniveau. Zum äußerst direkten Ansprechverhalten des neuen Motors trägt vor allem das Aufladesystem bei, das nach dem TwinScroll Prinzip, sowohl im Abgaskrmmer als auch im Turbolader selbst, die Kanäle von jeweils zwei Zylindern voneinander trennt.

Gerade bei Motoren mit Turboaufladung ist die Untersuchung des Verhaltens unter Höhe sehr relevant, da beispielsweise der Ladedruck des Turboladers dem Luftdruck unter verschiedenen Höhen ständig angepasst werden muss. Je höher das Fahrzeug fährt, desto geringer ist der umgebende Luftdruck. Um auch in großen Höhen die optimale Drehmoment- und Leistungsentfaltung des Motors gewährleisten zu können, muss die Steuerelektronik durch eine intelligente Regelung des Ladedrucks die deutlich unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgleichen. Zudem muss die Regelung sicherstellen, dass durch die höheren relativen Ladedrcke, die in großen Höhen möglich sind, die zulässigen Drehzahlen des Turboladers nicht berschritten werden. Veränderungen des Ladedrucks und die Wirksamkeit entsprechender Gegenmaßnahmen lassen sich im Höhenprfstand sehr gut ermitteln und applizieren. Entsprechend ist der neue BMW TwinPower Turbo Vierzylindermotor auch diesbezglich optimal eingestellt.

Weiterhin werden im Höhenprfstand zulassungsrelevante Prfumfänge zur Emissionierung unter Höhe gefahren. Ein Prfumfang beschäftigt sich dabei mit der Regelung von Emissionen ber die Tankentlftung. Mit zunehmender Höhe gast der Kraftstoff im Tank mehr und mehr aus. Diese Gase drfen jedoch nicht an die Umwelt abgegeben werden, sondern mssen dem Motor zugefhrt und dort mitverbrannt werden. Ein spezielles Ventil steuert die Tankentlftung, dessen öffnungstaktung an das Höhenniveau angepasst werden muss. Mit dem sogenannten „Denver-Zyklus“ wird dann in einer simulierten Höhe von 1620 Metern geprft, ob die fr den amerikanischen Markt relevanten Grenzwerte eingehalten werden oder ob die Taktung des Ventils diesbezglich noch optimiert werden muss.

Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Kälteprfstand

Colorado in Mnchen. Nach der Grundapplikation im Motorprfstand musste die Feinabstimmung des Antriebsstrangs bisher meist auf aufwendigen Erprobungsfahrten, beispielsweise in Colorado, durchgefhrt werden. Der Höhenprfstand ermöglicht es dem Versuchsingenieur, nun seine Arbeitsweise bei der Grundapplikation auf die Feinabstimmung im EVZ zu bertragen. Messergebnisse und Methodik können bernommen werden. Wichtiges Untersuchungsthema im Höhenklimaprfstand ist die Applikation Turbolader, aber beispielsweise auch die Abstimmung der Abgasnachbehandlung des Fahrzeugs.

Das Kraftstoffversorgungssystem ist ein weiterer wichtiger Untersuchungsschwerpunkt. So wie Wasser auf großer Höhe bei niedrigeren Temperaturen zu kochen beginnt, sinkt auch der Siedepunkt von Kraftstoff, sodass in der Höhe größere Mengen verdampfen. Dementsprechend muss die Kraftstoffeinspritzung angepasst werden. Die verdampfenden Kraftstoffanteile werden aufgefangen und wieder dem Motor zugefhrt. Dies senkt den Kraftstoffverbrauch und schont die Umwelt.

Zusätzlich wird in diesem Prfstand die On-Board-Diagnose Funktion (OBD) appliziert. Dabei handelt es sich um ein komplexes Diagnosesystem im Fahrzeug, dass während der Fahrt aktiv ist. Es berwacht alle Motor und Getriebefunktionen und informiert den Fahrer sofort, wenn eine Fehlfunktion auftritt. So werden emissionsrelevante Probleme frhzeitig erkannt und können schnell behoben werden. Das System berwacht Dutzende von Funktionen und muss in allen Fahrsituationen und unter allen Umweltbedingungen funktionieren. In den USA ist der Nachweis einer funktionierenden OBD ber einen definierten Fahrzyklus Teil der Zulassung.
Nach erfolgreicher Applikation aller Einzelkomponenten kann im Höhenprfstand als finaler Test eine reale Bergfahrt mit entsprechender Steigung und zunehmender Höhe sowie abnehmender Temperatur dargestellt werden.

Die Optimierung von Abgasemissionen und Verbrauch ist ein spezieller Bereich der Fahrzeugentwicklung, der weit ber die Motorenentwicklung hinausreicht und die gesamte Fahrzeugentwicklung betrifft. Die Grenzwerte werden vom Gesetzgeber vorgeschrieben und in regelmäßigen Abständen verschärft. Zudem setzen verschiedene Länder unterschiedliche Schwerpunkte bei den Vorschriften. Die Entwicklung von Fahrzeugen, die einerseits diesen Vorschriften entsprechen und andererseits größten Komfort und Dynamik fr den Kunden bieten, ist eine enorme Herausforderung. In diesem speziellen Klimaprfstand kann das Thema gesamtheitlich betrachtet werden. Der Versuchsingenieur kann hier einen gesetzlich vorgeschriebenen Fahrzyklus und einen BMW typischen Zyklus direkt hintereinander fahren und bewerten.

Das neue Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum - Höhenprfstand - Reinraum

Der Kälteprfstand – Eiszeit im EVZ. Als kleinster Prfstand im EVZ adressiert der Kälteprfstand vor allem die Versuche, die mit sehr tiefen Temperaturen zu tun haben. Da die hier gefahrenen Untersuchungen keine naturgetreue Gesamtfahrzeugumströmung erfordern, entfällt die aufwendige Luftfhrung und der Prfstand kann baulich deutlich kleiner ausfallen. Der erzeugte Wind dient hier lediglich dazu, den Motor zu khlen und so sicherzustellen, dass keine Fahrzeugkomponenten beschädigt werden.

Die Tests in diesem Prfstand umfassen Kaltstartversuche ebenso wie die berprfung der Batteriefunktionalität unter extremen Bedingungen, die Auslegung und Funktionsprfung des Heizungssystems und die Beschlagfreihaltung der Scheiben. Dazu wird das Fahrzeug bei minus 20° C mit Wasser vereist. Dann lässt man den Motor an und stellt die Heizung im Fahrzeug auf Defroststellung, um zu berprfen, dass die Heiz-Klimaanlage die Scheibe in einem vorgegebenen Zeitrahmen wieder enteist. Zur besseren Nachverfolgung der Enteisungsversuche verfgt die Kältekammer ber das sogenannte „Automatische Defrost-Analysesystem“. Mittels vier Kameras an Front, beiden Fahrzeugseiten und dem Heck zeichnet ein Bildverarbeitungssystem voll automatisiert auf, wie schnell die Scheiben durch die Innenraumheizung des Fahrzeugs wieder frei werden. Anhand der Aufzeichnungen lassen sich verschiedene Durchgänge und Auslegungsstrategien analysieren, vergleichen und auswerten. Dieses Verfahren wurde bereits vor 16 Jahren entwickelt und zieht nun nochmals modernisiert in das EVZ mit ein. Der Versuch ist typprfungsrelevant, ebenso wie der

Nachweis der Erfllung von länderspezifischen Vorgaben (Typprfungen ECE, USA, Japan etc.) bezglich der Beschlagfreihaltung von Front- und Heckscheibe. Fr diese Funktion gelten aus Sicherheitsgrnden bestimmte Auflagen: Jedes Fahrzeug muss innerhalb einer, je nach Markt differierenden, gesetzlich vorgeschriebenen Zeit die Scheiben von Beschlag befreien. Um die Einhaltung der Vorgaben abzuprfen, positioniert man ein Gerät auf dem Fahrersitz, das mittels Wasserdampf eine hohe Luftfeuchtigkeit im Innenraum erzeugt und die Scheiben von innen beschlagen lässt. Die „Scheibenentfeuchtung/-belftung“ des Heiz-Klimasystems sorgt nun innerhalb der vorgeschriebenen Zeit dafr, dass die Scheiben wieder beschlagfrei sind. Die Ergebnisse dienen beispielsweise der Entwicklung und Optimierung der Belftungsöffnungen fr den Fahrzeuginnenraum.

Gerade fr Tests in tiefkalten Verhältnissen mussten bisher die Vorkonditionierungszeiten fr die Fahrzeuge in der Prfstandsbelegung mit eingeplant werden. Diese „Totzeiten“ sind im EVZ Vergangenheit; die Fahrzeuge werden bereits vorkonditioniert in den Prfstand eingebracht.

Soakrooms – Schockfrosten fr Fahrzeuge. Im Untergeschoss des EVZ befindet sich ein großer Beitrag zum effizienten Prfprozess – die Vorkonditionierräume, auch „Soakrooms“ genannt. In diesen acht kleinen Kammern findet die thermische Vorkonditionierung der Fahrzeuge fr alle Prfstände statt. Hier können die Fahrzeuge vor der Messung auf eine Temperatur zwischen minus 40° C und plus 55° C gebracht werden, je nachdem, ob eine Simulation von Heiß- bzw. Kaltlanderprobungen oder sogar Schneeversuchen durchgefhrt werden soll. Zudem verfgen die Kammern ber einen elektrischen Anschluss, damit Elektrofahrzeuge während der Konditionierung auch geladen werden können. Ein Soakroom ist mit einer Abgasabsaugung ausgestattet. Hier können einfache Startversuche durchgefhrt werden. Damit muss kein Prfstand fr derartige Tests belegt werden.

Das Besondere an dem Konzept der Soakrooms ist die bewusste Trennung von Vorbereitung und Durchfhrung der Versuche. In anderen Prfumgebungen mssen die Fahrzeuge im Prfstand ber mehrere Stunden auf Temperatur gebracht werden. Während dieser langwierigen Konditionierung können keine Versuche stattfinden. Durch die Soakrooms im EVZ dagegen sind eine parallele Vorkonditionierung der Fahrzeuge und eine schnelle Beschickung der Prfstände ohne lange Warte- oder Belegzeiten möglich. So sind die Prfstände nur fr die Dauer des Versuchs besetzt, was deutlich mehr Versuche in weniger Zeit und damit eine deutlich bessere Auslastung des Prffelds ermöglicht. Sollen beispielsweise zwei Fahrzeuge unter gleichen Bedingungen getestet werden, wird eines in den Prfstand gebracht und das andere bleibt solange im Soakroom auf Temperatur. Sobald das erste Fahrzeug fertig ist, kommt das zweite mit der richtigen Temperatur in den Prfstand und die Untersuchungen gehen weiter. Im EVZ betragen die bergangszeiten beim Fahrzeugwechsel nur noch ca. eine halbe Stunde gegenber oft mehreren Stunden in der alten Prfstandsumgebung in Aschheim.

Nicht weit entfernt von den acht Soakrooms befindet sich der Warmsoakbereich mit bis zu zehn Stellplätzen. Hier werden die Fahrzeuge auf einer großen Fläche fr die Abgasuntersuchungen auf eine Temperatur von 24° C gebracht. Besonders bei diesen Untersuchungen sind eine exakte Temperierung und eine schnelle Beschickung der Prfstände ohne Temperaturverluste von großer Bedeutung.

Prinzip der kurzen Wege – alles greift ineinander. Um die schnelle Beschickung zu gewährleisten, ist das EVZ konsequent nach dem Prinzip der kurzen Wege gebaut. Auch im Detail wurde darauf geachtet, die versuchsfertigen Fahrzeuge schnellstmöglich in den Prfstand zu bringen. ber zwei speziell temperierte Aufzge mit sehr geringer Luftfeuchtigkeit gelangen die Fahrzeuge aus dem Untergeschoss auf die Prfstandsebene. Wäre die Luftfeuchtigkeit im Aufzug höher, wrden die auf bis zu minus 30° C gekhlten Fahrzeuge sofort vereisen. Während der Fahrt nach oben bringen Drehteller in den Aufzgen das Fahrzeug bereits in Position, sodass es sofort in den Prfstand eingebracht werden und der Prfbetrieb starten kann. Damit die Transportwege fr die gekhlten Fahrzeuge so kurz wie möglich bleiben, sind die Aufzge zwischen den Prfständen angeordnet, in denen vorkonditionierte Fahrzeuge getestet werden.

Hinter den Kulissen der Prfstände – Die Infrastruktur des EVZ. „Besonders wichtig war bei der Konzeption die Realisierung von möglichst kurzen Wegen. Das EVZ ist daher sehr kompakt und auf sehr geringer Fläche realisiert.“
(Peter Hoff, Projektplanung EVZ)

Insgesamt erstreckt sich das EVZ ber drei Etagen und zwei Zwischenetagen, die Prfstände befinden sich jedoch alle auf einer Ebene, dem Erdgeschoss. Es wurde eine Architektur geschaffen, in der die Hauptfahrzeugbewegungen nur auf einer Ebene stattfinden. Durch die kurzen Wege gelangen die Fahrzeuge schneller in den Prfstand, was wiederum fr schnellere Ergebnisse sorgt. Alle Tätigkeitsbereiche, die prfbezogen, aber nicht unbedingt auf die unmittelbare Nähe der Prfstände angewiesen sind, befinden sich im ersten Stock oder im Untergeschoss und sind ber Aufzge mit der Prfstandsebene verbunden. Während im Untergeschoss die Fahrzeuge in den „Soakrooms“ auf die im Prfstand benötigte Temperatur gebracht werden, befinden sich im oberen Geschoss die Werkstätten fr die Fahrzeuge, an denen noch größere Modifikationen fr den Prfbetrieb vorgenommen werden mssen.

Bevor ein Fahrzeug, egal ob Auto oder Motorrad, in den Prfbetrieb kommt, passiert es den Central Space. Hier, im zentralen Eingangsbereich des EVZ und direkt vor den Prfständen, finden die letzten Modifikationen fr den Prfstandsbetrieb statt. Bis zu sieben Fahrzeuge können hier parallel umgerstet und vorbereitet werden. Die Vorgabe an die Entwicklungsabteilungen, dass die Fahrzeuge bereits versuchsfertig im EVZ angeliefert werden, ermöglicht einen kurzen Durchlauf.

Zunächst bekommen die Fahrzeuge sogenannte Rollenreifen. Dies dient der Sauberkeit in den Prfständen und der Sicherheit, da sich auf der Rolle eine erhöhte Belastung ergibt. Der Reifen rollt nämlich auf einem Rollenscheitel ab und nicht auf der „flachen“ Straße. Zusätzlich wird die Fahrzeugfesselung vormontiert, mit der das Fahrzeug später im Prfstand fixiert wird. Versuche mit laufendem Motor erfordern einen speziellen Anschluss zur Abgasabsaugung, der ebenfalls bereits im Central Space angebracht wird. Die Mechaniker verkabeln die Fahrzeuge, damit man die Messdaten von der Messwarte aus berwachen kann. Zudem wird hier je nach Anforderung ein elektronisches Gaspedal verbaut. Es ermöglicht dem Prfstandstechniker das Fahrzeug aus der Messwarte heraus zu beschleunigen. Denn während des Prfbetriebs sitzt meist niemand im Auto. Der Computer steuert das jeweilige Fahrzeug präzise und exakt nach Vorgabe, um die Reproduzierbarkeit von Bedingungen und Ergebnissen zu gewährleisten.

Direkt an den Central Space grenzt ein kleiner Raum mit vielen Funktionen. Hier können alle Tätigkeiten durchgefhrt werden, die einen geschlossenen Raum zur Vorbereitung erfordern. Das Tanken mit Spezialkraftstoffen, das Enttanken oder das erneute Auftanken der Versuchsträger ist hier möglich. Der Raum verfgt ber eine eigene Tankanlage, die nicht nur Kraftstoff ins Fahrzeug bringt, sondern ihn auch abpumpen und sammeln kann. Auch die Wiederverwertung von Kraftstoff zeigt, dass das EVZ bis ins kleinste Detail auf einen nachhaltigen und äußerst effizienten Prfbetrieb angelegt ist. Hier ist außerdem das ganze Jahr ber Winterdiesel verfgbar, um auch im Sommer realistische Kaltversuche fahren zu können. Darber hinaus verfgt der Multifunktionsraum aufgrund der hohen Sicherheitsbestimmungen im Umgang mit Sonderkraftstoffen ber eine sehr effektive Lftung, weshalb er auch als Schnelltrockenkammer fr nass angelieferte Fahrzeuge benutzt werden kann.

Quelle: BMW Presse-Information vom 19.05.2010

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