In de test- en meetsector voor voertuigbouw moeten verschillende componenten grondig worden getest voordat ze kunnen worden geïnstalleerd. Dit omvat onder andere lek- en temperatuurtests, acceleratiemetingen en efficiëntiebepalingen. Ook de pedaalkracht van de individuele pedalen, zoals het gas-, rem- en koppelingspedaal, wordt getest. Hiervoor worden specifieke krachtopnemers gebruikt, die bepalen of het pedaal op het juiste drukpunt is afgesteld. Althen Sensors & Controls, een specialist in meetsystemen, illustreert aan de hand van projectvoorbeelden van een autoleverancier en een autofabrikant de kenmerken van deze krachtopnemers en de belangrijke overwegingen tijdens de tests.
Wat op het eerste gezicht een eenvoudige vraag lijkt ''hoe hard moet een pedaal worden ingetrapt?'' is in werkelijkheid een belangrijke ergonomische overweging voor de gebruiker van het voertuig. Pedalen moeten comfortabel te bedienen zijn, wat betekent dat de instelling niet te stijf mag zijn en er niet te veel kracht nodig mag zijn om ze in te trappen. Dit zorgt ervoor dat langere ritten zonder vermoeidheid van de voeten kunnen worden voltooid. Aan de andere kant mag een rempedaal bijvoorbeeld niet te soepel zijn, om onbedoeld abrupt stoppen te voorkomen. Het is duidelijk dat de pedalen verschillende drukpunten vereisen: een gaspedaal vraagt om een andere pedaalkracht dan een rempedaal, en dit is ook afhankelijk van het type voertuig, zoals een auto of een vorkheftruck. De juiste afstemming van de pedaalinstellingen of ze nu zachter of harder moeten zijn wordt bepaald door gedegen tests die specifiek voor het voertuigtype worden uitgevoerd.
ALF304: Membraan en buigstraalkrachtopnemer in één
Om de pedaalkracht te testen, worden krachtopnemers direct op het pedaal gemonteerd. Althen, specialist in meetsystemen, levert aan een klant in de auto-industrie een hybride oplossing van membraankrachtopnemers en buigstraalkrachtopnemers. Hoewel een membraankrachtopnemer vanwege zijn compacte formaat ideaal zou zijn voor testbanktoepassingen, is deze doorgaans erg gevoelig voor niet-axiale belastingen, zoals die kunnen optreden bij het meten van de pedaalkracht. Daarom maakt de leverancier gebruik van een krachtopnemer met een buigbalkstructuur, waarbij het membraan is versterkt met een dwarsstructuur (de omvormer uit de ALF304-serie). Deze opzet compenseert hoekkrachten aanzienlijk beter dan een pure membraankrachtopnemer, wat resulteert in minimale meetfouten. Afhankelijk van het type pedaal en de verwachte drukkracht worden krachtopnemers met het juiste meetbereik gekozen. De ALF304-serie biedt drie verschillende krachtopnemers, geschikt voor respectievelijk 2,5 kN, 1 kN en 250 N.
Voor meer precisie: ALF300 met buigstraalstructuur
Wanneer een nog hogere nauwkeurigheid vereist is, zoals gevraagd door een klant uit de auto-industrie, beveelt Althen de ALF300 krachtopnemer aan. Deze krachtopnemer heeft een unieke constructie: hij is ontworpen als een cilindrische ring en beschikt over een complexe buigstraalstructuur aan de binnenzijde, wat zorgt voor verbeterde foutcompensatie. Dit ontwerp maakt het mogelijk om meetfouten te compenseren die ontstaan wanneer de krachtopnemer niet precies in het midden wordt belast, wat kan leiden tot ongelijke belasting aan de zijkanten. De ALF300 corrigeert deze afwijkingen, waardoor nog nauwkeurigere metingen mogelijk zijn. Hoewel de sensor door zijn ontwerp aanzienlijk groter is dan een standaard pedaalkrachtopnemer uit de ALF304-serie, was de klant bereid deze grotere afmeting te accepteren in ruil voor de verbeterde nauwkeurigheid.
Compensatie van niet-axiale belastingen
Pedaalkrachtcontroles kunnen automatisch worden uitgevoerd, waarbij actuatoren het pedaal aansteken. Deze methode biedt een hoge mate van herhaalbaarheid, aangezien steeds hetzelfde punt wordt benaderd. Veel leveranciers en fabrikanten kiezen er echter voor om testers ook handmatig het optimale drukpunt van de pedalen te laten controleren. Dit benadert de werkelijke situatie, waarin het ideale aangrijpingspunt niet altijd precies wordt bereikt. In dit geval is de ALF300 bij uitstek geschikt als krachtopnemer, omdat hij in staat is niet-axiale activering te compenseren. Dit resulteert in aanzienlijk nauwkeurigere meetresultaten, wat een belangrijke vereiste was voor de klant. Door de complexe structuur van de ALF300 is deze echter lastiger te produceren en vereist deze meer materiaal, wat de kosten voor de omvormer hoger maakt dan die van een model uit de 304-serie.
Eenvoudige integratie van de krachtopnemers
Om de pedaalkracht te meten, hoeft u slechts één krachtsensor per pedaal te bevestigen, bijvoorbeeld met kabelbinders of door deze vast te schroeven. Dankzij het platte, geavanceerde ontwerp hebben de pedaalkrachtopnemers, zoals de ALF304, nauwelijks invloed op het meetresultaat. Ze zijn zeer robuust en duurzaam, en bestand tegen meerdere meetcycli. De levensduur van de krachtopnemer is moeilijk te generaliseren, omdat deze sterk afhankelijk is van de belasting. Het verschil is groot of de sensor bijvoorbeeld 100.000 keer wordt belast of slechts 10 keer per dag. Ook kan het gebruik van het meetbereik variëren: de ene klant benut slechts 70 procent, terwijl een andere toepassing regelmatig meer dan 100 procent belasting kan veroorzaken. Dankzij regelmatige herkalibratie blijft de sensor echter uitzonderlijk lang betrouwbaar. Althen biedt deze herkalibraties op verzoek aan voor klanten.
Levering van evaluatie-elektronica
Na het bepalen en installeren van de sensor is evaluatie-elektronica nodig om de metingen te registreren. Hoewel sommige klanten de krachtopnemers integreren in hun eigen regelsystemen, biedt Althen de automobieltoeleverancier een complete meetketen, inclusief opnemer en meetversterker. Wij adviseren vooral het gebruik van puur analoge meetversterkers, die uitblinken in een uitstekende afsnijfrequentie en hoge bemonsteringssnelheid. Dit maakt het mogelijk om zeer kleine en kortdurende veranderingen (pieken) nauwkeurig vast te leggen. Elke meetversterker moet vervolgens door Althen worden afgesteld en gekalibreerd, passend bij de specifieke opnemer en het type signalen.
Klantspecifieke aanpassingen
Wanneer een ALF-krachtopnemer uit ons standaardassortiment niet volledig voldoet aan de specifieke eisen van een toepassing, biedt Althen diverse mogelijkheden om de opnemer aan te passen. Dit kan beginnen met het aanpassen van de meetbereiken, bijvoorbeeld door het bereik te vergroten van 2,5 kN naar 5 kN. In dat geval wordt de interne structuur versterkt en, indien nodig, worden andere materialen gebruikt. Ook kunnen we tegemoetkomen aan uiteenlopende temperatuurvereisten. Als de sensor bijvoorbeeld in een temperatuurbereik van -40 tot 110 graden Celsius moet functioneren, wordt de krachtopnemer gecompenseerd voor deze temperatuurschommelingen.
Daarnaast kunnen de afmetingen van de opnemer worden aangepast. De transducer zelf is een compact kastje waaraan een grotere ring met een kunststof plaatje is bevestigd. Deze ring kan bijvoorbeeld worden vergroot zodat de sensor beter op een pedaal past, of er kunnen specifieke doorvoergaten op de ring worden aangebracht op bepaalde afstanden. Ook kunnen we andere interne schroefdraad of verschillende kabellengtes integreren, afhankelijk van de wensen van de klant. Zo vroeg een klant uit de auto-industrie bijvoorbeeld om de krachtopnemer zonder kunststof plaat en met speciaal gedefinieerde meetbereiken, die door Althen nauwkeurig werden gekalibreerd.