1. Soluzioni per il collaudo dei sistemi intelligenti del telaio automobilistico

1.1 Contesto industriale e sfide ingegneristiche

Con l’evoluzione dell’industria automobilistica verso l’elettrificazione, l’intelligenza e il sistema steer-by-wire, i sistemi del telaio – come lo sterzo, il sistema frenante e le sospensioni – stanno passando da “componenti di azionamento meccanico” a sistemi altamente integrati basati su software, elettronica e attuatori.

I metodi di prova tradizionali non sono più sufficienti a soddisfare le seguenti esigenze fondamentali:

– Validazione della coerenza dinamica in condizioni operative di cooperazione tra più sistemi;

– Validazione della sicurezza e della ridondanza nei sistemi steer-by-wire in condizioni estreme;

– Test ripetibili e quantificabili dal livello dei componenti fino a quello di sistema;

– Capacità di verifica rapida e di test di regressione in linea con i cicli di sviluppo dei veicoli;

– Risposta tempestiva alle nuove sfide di collaudo derivanti dall’aggiornamento dei sistemi intelligenti del telaio.

Per i produttori OEM e i fornitori di primo livello, la questione centrale non è più “se è possibile effettuare il collaudo”, bensì:

”Siamo in grado di condurre una validazione efficace – in modo realistico, controllabile e riproducibile – già nelle fasi iniziali dello sviluppo?”

 

2. KTS Approccio sistematico

KTS adotta una prospettiva di ingegneria sistemica sull’intero telaio del veicolo e ha sviluppato un sistema completo di soluzioni intelligenti per il collaudo del telaio, che copre:

Livello dei componenti → Livello dei sottosistemi → Livello di sistema → Simulazione Hardware-in-the-Loop (HIL).

Questo sistema non è costituito da un singolo apparecchio, ma comprende tre livelli di funzionalità:

1. Capacità di azionamento e carico ad alta precisione;
2. Capacità di misurazione e controllo sincroni multicanale;
3. Capacità di modellizzazione delle condizioni di prova e di ciclo chiuso dei dati.

Ciò garantisce che i risultati dei test non siano soltanto “misurabili”, ma anche più credibili, confrontabili con standard di riferimento e utilizzabili per il processo decisionale progettuale.

 

3. Moduli fondamentali delle capacità di collaudo

3.1 Modulo di test per sistemi a ricircolo di sfere elettrici/ elettroidraulici

– Test delle caratteristiche di assistenza alla potenza e della risposta del sistema;

– Valutazione delle prestazioni di ritorno e delle caratteristiche di isteresi;

– Validazione dello sterzo attivo, della ridondanza intelligente dello sterzo e dei possibili guasti;

– Carico sincronizzato e misurazione simultanea di molteplici variabili, tra cui coppia, angolo, forza, corrente di esercizio e pressione dell’olio di lavoro.

Applicabile a:

– Gruppi e componenti a ricircolo di sfere idraulici;

– Gruppi e componenti a ricircolo di sfere elettrici (X‑EPS);

– Sistemi di sterzo elettrico;

– Sistemi di sterzo delle ruote posteriori;

– Sistemi di telaio con moduli angolari.

 

3.2 Test dei sistemi frenanti (Freno / BBW)

– Test delle caratteristiche di erogazione e risposta della forza frenante;

– Simulazione della sensazione e delle caratteristiche di feedback del pedale del freno;

– Test della coerenza dinamica e della durabilità del sistema frenante;

– Validazione della strategia di sicurezza del freno-by-wire.

 

Applicabile a:

– Assemblaggi EHB / i‑Booster, assemblaggi EMB;

– Sistemi frenanti convenzionali;

– Sistemi frenanti a controllo elettronico;

– Sistemi frenanti “brake-by-wire”.

 

3.3 Test della sospensione e della dinamica verticale

– Test delle caratteristiche forza‑spostamento della sospensione;

– Valutazione delle caratteristiche di rigidità dinamica e smorzamento;

– Analisi multi‑condizione di carico verticale e analisi accoppiata.

 

3.4 Co‑test a livello di sistema e HIL

– Test a ciclo chiuso dei controller del telaio con attuatori;

– Simulazione semi‑fisica e co‑debugging con le strategie di controllo del veicolo;

– Validazione virtuale delle condizioni estreme e di guasto.

Combinando l’HIL con sistemi di attuazione fisica, i “rischi dei test su strada” vengono trasferiti in anticipo all’ambiente di laboratorio.

 

4. Principali vantaggi tecnici

– Sistemi di attuazione ad alta dinamica e alta precisione

– Sistemi di carico servo con elevata capacità di risposta a larga banda;

– Supporto al controllo multimodale di forza, spostamento e coppia;

– Rispondere ai requisiti di prova per condizioni dinamiche ad alta frequenza e di impatto.

 

– Controllo e misurazione sincroni multicanale

– Stretta sincronizzazione tra più assi e canali;

– Supporto a complesse condizioni operative accoppiate;

– Garantire autenticità e coerenza nei test a livello di sistema.

 

– Condizioni modellabili e riproducibili

– Supporto alle condizioni stradali tipiche, alle condizioni operative e alla modellazione di condizioni personalizzate;

– I processi di prova sono ripetibili, riproducibili e comparabili;

– Adatto alla validazione del progetto e ai test di regressione.

 

– Capacità di integrazione del sistema personalizzabile

– Progettato su misura in base all’architettura del telaio del cliente e alla fase di sviluppo;

– Applicabile ai test su banco, ai test sulla linea di produzione e ai test di ricerca e sviluppo;

– Può essere integrato con i software e le piattaforme di controllo esistenti del cliente.

 

5. Scenari applicativi tipici

– Ricerca e sviluppo e validazione di sistemi di telaio OEM

*Tra i clienti rappresentativi figurano:* BYD, Centro R&D GAC, BAIC New Energy, JAC, Geely, Chery, Istituto R&D Dongfeng, Great Wall Honeycomb, Chang’an Chenzhi Technology, FAW Hongqi, NIO, XPeng, ecc.

– Sviluppo di sistemi di sterzo/frenata di primo livello

*Tra i clienti rappresentativi figurano:* FAW Guangyang, Nanyang Neismot, Bosch, Huawei, Zhejiang Shibao, Yubei Steering Systems, Honeycomb Steering Systems, BYD Fudi Power, Chenzhi Technology.

– Validazione della nuova architettura del telaio steer-by-wire

FAW Hongqi, NIO, XPeng.

– Test in fase iniziale per lo sviluppo di nuove piattaforme veicolo.

– Rapidi test di regressione dopo modifiche al progetto.

 

6. Modello di implementazione e consegna

KTS offre un servizio ingegneristico completo, dall’analisi dei requisiti alla consegna del sistema:

 

1. Requisiti di collaudo e analisi delle condizioni operative;
2. Progettazione dello schema del sistema e validazione tramite simulazione;
3. Produzione delle apparecchiature e integrazione del sistema;
4. Installazione in loco, messa in servizio e formazione;
5. Assistenza tecnica a lungo termine e aggiornamenti del sistema.

 

7. Casi studio selezionati

7.1 Soluzioni per i test dei sistemi di sterzo automobilistici

Man mano che le responsabilità di sviluppo e collaudo dei prodotti si spostano progressivamente verso valle nella catena di approvvigionamento, i clienti richiedono sempre più di condurre attività di ricerca e sviluppo indipendenti e di validare le prestazioni e la durata dei campioni. Per fornire i mezzi necessari ai clienti per il collaudo e la validazione dei componenti, KTS adotta il concetto di attrezzature non standard standardizzate, offrendo moduli e soluzioni standard già maturi.

Le soluzioni di KTS possono implementare metodi di prova predefiniti, consentendo al contempo ai clienti di progettare e costruire i propri sistemi. Il design modulare standard può essere configurato in base alle esigenze del cliente. La piattaforma di prova standard KEYEN permette il controllo del sistema, acquisisce i dati di prova in tempo reale e li visualizza sull’interfaccia, con una flessibile combinazione delle relazioni tra le curve.

Campi di soluzione e progettazione:

– Soluzioni per i test delle prestazioni dei sistemi steer-by-wire;

– Soluzioni per i test di durabilità dei sistemi steer-by-wire;

– Soluzioni per i test dei sistemi di sterzo delle ruote posteriori;

– Soluzioni per i test della torsione statica degli ingranaggi dello sterzo;

– Soluzioni per i test di impatto sugli ingranaggi dello sterzo;

– Soluzioni per i test di resistenza agli agenti ambientali;

– Sistema intelligente di collaudo e analisi motori <<-MT;

– Macchina speciale per torsione servo <<-STM100.

 

7.2 Soluzioni per i test dei sistemi frenanti automobilistici

Con la diffusione dei veicoli elettrici e l’applicazione della guida autonoma, i servofreni a vuoto stanno gradualmente scomparendo dal mercato. I sistemi frenanti idraulici elettronici (EHB) sono ormai diventati equipaggiamento standard nelle automobili, mentre anche i sistemi frenanti meccanici elettronici (EMB) sono oggetto di sviluppo attivo. Per affrontare il collaudo delle prestazioni e della durata degli EHB, KTS ha partecipato alla stesura di numerosi standard industriali e ha sviluppato una serie di soluzioni di prova standardizzate.

 

7.3 Soluzioni per i test dei sistemi di sospensione automobilistica

Con il rapido sviluppo dell’intelligenza e dell’elettrificazione dei veicoli, le sospensioni pneumatiche, le sospensioni attive elettromagnetiche e i sistemi adattivi basati sull’intelligenza artificiale stanno diventando tendenze chiave del settore. I sistemi di sospensione stanno passando da una “risposta passiva” a una “predizione intelligente”. KTS offre soluzioni di collaudo complete per scenari vari, studiate appositamente per le caratteristiche delle tecnologie di sospensione di nuova generazione, aiutando l’industria a validare con precisione le prestazioni dei prodotti.

Punti salienti della soluzione:

– Test dinamico multimodale: integra tavoli vibratori ad alta precisione e tecnologie di controllo dei dati in circuito chiuso per simulare diverse situazioni complesse, consentendo la calibrazione dinamica dei parametri di rigidezza e smorzamento della sospensione a livello millisecondale.

– Progettazione intelligente di compatibilità: supporta l’analisi dei segnali e i test di durabilità per nuove architetture come molle ad aria, valvole solenoide CDC e sospensioni attive by-wire.

– Simulazione del carico su veicolo reale: consente l’applicazione del carico sulla sospensione tramite pesi fissi o cilindri elettrici, replicando le condizioni reali del veicolo.

 

Questa soluzione è stata applicata con successo in numerosi progetti OEM e Tier‑1 relativi allo sviluppo di sistemi di sterzo, frenata e telaio steer‑by‑wire, migliorando significativamente l’efficienza dei test e l’approfondimento delle verifiche in ambiti quali la coerenza dinamica del sistema e la validazione della sicurezza.

 

7.4 Co‑test a livello di sistema e HIL

Per validare adeguatamente il Sistema Sottoposto a Test (SUT), il simulatore Hardware‑in‑the‑Loop utilizzato nei test deve garantire maggiore accuratezza, precisione e larghezza di banda, oltre a una latenza ridotta, al fine di riprodurre fedelmente scenari reali per il SUT.

Con il rapido sviluppo della tecnologia dei telai intelligenti, anche i sistemi di sterzo automobilistici stanno evolvendo verso “elettrificazione, steer‑by‑wire, intelligenza e leggerezza”. Per i test della guida autonoma nella fase di laboratorio, la simulazione HIL è diventata ancora più impegnativa: richiede modelli matematici più complessi, un controllo in tempo reale più veloce e simulazioni di carico che rispecchino più fedelmente le condizioni effettive del veicolo, al fine di riprodurre perfettamente le condizioni di validazione.

Attualmente, i test di simulazione HIL devono affrontare le seguenti problematiche:

– Sincronizzazione multicanale dei segnali: non solo la simulazione dei sensori, ma anche la sincronizzazione con altri segnali digitali;

– Risposta analogica accurata: gli I/O analogici devono essere in grado di accettare e riprodurre segnali più complessi;

– Complessità dei modelli: incorporare effetti di ordine superiore nei modelli;

– Riduzione della latenza analogica: una latenza significativa è inaccettabile nei test HIL.

 

Il percorso verso un futuro completamente elettrico dell’automobile: fornire soluzioni di test e misurazione per veicoli elettrici.