Digitale techniek: Universele DynamoBankmeter (1979 – 1992)
Universele DynamoBankmeter (UDB) project (1979 – 1992)
De Universele DynamoBankmeter (UDB) was een voertuigtestbank van de Materieel Beproevings Afdeling II van de Koninklijke Landmacht te Huybergen. In zijn oorspronkelijke opzet uit de jaren zestig bestond deze bank uit een drietal machineparen (meetassen) waartussen het te beproeven voertuig op bokken wordt opgesteld. De wielen van de aangedreven assen werden verwijderd waarna deze assen met behulp van verbindingsassen met de elektrische machines terzijde van het voertuig werden gekoppeld.
Een chauffeur bediende het te testen voertuig volgens een beschreven protocol. De belasting van het voertuig werd bepaald door de veldbesturing van de aangekoppelde elektrische machines. Van de drie meetassen was er een voorzien van een gelijkstroommotorIgenerator (E-as). Hiermede kon het voertuig worden afgeremd bij een gesimuleerde rit op de vlakke weg of helling opwaarts, dan wel worden aangedreven bij een gesimuleerde rit hellingafwaarts. Met behulp van een rijsimulator kon het weggedrag van het voertuig worden gesimuleerd en kon de chauffeur optrekken vanuit stilstand, doorschakelen enzovoorts alsof deze op een normale weg reed. De door het voertuig geleverde of opgenomen energie werd geleverd aan, resp. opgenomen uit het lichtnet. De beide andere machineparen waren uitgerust met wervelstroomremmen (W-remmen). Hiermede kon een voertuig alleen maar worden afgeremd. De door het voertuig geleverde energie werd in de W-rem in warmte omgezet en via een koelwatercircuit, zo nodig gekoppeld aan een koeltoren, afgevoerd.
De installatie was bedoeld voor het beproeven van de aandrijflijn van een voertuig. Zo’n voertuig kon van alles zijn vanaf een jeep tot aan een Leopardtank. Doel van een dergelijke beproeving was het aan de tand voelen van een prototype van een mogelijk door de Koninklijke Landmacht aan te schaffen serie voertuigen. Ook werd de installatie gebruikt om onderzoek te doen naar de oorzaak van regelmatig terugkerende klachten met een bepaald type voertuig.
Eind jaren 70 verzocht het toenmalige LEOK door de Koninklijke Landmacht (KL) om de UDB te verbeteren en te automatiseren. De Koninklijke Landmacht was namelijk om een aantal redenen niet tevreden met de bestaande installatie, onder andere:
- Het optrekken op de bank met lichte voertuigen ging ten gevolge van de grote massa van de machines gekoppeld aan de assen zo moeizaam, dat soms de koppeling al was verbrand voordat het voertuig goed en wel op gang was.
- De vaak langdurige proefritten op de bank waren voor de chauffeur zeer geestdodend; dit kwam noch zijn rijgedrag noch het beproevingsresultaat ten goede.
- Naast koppels en toerentallen welke met de meetassen werden gemeten, waren er ook andere metingen noodzakelijk zoals temperaturen, drukken en elektrische spanningen en stromen. De meetopstellingen hiervoor werden op ad hoc basis in elkaar gesleuteld; een tijdrovende, steeds opnieuw terugkerende bezigheid.
- Ere was in toenemende mate behoefte aan de dynamisch beproeving van meerassig-aangedreven voertuigen; daarvoor was een tweede E-as nodig die met de reeds aanwezige as kon worden gekoppeld.
- Voor het opstellen van levensduur prognoses was het van belang dat het voertuig aan een repeterend belastingpatroon kon worden onderworpen dat bepalend is voor de levensduur het voertuig.
Na een groot aantal gesprekken werd een eisenpakket opgesteld, werden technische oplossingen voorgelegd en gemaakte keuzes vastgelegd begin 1983 in een Project Definitie Document (PDD). Daarin werden ook de planning, de materiële kosten en de projectorganisatie opgenomen. Nadat dit document door de Koninklijke Landmacht was bestudeerd, becommentarieerd en goedgekeurd kon het LEOK in 1984 van start. Naast de eigen ontwikkelingen werd de markt verkend om een geschikte industrie te vinden voor de verbetering van de E-as. Dat werd Holec die de besturing van de E-as, in feite een enorme roterende magnetische versterker, verving door een veel snellere Thyristor-ankerbesturing. Daarnaast werd ook het principe van de rijsimulator aangepast zodat ook het optrekken van lichte voertuigen mogelijk werd zonder dat dit de koppelingsplaten kostte. In een later stadium is bij Holec een tweede E-as besteld. Met de twee E-assen samen was de Koninklijke Landmacht in staat om vierwiel-aangedreven voertuigen dynamisch te beproeven.
Het LEOK ontwikkelde een robot om de chauffeur te vervangen. Op dat moment was er geen systeem op de markt dat klein genoeg was om in de cabine van het voertuig te worden geplaatst en dat tevens sterk genoeg was om alle voertuigtypen te kunnen bedienen. Het LEOK was dus genoodzaakt dit probleem in eigen beheer op te lossen. Dit lukte door gebruik te maken van peperdure zogenaamde ‘Direct drive’ motoren; kleine, langzaam draaiende motoren maar door toepassing van zeer sterke samarium-cobalt permanent veldmagneten toch sterke motoren.
Het eindresultaat was een compact gebouwde schakelactuator die op de fundering van de bestuurdersstoel wordt bevestigd (zie foto) en een aantal losse actuators had voor de bediening van de pedalen. Dit geheel, omringd door de nodige elektronica en niet te vergeten software was in staat wiel- en rupsvoertuigen te bedienen, met een benzine- of een dieselmotor en ongeacht het type versnellingsbak, automaat of handgeschakeld (tot minstens acht versnellingen), gesynchroniseerd of niet gesynchroniseerd.
Ook werd een datacollectiesysteem opgezet om het opzetten van meetopstellingen en het registreren en verwerken van meetdata voor de gebruiker eenvoudiger te maken. Zoals eerder opgemerkt waren voor veel beproevingen allerlei meetpunten op het voertuig nodig. Om deze snel en doelmatig te kunnen instrumenteren zonder een wirwar van draden op de werkvloer te krijgen zijn daarom acht meetkoppen ontwikkeld met ieder de aansluitmogelijkheid voor een achttal sensoren. Zo bestonden er meetkoppen voor temperatuurmetingen, voor drukmetingen en metingen van elektrische grootheden. Zo’n meetkop kon bij of in het voertuig worden geplaats en was daarmee een verzamelpunt voor de aan te sluiten meetsensoren. De meetkoppen werden via een kanaal onder de vloer verbonden met een centrale aansluitkast. De meetdata uit de meetkoppen, maar ook de meetgegevens van bijvoorbeeld de meetassen, het weerstation en de uitlaatgasanalyse werden onder sturing van een microprocessor bemonsterd. Snel variërende signalen werden vaker bemonsterd dan langzaam variërende signalen. Per seconde konden zo circa 1.500 monsters worden getrokken. Deze meetgegevens konden worden geregistreerd, worden bewerkt tot bijvoorbeeld een koppel-toeren grafiek en worden gepresenteerd op PC-schermen.
Speciale testapparatuur werd eind 1984 ontwikkeld om na te gaan wat de belasting van op de direct memory access van de microprocessor door de robot was.
Zowel de robot als het datacollectiesysteem werden bestuurd door een eigen microprocessor, die op zijn beurt weer vanuit een centrale microVax II werd bestuurd. De introductie van al die nieuwe systemen had natuurlijk vergaande gevolgen voor de bediening van de installatie. dat leidde tot een volledige renovatie van de controlekamer en de daarin opgestelde bedieningsapparatuur. Samen met het toenmalige TNO Instituut voor Zintuigfysiologie (IZF) werd een ontwerp gemaakt voor een nieuw hoofdbedieningsconsole. IZF leverde hiervoor een houten mock-up op ware grootte met drie alternatieve configuraties van de bedienpanelen. Na afwegingen over de voor- en nadelen werden volledig uitgewerkte constructietekeningen van het definitieve bedieningsconsole gemaakt. De bouw van de kast werd uitbesteed; TNO-FEL, waarin het LEOK inmiddels was opgegaan, richtte het hoofdbedieningsconsole daarna mechanisch en elektrisch in.
Het hoofdbedieningsconsole werd vervolgens geplaatst in de UDB-controlekamer voor het raam met uitzicht op de beproevingshal. Een intercomsysteem en een dubbel videosysteem met vanuit het hoofdbedieningsconsole op afstand bestuurde camera’s verzorgden het contact met personeel en apparatuur in de hal.
Bovenstaande foto geeft een indruk van dit console. Opvallend op de foto zijn de beide PC’s welke communiceren met eerder genoemde microVax. Met die PC’s kon alle door TNO Waalsdorp ontwikkelde software vanuit een Windows omgeving worden bediend. Daarbij behoorde ook een door TNO ontwikkelde computertaal geschreven in MicroPower/Pascal waarmee een ‘script’ kon worden samengesteld dat de uit te voeren proef tot in detail beschreef en bestuurde. Dit maakte het mogelijk een beproeving volledig automatisch te laten verlopen; een waardevol hulpmiddel voor bijvoorbeeld de uitvoering van levensduurbeproevingen.
Tijdens de systeemintegratiefase werden de rollenbank, de computers en ‘robots’ opgebouwd en gekoppeld op de TNO locatie Oegstgeest. De eindoplevering was voorzien in 1989.
De infrastructuur van de installatie moest daarvoor ook de nodige wijzigingen ondergaan:
- De komst van de tweede E-as maakte het noodzakelijk het vermogen van de hoofdtrafo van de installatie te vergroten van 1000 KVA naar 1600 KVA. De nieuwe trafo paste natuurlijk niet meer in de oude behuizing; er moest dus een groter transformatorhuis worden gemaakt.
- De introductie van de Thyristorankerbesturingen voor de E-as maakte de Ward-Leonard besturing van deze as overbodig. Ook de daar opgestelde, sterk verouderde relaiskasten van het nevenbedrijf werden afgedankt. Het nevenbedrijf is het machinepark dat nodig was om de meetassen in de hal geconditioneerd te kunnen koelen en smeren, de uitlaatgassen af te zuigen en het voertuig van rijwind te voorzien. De vrijgekomen ruimte werd op aanwijzingen van TNO en Holec verbouwd en bood daarna plaats aan de vermogenselektronica van de meetassen en aan de nieuwe besturingskasten voor het nevenbedrijf. Een volledige Holec-leverantie, zij het dat het ontwerp van de nevenbedrijfbesturing op naam stond van TNO.
- De verlichtingsinstallatie van de beproevingshal werd volgens een IZF-advies volledig vernieuwd waarbij aandacht was voor de schoonmaak van de lampen die snel vervuilden door rookgassen.
- De controlekamer werd volgens IZF-advies voorzien van een nieuwe verlichting, airconditioning en geluidsisolatie.
- De beproevingshal werd akoestisch van de rest van het gebouw gescheiden door toepassing van een geluiddichte sluis.
In november 1991 werd het UDB-project met succes afgerond met een demonstratie. Daarbij heeft onder andere een 10-tons trekker, in vierwielbedrijf, met een geschakelde acht-versnellingsbak, volledig numeriek bestuurd een aantal uren staan draaien. Bijgaande foto’s laten de DAF YA4440/4442 onder test zien.
