Testlösungen für eVTOL

Die Herausforderungen beim Testen von eVTOL-Programmen

eVTOL-Programme stehen unter zunehmendem Druck. Die Zulassungsvorschriften entwickeln sich rasant weiter und werden oft von Fall zu Fall angepasst, während die Teams gleichzeitig die Entwicklung von Elektro- und Hybridantrieben, der Batterieintegration, hochzuverlässigen Sensoren und des autonomen Flugs vorantreiben müssen.

Kapital wird schnell gebunden, bevor Einnahmen generiert werden. Daher ist jede Investition in die Testinfrastruktur eine Entscheidung mit weitreichenden Konsequenzen. Und das eigentliche Ziel ist gnadenlos: Produktion im Maßstab von Single-Aisle-Flugzeugen mit strengen SWaP-Vorgaben und der Abhängigkeit von einer Infrastruktur, die noch nicht vollständig vorhanden ist.

Averna deckt den gesamten eVTOL-Entwicklungszyklus ab, vom Prototypenbau bis zur Fertigung. Trotz der Vielfalt der Flugzeugkonstruktionen sind die zugrunde liegenden Systemarchitekturen und Zulassungsauflagen bei den verschiedenen Produkten weitgehend vergleichbar. Das erlaubt eine gemeinsame Nutzung von Testplattformen und somit einen schnelleren Einsatz in verschiedenen Programmen. eVTOL befindet sich an der Schnittstelle zweier technischer Bereiche, in denen Averna seit Jahren tätig ist: kritische Systeme in der Luftfahrt und die Validierung elektrifizierter Antriebsstränge.

Diese kombinierte Expertise ermöglicht es uns, neue eVTOL-Technologien unter Nutzung bereits vorhandener und bewährter Lösungen zu entwickeln.

Wie Averna eVTOL-Tests angeht

Die Vorgehensweise von Averna basiert auf einem Grundsatz: Testressourcen, die in einer frühen Phase eines Programms entwickelt wurden, müssen bis zur abschließenden Qualifizierung und bis in die Fertigung hinein nutzbar bleiben. Dabei müssen sie sich an das Programm anpassen lassen, wenn sich Spezifikationen und Zertifizierungsanforderungen weiterentwickeln.

Schnelle Prototypenentwicklung für eingebettete Systeme

Averna ermöglicht die schnelle Bereitstellung von Onboard-Funktionen durch Prototyping-Plattformen, die mit modellbasiertem Design kompatibel sind. Entwicklungsteams können die Systemleistung bewerten und schnell iterieren. Diese kurze Feedback-Schleife ermöglicht eine zeitnahe Validierung technischer Entscheidungen und verringert den Korrekturbedarf in späten Entwicklungsphasen.
Frühzeitige Validierung in der Entwicklung

Das Testen beginnt bereits in den frühesten Phasen der Systementwicklung. Kritische Funktionen werden bereits in Teilkonfigurationen oder Konfigurationen bewertet, die sich noch in der Entwicklung befinden. Die frühzeitige Erkennung von Problemen verhindert Auswirkungen auf spätere Phasen und unterstützt fundiertere Entscheidungen in Bezug auf die Architektur.
Iterative Validierung und Validierung auf Systemebene

Anstatt isolierte Komponenten zu validieren, konzentriert sich Averna von Anfang an auf das Verhalten auf Systemebene. Die Testumgebungen werden kontinuierlich an die sich ändernden Anforderungen angepasst, sodass Teams komplexe Interaktionen zwischen Subsystemen erfassen können und gleichzeitig einen schnellen Iterationszyklus bewahren.
Zertifizierungsorientierter Testansatz

eVTOL-Programme entwickeln sich im Rahmen von Zertifizierungsverfahren wie EASA SC-VTOL und der FAA Special Class gemäß 14 CFR §21.17(b), bei denen die Lufttüchtigkeitsanforderungen und Zertifizierungsansätze noch in der Entwicklung sind und auf jedes einzelne Luftfahrzeug zugeschnitten werden. Averna stimmt die Testaktivitäten frühzeitig auf diese Zertifizierungsanforderungen ab und stellt so sicher, dass die Validierungsarbeiten direkt in die Konformitätsanforderungen einfließen und Lücken zwischen den technischen Entwicklungen und den behördlichen Nachweisen verringert werden.

Systemintegration und HIL-Plattformen

Averna setzt einheitliche Testumgebungen ein, die MIL-, SIL-, PIL- und HIL-Konfigurationen auf einer einzigen Plattform abdecken. Die Echtzeitsimulation wird mit physischen Geräten kombiniert, und die Architektur bleibt offen für Tools von Drittanbietern und COTS-Komponenten. Die Unterstützung mehrerer Domänen umfasst:

Avionik
Elektro- und Antriebssysteme
Betätigungssysteme
Eingebettete Software mit modularer, verteilbarer Hardware, die mit der Weiterentwicklung des Programms skalierbar ist

Leistungs- und Energiebewertung

Elektro- und Hybridantriebe erfordern eine hochpräzise Emulation über die gesamte Energiekette hinweg. Die Systeme von Averna unterstützen die Emulation von Motoren, Batterien und Brennstoffzellen sowie die Prüfung von Wandlern (AC/DC, DC/DC, AC/AC) und die Validierung der Leistungselektronik für Wechselrichter und Chopper.

Die Plattformen reichen von einigen zehn Kilowatt bis zu mehreren Megawatt und decken sowohl die Validierung von Teilsystemen als auch die vollständige Integration des Antriebsstrangs ab.

EOL-Fertigungstests (End-of-Line)

Die EOL-Testlösungen von Averna decken die kritischen Baugruppen ab, die im Fertigungstempo geprüft werden müssen:

Batteriepacks: Hochspannungs-EOL-Stationen mit hoher Kanalanzahl, Instrumentenvirtualisierung, Simulation kritischer Szenarien, Klimatisierung, Multiprotokoll-Kommunikation
Wechselrichter für Elektrofahrzeuge und Leistungselektronik: Isolationsprüfung, Hochspannungs-Wechselstrom, Infrarottests, Dichtheitstests (Kühlkreisläufe, Gehäuse, Steckverbinder) und automatisierte optische Inspektion (AOI) mit 3D-Pin-Prüfung, Rückverfolgbarkeit und Qualitätsvalidierung
EV-Ladegeräte: Batteriesimulation, Unterstützung mehrerer Ladestandards (CCS1, CCS2, NACS), Echtzeitüberwachung, Hochleistungstests über 600 kW, automatisierte Konformitätsprüfungen
Aktoren: Elektromechanische und hydraulische Validierung mit dynamischer Belastungsanwendung, Echtzeitarchitektur, hochpräzisen Tools, (Spann-)Vorrichtungen mit engen Toleranzen, FEA-validierten Lastpfaden

Digitale Tests und Fertigung

Averna zentralisiert das smarte Testmanagement programm- und standortübergreifend und sorgt für eine vollständige Digitalisierung von der Anforderung bis zur Durchführung. Dezentrale E/A-Module unterstützen sowohl den Einsatz in Fertigungslinien als auch Anwendungsfälle im Bereich der Diagnose in der Praxis. Die Daten sind so strukturiert, dass Rückverfolgbarkeit und Integration in digitale Engineering-Umgebungen sichertestellt sind.

Cover - Inline-Validierung der Gesamtleistung der Motoren von Elektrofahrzeugen

Averna hat ein vollautomatisches EOL-Validierungssystem entwickelt, um die Leistung und Qualität von Elektromotoren während des gesamten Montageprozesses sicherzustellen.

Die wichtigsten Erkenntnisse

Vollautomatische Teststraße, die die Prüfzeit von 45 Minuten auf 5 Minuten verkürzt und gleichzeitig die Messgenauigkeit verbessert
Mehrstufige Validierung, bei der Hochspannungs-, Vibrations- und Leistungstests kombiniert werden, um Probleme frühzeitig zu erkennen und die Zuverlässigkeit auf Systemebene sicherzustellen

Dieser Ansatz minimiert Risiken, bevor die Produkte in den Einsatz kommen, und stellt eine gleichbleibende Produktqualität in großem Maßstab sicher. Er zeigt zudem, wie eine integrierte Validierung die industrielle Reife komplexer elektrifizierter Systeme wie eVTOL beschleunigen kann.

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