Acionamentos e motores em plataformas de teste automotivo

Os equipamentos de teste são amplamente usados ​​nas indústrias automotiva e aeroespacial, testando uma variedade de veículos. Andy Pye analisa como drives e motores são usados ​​nesses sistemas.



As aplicações típicas na indústria automotiva para as quais os sistemas de acionamento são usados ​​incluem

• Estandes de teste de estrada para as indústrias de automóveis e motocicletas
• Bancos de teste de motores – para a produção de motores elétricos e de combustão
• Suportes de teste de transmissão/caixa de engrenagens para fornecedores da indústria automobilística e de fabricação de máquinas
• Bancos de teste de veículos elétricos - com alimentação CC para alimentar o inversor do veículo

Os fabricantes automotivos geralmente selecionam aleatoriamente motores de suas linhas de produção e os submetem a testes rigorosos para confirmar que atendem a todos os principais requisitos e parâmetros de projeto.

Além dos testes internos por fabricantes de automóveis e fornecedores de primeira linha, as plataformas de teste automotivo também são usadas por casas de teste especializadas. Por exemplo, Horiba Mira tem uma vasta experiência no fornecimento de serviços de engenharia de teste para a indústria automotiva global, testes de acordo com regulamentos e padrões, requisitos específicos do cliente e no desenvolvimento de procedimentos e métodos de teste apropriados. Esta organização possui nada menos que 37 grandes instalações de teste, incluindo um conjunto abrangente de laboratórios de segurança (colisão, simulação de impacto, pedestre); instalações ambientais de veículos e componentes; um túnel de vento aerodinâmico em grande escala; veículo e componente EMC (compatibilidade eletromagnética); e laboratórios de teste de componentes e estruturas.



Os inversores de velocidade variável CA são muito adequados para aplicações de equipamentos de teste, pois podem ser usados ​​para simular condições reais de maneira altamente dinâmica, precisa, linear e repetível. Eles são muito responsivos e podem parar e iniciar rapidamente para replicar eventos de alta velocidade.

Os acionamentos regenerativos são frequentemente utilizados, para que o acionamento seja capaz de regenerar energia elétrica quando o motor estiver absorvendo energia ou fornecendo uma carga, devolvendo essa energia à alimentação e reduzindo os custos operacionais.

Todos os drives usados ​​nessas aplicações devem ser otimizados para eficiência energética e alta precisão de controle, com baixa ondulação de tensão e corrente. Uma excelente resposta de torque é vital, porque os inversores são frequentemente usados ​​como amplificadores de torque, portanto, o tempo entre a referência de torque e o torque no eixo do motor precisa ser minimizado – quanto mais próximo o torque real seguir a referência de torque, mais fácil será para o sistema de controle para controlar e, portanto, melhor o desempenho geral do equipamento de teste.

O dinamômetro de chassi

Os tipos mais comuns de equipamento de teste automotivo são dinamômetros de chassis, dinamômetros de motor e plataformas de transmissão. O teste do dinamômetro do chassi geralmente emprega um acionamento e um motor por eixo ou roda da unidade de teste, dependendo do tipo de teste que está sendo realizado.

A CP Engineering fabrica sistemas de teste de dinamômetro de motor e chassi, sistemas de teste de transmissão e outros equipamentos de teste para a indústria automotiva. Forneceu sistemas para muitas empresas líderes neste setor, incluindo Castrol, Cosworth Technology, Delphi e Shell.

A interface analógica do sistema de registro de dados e controle baseado em Windows NT 'Cadet' da CP é sincronizada com o controle vetorial de malha fechada do inversor. Os sistemas de teste exigem controle e processamento em tempo real sincronizados com precisão para fornecer o mesmo perfil de carga/velocidade de um veículo real. A resposta da malha de controle deve, portanto, permanecer consistente dentro de um determinado tempo de ciclo – normalmente 3,25 ms. O inversor também deve ser capaz de operar motorizado para simular condições de excesso de funcionamento.

O software de partida fornece proteção para o eixo de acionamento. À medida que o motor dispara e acelera, o acionamento muda para torque zero para simular a marcha lenta do motor. Aparentemente, isso não pode ser feito com dinamômetros convencionais e dá à CP uma vantagem competitiva.

Bancos de teste de freio e estrada rolante

Aqui, diferentes perfis de teste e pistas são simulados e pré-programados para reproduzir as resistências de condução da forma mais realista possível, incluindo frenagem, partida ou condução em curvas, cross-country e off-road. As funções internas e relacionadas à segurança do veículo, como sistemas de freios antibloqueio (ABS) e direção assistida elétrica (EPS), também são testadas. Através da compensação de resposta rápida, medições altamente precisas e reprodutíveis são obtidas levando em consideração o atrito, as dependências elétricas e térmicas e os momentos de inércia em todo o trem de força.

Bancos de teste do motor

Os sistemas de acionamento são usados ​​em bancadas de teste de motores, tanto em centros de desenvolvimento quanto na fabricação de motores. Como em qualquer bancada de teste, a chave é simular com precisão as condições de operação diárias.

Existem requisitos específicos para a avaliação da qualidade de motores elétricos e de combustão, como diferentes padrões e velocidades de teste, ciclos de torque e contratorque, testes de resistência ou cargas de curto prazo.

Os conversores de frequência podem criar com precisão a curva de torque necessária, ao mesmo tempo em que reciclam a energia gerada no motor de combustão, poupando assim a alimentação da rede elétrica das correntes da rede sinusoidal.

Os engenheiros de teste também podem submeter a amostra de teste a velocidades e torques específicos que expõem ressonâncias e limites tecnológicos.

Suportes de teste de transmissão/caixa de câmbio

Aqui, os pulsos de torque e as características de funcionamento de um motor de combustão interna são aplicados à transmissão/caixa de câmbio que está sendo testada. Ao conectar em rede todos os controladores de acionamento em Ethernet em tempo real, a sincronização necessária dos circuitos de controle de velocidade e corrente do inversor garante que os resultados do teste reflitam as condições reais. Isso evita a necessidade de ajustes de balanceamento indesejados no sistema de controle.

A eletrônica de potência serve como acionamento de entrada e saída para uma ampla variedade de tipos de transmissão/caixa de câmbio. Quatro máquinas de carga substituem o sistema roda/estrada e representam o perfil de condução, enquanto um acionamento de entrada simula o motor de combustão interna.

A Simulação de Pulsação de Torque do Motor (ETPS) recria o motor de combustão interna em um banco de testes de desenvolvimento. Para atender aos altos requisitos para este tipo de bancada de teste, são utilizados motores síncronos de ímã permanente de baixa inércia e motores assíncronos.

Equipamento de teste para veículos elétricos

Novos desenvolvimentos requerem novas técnicas de teste. O trem de força em veículos híbridos e elétricos, incluindo o inversor do veículo, motor/motor e transmissão/caixa de câmbio, pode ser testado como um sistema completo, todos conectados em uma configuração de barramento CC comum que permite que a energia regenerada (durante a frenagem, por exemplo) seja recirculado.

Para uma determinada potência de motor instalada, isso significa que a potência nominal do inversor conectado à rede é minimizada, economizando capital e custos de energia. Uma característica chave do sistema é que todas as malhas de controle são sincronizadas, o que reduz significativamente o risco de ressonâncias do sistema.