Приводы и двигатели в автомобильных испытательных стендах

Испытательные стенды широко используются в автомобильной и аэрокосмической промышленности для тестирования различных транспортных средств. Энди Пай рассказывает, как в этих системах используются приводы и двигатели.

Типичные области применения в автомобильной промышленности, для которых используются приводные системы, включают

• Стенды для дорожных испытаний автомобилей и мотоциклов.
• Стенды для испытаний двигателей — для производства электрических двигателей и двигателей внутреннего сгорания.
• Тестовые стенды для трансмиссий и коробок передач для поставщиков автомобильной и машиностроительной промышленности.
• Стенды для испытаний электромобилей — с источником постоянного тока для питания автомобильного инвертора.

Производители автомобилей часто случайным образом выбирают двигатели со своих производственных линий и подвергают их тщательным испытаниям, чтобы убедиться, что они соответствуют всем ключевым конструктивным требованиям и параметрам.

В дополнение к внутренним испытаниям, проводимым производителями автомобилей и поставщиками первого уровня, автомобильные испытательные стенды также используются специализированными испытательными центрами. Например, Horiba Mira обладает обширным опытом в предоставлении инженерных услуг по тестированию для мировой автомобильной промышленности, тестировании в соответствии с правилами и стандартами, в соответствии с конкретными требованиями клиентов и в разработке соответствующих процедур и методов тестирования. Эта организация может похвастаться не менее чем 37 крупными испытательными центрами, в том числе полным набором лабораторий безопасности (аварии, имитации ударов, пешеходов); средства защиты окружающей среды транспортных средств и компонентов; полномасштабная аэродинамическая аэродинамическая труба; транспортное средство и компоненты EMC (электромагнитная совместимость); и лаборатории по тестированию компонентов и конструкций.

Преобразователи частоты переменного тока очень хорошо подходят для применения в испытательных стендах, поскольку их можно использовать для имитации реальных условий высокодинамичным, точным, линейным и воспроизводимым способом. Они очень быстро реагируют и могут быстро останавливаться и запускаться, чтобы воспроизвести высокоскоростные события.

Часто используются рекуперативные приводы, так что привод может регенерировать электроэнергию, когда двигатель поглощает энергию или обеспечивает нагрузку, возвращая эту энергию в источник питания и снижая эксплуатационные расходы.

Все приводы, используемые в этих приложениях, должны быть оптимизированы для обеспечения энергоэффективности и высокой точности управления с низкими пульсациями напряжения и тока. Отличная реакция на крутящий момент жизненно важна, поскольку приводы часто используются в качестве усилителей крутящего момента, поэтому время от задания крутящего момента до крутящего момента на валу двигателя должно быть сведено к минимуму. система управления для управления и, следовательно, лучше общая производительность испытательного стенда.

Динамометр шасси

Наиболее распространенными типами автомобильных испытательных стендов являются динамометрические стенды для шасси, динамометрические стенды для двигателей и стенды для трансмиссий. При динамометрическом испытании шасси обычно используется один привод и двигатель на ось или колесо испытуемой единицы, в зависимости от типа выполняемых испытаний.

CP Engineering производит системы динамометрических испытаний двигателей и шасси, системы испытаний трансмиссии и другие испытательные стенды для автомобильной промышленности. Она поставила системы многим ведущим фирмам в этом секторе, включая Castrol, Cosworth Technology, Delphi и Shell.

Аналоговый интерфейс системы управления и регистрации данных CP Cadet на базе Windows NT синхронизирован с векторным управлением привода с замкнутым контуром. Тестовые системы требуют управления в режиме реального времени и обработки, которые точно синхронизированы, чтобы обеспечить тот же профиль нагрузки/скорости, что и у реального транспортного средства. Таким образом, отклик контура управления должен оставаться стабильным в рамках заданного времени цикла — обычно 3,25 мс. Привод также должен иметь возможность запуска двигателя для имитации условий перебега.

Программное обеспечение запуска обеспечивает защиту приводного вала. Когда двигатель запускается и разгоняется, привод переключается на нулевой крутящий момент, чтобы имитировать работу двигателя на холостом ходу. По-видимому, это невозможно сделать с помощью обычных динамометров, и это дает СР конкурентное преимущество.

Катающиеся дорожные и тормозные стенды

Здесь моделируются и предварительно программируются различные тестовые профили и трассы для максимально реалистичного воспроизведения сопротивления движению, включая торможение, трогание с места или движение по поворотам, пересеченную местность и бездорожье. Также проверяются внутренние и связанные с безопасностью функции автомобиля, такие как антиблокировочная тормозная система (ABS) и электроусилитель руля (EPS). Благодаря быстродействующей компенсации достигаются высокоточные и воспроизводимые измерения за счет учета трения, электрических и тепловых зависимостей, а также моментов инерции по всей трансмиссии.

Стенды для испытаний двигателей

Системы привода используются на стендах для испытаний двигателей, как в центрах разработки, так и при производстве двигателей. Как и в случае с любым испытательным стендом, важно точно смоделировать повседневные рабочие условия.

Существуют особые требования к оценке качества двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей, например различные режимы испытаний и скорости, циклы крутящего момента и противодействующего крутящего момента, испытания на выносливость или кратковременные нагрузки.

Преобразователи частоты могут точно создавать требуемую кривую крутящего момента, а также повторно использовать энергию, вырабатываемую двигателем внутреннего сгорания, тем самым избавляя электросеть от синусоидальных сетевых токов.

Инженеры-испытатели также могут подвергать испытательный образец воздействию определенных скоростей и крутящих моментов, которые выявляют резонансы и технологические ограничения.

Тестовые стенды трансмиссии/коробки передач

Здесь импульсы крутящего момента и рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания применяются к тестируемой трансмиссии/коробке передач. Благодаря объединению всех контроллеров приводов в сеть Ethernet в режиме реального времени необходимая синхронизация цепей управления током и скоростью инвертора гарантирует, что результаты испытаний будут отражать реальные условия. Это позволяет избежать нежелательных корректировок балансировки в системе управления.

Силовая электроника служит входным и выходным приводом для самых разных типов трансмиссий и коробок передач. Четыре нагрузочных механизма заменяют систему колеса/дороги и представляют профиль вождения, а входной привод имитирует двигатель внутреннего сгорания.

Моделирование пульсации крутящего момента двигателя (ETPS) воссоздает двигатель внутреннего сгорания на испытательном стенде. Чтобы удовлетворить высокие требования к этому типу испытательных стендов, используются малоинерционные синхронные двигатели с постоянными магнитами и асинхронные двигатели.

Оборудование для испытаний электромобилей

Новые разработки требуют новых методов тестирования. Силовая передача на гибридных и электрических транспортных средствах, состоящая из автомобильного инвертора, двигателя/двигателя и трансмиссии/коробки передач, может быть испытана как законченная система, все они подключены к общей конфигурации шины постоянного тока, которая позволяет регенерировать энергию (например, во время торможения). повторно распространено.

Для данной установленной мощности двигателя это означает, что номинальная мощность инвертора, подключенного к сети, сведена к минимуму, что позволяет экономить как капитал, так и затраты на электроэнергию. Ключевой особенностью системы является то, что все контуры управления синхронизированы, что значительно снижает риск системных резонансов.