Banco de pruebas EtherCAT para motores eléctricos con TIM-EC de HBM

La empresa Dynosens quería desarrollar un banco de pruebas para motores eléctricos de automóvil. Para ello necesitaba una interfaz que conectara un transductor de par T40B con un bus de campo EtherCAT. El producto TIM-EC (que HBM estaba a punto de lanzar al mercado) resultó ser la solución perfecta.

Dynosens es una empresa especializada en el desarrollo de bancos de pruebas para motores y vehículos de todo tipo. Fue fundada en 1990 en La Roche sur Foron (Alta Saboya) y fabrica alrededor de treinta bancos de pruebas al año, entre diseños estándar y a medida, para diferentes sectores (automóviles, motocicletas, scooters, karts, tractores, motores agrícolas, etc.).

En sus desarrollos, Dynosens capitaliza al máximo sus recursos propios y confía en proveedores de referencia, según explica Yves Rosnoblet, Director General de la empresa. “Empleamos proveedores con buena reputación en términos de la calidad y prestaciones de sus productos y que, además, ofrezcan un excelente soporte técnico. Por eso HBM ha sido nuestro proveedor principal de transductores de par y de fuerza durante 15 años”.

Con el paso de los años HBM se ha convertido en un verdadero socio para Dynosens. Esta relación se confirmó de nuevo recientemente en un concurso público convocado por la CEA (la Comisión francesa de Energía Atómica), que Dynosens ganó.

Un banco de pruebas a medida con especificaciones técnicas muy estrictas

El concurso se refería a un banco de pruebas para motores eléctricos mediante el cual se deseaba estudiar un motor representativo de los empleados en los coches eléctricos; en concreto, el del Renault ZOE. Los resultados debían servir para optimizar las leyes de control del motor. La CEA quería encargarse de la electrónica de control del motor y de la explotación de las mediciones.

El banco de pruebas debía entregarse equipado con un motor ZOE y con una máquina capaz de simular los cambios que se aplican al motor durante la aceleración y la deceleración o cuando el vehículo asciende o desciende por una pendiente. La máquina de carga consistía en un servomotor eléctrico asíncrono con controles de par y/o de velocidad.

Dado que la finalidad del banco de pruebas era estudiar los parámetros del motor, era preciso registrar los datos de medición (tensión, corriente, potencia eléctrica, par, velocidad, etc.). “El pliego de especificaciones técnicas exigía que las mediciones se transmitieran mediante un bus de campo EtherCAT”, explica Yves Rosnoblet.

EtherCAT es una versión industrial de Ethernet en tiempo real. Fue lanzado al mercado por la empresa Beckhoff a principios de los 90 y se convirtió rápidamente en un estándar abierto controlado por una organización independiente (ETG, que actualmente cuenta con más de 2400 empresas miembro), que proporciona todas las herramientas y documentos necesarios para desarrollar productos conformes con el estándar.
Típicamente, un bus EtherCAT puede procesar (tiempo de ciclo) 1000 entradas/salidas digitales en 30 µs  o 200 entradas/salidas analógicas en 50  µs, o 100 ejes en 100 µs.

El transductor de par T40B, perfecto para esta aplicación

Dynosens quería utilizar un transductor de par de HBM en el nuevo banco de pruebas. Esta empresa utiliza de forma habitual la tecnología de HBM desde hace mucho tiempo y, en su momento, valoró muy positivamente la innovación que supuso el montaje de galgas extensométricas en una brida medidora en lugar de en un eje rotatorio.  De esta forma se reduce la tensión en el eje y mejoran las prestaciones de medición, especialmente en términos de dinámica.

Estos transductores resultan, además muy sólidos, lo que supone una ventaja para las aplicaciones en bancos de pruebas de motores térmicos, en los que la forma de trabajo del motor y de los sistemas de transmisión crean condiciones mecánicas más exigentes. A la vista de las condiciones, no es sorprendente que estos transductores se hayan convertido en toda una referencia para los bancos de pruebas de motores térmicos de Dynosens (y otras empresas).

A lo largo del tiempo se ha ampliado la gama (el intervalo de medición se sitúa actualmente entre 50 Nm y 80 kNm), con familias de productos dirigidas cada vez más específicamente a diferentes aplicaciones. De esta forma, el T40B ofrece una relación coste-beneficio inigualable. Si lo comparamos con modelos de la generación anterior, ofrece mejores prestaciones por la mitad de precio. Y tampoco resulta extraño que, después de que el T40B se haya convertido en el estándar para los bancos de pruebas de motores térmicos, HBM también esté haciendo progresos en el segmento de los motores eléctricos.

Dynosens también aprecia la capacidad del T40B para transmitir datos de velocidad además de par, lo que facilita el proceso de diseño.

Procesamiento de señales, un punto clave

En el momento en que se diseñó el banco de pruebas, HBM no disponía de un conector EtherCAT para el transductor T40B. Por ello, se pensó inicialmente en la solución clásica de integrar el transductor dentro de un módulo de entrada/salida EtherCAT.

Pero, para Yves Rosnoblet, de esta forma no habrían podido aprovecharse al máximo las prestaciones del transductor. “Los fabricantes de transductores son los que están en mejor situación para desarrollar las funciones de procesamiento y diagnóstico integradas en los conectores de los buses de campo. Los bloques de E/S diseñados por los fabricantes de dispositivos automáticos no son específicos y no se pueden optimizar para todos los tipos de transductores; y menos aún para un transductor evolucionado, como es el caso de la clase T40B".

Conexión directa a EtherCAT con el módulo TIM-EC

Por supuesto, Dynosens informó a HBM de sus inquietudes. La respuesta fue inmediata. Exactamente al mismo tiempo, el mayor fabricante europeo de automóviles había hecho la misma petición, lo que llevó a HBM a desarrollar una interfaz EtherCAT. El producto no estaba todavía en el mercado, pero la experiencia anterior de Dynosens le llevó a contar con HBM y comenzó a trabajar en el diseño del banco de pruebas bajo la premisa de que sería la prueba “beta” de la interfaz EtherCAT.

La interfaz, que se denominó TIM-EC, se entregó en el plazo acordado y Dynosens se convirtió en su primer usuario en Francia. “Asumimos un poco de riesgo, pero mereció la pena. El producto entró en servicio inmediatamente e integrarlo en el banco de pruebas no supuso ningún problema. En cuanto a las prestaciones, tiene una resolución de 25 bits, un nivel que sobrepasa el alcance de un módulo de E/S industrial. Como sabemos, la precisión es un elemento clave para los usuarios de bancos de pruebas, porque es la llave para mejorar las prestaciones”, explica Yves Rosnoblet con satisfacción. La interfaz TIM-EC de HBM también permite seleccionar distintas velocidades de filtrado y proporciona datos de diagnóstico a lo largo de toda la cadena de medición (desde el transductor a la interfaz).

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"Empleamos proveedores con buena reputación en términos de la calidad y prestaciones de sus productos y que, además, ofrezcan un soporte técnico de calidad. Por eso HBM ha sido nuestro proveedor principal de transductores de par y de fuerza durante 15 años”.


Yves Rosnoblet, Director General, Dynosens

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