Come i Torsiometri Aiutano ad Ottimizzare le Trasmissioni Ibride di Autobus ed Autocarri

Gli OEM del settore automobilistico impiegano comunemente banchi prova od impianti speciali per sviluppare, caratterizzare e provare i motori degli automezzi.  Poiché la tecnologia ibrida prende sempre più piede nella progettazione dei veicoli, gli OEM stanno incrementando l'uso di tali impianti per lo sviluppo dei sistemi di propulsione ibrido-elettrici per le industrie di costruzione di autocarri ed autobus. I componenti del sistema di propulsione ibrido-elettrico potrebbero comprendere un inverter raffreddato a liquido, un motore elettrico ad induzione CA con elevato rapporto potenza - peso ed un riduttore connesso direttamente ad un albero di trasmissione standard ed all'asse posteriore per fornire la potenza di trazione e la frenata rigenerativa.   

Per garantire che tali sistemi gestiscano efficientemente la potenza, gli ingegneri devono misurare accuratamente le variabili del motore elettrico / trasmissione quali la velocità di rotazione (giri / minuto) e la coppia.  La configurazione dell'impianto di prova nell'area di controllo è solitamente costituito da simulatore della batteria, inverter della frequenza, motore elettrico,  dinamometro, sistema di acquisizione dati (DAQ), interfaccia di comunicazione ed un PC. Il dinamometro fornisce la simulazione della resistenza per riprodurre le situazioni stradali che l'insieme motore elettrico / trasmissione può incontrare quali, ad esempio, la spinta di un veicolo pesante su percorsi collinari. Tale allestimento consente agli ingegneri di svolgere le prove senza dover percorrere effettivamente le strade col veicolo.

Notare che mentre le prove di potenza sui motori a combustione generino principalmente dei segnali meccanici, quelle sui motori elettrici necessitano anche di misurazioni di segnali elettrici fra l'inverter ed il motore. 

Il metodo inefficiente per misurare coppie e velocità

Precedentemente, gli ingegneri rilevavano la velocità e la coppia del motore / trasmissione montando il (grande) motore elettrico su un dinamometro mediante cuscinetti in modo che potesse ruotare. Il dinamometro era munito di una cella di carico e di un braccio di compensazione della reazione della coppia. Lo sperimentatore poteva eseguire un ciclo predefinito di prova, con cui l'inverter forniva una certa quantità di corrente al motore causandone la rotazione, come se stesse trainando un veicolo. Il braccio di leva viene spinto sulla cella di carico, misurando così a distanza la forza che il motore esercita tentando di girare. Se ad esempio il braccio di leva fosse lungo un metro e soggetto ad una forza di 1.000 Newton, il sistema starebbe producendo una coppia di 1.000 Newton-metro.  

Un problema di questo metodo è che l'inerzia meccanica maschera alcune finezze di misura. Le trasmissioni ibride possono girare alle velocità molto elevate di circa 12.000 giri/minuto, invece dei tipici 6.000 giri/minuto delle trasmissioni dei motori a benzina, il che provoca segnali ad alta frequenza normalmente assenti nelle prove dei veicoli passeggeri.  I segnali provenienti dalla cella di carico possono pertanto apparire belli e lisci, ma in realtà essi sono pieni di picchi e di gole poiché la trasmissione incontra effettivamente delle variazioni estreme. 

La nuova e migliore soluzione

A better solution came from putting a T12 digital torque transducer from HBM Inc. in-line with the electrical motor, the drivetrain and the dynamometer.  HBM provides measurement products including data acquisition systems, analysis and calibration software, strain gauges, transducers and sensors. 

The T12 transducers are a non-contacting design that reads torques via digital telemetry and speed via a speed sensor. An integrated measurement signal conditioner ensures high-quality and reliable signals. Measuring speed and torque with the transducer gives engineers necessary information on how fast the system is going and how much torque it is using to go that fast. From this data, engineers can calculate how much power the motor/drivetrain requires. The T12 torque transducer records dynamic torque, indicates the direction of rotation, and can even compute the mechanical output power. The DAQ synchronously records the electrical signal of the inverter and motor as well as the digital signals from the torque transducer to provide voltage, for example, as an equivalent torque value. Other outputs can include frequencies and currents. An optional feature allows the output of data to the DAQ via CAN or Ethernet, which eliminates the necessity for digital to analog conversion.

The transducers can pick up the high-frequency signals that are produced when testing electrical motor/drivetrains, so engineers can get data they normally wouldn’t see. This helps engineers improve their hybrid drivetrain designs.  Engineers can use the transducer to tune a hybrid system because the device lets them determine exactly how much current it takes to produce a desired amount of torque instead of approximating this valve. And the robust T12 requires little maintenance, which speeds up development times.

Miglioramento dell'efficienza dei motori elettrici e degli invertitori

Inoltre, ora la HBM offre una soluzione che aiuta a migliorare l'efficienza dei motori elettrici e degli invertitori utilizzando il torsiometro T12 ed il sistema di acquisizione dati HBM Genesis HighSpeed. Insieme, essi consentono la misurazione dinamica sincrona di segnali meccanici ed elettrici. Il salvataggio continuo dei dati grezzi permette l'analisi in diretta per la determinazione della potenza attiva e reattiva, oltre al rendimento della conversione dell'energia.  Per ulteriori informazioni su questa nuova soluzione, visitare il sito www.hbm.com/edrive.

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