Controle e calibração de powertrain elétrico para fabricantes automotivos e fornecedores de nível 1

A solução de Teste de powertrain Elétrico da HBK oferece aos fabricantes automotivos e fornecedores Tier 1 um conjunto de ferramentas sofisticadas de teste e medição em tempo real para agilizar o processo de avaliação e fornecer percepções acionáveis com rapidez e eficácia. Nosso equipamento de teste de powertrain elétrico, o melhor da classe, minimiza a incerteza da medição, fornecendo resultados confiáveis para otimizar a eficiência e o desempenho do powertrain para, em última análise, melhorar a experiência do motorista.

Visão geral

Compreender e otimizar o comportamento de um powertrain completo - normalmente da fonte de alimentação (ou emulador) ao flange da roda - requer engenheiros que vão além da simulação HIL e executam testes físicos nos componentes fabricados. O teste de bancada verifica os parâmetros de projeto fornecidos pela simulação virtual; valida a interação entre os subsistemas; e calibra o sistema e seus controles. As percepções obtidas permitem que os engenheiros otimizem a eficiência e o desempenho do sistema de transmissão antes do início da produção em massa.

A solução de teste de powertrain elétrica oferecida pela HBK é uma combinação de sensores, instrumentos e software que permite a análise de powertrains de veículos elétricos (EV) como sistemas integrados. Ele permite que os engenheiros lidem com a complexidade dos powertrains híbridos e EV; enfrentar os novos desafios para sua validação; e fornecer as técnicas de teste e análise necessárias para sua avaliação e otimização.

Ao mesmo tempo, a HBK projetou a solução de teste de powertrain elétrico para abordar as realidades econômicas do desenvolvimento de veículos elétricos. O ambiente de teste de powertrain da HBK fornece aos engenheiros de teste automotivo uma configuração rápida; dados exatos e precisos para análises confiáveis; estratégias eficazes de coleta, armazenamento e transferência de dados; recursos de análise acionáveis; e integração econômica em sistemas de TI, bem como no processo de desenvolvimento de produtos corporativos.

Análise de powertrain

Soluções para analisar conjuntos de propulsão de veículos elétricos e híbridos complexos

Os grupos moto propulsores elétricos são usados em veículos de todas as escalas: de subcompactos a carros de passageiros de alto desempenho; de vans leves a veículos articulados de 16 rodas; de empilhadeiras a escavadeiras para veículos off-road e de construção.

Mesmo em veículos do mesmo tipo, o conceito de powertrain elétrico é frequentemente implementado de maneiras diferentes. Em automóveis de passageiros, por exemplo, o escopo do powertrain em teste pode variar de um único e-eixo com duas rodas acionadas, através de duplo e-eixo com quatro rodas acionadas, a dois (ou mais) motores de cubo individuais. A análise do powertrain em uma bancada de teste estático pode, portanto, envolver entre um e quatro motores, entre um e quatro inversores e entre dois e quatro dinamômetros. A grande variedade de projetos contemporâneos de powertrain requer um teste de transmissão e solução de medição que seja flexível e extensível.

Os novos desafios da validação de powertrain elétrico

Uma ampla gama de questões é examinada durante o teste do powertrain elétrico, principalmente com o objetivo de otimizar o desempenho, minimizando o consumo de energia:
 

  • o powertrain exibe a caracterização planejada e exigida para este veículo?
  • o comportamento real do powertrain corresponde às previsões fornecidas pelas simulações?
  • os subsistemas de diferentes fornecedores combinam-se com a eficiência prevista?
  • os subsistemas do powertrain de alta tensão interagem como previsto com os eletrônicos de controle de baixa tensão?
  • como os subsistemas devem ser calibrados para fornecer o desempenho desejado dentro dos parâmetros de eficiência desejados?
  • os sistemas de controle proporcionam a experiência do motorista necessária para convencer os potenciais compradores de veículos?

A característica distintiva da solução HBK é que ela mede a potência dinâmica com precisão durante os transientes. As etapas de carga, acelerações e descidas que caracterizam os ciclos de acionamento padrão do teste da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) e do WLTP (Procedimento de Teste de Veículos Leves Harmonizados Mundialmente) são a razão pela qual os motores elétricos controlados por inversor são usados para powertrains EV.

A solução de teste de powertrain elétrica HBK mede e captura sinais elétricos e mecânicos, além de sinais de barramento ECU e CAN simultaneamente e em um único rastreamento de tempo. As entradas podem ser comparadas com as saídas para calcular a eficiência; e as perdas podem ser atribuídas de forma inequívoca à sua causa; e os efeitos a jusante de questões como temperatura ou NVH em outros subsistemas podem ser examinados.

A solução de teste de powertrain da HBK é mais do que uma combinação de sensores, instrumentos e software que comprovadamente funcionam juntos de forma eficaz. Ele agiliza a compreensão e permite que os engenheiros ajam com base nos insights e levem os veículos ao mercado mais cedo.

Solução de teste de powertrain elétrica HBK

O coração da solução de teste de powertrain da HBK é a série GENESIS HighSpeed de mainframes. Esta é uma plataforma modular que mede sinais mecânicos e elétricos e funciona como um analisador de energia, gravador de transientes, osciloscópio e sistema de aquisição de dados tudo-em-um.

A gama é composta por cinco modelos. Dois instrumentos portáteis com telas sensíveis ao toque de alta resolução são projetados para uso em bancada. Três instrumentos com fio estão disponíveis para montagem em rack e podem ser usados com ou sem um PC. Esses mainframes podem ser usados no modo autônomo, como um único mainframe ou combinados com outros mainframes via ethernet para escalabilidade ilimitada. Cada instrumento oferece de 2 a 17 slots de placa de entrada para flexibilidade 'plug-and-play'.


Para análise de powertrain elétrico, a configuração básica usa uma ou mais placas GN310B Cartões 'Power Analyzer'. Cada GN310B aceita 3 canais de alimentação (5 faixas de tensão a ± 1500 V DC e 7 faixas de corrente começando em ± 75 mA a ± 2 A) mais 2 canais digitais para torque e velocidade. Ele fornece cálculos em tempo real de RMS, P, S, Q, λ, η, cosϕ, THD, i_alpha, i_ beta (e mais) com cálculos de potência de largura de banda total e cálculos de potência fundamental.

As medições de torque são fornecidas pela gama de transdutores de flange de torque HBK. O T40B, por exemplo, é um transdutor de torque autônomo universal, que transmite valores medidos como sinais digitais em uma faixa de torques nominais (nominais):  100 Nm, 200 Nm, 500 Nm, 1 kNm, 2 kNm, 3 kNm, 5 kNm e 10 kNm. O T40B está disponível opcionalmente com um sinal de tempo (velocidade de rotação) para análise dq0 e permite a análise de ondulação de torque.


Para uma precisão excepcional em altas velocidades de rotação de até 22.000 rpm, o transdutor de torque T12HP fornece valores precisos em toda a faixa de medição de 100Nm a 10.000Nm, sem a necessidade de alternar a faixa de medição (como os chamados sensores de faixa dupla).

Os slots livres nos mainframes são então equipados com placas adicionais para estender o escopo da análise para incluir, digamos, temperatura ou NVH. As placas universais de aquisição de dados, por exemplo, estão disponíveis para 8 ou 16 canais. Cada entrada suporta 9 tipos diferentes de sensores e é perfeitamente adequada para testes mecânicos dinâmicos. A alta taxa de amostragem de 500 kS/s por canal e resolução de 24 bits torna a solução perfeita para registrar sinais de teste mecânico por meio de microfones, acelerômetros ou termopares.

Interface especializada para análise de desempenho do sistema de transmissão ideal

O usuário controla a solução de teste do powertrain elétrico através do software Perception da HBK. Este ambiente de software sofisticado cobre o processo completo de teste do sistema de transmissão, desde a configuração em bancada até a produção de relatórios personalizados; e todo o escopo do powertrain em teste, da bateria (ou emulador) através do inversor, máquina e eixo de transmissão, até o flange da roda.

A interface foi projetada por especialistas em UI para permitir que os engenheiros operem com facilidade todas as funcionalidades do analisador de energia. Com apenas um clique do mouse, os usuários podem alternar entre as funções de um DAQ para aquisição de dados brutos, um osciloscópio ou um analisador FFT. A visualização rápida (até 10 GB em 10 segundos) e os recursos de vários monitores permitem que os usuários exibam essas informações em tantas telas quanto seu PC suportar.

O software Perception foi projetado para aquisição de dados em alta velocidade (400 MB/s). Ele também fornece processamento rápido e confiável de grandes quantidades de dados - e faz os dois simultaneamente. Os engenheiros podem acessar e visualizar os dados salvos, mesmo enquanto as medições do powertrain estão em execução, para gerenciamento em tempo real e otimização de experimentos.

Ao combinar a aquisição de dados brutos com cálculo de potência em tempo real, o Perception permite que os engenheiros confirmem - ao vivo e na tela - que o projeto ou os parâmetros de qualquer experimento de powertrain estão definidos corretamente. Este ciclo de feedback intuitivo maximiza a produtividade do engenheiro.

Uma característica chave do Perception é o banco de dados de mais de 100 fórmulas predefinidas que incluem análises avançadas como vetor espacial ou transformação dq0 (também conhecida como transformação Park). O banco de dados pode ser expandido com fórmulas definidas pelo usuário, criadas instantaneamente ou combinando elementos de listas de seleção.

O processamento em lote de dados salvos por meio do Perception permite que os engenheiros realizem análises pós-processo para verificação e certificação sem o tempo e o esforço de refazer um teste. Por último, mas não menos importante, o Perception permite que os engenheiros transfiram os dados de arrays RAID Linux seguros para sistemas de software populares de terceiros, como Matlab ou LabVIEW.

Produção mais rápida de mapas de superfície para maior eficiência do sistema de transmissão

Os mapas de eficiência são um método padrão para obter insights sobre as oportunidades de otimização de um powertrain elétrico. O processo de observar, registrar e analisar o comportamento do powertrain como um sistema completo em várias condições de velocidade e carga significa realizar vários conjuntos de loops de teste interativos o mais rápido possível. Na prática, o gerenciamento de teste automatizado é essencial.

Na solução de teste de powertrain da HBK, a automação é fornecida pelo software Perception. O início e o término do ponto de ajuste são definidos pelo usuário por meio de teclas e macros, assim como sequências de teste e análise automatizadas. A série de gatilhos pode ser controlada manualmente, via software ou via controle remoto TTL. Em tempo de execução, o Perception automatiza a coleta de dados para cada um dos milhares de pontos de ajuste. Os recursos de armazenamento em tempo real do mainframe Genesis HighSpeed e a capacidade de registrar gatilhos sem tempo morto entre eles significam que o processo de aquisição de dados brutos, além de computação e visualização dos resultados para um mapa do motor, pode ser feito em poucos minutos. Essa abordagem reduz significativamente o esforço da equipe e garante a produção de cada mapa em um menor tempo decorrido.

Técnicas adicionais na nova versão do Perception aceleram a produção de mapas de superfície.

  • A gravação baseada em ciclo fornece gravação seletiva de dados. Por exemplo, os dados de temperatura podem ser registrados continuamente a uma taxa de amostragem baixa, enquanto as taxas de amostragem altas para os principais sinais elétricos são aplicadas apenas nos pontos de ajuste necessários para o mapa de superfície. Isso otimiza a coleta de dados mais focados.
  • A opção Intervalo automático seleciona automaticamente o melhor intervalo para um sinal, com base na intensidade do sinal conforme identificado pelo analisador de potência. Ao criar um mapa de eficiência, por exemplo, Faixa automática selecionará automaticamente a faixa apropriada após cada mudança de passo no torque, o que minimiza a incerteza da medição.

Além de automatizar os processos de medição e aquisição de dados, o Perception permite que os engenheiros automatizem a exportação de dados, análise ou geração de relatórios.

Dados exatos, precisos e confiáveis

O principal critério para escolher a solução de teste de powertrain elétrica da HBK é que ela forneça dados exatos, precisos e altamente granulares que promovem um entendimento mais profundo da máquina em teste.

  • As placas GN310B Power Analyzer oferecem a melhor precisão da classe para medição de energia: 0,015% da leitura, 0,02% do intervalo.
  • Os transdutores de flange de torque oferecem a melhor precisão da classe: o T40B tem uma classe de precisão de 0,05; e o T12HP uma classe de precisão de 0,02

Uma compreensão mais profunda da máquina em teste, por sua vez, leva a melhores questões para otimizar o powertrain EV e fornecer níveis sem precedentes de controle do powertrain.

As realidades econômicas do desenvolvimento de veículos

Antecipando o Ciclo de Desenvolvimento

A economia do desenvolvimento de veículos está mudando constantemente. A introdução de motores elétricos removeu alguns problemas (emissões de escapamento, ruído do motor) e destacou novos (zumbido do inversor, zumbido da caixa de câmbio). Alguns problemas que existiam antes (incompatibilidades entre componentes ou subsistemas, imperfeições causadas por efeitos de design, carregamento ou temperatura ou variações de fabricação) agora aparecem em um novo formato.

Cada vez mais, os OEMs automotivos e os fornecedores Tier 1 que os apoiam buscam obter eficiência econômica e reduzir o tempo de lançamento no mercado antecipando o ciclo de desenvolvimento. O impacto prático é que os departamentos de teste de powertrain estão adaptando seus procedimentos e metodologias de teste para lidar com esses novos desafios. A solução de teste de powertrain da HBK está alinhada com essas transições no processo de desenvolvimento de produtos automotivos: o foco está na configuração rápida; aumentando a velocidade do insight; apoiar estratégias de dados; o processo de desenvolvimento do produto; e segurança no trabalho.

Configuração rápida

Ao gerenciar o processo de teste do sistema de transmissão, os engenheiros precisam integrar uma ampla variedade de ferramentas de bancada de teste: sensores para sinais elétricos e mecânicos, PCs de automação, analisadores de energia, sistemas DAQ para sinais como temperatura ou NVH, software para análise e visualização e assim por diante. Qualquer incompatibilidade entre sensores, instrumentos e software irá simplesmente consumir recursos da equipe desnecessariamente.

Os produtos HBK, por outro lado, são projetados e construídos para interoperabilidade: sensores e instrumentos são integrados por design. A abordagem 'plug-and-play' garante que os componentes individuais da cadeia de medição sejam simples de integrar. A aquisição de cabos ou consumíveis menores, mas essenciais, da HBK garante alta qualidade de sinal e protege a produtividade da equipe.

O software Perception também é projetado para aumentar a produtividade do engenheiro durante a configuração da bancada de teste:

  • A função de configurador de bancada de teste permite que os engenheiros criem uma configuração arrastando e soltando os símbolos de fontes de energia, inversores, motores na tela. Qualquer sistema de transmissão do mundo real pode ser espelhado em minutos.
  • Medidores e displays são criados automaticamente durante a configuração; todas as fórmulas são aplicadas automaticamente. Para simplificar a fase de configuração de um teste, o Perception identifica automaticamente os dispositivos à medida que são conectados. É intuitivo e economiza tempo.

A solução de teste de powertrain elétrico é construída a partir do zero com os melhores produtos da classe que oferecem a maior precisão possível para garantir resultados confiáveis. O design modular e a integração garantida de componentes garantem uma instalação 'sem suor'. As soluções são flexíveis e facilmente estendidas, garantindo um retorno do investimento a longo prazo.

Aumentando a velocidade do insight

O objetivo da solução de teste de powertrain elétrica da HBK é ajudar os engenheiros a compreender o desempenho, as perdas e a eficiência dos sistemas eletromecânicos com mais rapidez e precisão do que nunca.

HBK, portanto, adapta suas técnicas de medição para adquirir dados de alta qualidade. Por exemplo: aquisição mais rápida de pontos de ajuste estáticos para produção mais eficiente de mapas de motores; coleta de dados no meio-ciclo para fornecer aquisição dinâmica de dados precisos durante os transientes.

Sincronização e transferência de dados eficazes

Ao avaliar o desempenho do powertrain, adquirir sinais elétricos e mecânicos simultaneamente economiza tempo e esforço enquanto reduz erros desnecessários causados por incompatibilidade de componentes. A solução de teste de powertrain da HBK também oferece suporte a estratégias de dados eficazes, como sincronização de sinais e transferência de dados:

  • Os dispositivos na cadeia de medição HBK usam a versão 2 do protocolo de tempo de precisão (PTP v2, também conhecido como IEEE 1588-2008) para sincronizar os relógios de vários dispositivos em rede via ethernet.
  • Os dados brutos coletados pelo DAQ, os resultados das medições, bem como os insights obtidos com a análise do comportamento do powertrain, são todos transferíveis por meio dos padrões da indústria. A transferência plug-and-play via protocolo em tempo real EtherCAT, barramento CAN FD ou API de software fornece rendimento de dados síncrono eficiente para pontos distribuídos na rede

Segurança no Trabalho

As características do EV continuam a evoluir em resposta às necessidades do cliente. Tendências perceptíveis incluem tensões mais altas para powertrains elétricos. O interesse atual na transição de sistemas de 400V para 800V parece ser amplamente impulsionado pelo desejo de tempos de carga mais curtos. A implicação para o desenvolvimento do produto é que o equipamento da bancada de teste precisa ser classificado de acordo com a segurança.


Na solução HBK:

  • Os analisadores de energia Genesis HighSpeed atendem às categorias de sobretensão mais altas, permitindo o uso sem preocupações em níveis de até 1500 V
  • O divisor de alta tensão HVD50R para aplicações acima de 1000V atende ao padrão de segurança IEC 61010-031: 2002

Serviços

A HBM oferece transferência de conhecimento padronizada e individual para garantir que seus profissionais se tornem produtivos o mais rápido possível. As sessões de treinamento podem ser ministradas on-line ou realizadas em suas instalações, ou nas salas de treinamento do HBM Academy.

O conteúdo de treinamento e educação pode ser personalizado para atender a necessidades específicas:

  • Técnicas de teste de energia elétrica
  • Consideração de incerteza de medição
  • Lidando com interferência eletromagnética (EMC)
  • Aquisição de dados de medição - a escolha certa dos parâmetros de medição
  • Otimizando a aquisição de dados com “detecção de ciclo”
  • Filtros e taxas de amostragem
  • Força de medição e torque
  • Análise avançada e personalizada com software Perception