Como Transdutores de Torque Ajudam a Aperfeiçoar Sistemas de Transmissão Híbridos para Ônibus e Caminhões

Empresas automotivas comumente abrigam bancadas de teste ou instalações especiais para desenvolver, caracterizar, e testar motores de automóveis. Como a tecnologia híbrida desempenha um papel cada vez maior em projetos de veículos, empresas automotivas utilizam cada vez mais essas instalações para o desenvolvimento de sistemas de propulsão híbrido-elétricos para as indústrias de caminhões e ônibus. Componentes de um sistema de propulsão híbrido-elétrico podem incluir um inversor de refrigeração líquida, um motor elétrico de indução AC de alta relação peso-potência, uma engrenagem de redução conectada diretamente a um eixo de acionamento padrão, um eixo traseiro para fornecer energia de tração, e um freio regenerativo.

Para garantir a ais sistemas, gerenciar a energia de forma eficiente, os engenheiros devem medir com precisão variáveis ​​elétricas do motor/transmissão, tais como velocidade de rotação (rpm) e torque. A configuração de uma bancada de teste interna geralmente é composta por um simulador de bateria, inversor de freqüência, motor elétrico, dinamômetro, sistema de aquisição de dados (DAQ), interface de comunicação e um PC em uma área de controle. O dinamômetro oferece resistência ao sistema simulando situações de estrada que o motor elétrico/transmissão pode encontrar, por exemplo, quando ele está empurrando um veículo pesado colina acima. Este arranjo evita que os engenheiros tenham que dirigir veículos reais.

Note que enquanto os testes de potência em motores de combustão gravam principalmente sinais mecânicos, o  teste de motores elétricos também necessitam medir os sinais elétricos entre o conversor e o motor.

O método ineficaz para medir a velocidade e o torque

Anteriormente, os engenheiros tomavam velocidade e medidas de torque de motores/transmissões montando o motor elétrico no dinamômetro utilizando rolamentos de modo que o motor pudesse rodar. O dinamômetro é equipado com uma célula de carga e um braço de reação de torque . Um engenheiro executaria um ciclo de condução pré-definido, o que faria o inversor fornecer uma certa quantidade de corrente ao motor e fazer com que ele girasse, como se estivesse sendo dirigido em um veículo. O braço deslocado é empurrado para baixo sobre a célula de carga, medindo assim, a força que o motor tentaria girar a uma certa distância. Assim por exemplo, se o braço estava deslocado um metro de distância do centro do eixo e fosse empurrando para baixo com uma força de 1000 Newtons, o sistema teria produzido um torque de 1000Nm.

Um problema com esta abordagem é que a inércia mecânica mascara sutilezas de medição. Transmissão híbrida pode rodar a velocidades muito altas, em torno de 12.000 rpm, em comparação com a transmissão típica a 6.000 rpm de um motor a gasolina, que introduz os sinais de alta freqüência que normalmente não são encontrados ao testar carros de passageiros. Os sinais da célula de carga podem, portanto, aparentar estarem adequados, mas, na realidade, os sinais têm vários picos e vales, porque a transmissão apresenta realmente variações extremas.

A solução nova e inovadora

Uma solução melhor baseia-se em colocar o transdutor de torque digital T12 da HBM em linha com o motor elétrico, o sistema de transmissão e o dinamômetro. A HBM fornece produtos de medição, incluindo sistemas de aquisição de dados, software de análise e calibração, strain gages, transdutores e sensores.

Os transdutores T12 possuem um design sem contato que lê torques via telemetria digital e velocidade através de um sensor de velocidade. Um condicionador de sinal de medição integrado garante sinais confiáveis ​​de alta qualidade. Medir velocidade e torque com o transdutor dá aos engenheiros informações necessárias sobre o quão rápido o sistema está trabalhando e quanto torque ele está usando para chegar aquela velocidade. A partir desses dados, os engenheiros podem calcular quanto de energia o motor/transmissão exige. O transdutor de torque T12 registra torque dinâmico, indica o sentido de rotação e pode até mesmo calcular a potência mecânica de saída. A aquisição de dados síncrona grava o sinal elétrico do conversor e do motor, assim como os sinais digitais a partir do transdutor de torque para fornecer uma tensão, por exemplo, como um valor de torque equivalente. Outras saídas podem incluir frequências e correntes. Uma característica opcional permite a saída de dados para a aquisição de dados através de CAN ou Ethernet, o que elimina a necessidade de conversão de digital para analógico.

Os transdutores podem captar os sinais de alta frequência que são produzidos durante os testes de motores elétricos / transmissões, de tal maneira que os engenheiros possam obter os dados que normalmente não veriam. Isso ajuda os engenheiros a melhorar seus projetos de transmissões híbridas. Os engenheiros podem usar o transdutor para “sintonizar” um sistema híbrido, pois o dispositivo permite-lhes determinar exatamente a quantidade de corrente necessária para produzir uma quantidade desejada de torque em vez de um valor aproximado. E o robusto T12 requer pouca manutenção, o que acelera o tempo de desenvolvimento.

Melhoria da eficiência de motores elétricos e inversores

Além disso, a HBM oferece agora uma solução que pode ajudar a melhorar a eficiência dos motores elétricos e inversores usando um sensor de torque T12 e o sistema de aquisição de dados da HBM Genesis HighSpeed. Juntos, eles permitem uma medição síncrona e dinâmica de sinais mecânicos e elétricos. O armazenamento contínuo de dados permite a análise em tempo real para determinar potência ativa e reativa, assim como a eficiência de conversão de energia. Para mais informações sobre esta nova solução, visite www.hbm.com/edrive.

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