Испытательные установки широко используются в автомобильной и аэрокосмической промышленности для тестирования различных транспортных средств. Энди Пай рассматривает, как приводы и двигатели используются в этих системах.
Типичные области применения в автомобильной промышленности, для которых используются приводные системы, включают
Производители автомобилей часто случайным образом выбирают двигатели из своих производственных линий и подвергают их тщательному тестированию, чтобы подтвердить, что они соответствуют всем ключевым требованиям к дизайну и параметрам.
В дополнение к внутренним испытаниям, проводимым производителями автомобилей и поставщиками первого уровня, автомобильные испытательные установки также используются специализированными испытательными центрами. Например, Horiba Mira обладает обширным опытом в предоставлении услуг по разработке тестов для мировой автомобильной промышленности, проведении испытаний в соответствии с правилами и стандартами, требованиями конкретных клиентов и в разработке соответствующих процедур и методов испытаний. Эта организация может похвастаться не менее чем 37 крупными испытательными центрами, включая полный набор лабораторий безопасности (аварии, имитация удара, пешеход); средства защиты окружающей среды транспортных средств и компонентов; полномасштабная аэродинамическая труба; ЭМС транспортных средств и компонентов (электромагнитная совместимость); и испытательные лаборатории компонентов и конструкций.
Приводы с регулируемой частотой вращения переменного тока очень хорошо подходят для применения на испытательных стендах, поскольку их можно использовать для имитации реальных условий высокодинамичным, точным, линейным и воспроизводимым способом. Они очень отзывчивы и могут быстро останавливаться и запускаться для воспроизведения высокоскоростных событий.
Часто используются регенеративные приводы, так что привод способен 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 при низких пульсациях напряжения и тока. Отличная характеристика крутящего момента имеет жизненно важное значение, поскольку приводы часто используются в качестве усилителей крутящего момента, поэтому необходимо свести к минимуму время от заданного крутящего момента до момента на валу двигателя – чем точнее фактический крутящий момент соответствует заданному крутящему моменту, тем легче управлять системой управления и, следовательно, тем лучше общая производительность испытательной установки.
Наиболее распространенными типами автомобильных испытательных стендов являются динамометры шасси, динамометры двигателя и трансмиссионные стенды. При динамометрическом испытании шасси обычно используется один привод и двигатель на ось или колесо испытательной установки, в зависимости от типа проводимых испытаний.
CP Engineering производит динамометрические тестовые системы двигателей и шасси, тестовые системы трансмиссий и другие испытательные установки для автомобильной промышленности. Компания поставляла 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 с замкнутым контуром привода. Тестовые системы требуют контроля и обработки в реальном времени, которые точно синхронизированы, чтобы обеспечить тот же профиль нагрузки / скорости, что и у реального транспортного средства. Таким образом, отклик контура управления должен оставаться неизменным в течение заданного времени цикла – обычно 3,25 мс. Привод также должен быть способен приводить в движение для имитации условий перегрузки.
Программное обеспечение для проворачивания обеспечивает защиту приводного вала. Когда двигатель запускается и разгоняется, привод переключается на нулевой крутящий момент, имитируя работу двигателя на холостом ходу. По-видимому, это невозможно сделать с помощью обычных динамометров, и это дает CP конкурентное преимущество.
Здесь моделируются и предварительно программируются различные тестовые профили и трассы, чтобы максимально реалистично воспроизвести сопротивление движению, включая торможение, запуск или прохождение поворотов, пересеченной местности и бездорожья. Также тестируются внутренние функции автомобиля и связанные с безопасностью функции, такие как антиблокировочная тормозная система (ABS) и электроусилитель рулевого управления (EPS). Благодаря компенсации быстрого отклика получаются высокоточные и воспроизводимые измерения с учетом трения, электрических и тепловых зависимостей, а также моментов инерции по всему силовому агрегату.
Приводные системы используются на испытательных стендах двигателей, как в центрах разработки, так и в производстве двигателей. Как и в случае с любым испытательным стендом, главное — точно имитировать повседневные условия эксплуатации.
Существуют особые требования к оценке качества двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей, такие как различные схемы испытаний и скорости, циклы крутящего момента и противодействия крутящему моменту, испытания на выносливость или кратковременные нагрузки.
Преобразователи частоты могут точно создавать требуемую кривую крутящего момента, одновременно перерабатывая энергию, вырабатываемую в двигателе внутреннего сгорания, тем самым избавляя электросеть от синусоидальных сетевых токов.
Инженеры-испытатели также могут подвергать испытуемый образец воздействию определенных скоростей и крутящих моментов, которые выявляют резонансы и технологические ограничения.
Здесь импульсы крутящего момента и рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания применяются к тестируемой трансмиссии/редуктору. Благодаря подключению всех контроллеров привода к сети Ethernet в режиме реального времени необходимая синхронизация цепей управления током и скоростью инвертора гарантирует, что результаты испытаний отражают реальные условия. Это позволяет избежать необходимости в нежелательных регулировках балансировки в системе управления.
Силовая электроника служит в качестве входных и выходных приводов для широкого спектра типов трансмиссий /редукторов. Четыре погрузчика заменяют систему колесо/дорога и представляют профиль вождения, в то время как входной привод имитирует двигатель внутреннего сгорания.
Имитация пульсации крутящего момента двигателя (ETPS) воссоздает двигатель внутреннего сгорания на опытно-испытательном стенде. Для удовлетворения высоких требований, предъявляемых к испытательному стенду данного типа, используются синхронные двигатели с постоянными магнитами малой инерции и асинхронные двигатели.
Новые разработки требуют новых методов тестирования. Силовая установка на гибридных транспортных средствах и автомобилях с электрическим приводом, включающая автомобильный инвертор, двигатель/ДВС и трансмиссию/КПП, может быть протестирована как целостная система, подключенная к общей конфигурации шины постоянного тока, которая позволяет повторно использовать восстановленную мощность (например, во время торможения).
При заданной установленной мощности двигателя это означает, что номинальная мощность инвертора, подключенного к сети, минимизируется, что позволяет экономить капитальные и энергетические затраты. Ключевой особенностью системы является то, что все контуры управления синхронизированы, что значительно снижает риск возникновения системных резонансов.
