E-Achsen-Test: Vollständiger Validierungsleitfaden für EV-Antriebseinheiten

Vom EconoTest Engineering Team · Prüfstandshersteller, Shanghai

Warum E-Achsen die Testanforderungen verändert haben

Die E-Achse (elektrische Antriebseinheit, EDU) hat den Verpackungskrieg bei Elektrofahrzeugen gewonnen: Kombination von Fahrmotoren, Wechselrichter, und Single-Speed-Untersetzungsgetriebe in einem Gehäuse spart Masse, kosten, und Verkabelung. Durch die Integration wurden aber auch die ehemals drei separaten Validierungsprogramme zusammengeführt. Bei einem Nur-Motor-Prüfstandstest kann die Erregung des Zahneingriffs nicht in die Motorsteuerung zurückgeführt werden; Eine Wechselrichter-HIL-Anlage kann nicht erkennen, wie die Welligkeit des Gleichstrombusses am Rad auftritt; Eine Getriebeanlage kann die Drehmomentwelligkeit des echten Motors nicht reproduzieren. Die Validierung der E-Achse erfolgt daher auf Einheitenebene, auf Bänken, die so gebaut sind, dass sie die eigentlichen Ausgangswellen belasten und gleichzeitig den eigentlichen HV-Gleichstromeingang mit Strom versorgen.

Prüfstandarchitektur

Eine vollständige E-Achsen-Validierungsbank besteht aus:

• Leistungsprüfstände: ein Vierquadranten-Wechselstrom-Dynamometer pro Abtriebswelle. Für E-Achsen mit offenen Differentialen oder Torque-Vectoring-Differentialen sind zwei unabhängige Prüfstände erforderlich – sie sorgen dafür, dass der Prüfstand ungleiche Links-/Rechtsgeschwindigkeiten aufrechterhält (Kurvensimulation) und Drehmomentaufteilung. Geschwindigkeitswerte müssen den Radgeschwindigkeitsbereich mit Spielraum abdecken (typischerweise 0–3.000 U/min am Ausgang für Personenkraftwagen, mit einem Drehmoment von mehreren tausend Nm).
• Batterieemulator (Gleichstromquelle/-senke): eine bidirektionale programmierbare Gleichstromversorgung, 400 V/800-V-Klasse, das die Spannungs-zu-SOC-Kurven wiedergibt, sackt unter Last durch wie ein echter Rucksack, und absorbiert regenerierte Energie. Durch das Testen mit einem Emulator anstelle von Batteriepacks wird eine Drift des Ladezustands bei jeder Messung vermieden und die Gefahr eines Packbrandes durch die Zelle eliminiert.
• Straßenlastsimulation: Der Prüfstandsregler berechnet die Längsdynamik des Fahrzeugs in Echtzeit – den Luftwiderstand, Rollwiderstand, Grad, und Fahrzeugträgheit – so erfährt die E-Achse die gleiche Lastkurve wie im Fahrzeug. Elektrische Trägheitssimulation ersetzt physische Schwungräder.
• Messkette: HV-Leistungsanalysator für Gleichstrom und (wenn zugänglich) AC-Seiten, Drehmomentflansche an beiden Abtrieben, Kühlmittelaufbereitung mit Durchfluss-/Temperaturmessung, CAN/Automotive-Ethernet-Schnittstelle zum Wechselrichter, plus Beschleunigungsmesser und Mikrofone für NVH.
• Thermische Konditionierung: Kühlmittelkreisläufe, die die Einlasstemperatur von –30 °C regeln (Kaltstartanlagen) Zu +90 ° C, da Effizienz und Leistungsminderung stark von der Öl- und Kühlmitteltemperatur abhängen.

Unser E-Achsen-Prüfstand Die Seite zeigt Referenzkonfigurationen; Nabengekoppelte Vollantriebsstrang-Layouts werden unter abgedeckt Antriebsstrangprüfstand.

Die fünf Validierungsblöcke

1. Leistungs- und Effizienzzuordnung

Überstreichen Sie die gesamte Drehmoment-Drehzahl-Hüllkurve in beide Richtungen (Antrieb und Rekuperation), Aufzeichnung der Gleichstromeingangsleistung und der Wellenausgangsleistung an jedem stabilisierten Punkt – typischerweise 200–600 Punkte, zusammengefasst in Effizienzkonturkarten. Die Karte ist das kommerzielle Datenblatt der E-Achse: Spitzeneffizienz (modernste Geräte übertreffen 92% kombiniert), die Form der hocheffizienten Insel, und kontinuierliche vs. Spitzendrehmomentgrenzen mit thermischen Derating-Kurven.

2. Fahrzyklustests

WLTP wiederholen, CLTC, EPA, oder kundenspezifische Kreisläufe durch die Straßenlastsimulation und integrieren Energieflüsse. Daraus ergibt sich die Anzahl, die der OEM-Einkauf tatsächlich abschließt: Wh/km, die auf die Antriebseinheit zurückzuführen sind, getrennt in Motor, Wechselrichter, und Getriebeverluste, sofern die Instrumentierung dies zulässt. Die Validierung der Regenerationsstrategie gehört hierher – die Überprüfung einer reibungslosen Mischung beim Nulldurchgang des Drehmoments, Dies ist ebenfalls ein NVH-Ereignis (siehe unten).

3. NVH- und Auftragsanalyse

E-Achsen ersetzen Motorgeräusche durch einen ruhigen Hintergrund, vor dem Getriebeheulen und Wechselrichtergeräusche auffällig sind. Beim NVH-Test auf dem Prüfstand werden langsame Sweeps durchgeführt, während Vibrationen und Akustik aufgezeichnet werden, Zerlegen des Spektrums in Ordnungen: Bestellungen von Zahnrädern (Zähnezahl × Wellengeschwindigkeit), Motor-Pol-Pass-Befehle, und Inverter-Schaltseitenbänder. Ordnungskarten zeigen an, ob es sich bei einem unzulässigen Ton um ein Problem mit der Makrogeometrie des Getriebes handelt, ein elektromagnetisches Problem des Motors, oder ein Kontrollartefakt. Spiel und Drehmomentumkehrgeräusch werden speziellen Nulldurchgangstests unterzogen. Anforderungen: geräuscharme Dynamometer (oder akustische Isolierung zwischen Prüfstand und Prüfling), und Drehmomentmessung mit einer Bandbreite deutlich über der höchsten interessierenden Zahneingriffsfrequenz. Sehen Sie sich unsere an Leitfaden für EV-NVH-Tests für Messdetails.

4. Thermische Prüfung

Dauerleistungsfähigkeit bei ungünstigster Kühlmitteltemperatur, Bergsteigerprofile (maximales Drehmoment bei niedriger Drehzahl – der thermisch ungünstigste Fall für Motor und Wechselrichter), Überprüfung der thermischen Derating-Kurve, und Kaltstartdrehmomentabgabe bei –30 °C. Denn bei vielen Konstruktionen teilt sich das Getriebe das Öl mit der Motorkühlung, Die Stabilisierung der Öltemperatur dominiert die Testzeitbudgets.

5. Haltbarkeit und Ausdauer

Durch Lastspektrumtests wird die Feldlebensdauer auf Laborwochen komprimiert: Standardisierte oder OEM-eigene Drehmoment-Drehzahl-Zeit-Histogramme werden kontinuierlich wiedergegeben, entspricht typischerweise 200.000–300.000 km. Gesuchte Fehlermodi: Zahnrad-Pitting und Micropitting, Lager elektrische Erosion (Wechselrichterinduzierte Wellenströme – überprüft durch Inspektion der Lagerlaufbahnen beim Abbau), Spline-Fressen, Dichtungsverschleiß, und Alterung der Isolierung. Ausdauerbanklauf 24/7 seit Monaten, was macht regenerative Energierückgewinnung und Sicherheitssysteme für den unbeaufsichtigten Betrieb (Branderkennung, HV-Verriegelungen, Fernüberwachung) Standardanforderungen statt Optionen.

Budget für Instrumentierungsgenauigkeit

Kanal	Erfordernis	Angetrieben von
Ausgangsdrehmoment	±0,1–0,2 % des Messwerts	Effizienzkarten: 0.2% Drehmomentfehler ≈ 0.2 pt-Effizienzfehler
Gleichstrom	Klasse 0.1 Power Analyzer	Kombinierte Effizienz >92% Lässt kleine Verlustzahlen auflösen
Geschwindigkeit	±0,05 %, hohe Auflösung	Ordnungsanalyse und schlupfabhängige Berechnungen
Kühlmittelfluss/Temp	±2 % / ±0,5 K	Verlusttrennung durch kalorimetrische Gegenprüfung
Vibration/Akustik	Für ISO 3745 Klasse für die Zelle	Korrelation der NVH-Abmeldung mit dem Fahrzeug

Die Kalibrierung der Drehmomentkette anhand rückverfolgbarer Referenzen in geplanten Abständen sorgt dafür, dass Testkampagnen im Abstand von einem Monat vergleichbar bleiben – unsere Kalibrierungsanleitung deckt das Verfahren ab.

Spezifizierung einer E-Achsen-Validierungsbank? Senden Sie uns Ihren Drehmoment-/Drehzahlumschlag, Gleichspannungsklasse, und Testumfang – unsere Ingenieure werden Ihnen einen Konfigurations- und Budgetvorschlag unterbreiten 24 Stunden →

Häufig gestellte Fragen

Kann eine E-Achse mit einem einzigen Leistungsprüfstand getestet werden??

Nur teilweise. Das Sperren oder Summieren der Ausgänge durch eine Differenzialsperrvorrichtung ermöglicht eine geradlinige Leistungs- und Effizienzprüfung. Alles, was das Differential selbst betrifft – ungleiche Radgeschwindigkeiten, Torque Vectoring, Differenzielle Haltbarkeit – erfordert unabhängige linke und rechte Leistungsprüfstände. Der Kauf eines einzelnen Leistungsprüfstands zum jetzigen Zeitpunkt und die spätere Nachrüstung kostet in der Regel mehr, als zunächst zwei Ausgänge zu spezifizieren.

Batterieemulator oder echtes Batteriepaket zum Testen auf dem Prüfstand?

Emulator, für fast alle Validierungsarbeiten: wiederholbares Spannungsverhalten, programmierbare SOC-Kurven, Keine Ausfallzeiten beim Lademanagement, Es besteht keine Gefahr eines thermischen Durchgehens in der Zelle, und es absorbiert Regeneration auf unbestimmte Zeit. Echte Pakete nehmen an Systemintegrationstests teil, bei denen die BMS-Interaktion des Pakets selbst das Testobjekt ist.

Was gehört eigentlich zur E-Achsen-Effizienz??

Kombinierter Wirkungsgrad = radseitige mechanische Leistung / DC-Eingang, Erfassung von Wechselrichterverlusten, Motorverluste, und Getriebeverluste in einer Zahl. Modernste Single-Speed-Einheiten erreichen einen Spitzenwert von über 92–94 %; Der über den Fahrzyklus durchschnittliche Wirkungsgrad ist immer niedriger (typischerweise 82–88 %) weil Zyklen Zeit bei geringer Last verbringen, wo feste Verluste dominieren. Fragen Sie immer, ob es sich bei der angegebenen Zahl um einen Spitzenwert oder einen Zyklusdurchschnitt handelt.

Wie lange dauert ein vollständiges E-Achsen-Validierungsprogramm??

Für ein neues Design: Leistungs- und Effizienzkartierung 2–4 Wochen; NVH-Charakterisierung 2–3 Wochen; Thermalqualifikation 3–6 Wochen; Haltbarkeit 3–6 Monate im Dauerbetrieb (Der kritische Pfad). Programme überlappen Blöcke über mehrere Prüfstände hinweg, um den Kalender zu komprimieren – weshalb OEMs und Tier-1-Unternehmen Testeinrichtungen rund um die Haltbarkeitsflotte dimensionieren, nicht das Leistungslabor.

Welche Geschwindigkeitsleistung benötigen die Leistungsprüfstände??

Die Radgeschwindigkeiten der Pkw-Elektrofahrzeuge erreichen ihren Höhepunkt bei etwa 2.000–2.500 U/min (250 km/h-Klasse), Aber Bankprüfstände benötigen einen Spielraum für Übergeschwindigkeitsfälle sowie eine Drehmomentkapazität, um das Spitzendrehmoment der Achse beim Start zu halten (üblicherweise 3.000–6.000 Nm). Dynamometer mit Direktantrieb und hohem Drehmoment ersparen die Wartung des Getriebes direkt auf dem Prüfstand; Getriebe-Dyno-Lösungen tauschen Kosten gegen zusätzliches NVH am Tisch aus, das akustische Messungen erschwert.