Prüfung des Radnabenmotors: Ein Leitfaden für Prüfstände für Elektrofahrzeuge mit Direktantrieb

Warum das Testen von In-Wheel-Motoren anders ist

Direktantrieb im Rad (Nabe) Motoren bewegen sich von Nischenanwendungen für E-Bikes und Mobilitätsroller hin zu leichten Elektrofahrzeugen für den Mainstream, Lieferroboter, und Skateboard-Chassis-Plattformen der nächsten Generation. Durch den Ausbau des Getriebes und der Halbwelle werden NVH-Quellen und mechanische Verluste beseitigt, Es entfällt aber auch die mechanische Filterung, die normalerweise eine Reduktionsstufe bietet. Jede Drehmomentwelle, jede thermische Spitze, und jeder Straßenstoß erreicht den Motor direkt – weshalb die Validierung eines In-Wheel-Motors nicht ohne Modifikation einen standardmäßigen wellengekoppelten Motorprüfstand wiederverwenden kann.

Der Marktdruck ist real: OEMs evaluieren Skateboard-Plattformen mit Direktantrieb für Mikromobilität und Last-Mile-Lieferfahrzeuge, insbesondere weil sie den Antriebsstrang vereinfachen und Bauraum freigeben, und nabengekoppelte Antriebsstrangprüfstände mit zwei bis vier Lastmaschinen mit einer Nennleistung von 220–500 kW und 3.200–7.000 Nm gehören heute zur Standardausrüstung in EV-Validierungslabors. Wenn Sie die Prüfstandsarchitektur frühzeitig richtig gestalten, vermeiden Sie teure Neukonstruktionen, nachdem ein Motor spät im Programm einen Haltbarkeits- oder Wärmetest nicht bestanden hat.

Anatomie eines In-Wheel-Motor-Testaufbaus

• Kein Zwischengetriebe: Der Motor wird direkt bei Radgeschwindigkeit und Raddrehmoment getestet – Prüfstandsmaschinen müssen niedrige Drehzahlen abdecken, Betriebspunkte mit hohem Drehmoment, die ein Getriebemotortest niemals an der Motorwelle erkennen würde.
• Begrenzte thermische Hülle: Der Motor teilt sich den Radkasten mit dem Bremssattel/Bremsrotor, Dies bedeutet, dass die Umgebungstemperatur am Motorgehäuse während eines Dauerlaufs weitaus höher ist als bei einem auf einer Werkbank montierten Motor im Freien – Testkammern müssen diese Hitzeeinwirkung nachbilden, nicht nur die Raumtemperatur.
• Abdichtung und Eindringen: Nabenmotoren sitzen direkt im Spritzbereich, Daher müssen Umweltprüfungen neben der elektrischen Leistung auch das Eindringen von Wasser/Staub umfassen, nicht als separater Qualifikationsschritt.
• Ungefederte Massenbelastung: Das Motorgehäuse selbst ist Teil der ungefederten Masse der Radaufhängung, Daher muss die Simulation der Radial- und Axiallast mit den realen Lastpfaden der Radlager übereinstimmen, einschließlich Kurven- und Bremslastfällen.

Kerntestaufgaben

1. Direktantriebs-Drehmoment-Geschwindigkeits- und Effizienz-Mapping

Weil es keine Gangvervielfachung gibt, Der Motor muss das volle Startdrehmoment nahe Null U/min liefern und dieses ohne Getriebe aufrechterhalten, um die Stromaufnahme zu bewältigen. Effizienzkarten erfordern eine dichte Abtastung bei niedriger Geschwindigkeit, Quadrant mit hohem Drehmoment, der Stop-and-go-Fahrzyklen im Stadtverkehr dominiert, nicht nur der Mittelgeschwindigkeits-Kreuzfahrtpunkt, der die Karte eines Getriebemotors dominiert.

Schlüsselkennzahlen: Spitzendrehmoment bei 0–50 U/min, Dauerdrehmoment bei Nennstrom, Effizienzkartenauflösung ≤5 % Geschwindigkeits-/Drehmomentraster, gemäß IEC 60034-2-1 Verlusttrennungsmethode.

2. Thermische Leistungsminderung unter Heat-Soak-Bedingungen

Prüfkammern sollten die in den Radkasten einstrahlende Bremswärme nachbilden (bei starken Bremsvorgängen bis zu 150–200 °C an der Rotoroberfläche) neben den motoreigenen Kupfer- und Eisenverlusten, Messen Sie dann, wie schnell die kontinuierliche Drehmomentfähigkeit abnimmt, wenn die Wicklungs- und Magnettemperatur ansteigt.

Schlüsselkennzahlen: Wicklungs-Hot-Spot-Temperatur vs. Zeit, Drehmoment-Derating-Kurve, Magnet-Entmagnetisierungsspielraum bei ungünstigster kombinierter Wärmebelastung.

3. Rastmoment und Drehmomentwelligkeit bei niedriger Drehzahl

Ohne Getriebe zur Mittelung der Welligkeit, Rastmoment und stromharmonische Drehmomentwelligkeit wirken sich direkt auf den Fahrkomfort und die sanfte Steuerung bei niedriger Geschwindigkeit aus – entscheidend für das Kriechen, Parkmanöver, und Präzisionsstopps des Lieferroboters.

Schlüsselkennzahlen: Rastmomentamplitude (%FS des Nenndrehmoments), Welligkeit bei 1–5 U/min Kriechgeschwindigkeit, Aufschlüsselung der harmonischen Ordnung mittels FFT des Drehmomentsignals.

4. Umweltverträglichkeit und Vibrations-/Stoßbeständigkeit

Das Motorgehäuse muss den gleichen Belastungen durch die Straße standhalten wie ein Radlager: zufällige Vibrationsprofile nach ISO 16750-3, Prüfung des Eindringens von Wasser und Staub nach IP69K, und mechanische Schockereignisse durch Schlaglöcher und Bordsteinschläge, und das alles unter Beibehaltung der elektrischen Funktionsfähigkeit.

Schlüsselkennzahlen: Vibrationsprofil bestanden/nicht bestanden gemäß ISO 16750-3 Testschwereklasse, Überprüfung der Schutzart, Isolationswiderstand vor/nach Schockzyklen.

5. Simulation der dynamischen Last ungefederter Massen

Eine spezielle Radlastanlage übt kombinierte Radial- und Axialkräfte aus, die für die Kurvenfahrt repräsentativ sind, Beschleunigung, und Bremslastfälle direkt auf die Motorgehäuse/Lager-Schnittstelle – nicht nur eine Drehmomentbelastung an der Welle – um die Lagerlebensdauer und die strukturelle Integrität des Gehäuses unter realen Fahrgestelllasten zu validieren.

Schlüsselkennzahlen: radiale Belastbarkeit bei Nenndrehzahl, axiale Belastbarkeit während der Kurvenfahrtsimulation, Lager L10 Lebensdauerprojektion.

6. Regeneratives Bremsen und Antiblockiersystem

Denn der Nabenmotor ist auch der primäre regenerative Bremsaktuator, Seine Drehmomentreaktionszeit und sein Mischverhalten mit der Reibungsbremse müssen unter schnellen Drehmomentumkehrbefehlen validiert werden, einschließlich Antiblockier-ähnlicher Modulation bei geringer Traktion.

Schlüsselkennzahlen: Reaktionszeit der Drehmomentumkehr (Ziel <50 MS), Genauigkeit des Rekuperationsdrehmoments über den gesamten Drehzahlbereich, Kombinieren Sie Übergangsglätte mit Reibungsbremsung.

Was das für die Prüfstandsauswahl bedeutet

Ein In-Wheel-Motorprüfstand ist eigentlich eine Kombination aus Dynamometer und Umwelt-/Strukturprüfstand: es braucht niedrige Geschwindigkeit, Maschinenfähigkeit mit hohem Drehmoment statt Hochgeschwindigkeitsfähigkeit, Eine Wärmekammer, die das Aufwärmen der Bremse und nicht nur die Umgebungstemperatur simulieren kann, und ein mechanischer Laderahmen, der anstelle einer einfachen Inline-Drehmomentkupplung radiale/axiale Radlasten aufbringt. Überspringen Sie eines davon – testen Sie den Motor “nackt” auf einem Standard-Wellenprüfstand ohne den thermischen und mechanischen Kontext seiner tatsächlichen Montageumgebung – übersieht routinemäßig Fehlermodi, die erst auftreten, wenn der Motor wieder im Radkasten sitzt.

Wenn Sie einen Prüfstand für ein Programm mit Direktantriebs-Nabenmotoren spezifizieren, Unser Engineering-Team kann Ihnen bei der Auswahl des Lastmaschinenbereichs behilflich sein, Anforderungen an die Wärmekammer, und mechanische Ladevorrichtungen rund um Ihren tatsächlichen Arbeitszyklus. Sprechen Sie mit unserem Engineering-Team um Ihre Spezifikation durchzuarbeiten.