Warum Mittelmotoren professionelle Prüfstände benötigen
Mittelantriebsmotoren – am Tretlager zwischen den Kurbeln montiert – sind die dominierende Architektur für Hochleistungs-Elektrofahrräder. Marken wie Bosch, Shimano-SCHRITTE, Bafang, und Tongsheng haben das Mittelantriebsformat für Pedelecs im 250W–750W-Bereich standardisiert, während Performance-E-Bikes und leichte Elektromotorräder mit der gleichen Grundarchitektur in den 1-5-kW-Bereich vordringen.
Im Gegensatz zu Nabenmotoren, Mittelantriebseinheiten arbeiten über die vorhandene Gangschaltung des Fahrrads, Drehmomentmessung vornehmen, Wärmemanagement, und Effizienztests werden komplexer. Um die Motor- und Steuerungsleistung von den Antriebsstrangvariablen zu isolieren, ist ein professioneller Prüfstand – und nicht ein Fahrwerksrollen- oder Feldtest – unerlässlich, und zur Generierung der für die Typgenehmigung erforderlichen, reproduzierbaren Daten, OEM-Qualifikation, und kontinuierliche Qualitätskontrolle.
Architektur und Testüberlegungen für Mittelantriebsmotoren
Was macht Mid-Drive-Tests anders?
Motoren mit mittlerem Antrieb stellen spezifische Prüfstandherausforderungen dar, die bei der Prüfung von Nabenmotoren oder Industriemotoren nicht zu finden sind:
- Integrierter Drehmomentsensor: Die meisten Mittelantriebseinheiten verfügen über einen eingebauten Kurbeldrehmomentsensor zur Steuerung der Tretunterstützung. Der Prüfstand muss entweder das Drehmomenteingangssignal nachbilden oder die Pedalunterstützungslogik umgehen, um den Motor direkt zu steuern
- Hohes Untersetzungsverhältnis: Die Motorwelle läuft mit 3.000–6.000 U/min, während die Abtriebswelle (Kettenblatt) läuft mit 60–120 U/min. Der Prüfstand muss dies abtriebsseitig aufnehmen bzw. an der Motorwelle anschließen
- Controller-Integration: Der Motorcontroller ist normalerweise in das Motorgehäuse eingebettet – der Prüfstand wird nur an den Batteriepolen angeschlossen
- Enger Drehzahlbereich am Abtrieb: Prüfung der Abtriebswelle (am Kettenblatt) ist langsam / Hohes Drehmoment – erfordert einen anderen Drehmomentsensorbereich als die Motorwellenprüfung
- Thermische Empfindlichkeit: Durch das kompakte Motorgehäuse mit begrenzter Kühlfläche kommt es bei Dauerlast schnell zu einer thermischen Sättigung – thermische Tests sind von entscheidender Bedeutung
Zwei Prüfstandkonfigurationen
Motorwellenkonfiguration: Verbinden Sie den Prüfstand-Dynamometer direkt mit der Innenwelle des Motors (vor dem Untersetzungsgetriebe). Testet die rein motorische Leistung bei hoher Geschwindigkeit / niedriges Drehmoment. Erfordert eine Demontage oder einen speziellen Adapteranschluss. Bietet höchste Messgenauigkeit für den Motorwirkungsgrad.
Ausgangswellenkonfiguration: Schließen Sie den Prüfstand am Kettenblattausgang an (nach Untersetzungsgetriebe). Testet den kompletten Motor + Getriebesystem bei niedriger Geschwindigkeit / hohes Drehmoment. Dies ist die gebräuchlichere Konfiguration für Produktionstests und Typgenehmigungen – sie entspricht der Art und Weise, wie der Motor mit dem Fahrrad interagiert.
Diagramm zum Vergleich von Motorwelle vs
Wichtige Leistungstests für Mittelmotoren
1. Kontinuierlicher Drehmoment- und Leistungstest
Für Pedelecs nach EN 15194 (250W, 25 km/h-Grenze), Der Motor muss die Dauernennleistung über einen Zeitraum von 24 Stunden aufrechterhalten 30 Minuten, ohne die thermischen Grenzen zu überschreiten. Für Motoren mit höherer Leistung (750W–5 kW), Die chinesische GB-Norm legt die Dauerdauer bei Nenndrehmoment vor der thermischen Validierung fest.
Testverfahren:
- Montieren Sie den Motor auf der Abtriebswellen-Prüfvorrichtung
- Schließen Sie den Batteriesimulator an den Eingang des Motorcontrollers an (Nennspannung)
- Steuern Sie den Motor über ein Controllersignal oder eine Simulation des Drehmomenteingangs auf die Nenndrehzahl
- Nenndrehmoment über Lastprüfstand aufbringen
- Lauf für 30 Minuten; Wicklungs- und Gehäusetemperatur alle protokollieren 30 Sekunden
- Überprüfen Sie, ob der Temperaturanstieg am Ende des Tests den Grenzwert der Isolationsklasse nicht überschreitet
2. Spitzendrehmomenttest
Für die Klassifizierung von leichten Elektromotorrädern (unter GB/T 36979), Die Dauer des Spitzendrehmomenttests beträgt:
- Elektrische Fahrradmotoren (≤4 kW): Dauerhaftes Spitzendrehmoment 30 Sekunden mindestens
- Leichte Elektromotorräder für Motorräder (4–11 kW): Dauerhaftes Spitzendrehmoment 60 Sekunden mindestens
Der Lastprüfstand muss reagieren und die Last im Inneren aufbringen 2 Sekunden Teststart. Die Spitzendrehmomentwerte für Mittelantriebsmotoren liegen typischerweise im Bereich von 80 N·m zu 250 N·m an der Abtriebswelle (nach Reduktion), entspricht 15–50 N·m an der Motorwelle.
3. Effizienz-MAP an der Abtriebswelle
Der Wirkungsgrad-MAP für einen Mittelantriebsmotor an der Abtriebswelle erfasst den Gesamtwirkungsgrad des Motors + internes Getriebe. Testpunkte decken den realistischen Fahrbereich ab:
| Geschwindigkeit (Abtriebswellendrehzahl) | Drehmomentbereich (N·m) | Stellt dar |
|---|---|---|
| 40–60 | 20–80 | Radfahren in der Stadt, flache Straße |
| 60–90 | 40–120 | Mäßige Unterstützung, leichtes Gefälle |
| 30–50 | 80–200 | Steiler Aufstieg, volle Unterstützung |
| 80–120 | 10–40 | Hochgeschwindigkeits-Kreuzfahrt mit geringer Unterstützung |
Höchste Systemeffizienz für gut konzipierte Mittelantriebseinheiten (Motor + Getriebe) an optimalen Betriebspunkten: 80–88 %. Aufgrund interner Getriebeverluste ist dies niedriger als der reine Motorwirkungsgrad (typischerweise 5–12 %) sind im Preis inbegriffen.
4. Wärmekarten- und Derating-Test
Mittelantriebsmotoren in kompakten Gehäusen stoßen bei anhaltender, stark steigender Belastung schnell an ihre thermischen Grenzen. Der thermische Derating-Test charakterisiert, wie der Controller die Leistung reduziert, wenn die Temperatur steigt:
- Anwenden 120% Nennlast an der Abtriebswelle
- Protokollieren Sie jeweils die Temperatur des Motorgehäuses und die Ausgangsleistung des Reglers 10 Sekunden
- Fahren Sie fort, bis der Controller mit der thermischen Leistungsreduzierung beginnt (Reduzierung der Ausgangsleistung)
- Notieren Sie die Reduzierungsschwellentemperatur und die Reduzierungsrate (% Leistungsreduzierung pro °C)
- Überprüfen Sie, ob die Derating-Kurve mit der Controller-Spezifikation übereinstimmt
5. Leerlaufgeschwindigkeit und Schleppmoment
Das interne Schleppmoment des Motors (gemessen an der Abtriebswelle ohne angelegte elektrische Energie) charakterisiert Antriebsstrangverluste beim Treten ohne Unterstützung. Fahrer im manuellen Modus spüren dies als erhöhten Tretwiderstand – ein wichtiger Qualitätsparameter für Premium-E-Bike-Marken.
Schleppmomenttest: Motor von der Batterie getrennt, Abtriebswelle, die vom Dynamometer mit Nennabtriebsdrehzahl gedreht wird. Widerstandsmoment messen. Ziel: <0.5 N·m für Premium-Geräte, <1.5 N·m für Economy-Mittelmotoren.
Prüfstandsspezifikation: Motorserie mit mittlerem Antrieb
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Motorleistungsbereich | 150 W – 5,000 W kontinuierlich |
| Drehzahlbereich der Abtriebswelle | 0 – 200 U/min |
| Drehmomentbereich der Abtriebswelle | 0 – 500 N·m |
| Genauigkeit des Drehmomentsensors | ±0,1 % FS |
| Genauigkeit des Leistungsanalysators | ±0,2 % (DC-Eingang zum Controller) |
| Motorleistungsanalysator | Elektrisch + mechanische Simultanerfassung |
| Drehmomentsensortyp | Reaktionsmoment (flanschmontiert, Bei niedriger Drehzahl ist kein Schleifring erforderlich) |
| Batteriesimulator | 24 V – 72 V, 0 – 50 Eine bidirektionale |
| Temperaturkanäle | 8 Thermoelement-Eingänge |
| Simulation des Pedalunterstützungssignals | CAN- oder analoge Signaleinspeisung (steuerungsabhängig) |
| Einhaltung | IN 15194, Gb/t 36979, Gb/t 34660 |
Qualitätskontrolle: End-of-Line (EoL) Testen
Jenseits von R&D-Validierung, Prüfstände für Mittelantriebsmotoren spielen eine entscheidende Rolle bei der Qualitätskontrolle in der Produktion. Ein End-of-Line (EoL) Auf dem Prüfstand durchläuft jeder Motor einen kurzen Abnahmetest (typischerweise 5–15 Minuten) bevor es das Werk verlässt:
- Leerlauf: Prüft auf ungewöhnliche Geräusche, Vibration, oder aktuelle Auslosung (Lagerdefekte, Wickelshorts)
- Nennlastpunkt: Effizienz und Temperaturanstieg an einem einzigen repräsentativen Betriebspunkt
- Überprüfung des Spitzendrehmoments: Kurze Anwendung des Spitzendrehmoments zur Überprüfung der Strombegrenzung des Controllers und der Motorintegrität
- Prüfung des Schleppmoments: Leerlaufwiderstandsmessung innerhalb der Toleranz
- Automatisiertes Bestehen/Nichtbestehen: Alle Parameter im Vergleich zu Akzeptanzgrenzen; Der Bericht wird erstellt und per Barcode mit der Seriennummer des Motors verknüpft
Ein gut konzipierter EoL-Prüfstand für Mittelantriebsmotoren verarbeitet 30–60 Motoren pro 8-Stunden-Schicht.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein Prüfstand für Mittelantriebsmotoren auch Nabenmotoren testen??
Ja, mit einem anderen Kupplungsadapter. Nabenmotoren werden über den Achsflansch mit dem Drehmomentsensor verbunden, während Mittelantriebsmotoren über die Ausgangswellen-Ritzel- oder Kettenblattschnittstelle angeschlossen werden. Viele Hersteller testen beide Motortypen auf demselben Basisprüfstand, Wechseln von Adaptern zwischen Produktfamilien.
Wie simuliert man die Pedalunterstützungseingabe auf dem Prüfstand??
Die meisten Mid-Drive-Controller akzeptieren ein Drehmomentsensorsignal (von der Kurbel) und ein Geschwindigkeitssignal (von einem Trittfrequenzsensor). Der Prüfstand erzeugt beide Signale elektronisch über einen Signalgenerator oder eine programmierbare Schnittstelle. Einige Controller akzeptieren auch CAN-Befehle zur direkten Leistungs-/Drehmomentsteuerung, vollständige Umgehung des Pedalunterstützungseingangs – bevorzugt für Labortests.
Was ist der typische Wirkungsgrad eines Motorsystems mit mittlerem Antrieb??
Im optimalen Betriebspunkt (mittlere Geschwindigkeit, 60–80 % des Nenndrehmoments), Ein gut konzipiertes Mittelantriebssystem erreicht einen Gesamtwirkungsgrad von 82–88 % vom Gleichstrombatterieeingang bis zur Abtriebswelle. Bei Nabenmotorsystemen liegt dieser Wert bei 85–92 %, die keine internen Getriebeverluste haben – der Vorteil des Mittelantriebs gegenüber Nabenmotoren liegt darin, dass er auf die externe Übersetzung des Fahrrads zugreifen kann, nicht vom Wirkungsgrad des Motors.
Entspricht die Prüfung nach chinesischen GB-Standards auch der europäischen EN? 15194?
Teilweise. Gb/t 36979 und EN 15194 überlappende Testelemente haben (Dauerleistung, Spitzendrehmoment, thermische Validierung) aber unterschiedliche Akzeptanzkriterien und Verfahrensdetails. Für die Typgenehmigung für den europäischen Markt, IN 15194 Die Prüfung muss von einem akkreditierten europäischen Prüflabor durchgeführt werden. Chinesische GB-Testberichte können die technische Datei unterstützen, aber im Allgemeinen keinen Ersatz für EN darstellen 15194 Prüfberichte in europäischen Zertifizierungsverfahren.
Abschluss
Die Prüfung von Mittelantriebsmotoren auf einem professionellen Prüfstand ist die Grundlage sowohl für die technische Entwicklung als auch für die Qualitätskontrolle in der Produktion. Die Kombination aus Abtriebswellen-Drehmomentmessung, Batteriesimulator, thermische Überwachung, und automatisierte Testabläufe liefern Herstellern die Daten, die sie für die Typgenehmigung benötigen, OEM-Qualifikation, und kontinuierliche Verbesserungsprogramme.
EconoTest entwickelt Mittelmotor-Prüfstände für Motoren von 150 Darin 5 kW, deckt EN ab 15194 und gb/t 36979 Einhaltung der vollständigen EoL-Automatisierungsfähigkeit.
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