Torque Vectoring und Dual-Motor-eAxle-Validierung: Prüfung der achsübergreifenden Drehmomentverteilung

Torque Vectoring ist jetzt eine Kernfunktion des Elektroantriebs

Als BMW den i4 M50 mit unabhängigen Elektromotoren vorne und hinten auf den Markt brachte, und als Rivian und BYD Viermotorenarchitekturen bauten, bei denen jedes Rad ein individuell gesteuertes Drehmoment erhält, Die Herausforderung des Prüfingenieurs hat sich grundlegend verändert. Es reichte nicht mehr aus, die Leistung eines einzelnen Motors zu testen, Effizienz, und NVH isoliert. Die Frage wurde: Wie validiert man die Interaktion zwischen zwei oder mehr Motoren, deren Drehmomentbefehle sich als Reaktion auf einen Giermomentregler tausende Male pro Sekunde ändern??

Torque Vectoring – die bewusste asymmetrische Verteilung des Drehmoments zwischen linkem und rechtem Rad, oder zwischen Vorder- und Hinterachse – bietet Fahrvorteile, die mechanische Sperrdifferentiale nicht bieten können. Aber die Bestätigung, dass eine Torque-Vectoring-eAchse tatsächlich das befohlene Drehmoment an jedes Rad liefert, mit der angegebenen Reaktionszeit und ohne unerwartete Kopplung zwischen den beiden Kanälen, erfordert einen Prüfstandsaufbau, der deutlich über einen herkömmlichen E-Motor-Dauerprüfstand hinausgeht.

Anatomie eines Dual-Motor-eAxle-Prüfstands

Ein Torque-Vectoring-eAxle-Prüfstand muss beide Abtriebswellen gleichzeitig steuern und messen. Die gebräuchlichste Architektur verwendet zwei unabhängige Lastprüfstände, jeweils mit einer Abtriebswelle der zu testenden eAchse gekoppelt. Die Dynos werden in Echtzeit von einem HIL gesteuert (Hardware-In-the-Loop) System, das die Fahrzeugdynamik simuliert – die Radgeschwindigkeiten, die an den Torque-Vectoring-Controller des Fahrzeugs zurückgemeldet werden, werden aus einem in Echtzeit laufenden Fahrzeugmodell mit sieben Freiheitsgraden berechnet.

• Unabhängige Wellenprüfstände: Beide Leistungsprüfstände müssen über eine übereinstimmende Drehmomentmessbandbreite verfügen (≥ 200 Hz), und die Drehmomentaufnehmer müssen rückführbar kalibriert sein. Eine Kalibrierungsdrift zwischen den beiden Kanälen beträgt nur ca 0.5% führt zu einem falschen Giermomentsignal, das die Validierung der Drehmomentverteilung beeinträchtigt.
• Radgeschwindigkeitssimulation: Das HIL-Modell generiert realistische Radgeschwindigkeitssignale (DÜRFEN / Flexray) die die Schlupfbedingungen eines Fahrzeugs bei einem Kurvenfahrtmanöver nachbilden – ein wichtiger Input für den Schlupfverhältnisbeobachter des Torque-Vectoring-Controllers.
• Darstellung der Antriebswellensteifigkeit: Tatsächliche Fahrzeugantriebswellen haben eine endliche Torsionssteifigkeit (typischerweise 500–2.000 Nm/rad). Die Prüfstandskupplung muss diese Steifigkeit entweder mit speziell angefertigten nachgiebigen Kupplungen reproduzieren oder sie in der Drehmomentreferenzschleife des Prüfstandsreglers kompensieren.

Kerntestelemente für die Torque-Vectoring-Validierung

1. Genauigkeit der statischen Drehmomentverteilung

Dabei befiehlt die Fahrzeugsteuerung ein bestimmtes Drehmomentverteilungsverhältnis von links nach rechts (Z.B., 60:40), Der Prüfstand misst das tatsächliche Drehmoment an jeder Abtriebswelle über einen Zeitraum von 10 Sekunden im stationären Zustand. Der Test wird wiederholt 10 Drehzahl-Drehmoment-Betriebspunkte über den gesamten Bereich.

Schlüsselkennzahlen: Absoluter Drehmomentfehler an jeder Welle (Nm); Fehler im Drehmomentverteilungsverhältnis (% des befohlenen Verhältnisses); Wiederholbarkeit (P) über 10 aufeinanderfolgende Durchläufe am gleichen Betriebspunkt.

2. Dynamische Drehmomentsprungreaktion

Dem Controller wird befohlen, von einem symmetrischen Schritt auszugehen 50:50 Verteilung zu einer asymmetrischen 80:20 (oder voll einseitig) in minimaler Zeit aufteilen. Die Bank zeichnet die Sprungantwort des Drehmoments jeder Welle auf, und das durch die Drehmomentdifferenz erzeugte Giermoment wird aus der bekannten Spurweite des Zielfahrzeugs berechnet.

Schlüsselkennzahlen: Aufstiegszeit von 10% Zu 90% der Zieldrehmomentdifferenz (Ziel: ≤ 20 ms für Leistungsanwendungen); Drehmomentüberschreitung (% der Zielschrittamplitude); Kupplung – Drehmomentänderung an der nicht gesteuerten Welle während des Schritts.

3. Genauigkeit der Giermomenterzeugung

Bei einer definierten Fahrzeuggeschwindigkeit (Z.B., 80 km/h auf der Achse), Der Torque-Vectoring-Controller erhält den Befehl, ein bestimmtes Giermoment zu erzeugen (Z.B., +500 Nm-m um den Fahrzeugschwerpunkt). Die Bank, kombiniert mit dem Fahrzeugdynamik-HIL-Modell, validiert, ob das durch die Drehmomentasymmetrie gelieferte tatsächliche Giermoment mit dem befohlenen Wert innerhalb der Spezifikationstoleranz übereinstimmt (typischerweise ±5 %).

Schlüsselkennzahlen: Fehler im stationären Giermoment; Giermomentgradient vs. Lenkwinkel über ±20° des simulierten Querbeschleunigungsbedarfs; Giermomentkonsistenz bei Variation des Reifenschlupfes (simuliert durch das HIL-Modell).

4. Kreuzkopplung und Interferenzunterdrückung

Wenn der Drehmomentbefehl eines Motors schnell geändert wird, Die Auswirkung auf die Drehmomentabgabe der anderen Welle muss unterhalb der angegebenen Störschwelle liegen. Eine schlechte Entkopplung zwischen den beiden Regelkreisen des Wechselrichters führt zu einem “Übersprechen” Drehmoment, das der Fahrer als unerwartete Gierstörung wahrnimmt. Die Bank wendet einen PRBS an (Pseudozufällige Binärsequenz) Drehmomentstörung auf eine Welle und misst die Schmutzübertragungsfunktion auf die andere Welle.

Schlüsselkennzahlen: Größe der Kreuzkopplungsübertragungsfunktion bei 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz; Phasenwinkel der Kopplung; Bandbreite, innerhalb derer die Kreuzkopplung unter −40 dB liegt (d.h., < 1% contamination).

5. Thermische Symmetrie unter asymmetrischer Belastung

Zum Beispiel ein anhaltendes Torque-Vectoring-Manöver, Eine Runde mit kontinuierlicher Kurvenfahrt – belastet einen Motor deutlich mehr als den anderen. Der Prüfstand hält einen anhaltenden asymmetrischen Drehmomentbefehl bereit (Z.B., 80% am Außenradmotor, 20% auf der Innenseite) für mindestens 10 Minuten und überwacht die Wicklungstemperaturen auf beiden Seiten. Wenn der Kühlkreislauf gemeinsam genutzt wird (gemeinsame Kühlmittelschiene), Die Temperatur des Motors auf der heißen Seite muss innerhalb der thermischen Grenze bleiben, auch wenn der Motor auf der kalten Seite nur minimale Wärme erzeugt. Die Verteilung des Kühlmittelflusses zwischen den beiden Motoren muss unter ungünstigster einseitiger Belastung charakterisiert werden.

Integration mit der Fahrzeugdynamiksimulation

Die Torque-Vectoring-Tests mit dem höchsten Wert werden mit dem eAxle-Controller im geschlossenen Regelkreis gegen ein vollständiges Fahrzeugdynamikmodell in Echtzeit durchgeführt. Das HIL-Rack simuliert Reifenkräfte (über eine Pacejka Magic Formula oder ähnliches), Aufhängungskinematik, und Lenkeingaben des Fahrers. Die Gierstabilisierungsreaktionen des Controllers auf simulierte Über- und Untersteuerereignisse werden anhand der Ziele des Fahrzeugdynamik-Ingenieurteams validiert – und das alles, bevor der Prototyp des Fahrzeugs gebaut wird.

ECONOTESTS kann Doppelwellen-eAxle-Prüfstände mit passenden Dynamometern liefern, HIL-Integration, und die Instrumentierungskette, die für die Torque-Vectoring-Validierung erforderlich ist. Ganz gleich, ob es sich bei Ihrem Programm um eine luxuriöse Performance-eAchse oder eine kostensensible SUV-Hinterachse mit zwei Motoren handelt, Sprechen Sie mit unserem Engineering-Team über die richtige Testarchitektur.