Perché i motori mid-drive necessitano di banchi prova professionali
I motori a trazione centrale, montati sul movimento centrale tra le pedivelle, sono l'architettura dominante per le biciclette elettriche ad alte prestazioni. Marchi come Bosch, Shimano PASSI, Bafang, e Tongsheng hanno standardizzato il formato a trazione centrale per le pedelec nella gamma da 250 W a 750 W, mentre le e-bike ad alte prestazioni e le motociclette elettriche leggere si spingono nella gamma da 1 a 5 kW con la stessa architettura di base.
A differenza dei motori con mozzo, le unità centrali funzionano attraverso la trasmissione degli ingranaggi esistente della bicicletta, effettuare il rilevamento della coppia, gestione termica, e test di efficienza più complessi. Un banco di prova professionale, piuttosto che un rullo del telaio o un test sul campo, è essenziale per isolare le prestazioni del motore e del controller dalle variabili della trasmissione, e per generare i dati riproducibili necessari per l'omologazione, Qualificazione OEM, e controllo continuo della qualità.
Architettura del motore a trazione centrale e considerazioni sui test
Cosa rende diversi i test mid-drive
I motori a trazione centrale presentano sfide specifiche sui banchi prova non riscontrabili nei test sui motori con mozzo o sui motori industriali:
- Sensore di coppia integrato: La maggior parte delle unità a trazione centrale include un sensore di coppia della pedivella integrato per il controllo della pedalata assistita. Il banco di prova deve replicare il segnale di ingresso della coppia o bypassare la logica di pedalata assistita per comandare direttamente il motore
- Elevato rapporto di riduzione: L'albero motore funziona a 3.000–6.000 giri al minuto mentre l'albero di uscita (corona) funziona a 60–120 giri al minuto. Il banco di prova deve accoglierlo sul lato di uscita o collegarsi all'albero del motore
- Integrazione del controllore: Il controller del motore è generalmente incorporato nell'alloggiamento del motore: il banco di prova si collega solo ai terminali della batteria
- Intervallo di velocità ristretto in uscita: Prova dell'albero di uscita (alla corona) è a bassa velocità / coppia elevata: richiede una gamma di sensori di coppia diversa rispetto ai test sull'albero motore
- Sensibilità termica: L'alloggiamento compatto del motore con superficie di raffreddamento limitata fa sì che la saturazione termica si verifichi rapidamente in caso di carico sostenuto: i test termici sono fondamentali
Due configurazioni del banco di prova
Configurazione albero motore: Collegare il dinamometro del banco prova direttamente all'albero interno del motore (prima del riduttore). Testa le prestazioni del solo motore ad alta velocità / coppia bassa. Richiede lo smontaggio o una porta adattatore speciale. Fornisce la massima precisione di misurazione per l'efficienza del motore.
Configurazione dell'albero di uscita: Collegare il banco prova all'uscita della corona (dopo il riduttore). Testa il motore completo + sistema di cambio a bassa velocità / coppia elevata. Questa è la configurazione più comune per i test di produzione e l'omologazione: corrisponde al modo in cui il motore si interfaccia con la bicicletta.
Diagramma di confronto tra albero motore e albero motore
Test delle prestazioni chiave per i motori a trazione centrale
1. Test continuo di coppia e potenza
Per pedelec conformi alla norma EN 15194 (250W, 25 limite km/h), il motore deve sostenere la potenza continua nominale per 30 minuti senza superare i limiti termici. Per motori di maggiore potenza (750W–5kW), lo standard cinese GB specifica la durata continua alla coppia nominale prima della convalida termica.
Procedura di prova:
- Montare il motore sul dispositivo di prova dell'albero di uscita
- Collegare il simulatore di batteria all'ingresso del controller del motore (tensione nominale)
- Comanda il motore alla velocità nominale tramite il segnale del controller o la simulazione dell'ingresso di coppia
- Applicare la coppia nominale tramite il dinamometro di carico
- Corri per 30 minuti; registrare la temperatura dell'avvolgimento e dell'alloggiamento ogni 30 Secondi
- Verificare che l'aumento di temperatura non superi il limite della classe di isolamento al termine del test
2. Prova di coppia di picco
Per la classificazione delle motociclette elettriche leggere (sotto GB/T 36979), la durata del test della coppia di picco è:
- Motori per biciclette elettriche (≤4kW): Coppia di picco sostenuta 30 secondi minimo
- Motori motociclistici elettrici leggeri (4–11 kW): Coppia di picco sostenuta 60 secondi minimo
Il dinamometro di carico deve rispondere e applicare il carico all'interno 2 secondi dall'inizio del test. I valori di coppia di picco per i motori a trazione centrale in genere vanno da 80 N·m a 250 N·m all'albero di uscita (dopo la riduzione), equivalente a 15–50 N·m sull'albero motore.
3. MAP di efficienza all'albero di uscita
La MAP di efficienza per un motore a trazione centrale sull'albero di uscita cattura l'efficienza combinata del motore + cambio interno. I punti di prova coprono l'inviluppo di guida realistico:
| Velocità (giri dell'albero di uscita) | Gamma di coppia (N·m) | Rappresenta |
|---|---|---|
| 40–60 | 20–80 | Ciclismo urbano, strada pianeggiante |
| 60–90 | 40–120 | Assistenza moderata, leggera pendenza |
| 30–50 | 80–200 | Salita ripida, assistenza completa |
| 80–120 | 10–40 | Crociera ad alta velocità a bassa assistenza |
Massima efficienza del sistema per unità a trasmissione centrale ben progettate (motore + cambio) nei punti operativi ottimali: 80–88%. Questa è inferiore all'efficienza del solo motore a causa delle perdite interne del riduttore (tipicamente 5-12%) sono inclusi.
4. Mappa termica e test di declassamento
I motori a trazione centrale in alloggiamenti compatti raggiungono rapidamente i limiti termici in caso di carichi di salita prolungati su pendenze ripide. Il test di declassamento termico caratterizza il modo in cui il controller riduce la potenza all'aumentare della temperatura:
- Fare domanda a 120% carico nominale sull'albero di uscita
- Registra la temperatura dell'alloggiamento del motore e la potenza di uscita del controller ogni 10 Secondi
- Continuare finché il controller non inizia il declassamento termico (riduzione della potenza in uscita)
- Registrare la temperatura di soglia di declassamento e la velocità di declassamento (% riduzione di potenza per °C)
- Verificare che la curva di declassamento corrisponda alle specifiche del controller
5. Velocità a vuoto e coppia di trascinamento
La coppia di trascinamento interna del motore (misurato all'albero di uscita senza alimentazione elettrica applicata) caratterizza le perdite di trasmissione durante la pedalata senza assistenza. I ciclisti in modalità manuale sperimentano questo come una maggiore resistenza alla pedalata, un parametro di qualità chiave per i marchi premium di e-bike.
Prova di coppia di trascinamento: motore scollegato dalla batteria, albero di uscita ruotato dal dinamometro alla velocità di uscita nominale. Misurare la coppia resistente. Bersaglio: <0.5 N·m per le unità premium, <1.5 Nm per motori economici a trazione centrale.
Specifiche del banco di prova: Serie di motori a trazione centrale
| Parametro | Specifiche |
|---|---|
| Gamma di potenza del motore | 150 W- 5,000 W continuo |
| Gamma di velocità dell'albero di uscita | 0 – 200 giri/min |
| Intervallo di coppia dell'albero di uscita | 0 – 500 N·m |
| Precisione del sensore di coppia | ±0,1% FS |
| Precisione dell'analizzatore di potenza | ±0,2% (Ingresso CC al controller) |
| Analizzatore delle prestazioni del motore | Elettrico + cattura meccanica simultanea |
| Tipo di sensore di coppia | Coppia di reazione (montato su flangia, non è necessario alcun anello collettore a bassa velocità) |
| Simulatore di batterie | 24 V- 72 V, 0 – 50 Un bidirezionale |
| Canali di temperatura | 8 ingressi termocoppia |
| Simulazione del segnale di pedalata assistita | CAN o iniezione di segnale analogico (dipendente dal controllore) |
| Conformità | IN 15194, GB/T. 36979, GB/T. 34660 |
Controllo di qualità: Fine della linea (EoL) Test
Oltre R&Convalida D, I banchi prova per motori a trazione centrale svolgono un ruolo fondamentale nel controllo qualità della produzione. Un fine corsa (EoL) il banco prova sottopone ogni motore ad un breve test di accettazione (tipicamente 5-15 minuti) prima che lasci la fabbrica:
- Corsa a vuoto: Verifica la presenza di rumori anomali, vibrazione, o prelievo di corrente (difetti dei cuscinetti, pantaloncini avvolgenti)
- Punto di carico nominale: Efficienza e aumento della temperatura in un unico punto operativo rappresentativo
- Controllo della coppia di picco: Breve applicazione della coppia di picco per verificare il limite di corrente del controller e l'integrità del motore
- Controllo della coppia di trascinamento: Misurazione della resistenza senza motore entro la tolleranza
- Superato/fallito automatizzato: Tutti i parametri rispetto ai limiti di accettabilità; report generato e collegato tramite codice a barre al numero di serie del motore
Un banco di prova EoL ben progettato per motori di fascia media elabora 30-60 motori per turno di 8 ore.
Domande frequenti
Un banco prova per motori a trazione centrale può testare anche i motori dei mozzi?
SÌ, con un diverso adattatore di accoppiamento. I motori del mozzo si collegano tramite la flangia dell'asse al sensore di coppia, mentre i motori a trazione centrale si collegano tramite il pignone dell'albero di uscita o l'interfaccia della corona. Molti produttori testano entrambi i tipi di motore sullo stesso banco di base, adattatori di commutazione tra famiglie di prodotti.
Come si simula l'input della pedalata assistita sul banco di prova?
La maggior parte dei controller a trazione centrale accettano il segnale del sensore di coppia (dalla manovella) e un segnale di velocità (da un sensore di cadenza). Il banco prova genera entrambi i segnali elettronicamente utilizzando un generatore di segnali o un'interfaccia programmabile. Alcuni controller accettano anche comandi CAN per il controllo diretto di potenza/coppia, bypassando completamente l'ingresso della pedalata assistita: preferibile per i test di laboratorio.
Qual è l'efficienza tipica di un sistema motore a trazione centrale?
Nel punto di funzionamento ottimale (velocità media, 60–80% della coppia nominale), un sistema a trazione centrale ben progettato raggiunge un'efficienza complessiva dell'82–88% dall'ingresso della batteria CC all'albero di uscita. Ciò è paragonabile all'85-92% per i sistemi con motore nel mozzo, che non presentano perdite interne al cambio: il vantaggio della trasmissione centrale rispetto ai motori nel mozzo deriva dall'accesso agli ingranaggi esterni della bicicletta, non dall'efficienza del motore.
I test secondo gli standard GB cinesi soddisfano anche gli standard EN europei 15194?
Parzialmente. GB/T. 36979 e EN 15194 hanno elementi di test sovrapposti (potenza continua, coppia di picco, validazione termica) ma diversi criteri di accettazione e dettagli procedurali. Per l'omologazione per il mercato europeo, IN 15194 i test devono essere eseguiti da un laboratorio di prova europeo accreditato. I rapporti di prova GB cinesi possono supportare il fascicolo tecnico ma generalmente non possono sostituire l'EN 15194 rapporti di prova nelle procedure di certificazione europee.
Conclusione
I test sui motori mid-drive su un banco di prova professionale rappresentano la base sia per lo sviluppo tecnico che per il controllo di qualità della produzione. La combinazione della misurazione della coppia dell'albero di uscita, Simulatore della batteria, monitoraggio termico, e le sequenze di test automatizzate forniscono ai produttori i dati di cui hanno bisogno per l'omologazione, Qualificazione OEM, e programmi di miglioramento continuo.
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