Torque Vectoring e convalida eAxle a doppio motore: Test di distribuzione della coppia tra gli assi

Il Torque Vectoring è ora una caratteristica fondamentale della trasmissione dei veicoli elettrici

Quando la BMW lanciò la i4 M50 con motori elettrici anteriori e posteriori indipendenti, e quando Rivian e BYD costruirono architetture a quattro motori in cui ciascuna ruota riceve una coppia comandata individualmente, la sfida dell’ingegnere di test è cambiata radicalmente. Non era più sufficiente testare la potenza di un singolo motore, efficienza, e NVH in isolamento. La domanda è diventata: come si convalida l'interazione tra due o più motori i cui comandi di coppia cambiano migliaia di volte al secondo in risposta a un controller del momento di imbardata?

Torque Vectoring: la deliberata distribuzione asimmetrica della coppia tra le ruote sinistra e destra, o tra gli assi anteriore e posteriore: offre vantaggi di manovrabilità che i differenziali meccanici a slittamento limitato non possono eguagliare. Ma certificando che un eAxle con torque vectoring eroga effettivamente la coppia comandata su ciascuna ruota, con il tempo di risposta specificato e senza accoppiamento inaspettato tra i due canali, richiede una configurazione del banco di prova che va ben oltre un convenzionale impianto di resistenza per motori elettrici.

Anatomia di un banco prova eAxle a doppio motore

Un banco prova eAxle con torque vectoring deve controllare e misurare simultaneamente entrambi gli alberi di uscita. L'architettura più comune utilizza due dinamometri di carico indipendenti, ciascuno accoppiato a un albero di uscita dell'eAxle in prova. I dinamici sono controllati in tempo reale da un HIL (Hardware in the Loop) sistema che simula la dinamica del veicolo: le velocità delle ruote restituite al controller del torque vectoring del veicolo vengono calcolate da un modello di veicolo a sette gradi di libertà in esecuzione in tempo reale.

• Dinamometri ad alberi indipendenti: Entrambi i banchi prova devono avere una larghezza di banda di misurazione della coppia corrispondente (≥ 200 Hz), e i trasduttori di coppia devono essere calibrati in modo tracciabile. Una deriva di calibrazione tra i due canali di appena 0.5% introdurrà un segnale spurio del momento di imbardata che corrompe la convalida della distribuzione della coppia.
• Simulazione della velocità delle ruote: Il modello HIL genera segnali realistici di velocità delle ruote (POTERE / FlexRay) che replicano le condizioni di slittamento di un veicolo in una manovra in curva: un input chiave per l'osservatore del rapporto di slittamento del controller del torque vectoring.
• Rappresentazione della rigidezza dell'albero motore: Gli alberi di trasmissione dei veicoli reali hanno una rigidità torsionale finita (tipicamente 500–2.000 Nm/rad). L'accoppiamento del banco di prova deve replicare questa rigidità con accoppiamenti conformi appositamente realizzati o compensarla nel circuito di riferimento della coppia del controller del banco prova.

Elementi di test fondamentali per la convalida del torque vectoring

1. Precisione della distribuzione della coppia statica

Con il controller del veicolo che comanda uno specifico rapporto di ripartizione della coppia da sinistra a destra (PER ESEMPIO., 60:40), il banco misura la coppia effettiva su ciascun albero di uscita in un intervallo stazionario di 10 secondi. Il test viene ripetuto a 10 punti operativi velocità-coppia che coprono l’intero inviluppo.

Metriche chiave: Errore di coppia assoluto su ciascun albero (Nm); errore del rapporto di ripartizione della coppia (% del rapporto comandato); ripetibilità (P) Sopra 10 corse consecutive nello stesso punto operativo.

2. Risposta dinamica al gradino della coppia

Al controller viene comandato di passare da un simmetrico 50:50 distribuzione asimmetrica 80:20 (o completamente unilaterale) diviso in un tempo minimo. Il banco registra la risposta al gradino della coppia di ciascun albero, e il momento di imbardata generato dalla differenza di coppia viene calcolato dalla carreggiata nota del veicolo target.

Metriche chiave: Tempo di salita da 10% A 90% della differenza di coppia target (bersaglio: ≤ 20 ms per applicazioni prestazionali); superamento della coppia (% dell'ampiezza del passo target); accoppiamento: variazione della coppia sull'albero non comandato durante la fase.

3. Precisione della generazione del momento di imbardata

A una velocità del veicolo definita (PER ESEMPIO., 80 km/h in asse), al controller del torque vectoring viene comandato di generare uno specifico momento di imbardata (PER ESEMPIO., +500 Nm-m rispetto al baricentro del veicolo). La panchina, combinato con il modello HIL della dinamica del veicolo, verifica se il momento di imbardata effettivo fornito dall'asimmetria della coppia corrisponde al valore comandato entro la tolleranza delle specifiche (tipicamente ±5%).

Metriche chiave: Errore del momento di imbardata in regime stazionario; gradiente del momento di imbardata vs. angolo di sterzata superiore a ±20° della richiesta di accelerazione laterale simulata; consistenza del momento di imbardata al variare dello slittamento degli pneumatici (simulato dal modello HIL).

4. Accoppiamento incrociato e reiezione delle interferenze

Quando un motore cambia rapidamente il comando di coppia, l’effetto sulla coppia erogata dall’altro albero deve essere inferiore alla soglia di interferenza specificata. Uno scarso disaccoppiamento tra i due circuiti di controllo dell'inverter produce a “diafonia” coppia che il conducente percepisce come una perturbazione di imbardata inaspettata. Il banco applica un PRBS (Sequenza binaria pseudo-casuale) perturbazione della coppia su un albero e misura la funzione di trasferimento della contaminazione sull'altro albero.

Metriche chiave: Magnitudo della funzione di trasferimento dell'accoppiamento incrociato a 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz; angolo di fase dell'accoppiamento; larghezza di banda entro la quale l'accoppiamento incrociato è inferiore a −40 dB (i.e., < 1% contamination).

5. Simmetria termica sotto carico asimmetrico

Una manovra di torque vectoring sostenuta, per esempio, un giro di circuito con curve continue: carica un motore molto più dell'altro. Il banco prova mantiene un comando di coppia asimmetrico sostenuto (PER ESEMPIO., 80% sul motore della ruota esterna, 20% sull'interno) per un minimo di 10 minuti e monitora la temperatura degli avvolgimenti su entrambi i lati. Se il circuito di raffreddamento è condiviso (condotto comune del refrigerante), la temperatura del motore del lato caldo deve rimanere entro il limite termico anche se il motore del lato freddo genera un calore minimo. La distribuzione del flusso di refrigerante tra i due motori deve essere caratterizzata nel caso peggiore di carico su un solo lato.

Integrazione con la simulazione della dinamica del veicolo

I test di torque vectoring di valore più elevato vengono eseguiti con il controller eAxle che opera in anello chiuso rispetto a un modello dinamico completo del veicolo in tempo reale. Il rack HIL simula le forze dei pneumatici (tramite una formula magica Pacejka o simile), cinematica delle sospensioni, e input dello sterzo del conducente. Le risposte di stabilizzazione dell'imbardata del controller agli eventi simulati di sovrasterzo e sottosterzo vengono convalidate rispetto agli obiettivi del team di ingegneri della dinamica del veicolo, il tutto prima che il prototipo del veicolo venga costruito.

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