Testowanie silnika motocykla elektrycznego: Maksymalny moment obrotowy, Ciągła moc & Zgodność ze standardami GB

Rosnące zapotrzebowanie na walidację silników motocykli elektrycznych

Elektryczne jednoślady to jeden z najszybciej rozwijających się segmentów światowego rynku pojazdów elektrycznych. Od wyczynowych motocykli elektrycznych konkurujących z rowerami benzynowymi o pojemności od 125 cm3 do 600 cm3 po lekkie motorowery elektryczne zastępujące hulajnogi w Azji Południowo-Wschodniej i na Bliskim Wschodzie, zakres specyfikacji silników napędowych jest ogromny – podobnie jak wymagania testowe.

W przeciwieństwie do silników EV dla pasażerów, elektryczne silniki napędowe motocykli stoją przed wyjątkowymi wyzwaniami: wysoki stosunek momentu obrotowego szczytowego do ciągłego (kierowca oczekuje natychmiastowej reakcji przepustnicy), środowiska o silnych wibracjach, oraz konieczność zdania krajowych badań homologacyjnych przed sprzedażą. W Chinach, oznacza to zgodność z GB/T 7258 oraz standard specyficzny dla silnika GB/T 36979. Na rynki eksportowe, IEC 60034 i obowiązują przepisy regionalne.

Czym elektryczny silnik motocykla różni się od silnika przemysłowego

Inżynierowie zajmujący się testowaniem silników przechodzący z zastosowań przemysłowych na zastosowania e-moto szybko napotykają kilka różnic:

• Wysoki stosunek wartości szczytowej do znamionowej: Silniki E-moto zazwyczaj zapewniają 3–5× znamionowy moment obrotowy przez 30–60 sekund — znacznie wyższy niż przemysłowe serwosilniki
• Integracja kontrolera: Silnik jest zawsze testowany z dedykowanym sterownikiem; wydajność jest właściwością systemu, nie jest to nieruchomość wyłącznie motorowa
• Komunikacja poprzez magistralę CAN: Nowoczesne sterowniki e-moto komunikują się za pośrednictwem magistrali CAN — stanowisko testowe musi łączyć się z siecią CAN, aby móc odczytać dane diagnostyczne sterownika
• Szeroki zakres prędkości: Silniki w piastach motorowerów pracują z prędkością 200–1000 obr./min; silniki o średnim napędzie do rowerów wyczynowych osiągają 5 000–10 000 obr./min przed przekładnią redukcyjną
• Czułość termiczna: Kompaktowe zespoły silników mają ograniczone chłodzenie — testy termiczne są bardziej krytyczne niż w przypadku większych silników przemysłowych

Elementy testowe na GB/T 36979 i GB/T 7258

1. Ciągły test momentu obrotowego

Silnik i sterownik pracują przy napięciu znamionowym ze wzrostem momentu obrotowego, aż do osiągnięcia znamionowego ciągłego momentu obrotowego. System musi wytrzymać znamionowy ciągły moment obrotowy przez 30 protokół przy wzroście temperatury nieprzekraczającym wartości granicznej określonej dla klasy izolacji silnika.

Dlaczego to ma znaczenie: Ciągły moment obrotowy determinuje klasyfikację prawną — rowery, które nie są w stanie utrzymać znamionowego momentu obrotowego 30 minuty mogą zostać przeklasyfikowane na pojazdy o niższych osiągach, wpływające na wymogi w zakresie ubezpieczeń i licencji na wielu rynkach.

2. Test mocy ciągłej

Podobny do ciągłego testu momentu obrotowego, ale obciążenie jest ustawione na dostarczanie znamionowej ciągłej mocy wyjściowej (moment obrotowy × prędkość = stała moc). Wymóg utrzymywania się przez 30 minut ma zastosowanie również.

3. Test maksymalnego momentu obrotowego

Silnik pracuje przy napięciu znamionowym, z przyłożonym obciążeniem aż do momentu maksymalnego (określone w dokumentacji technicznej produktu) zostaje osiągnięty. Wymagania dotyczące czasu trwania:

• Motocykl elektryczny (motocykl): Maksymalny moment obrotowy utrzymany przez 60 towary drugiej jakości
• Motorower elektryczny / lekki motocykl (motorower): Maksymalny moment obrotowy utrzymany przez 30 towary drugiej jakości

Wzrost temperatury nie może przekroczyć limitów na końcu testu. Ten test jest najbardziej wymagający pod względem termicznym w sekwencji walidacyjnej.

4. Test mocy szczytowej

Takie same wymagania dotyczące czasu trwania jak w przypadku testu maksymalnego momentu obrotowego. Moc szczytowa to zazwyczaj 2–4 × moc ciągła w przypadku wydajnych motocykli elektrycznych. Stanowisko badawcze musi być w stanie przyłożyć wymagane obciążenie w ciągu 1–2 sekund od rozpoczęcia odliczanego czasu.

5. Test maksymalnej prędkości roboczej

Przy przyłożonym napięciu znamionowym, sterownik podaje maksymalną prędkość. Zastosowano obciążenie co najmniej o wartości minimalnej określonej w dokumentacji technicznej produktu. Silnik musi utrzymywać stabilną pracę przy maksymalnej prędkości roboczej przez nie mniej niż 3 protokół.

6. Test prędkości znamionowej

Silnik pracuje przy napięciu znamionowym przy rosnącym obciążeniu, aż do osiągnięcia znamionowego momentu obrotowego. To ustanawia S1 (ciągły) prędkość znamionowa w warunkach pełnego obciążenia – punkt odniesienia dla krzywej T-N i badania wydajności.

7. Zewnętrzna krzywa charakterystyczna (Krzywa TN)

Pełna krzywa momentu obrotowego od prędkości zerowej do maksymalnej prędkości przy znamionowym napięciu sterownika. Jak w przypadku wszystkich krzywych T-N serwo/silnika trakcyjnego, odwzorowuje to ciągłą obwiednię operacyjną. Do zastosowań w e-moto, krzywa jest szczególnie ważna, ponieważ dozwolona maksymalna prędkość została wyprowadzona z tej krzywej pod obciążeniem, a nie z prędkości swobodnej bez obciążenia.

8. Testowanie wydajności

Sprawność mierzy się w pięciu punktach momentu obrotowego jako ułamek znamionowego momentu obrotowego:

Punkt testowy	% znamionowego momentu obrotowego	Typowy cel efektywności
Lekkie obciążenie	50%	>75%
Częściowe obciążenie	80%	>82%
Obciążenie znamionowe	100%	>85%
Wysokie obciążenie	150%	>82%
Obciążenie szczytowe	200%	>75%

Procedura testowa: silnik przy napięciu znamionowym i prędkości znamionowej, doprowadzony do równowagi termicznej (Cło S1 za GB/T 755-2019), następnie moment obrotowy przeszedł przez każdy punkt pomiarowy. Sprawność systemu = mechaniczna moc wyjściowa / elektryczna moc wejściowa (mierzone na wejściu DC sterownika).

📈

Wykres wydajności oprogramowania testowego przedstawiający pięć punktów pomiarowych naniesionych na oś wydajności w funkcji momentu obrotowego ze znacznikami zgodności GB/T

Konfiguracja stanowiska testowego dla elektrycznych silników motocyklowych

Komponenty systemu

Część	Specyfikacja	Notatki
Hamownia obciążeniowa	Serwo AC, 15–50 kW, 0–10 000 obr./min	Czterokwadrant do symulacji regeneracji
Czujnik momentu obrotowego	0–500 N·m, ±0,1% pełnej skali	Rozmiar dostosowany do maksymalnego momentu obrotowego, nie znamionowy moment obrotowy
Analizator mocy	4-kanał, 600V / 500A	Wejście prądu stałego + 3-wyjście fazowe AC sterownika
Analizator wydajności silnika	Seria W.H, 0.2% dokładność	Jednoczesne elektryczne + chwytanie mechaniczne
Karta komunikacyjna CAN	CAN 2.0A/B	Odczytuje kody błędów i parametry sterownika
Rejestrator danych	16-termopara kanałowa	Meandrowy, łożysko, temperatury obudowy
Dwukierunkowy zasilacz prądu stałego	0–120 V / 0–500A typowo	Symuluje napięcie akumulatora
Komora środowiskowa	-20°C do +60°C (fakultatywny)	Testowanie zimnego rozruchu i wysokich temperatur otoczenia
Strażnik bezpieczeństwa	Pełna obudowa, splatać	Wymagane w przypadku wału szybkoobrotowego

Interfejs CAN: Dlaczego to ma znaczenie

Nowoczesne sterowniki e-moto komunikują polecenia dotyczące prędkości silnika, ograniczenia momentu obrotowego, i usterek poprzez magistralę CAN. Bez karty interfejsu CAN na stanowisku probierczym, inżynierowie nie mogą:

• Odczytaj rzeczywistą prędkość silnika z enkodera sterownika (w porównaniu z pomiarem prędkości na stanowisku badawczym)
• Monitoruj kody błędów sterownika w czasie rzeczywistym podczas testowania
• Polecenie prędkości/momentu obrotowego za pośrednictwem natywnego protokołu sterownika (wymagane w przypadku niektórych testów akceptacyjnych OEM)
• Rejestruj dane dotyczące temperatury i limitu prądu sterownika wraz z pomiarami laboratoryjnymi

Rozmiar Dyno: Maksymalny moment obrotowy jest czynnikiem wpływającym na konstrukcję

Krytycznym błędem przy doborze jest wybór hamowni obciążeniowej w oparciu o wartość znamionową (ciągły) moment obrotowy, a nie maksymalny moment obrotowy. Jeżeli szczytowy moment obrotowy silnika jest 3× znamionowy, hamownię należy dobrać tak, aby pochłaniała 3-krotność znamionowego momentu obrotowego – nawet jeśli ten stan będzie tylko trwały 60 towary drugiej jakości. Zbyt małe wymiary hamowni oznaczają, że wchodzi ona w ochronę termiczną przed zakończeniem testu szczytowego momentu obrotowego silnika, unieważnienie wyniku testu.

Typowe wyzwania i rozwiązania testowe

Wyzwanie: Wysoki szczytowy moment obrotowy wymaga ogromnych obciążeń osprzętu

Rozwiązanie: Zarówno silnik, jak i dynamometr muszą być zamontowane na sztywnym systemie szyn ślizgowych, tak aby moment reakcji podczas badań szczytowego momentu obrotowego był absorbowany przez osprzęt, a nie sprzęgło wału. Wyrównanie sprzęgła należy ustawić, gdy silnik ma temperaturę roboczą — rozszerzalność cieplna zmienia współosiowość wałów i może powodować fałszywe odczyty momentu obrotowego.

Wyzwanie: Kontroler vs. Separacja wydajności silnika

Rozwiązanie: Zainstaluj miernik napięcia stałego i prądu stałego na zaciskach akumulatora/zasilacza (wejście sterownika). Pomiar 3-fazowego prądu przemiennego trafia na wyjście sterownika (wejście silnika). Daje to trzy wartości wydajności: wydajność sterownika, sprawność silnika, i ogólną wydajność systemu — wszystko na podstawie jednego uruchomienia testowego.

Wyzwanie: Pomiar temperatury w silnikach kompaktowych

Rozwiązanie: Do kompaktowych silników z piastą, bez dostępnych zwojów końcowych uzwojenia, termistory powierzchniowe połączone z zewnętrzną średnicą stojana służą jako wskaźnik temperatury uzwojenia. Krzywa kalibracyjna (temperatura powierzchni vs. temperatura uzwojenia) należy ustalić w okresie R&Testowanie D.

Często zadawane pytania

Jaka jest różnica między GB/T 36979 i GB/T 7258 do testowania motocykli elektrycznych?

GB/T 36979 to norma dotycząca silników, obejmująca metody badań wydajności silników elektrycznych do motocykli i motorowerów (moment obrotowy, moc, efektywność, testy termiczne). GB/T 7258 to szersza norma dotycząca pojazdów dla motocykli i motorowerów — odnosi się do GB/T 36979 dla metod badania silnika i dodaje wymogi dotyczące hamowania na poziomie pojazdu, oświetlenie, i systemy bezpieczeństwa.

Czy stanowisko testowe silników motocykli elektrycznych musi symulować hamowanie regeneracyjne??

Do pełnej walidacji systemu, Tak. Wiele wysokowydajnych sterowników e-moto ma funkcję hamowania regeneracyjnego. Do testowania skuteczności regeneracji potrzebny jest czterokwadrantowy dynamometr, który może napędzać wał silnika (symulowanie koła napędzającego silnik podczas zwalniania). Do podstawowych badań homologacyjnych, regeneracja zazwyczaj nie jest wymagana.

Jaka jest minimalna dokładność potrzebna do testowania silników e-moto?

GB/T 36979 wymaga niepewności pomiaru ≤0,5% dla momentu obrotowego, ≤0,2% dla prędkości, i ≤0,5% dla energii elektrycznej. Wymagania te wpływają na specyfikację przyrządu dla stanowiska testowego – w szczególności czujnika momentu obrotowego (Minimum ±0,1% FS) i analizator mocy (Klasa dokładności ±0,05% do ±0,2%.).

Czy na tym samym stanowisku testowym można przetestować zarówno silniki w piastach, jak i silniki z napędem środkowym?

Tak, z odpowiednimi adapterami sprzęgającymi. Silniki z piastą wymagają adaptera do połączenia kołnierza piasty koła z czujnikiem momentu obrotowego. Silniki o średnim napędzie łączą się bezpośrednio za pomocą standardowego sprzęgła wału silnika. W przypadku rekonfiguracji mechanicznej przełączanie między konfiguracjami zajmuje zwykle 30–60 minut.

Wniosek

Testowanie silników motocykli elektrycznych wymaga stanowiska badawczego, które wytrzyma wysokie szczytowe momenty obrotowe, interfejs z magistralą CAN sterownika, i wykonaj pełny GB/T 36979 sekwencja testowa automatycznie. Wykonanie tego tuż przed złożeniem homologacji typu pozwala zaoszczędzić tygodnie przeróbek i uniknąć kosztownych ponownych testów.

Stanowiska testowe silników e-moto firmy EconoTest obejmują silniki marek: 1 kW do 100 kW ciągła, z maksymalnym momentem obrotowym do 5× znamionowym, pełny interfejs CAN, i zautomatyzowane GB/T 36979 zgodne raporty z testów.

→ Poproś o konfigurację dopasowane do specyfikacji silnika i sterownika.

Powiązane artykuły

• Przewodnik po stanowisku testowym silnika napędowego EV
• Stanowisko do testowania silników rowerów elektrycznych ze średnim napędem
• Przewodnik po systemie testowania układu napędowego EV