Dlaczego silniki z napędem środkowym potrzebują profesjonalnych stanowisk testowych
Silniki o średnim napędzie — montowane w suporcie między korbami — stanowią dominującą architekturę w rowerach elektrycznych o wysokich osiągach. Takie marki jak Bosch, KROKI Shimano, Bafang, i Tongsheng ujednoliciły format napędu środkowego dla pedeleków w zakresie 250–750 W, podczas gdy wyczynowe rowery elektryczne i lekkie motocykle elektryczne mieszczą się w zakresie 1–5 kW przy tej samej podstawowej architekturze.
W przeciwieństwie do silników piastowych, Jednostki napędu środkowego współpracują z istniejącą przekładnią roweru, wykrywanie momentu obrotowego, zarządzanie ciepłem, a testowanie wydajności jest bardziej złożone. Profesjonalne stanowisko testowe — a nie rolka podwozia lub test terenowy — jest niezbędne do odizolowania wydajności silnika i sterownika od zmiennych układu napędowego, oraz do generowania powtarzalnych danych potrzebnych do homologacji typu, Kwalifikacja OEM, i ciągła kontrola jakości.
Architektura silnika średniego napędu i zagadnienia testowe
Co wyróżnia testowanie dysku środkowego
Silniki z napędem średnim stanowią szczególne wyzwanie na stanowisku testowym, którego nie można znaleźć w testach silników piastowych ani silników przemysłowych:
- Zintegrowany czujnik momentu obrotowego: Większość jednostek z napędem środkowym ma wbudowany czujnik momentu obrotowego korby do sterowania wspomaganiem pedałowania. Stanowisko testowe musi albo odtworzyć sygnał wejściowy momentu obrotowego, albo ominąć logikę wspomagania pedałowania, aby bezpośrednio sterować silnikiem
- Wysoki współczynnik redukcji: Wał silnika obraca się z prędkością 3000–6000 obr./min, podczas gdy wał wyjściowy (tarcza) pracuje z prędkością 60–120 obr./min. Stanowisko probiercze musi to pomieścić po stronie wyjściowej lub podłączyć do wału silnika
- Integracja kontrolera: Sterownik silnika jest zwykle osadzony w obudowie silnika — stanowisko testowe podłącza się tylko do zacisków akumulatora
- Wąski zakres prędkości na wyjściu: Testowanie wału wyjściowego (na tarczy) jest niska prędkość / wysoki moment obrotowy — wymagający innego zakresu czujnika momentu obrotowego niż badanie wału silnika
- Czułość termiczna: Kompaktowa obudowa silnika z ograniczoną powierzchnią chłodzącą oznacza, że nasycenie termiczne następuje szybko przy długotrwałym obciążeniu — testy termiczne mają kluczowe znaczenie
Dwie konfiguracje stanowiska testowego
Konfiguracja wału silnika: Podłącz hamownię stanowiskową bezpośrednio do wewnętrznego wału silnika (przed reduktorem). Testuje działanie samego silnika przy dużej prędkości / niski moment obrotowy. Wymaga demontażu lub specjalnego portu adaptera. Zapewnia najwyższą dokładność pomiaru sprawności silnika.
Konfiguracja wału wyjściowego: Podłącz stanowisko testowe do wyjścia tarczy (po przekładni redukcyjnej). Testuje cały silnik + skrzyni biegów przy niskiej prędkości / wysoki moment obrotowy. Jest to bardziej powszechna konfiguracja do celów testów produkcyjnych i homologacji typu — odpowiada sposobowi współpracy silnika z rowerem.
Schemat porównujący wał silnika vs
Kluczowe testy wydajności silników o średnim napędzie
1. Ciągły test momentu obrotowego i mocy
Do pedeleków zgodnych z EN 15194 (250W, 25 ograniczenie km/h), silnik musi wytrzymać znamionową moc ciągłą przez 30 minut bez przekraczania limitów termicznych. Do silników o większej mocy (750W–5 kW), chińska norma GB określa ciągły czas pracy przy znamionowym momencie obrotowym przed walidacją termiczną.
Procedura testowa:
- Zamontować silnik na uchwycie do badania wału wyjściowego
- Podłącz symulator akumulatora do wejścia sterownika silnika (napięcie znamionowe)
- Zadaj silnikowi prędkość znamionową za pomocą sygnału sterownika lub symulacji wejściowego momentu obrotowego
- Zastosuj moment znamionowy za pomocą dynamometru obciążeniowego
- Biegnij dla 30 protokół; log uzwojenia i temperaturę obudowy co 30 towary drugiej jakości
- Sprawdź, czy wzrost temperatury nie przekracza limitu klasy izolacji na końcu testu
2. Test maksymalnego momentu obrotowego
Do klasyfikacji lekkich motocykli elektrycznych (pod GB/T 36979), czas trwania testu szczytowego momentu obrotowego wynosi:
- Elektryczne silniki rowerowe (≤4 kW): Utrzymany maksymalny moment obrotowy 30 minimum sekund
- Lekkie elektryczne silniki motocyklowe (4–11 kW): Utrzymany maksymalny moment obrotowy 60 minimum sekund
Hamownia obciążeniowa musi zareagować i zastosować obciążenie wewnątrz 2 sekund od rozpoczęcia testu. Szczytowe wartości momentu obrotowego dla silników o średnim napędzie zwykle wahają się od 80 N·m do 250 N·m na wale wyjściowym (po redukcji), odpowiednik 15–50 N·m na wale silnika.
3. MAP wydajności na wale wyjściowym
MAP wydajności dla silnika o średnim napędzie na wale wyjściowym odzwierciedla łączną wydajność silnika + wewnętrzna skrzynia biegów. Punkty testowe pokrywają realistyczny zakres jazdy:
| Prędkość (obroty wału wyjściowego) | Zakres momentu obrotowego (N·m) | Reprezentuje |
|---|---|---|
| 40–60 | 20–80 | Kolarstwo miejskie, płaska droga |
| 60–90 | 40–120 | Umiarkowana pomoc, lekki gradient |
| 30–50 | 80–200 | Stroma wspinaczka, pełna pomoc |
| 80–120 | 10–40 | Rejs z dużą prędkością i przy niewielkiej pomocy |
Szczytowa wydajność systemu dla dobrze zaprojektowanych jednostek z napędem środkowym (silnik + skrzynia biegów) w optymalnych punktach pracy: 80–88%. Jest to niższa wydajność niż wydajność samego silnika, ponieważ występują wewnętrzne straty w skrzyni biegów (zazwyczaj 5–12%) są uwzględnione.
4. Mapa termiczna i test obniżania wartości znamionowych
Silniki o średnim napędzie w kompaktowych obudowach szybko osiągają limity termiczne pod utrzymującymi się obciążeniami podczas wspinaczki o dużym nachyleniu. Test obniżenia parametrów termicznych charakteryzuje sposób, w jaki sterownik zmniejsza moc wraz ze wzrostem temperatury:
- Stosować 120% obciążenie znamionowe na wale wyjściowym
- Rejestruj temperaturę obudowy silnika i moc wyjściową sterownika co 10 towary drugiej jakości
- Kontynuuj, aż sterownik rozpocznie obniżanie wartości znamionowych pod wpływem temperatury (redukcja mocy wyjściowej)
- Rejestracja progowej temperatury i szybkości obniżania wartości znamionowych (% redukcja mocy na °C)
- Sprawdź, czy krzywa obniżania wartości znamionowych odpowiada specyfikacji sterownika
5. Prędkość bez obciążenia i moment oporu
Wewnętrzny moment oporu silnika (mierzone na wale wyjściowym bez podłączonego zasilania elektrycznego) charakteryzuje straty układu napędowego podczas pedałowania bez wspomagania. Kierowcy korzystający z trybu ręcznego odczuwają to jako zwiększony opór pedałowania – kluczowy parametr jakościowy w przypadku marek rowerów elektrycznych klasy premium.
Test momentu przeciągnij: silnik odłączony od akumulatora, wał wyjściowy obracany na dynamometrze przy znamionowej prędkości wyjściowej. Zmierz moment oporu. Cel: <0.5 N·m dla jednostek premium, <1.5 N·m dla ekonomicznych silników o średnim napędzie.
Specyfikacja stanowiska testowego: Seria silników z napędem środkowym
| Parametr | Specyfikacja |
|---|---|
| Zakres mocy silnika | 150 W – 5,000 W ciągły |
| Zakres prędkości wału wyjściowego | 0 – 200 obr./min |
| Zakres momentu obrotowego wału wyjściowego | 0 – 500 N·m |
| Dokładność czujnika momentu obrotowego | ±0,1% pełnej skali |
| Dokładność analizatora mocy | ±0,2% (Wejście DC do sterownika) |
| Analizator wydajności silnika | Elektryczny + mechaniczne jednoczesne przechwytywanie |
| Typ czujnika momentu obrotowego | Moment reakcji (mocowane kołnierzowo, przy niskiej prędkości nie jest potrzebny pierścień ślizgowy) |
| Symulator baterii | 24 V – 72 V, 0 – 50 Dwukierunkowy |
| Kanały temperaturowe | 8 wejścia termopary |
| Symulacja sygnału wspomagania pedału | Wstrzyknięcie sygnału CAN lub analogowego (zależne od kontrolera) |
| Zgodność | W 15194, GB/T 36979, GB/T 34660 |
Kontrola jakości: Koniec linii (EoL) Testowanie
Poza R&Walidacja D, Stanowiska do testowania silników średniego napędu odgrywają kluczową rolę w kontroli jakości produkcji. Koniec linii (EoL) stanowisko testowe poddaje każdy silnik krótkiemu testowi akceptacyjnemu (zazwyczaj 5–15 minut) zanim opuści fabrykę:
- Bieg bez obciążenia: Sprawdza, czy nie występują nietypowe dźwięki, wibracja, lub pobór prądu (wady łożysk, kręcone spodenki)
- Znamionowy punkt obciążenia: Wydajność i wzrost temperatury w jednym reprezentatywnym punkcie pracy
- Kontrola maksymalnego momentu obrotowego: Krótka aplikacja szczytowego momentu obrotowego w celu sprawdzenia limitu prądu sterownika i integralności silnika
- Kontrola momentu obrotowego przeciągnij: Pomiar oporu bez zasilania w granicach tolerancji
- Automatyczny wynik pozytywny/nieudany: Wszystkie parametry w porównaniu do granic akceptacji; wygenerowany raport i powiązany z kodem kreskowym z numerem seryjnym silnika
Dobrze zaprojektowane stanowisko testowe EoL do silników o średnim napędzie przetwarza 30–60 silników na 8-godzinną zmianę.
Często zadawane pytania
Czy stanowisko testowe silników średniego napędu może również testować silniki w piastach?
Tak, z innym adapterem sprzęgającym. Silniki piasty łączą się poprzez kołnierz osi z czujnikiem momentu obrotowego, podczas gdy silniki o średnim napędzie łączą się za pośrednictwem koła zębatego wału wyjściowego lub interfejsu tarczy. Wielu producentów testuje oba typy silników na tym samym stole podstawowym, przełączanie adapterów pomiędzy rodzinami produktów.
Jak symulować wejście wspomagane pedałowaniem na stanowisku testowym?
Większość sterowników średniego napędu akceptuje sygnał czujnika momentu obrotowego (z korby) i sygnał prędkości (z czujnika kadencji). Stanowisko testowe generuje oba sygnały elektronicznie za pomocą generatora sygnału lub programowalnego interfejsu. Niektóre sterowniki akceptują również polecenia CAN do bezpośredniego sterowania mocą/momentem obrotowym, całkowite pominięcie wejścia wspomagania pedałowania — preferowane do testów laboratoryjnych.
Jaka jest typowa wydajność układu silnika o średnim napędzie?
W optymalnym punkcie pracy (średnia prędkość, 60–80% znamionowego momentu obrotowego), dobrze zaprojektowany układ napędu środkowego osiąga ogólną sprawność na poziomie 82–88% od wejścia akumulatora prądu stałego do wału wyjściowego. Dla porównania, w przypadku układów silników z piastą odsetek ten wynosi 85–92%., które nie mają wewnętrznych strat w skrzyni biegów — przewaga środkowego napędu nad silnikami w piaście wynika z dostępu do zewnętrznej przerzutki roweru, nie ze sprawności silnika.
Czy testowanie według chińskich norm GB jest również zgodne z europejską normą EN 15194?
Częściowo. GB/T 36979 i EN 15194 mają nakładające się elementy testowe (moc ciągła, szczytowy moment obrotowy, weryfikacja termiczna) lecz różne kryteria akceptacji i szczegóły proceduralne. Do homologacji typu na rynek europejski, W 15194 badanie musi zostać przeprowadzone przez akredytowane europejskie laboratorium badawcze. Chińskie raporty z testów GB mogą wspierać dokumentację techniczną, ale generalnie nie mogą zastąpić EN 15194 raporty z testów w europejskich procedurach certyfikacyjnych.
Wniosek
Testowanie silników średniego napędu na profesjonalnym stanowisku testowym jest podstawą zarówno rozwoju inżynieryjnego, jak i kontroli jakości produkcji. Kombinacja pomiaru momentu obrotowego wału wyjściowego, symulator baterii, monitoring termiczny, i zautomatyzowane sekwencje testów dają producentom dane potrzebne do homologacji typu, Kwalifikacja OEM, i programy ciągłego doskonalenia.
EconoTest projektuje stanowiska testowe silników średniego napędu dla silników firmy 150 W to 5 kW, obejmujący EN 15194 i GB/T 36979 zgodność z pełnymi możliwościami automatyzacji EoL.
→ Omów wymagania dotyczące testu napędu średniego z naszymi inżynierami ds. zastosowań.
Powiązane artykuły
- Testowanie silnika motocykla elektrycznego
- Przewodnik po stanowisku testowym silnika napędowego EV
- Stanowisko do testowania silników serwo: 8 Testy wydajności
Porozmawiaj z Inżynierem
Potrzebujesz pomocy w wyborze sprzętu testowego?
Podaj nam typ swojego silnika, zakres mocy i wymagania testowe — zalecimy odpowiednią konfigurację stanowiska badawczego 24 godziny.
