Por que os motores Mid-Drive precisam de bancadas de teste profissionais
Os motores mid-drive – montados no suporte inferior entre as manivelas – são a arquitetura dominante para bicicletas elétricas de alto desempenho. Marcas como Bosch, PASSOS Shimano, Bafang, e Tongsheng padronizaram o formato mid-drive para Pedelecs na faixa de 250W–750W, enquanto as e-bikes de alto desempenho e as motocicletas elétricas leves atingem a faixa de 1 a 5 kW com a mesma arquitetura básica.
Ao contrário dos motores de cubo, unidades mid-drive funcionam através da transmissão de engrenagens existente da bicicleta, fazendo detecção de torque, gerenciamento térmico, e testes de eficiência mais complexos. Uma bancada de testes profissional — em vez de um rolo de chassi ou teste de campo — é essencial para isolar o desempenho do motor e do controlador das variáveis do sistema de transmissão, e para gerar os dados reproduzíveis necessários para a homologação, Qualificação OEM, e controle de qualidade contínuo.
Arquitetura do motor Mid-Drive e considerações de teste
O que torna os testes intermediários diferentes
Motores de acionamento intermediário apresentam desafios específicos de bancada de testes não encontrados em testes de motores de cubo ou motores industriais:
- Sensor de torque integrado: A maioria das unidades mid-drive inclui um sensor de torque de manivela integrado para controle de assistência ao pedal. A bancada de testes deve replicar o sinal de entrada de torque ou ignorar a lógica de pedal assistido para comandar o motor diretamente
- Alta taxa de redução: O eixo do motor funciona a 3.000–6.000 rpm enquanto o eixo de saída (coroa) funciona a 60–120 rpm. A bancada de testes deve acomodar isso no lado da saída ou conectar no eixo do motor
- Integração do controlador: O controlador do motor normalmente é embutido na carcaça do motor – a bancada de testes se conecta apenas aos terminais da bateria
- Faixa de velocidade estreita na saída: Teste do eixo de saída (na coroa) é de baixa velocidade / alto torque — exigindo uma faixa de sensor de torque diferente do teste do eixo do motor
- Sensibilidade térmica: A carcaça compacta do motor com superfície de resfriamento limitada significa que a saturação térmica ocorre rapidamente sob carga sustentada – o teste térmico é fundamental
Duas configurações de bancada de testes
Configuração do eixo do motor: Conecte o dinamômetro da bancada de testes diretamente ao eixo interno do motor (antes da engrenagem de redução). Testa o desempenho apenas do motor em alta velocidade / baixo torque. Requer desmontagem ou uma porta adaptadora especial. Oferece a mais alta precisão de medição para eficiência do motor.
Configuração do eixo de saída: Conecte a bancada de testes na saída da coroa (depois da engrenagem de redução). Testa o motor completo + sistema de caixa de velocidades em baixa velocidade / alto torque. Esta é a configuração mais comum para testes de produção e homologação – corresponde à forma como o motor interage com a bicicleta.
Diagrama comparando o eixo do motor vs.
Principais testes de desempenho para motores Mid-Drive
1. Teste Contínuo de Torque e Potência
Para Pedelecs em conformidade com EN 15194 (250C, 25 limite de km/h), o motor deve sustentar a potência nominal contínua para 30 minutos sem exceder os limites térmicos. Para motores de maior potência (750W–5 kW), o padrão chinês GB especifica a duração contínua no torque nominal antes da validação térmica.
Procedimento de teste:
- Monte o motor no dispositivo de teste do eixo de saída
- Conecte o simulador de bateria à entrada do controlador do motor (tensão nominal)
- Comande o motor para velocidade nominal via sinal do controlador ou simulação de entrada de torque
- Aplicar torque nominal via dinamômetro de carga
- Corra para 30 minutos; enrolamento do registro e temperatura da carcaça a cada 30 segundos
- Verifique se o aumento de temperatura não excede o limite da classe de isolamento no final do teste
2. Teste de pico de torque
Para classificação de motocicletas elétricas leves (abaixo de GB/T 36979), a duração do teste de pico de torque é:
- Motores de bicicletas elétricas (≤4kW): Pico de torque sustentado 30 segundos mínimo
- Motores elétricos leves para motocicletas (4–11kW): Pico de torque sustentado 60 segundos mínimo
O dinamômetro de carga deve responder e aplicar carga dentro 2 segundos do início do teste. Os valores de pico de torque para motores de acionamento intermediário normalmente variam de 80 N·m para 250 N·m no eixo de saída (após redução), equivalente a 15–50 N·m no eixo do motor.
3. MAP de eficiência no eixo de saída
O MAP de eficiência para um motor de acionamento intermediário no eixo de saída captura a eficiência combinada do motor + caixa de velocidades interna. Os pontos de teste cobrem o envelope de pilotagem realista:
| Velocidade (rotação do eixo de saída) | Faixa de torque (N·m) | Representa |
|---|---|---|
| 40–60 | 20–80 | Ciclismo urbano, estrada plana |
| 60–90 | 40–120 | Assistência moderada, ligeiro gradiente |
| 30–50 | 80–200 | Subida íngreme, assistência completa |
| 80–120 | 10–40 | Cruzeiro de alta velocidade e baixa assistência |
Eficiência máxima do sistema para unidades intermediárias bem projetadas (motor + caixa de velocidades) em pontos operacionais ideais: 80–88%. Isto é inferior à eficiência apenas do motor porque as perdas internas da caixa de engrenagens (normalmente 5–12%) estão incluídos.
4. Mapa Térmico e Teste de Derating
Motores de acionamento intermediário em carcaças compactas atingem limites térmicos rapidamente sob cargas sustentadas de subidas em gradientes acentuados. O teste de redução térmica caracteriza como o controlador reduz a potência à medida que a temperatura aumenta:
- Aplicar 120% carga nominal no eixo de saída
- Registrar a temperatura da carcaça do motor e a potência de saída do controlador a cada 10 segundos
- Continue até que o controlador comece a redução térmica (redução de potência de saída)
- Registre a temperatura limite de desclassificação e a taxa de desclassificação (% redução de potência por °C)
- Verifique se a curva de redução corresponde à especificação do controlador
5. Velocidade sem carga e torque de arrasto
O torque de arrasto interno do motor (medido no eixo de saída sem energia elétrica aplicada) caracteriza perdas no sistema de transmissão ao pedalar sem assistência. Os ciclistas no modo manual experimentam isso como uma maior resistência ao pedalar – um parâmetro de qualidade fundamental para marcas premium de bicicletas elétricas.
Teste de torque de arrasto: motor desconectado da bateria, eixo de saída girado pelo dinamômetro na velocidade nominal de saída. Medir o torque resistente. Alvo: <0.5 N·m para unidades premium, <1.5 N·m para motores econômicos de acionamento intermediário.
Especificação da bancada de testes: Série de motores de acionamento médio
| Parâmetro | Especificação |
|---|---|
| Faixa de potência do motor | 150 C - 5,000 W contínuo |
| Faixa de velocidade do eixo de saída | 0 – 200 rpm |
| Faixa de torque do eixo de saída | 0 – 500 N·m |
| Precisão do sensor de torque | ±0,1% FS |
| Precisão do analisador de potência | ±0,2% (Entrada DC para controlador) |
| Analisador de desempenho motor | Elétrica + captura simultânea mecânica |
| Tipo de sensor de torque | Torque de reação (montado em flange, nenhum anel coletor necessário em baixa velocidade) |
| Simulador de bateria | 24 V- 72 V, 0 – 50 Um bidirecional |
| Canais de temperatura | 8 entradas de termopar |
| Simulação de sinal de assistência de pedal | CAN ou injeção de sinal analógico (dependente do controlador) |
| Conformidade | EM 15194, GB/T 36979, GB/T 34660 |
Controle de qualidade: Fim da linha (EoL) Teste
Além de R&Validação D, bancadas de teste de motores de acionamento intermediário desempenham um papel crítico no controle de qualidade da produção. Um fim de linha (EoL) banco de testes executa cada motor através de um breve teste de aceitação (normalmente 5–15 minutos) antes de sair da fábrica:
- Corrida sem carga: Verifica se há ruído anormal, vibração, ou sorteio atual (defeitos de rolamento, shorts sinuosos)
- Ponto de carga nominal: Eficiência e aumento de temperatura em um único ponto operacional representativo
- Verificação de pico de torque: Breve aplicação de pico de torque para verificar o limite de corrente do controlador e a integridade do motor
- Verificação de torque de arrasto: Medição de arrasto sem alimentação dentro da tolerância
- Aprovação/reprovação automatizada: Todos os parâmetros comparados aos limites de aceitação; relatório gerado e vinculado ao código de barras ao número de série do motor
Uma bancada de testes EoL bem projetada para motores de acionamento intermediário processa de 30 a 60 motores por turno de 8 horas.
Perguntas frequentes
Uma bancada de teste de motor intermediário também pode testar motores de cubo?
Sim, com um adaptador de acoplamento diferente. Os motores do cubo são conectados através do flange do eixo ao sensor de torque, enquanto os motores de acionamento intermediário se conectam através da roda dentada do eixo de saída ou da interface da coroa. Muitos fabricantes testam ambos os tipos de motores na mesma bancada, troca de adaptadores entre famílias de produtos.
Como você simula a entrada do pedal assistido na bancada de testes?
A maioria dos controladores mid-drive aceita um sinal de sensor de torque (da manivela) e um sinal de velocidade (de um sensor de cadência). A bancada de testes gera ambos os sinais eletronicamente usando um gerador de sinais ou interface programável. Alguns controladores também aceitam comandos CAN para controle direto de potência/torque, ignorando totalmente a entrada de pedal assistido – preferido para testes de laboratório.
Qual é a eficiência típica de um sistema de motor mid-drive?
No ponto de operação ideal (velocidade média, 60–80% do torque nominal), um sistema de acionamento intermediário bem projetado atinge 82–88% de eficiência geral, desde a entrada da bateria CC até o eixo de saída. Isso se compara a 85–92% para sistemas de motor de cubo, que não têm perdas internas na caixa de câmbio - a vantagem do mid-drive sobre os motores do cubo vem do acesso à engrenagem externa da bicicleta, não da eficiência do motor.
Os testes nos padrões GB chineses também satisfazem a EN europeia? 15194?
Parcialmente. GB/T 36979 e EN 15194 têm itens de teste sobrepostos (potência contínua, pico de torque, validação térmica) mas diferentes critérios de aceitação e detalhes processuais. Para aprovação de tipo no mercado europeu, EM 15194 os testes devem ser realizados por um laboratório de testes europeu credenciado. Os relatórios de teste chineses do GB podem apoiar o arquivo técnico, mas geralmente não podem substituir o EN 15194 relatórios de teste em procedimentos de certificação europeus.
Conclusão
Os testes de motores intermediários em uma bancada de testes profissional são a base tanto para o desenvolvimento de engenharia quanto para o controle de qualidade da produção. A combinação de medição de torque do eixo de saída, simulador de bateria, monitoramento térmico, e sequências de testes automatizadas fornecem aos fabricantes os dados necessários para aprovação de tipo, Qualificação OEM, e programas de melhoria contínua.
EconoTest projeta bancadas de teste de motores de acionamento intermediário para motores de 150 Nisto 5 kW, cobrindo PT 15194 e GB/T 36979 conformidade com capacidade total de automação EoL.
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