Vetorização de torque e validação de eixo eletrônico de motor duplo: Teste de distribuição de torque entre eixos

A vetorização de torque agora é um recurso central do sistema de transmissão EV

Quando a BMW lançou o i4 M50 com motores elétricos dianteiros e traseiros independentes, e quando Rivian e BYD construíram arquiteturas de quatro motores onde cada roda recebe torque comandado individualmente, o desafio do engenheiro de teste mudou fundamentalmente. Já não era suficiente testar a potência de um único motor, eficiência, e NVH isoladamente. A questão tornou-se: como você valida a interação entre dois ou mais motores cujos comandos de torque mudam milhares de vezes por segundo em resposta a um controlador de momento de guinada?

Vetorização de torque – a distribuição assimétrica deliberada de torque entre as rodas esquerda e direita, ou entre os eixos dianteiro e traseiro — oferece benefícios de manuseio que os diferenciais mecânicos de deslizamento limitado não conseguem igualar. Mas certificar que um eAxle com vetorização de torque realmente fornece o torque comandado em cada roda, com o tempo de resposta especificado e sem acoplamento inesperado entre os dois canais, requer uma configuração de bancada de testes que vai significativamente além de um equipamento de resistência de motor elétrico convencional.

Anatomia de uma bancada de testes de eixo eletrônico com motor duplo

Uma bancada de teste de vetorização de torque eAxle deve controlar e medir simultaneamente ambos os eixos de saída. A arquitetura mais comum utiliza dois dinamômetros de carga independentes, cada um acoplado a um eixo de saída do eAxle em teste. Os dinamômetros são controlados em tempo real por um HIL (Hardware no Loop) sistema que simula a dinâmica do veículo – as velocidades das rodas realimentadas ao controlador de vetorização de torque do veículo são calculadas a partir de um modelo de veículo com sete graus de liberdade rodando em tempo real.

• Dinamômetros de eixo independente: Ambos os dynos devem ter largura de banda de medição de torque correspondente (≥ 200 hertz), e os transdutores de torque devem ser calibrados de forma rastreável. Um desvio de calibração entre os dois canais de apenas 0.5% introduzirá um sinal falso de momento de guinada que corrompe a validação da distribuição de torque.
• Simulação de velocidade da roda: O modelo HIL gera sinais realistas de velocidade da roda (PODE / Flexray) que reproduzem as condições de escorregamento de um veículo em uma manobra de curva — uma entrada importante para o observador da taxa de escorregamento do controlador de vetorização de torque.
• Representação da rigidez do eixo de transmissão: Os eixos de transmissão reais dos veículos têm rigidez torcional finita (normalmente 500–2.000 Nm/rad). O acoplamento da bancada de testes deve replicar essa rigidez com acoplamentos compatíveis feitos sob medida ou compensá-la no circuito de referência de torque do controlador dinamômetro.

Itens principais de teste para validação de vetorização de torque

1. Precisão de distribuição de torque estático

Com o controlador do veículo comandando uma relação específica de divisão de torque da esquerda para a direita (por exemplo, 60:40), a bancada mede o torque real em cada eixo de saída durante um intervalo de estado estacionário de 10 segundos. O teste é repetido em 10 pontos operacionais velocidade-torque abrangendo todo o envelope.

Métricas principais: Erro de torque absoluto em cada eixo (Nm); erro de relação de divisão de torque (% da proporção comandada); repetibilidade (p) sobre 10 execuções consecutivas no mesmo ponto de operação.

2. Resposta Dinâmica ao Passo de Torque

O controlador é comandado para sair de uma posição simétrica 50:50 distribuição para um assimétrico 80:20 (ou totalmente unilateral) dividido em tempo mínimo. A bancada registra a resposta ao degrau do torque de cada eixo, e o momento de guinada gerado pela diferença de torque é calculado a partir da largura de pista conhecida do veículo alvo.

Métricas principais: Tempo de subida de 10% para 90% da diferença de torque alvo (alvo: ≤ 20 ms para aplicações de desempenho); ultrapassagem de torque (% da amplitude do passo alvo); acoplamento — mudança de torque no eixo não comandado durante a etapa.

3. Precisão de geração de momento de guinada

A uma velocidade definida do veículo (por exemplo, 80 km/h no eixo), o controlador de vetorização de torque é comandado para gerar um momento de guinada específico (por exemplo, +500 Nm-m sobre o centro de gravidade do veículo). O banco, combinado com o modelo HIL de dinâmica de veículo, valida se o momento de guinada real fornecido pela assimetria de torque corresponde ao valor comandado dentro da tolerância de especificação (normalmente ±5%).

Métricas principais: Erro de momento de guinada em estado estacionário; gradiente de momento de guinada vs. ângulo de direção acima de ±20° da demanda de aceleração lateral simulada; consistência do momento de guinada sob variação de deslizamento do pneu (simulado pelo modelo HIL).

4. Acoplamento cruzado e rejeição de interferência

Quando um motor é alterado rapidamente no comando de torque, o efeito na saída de torque do outro eixo deve estar abaixo do limite de interferência especificado. O desacoplamento deficiente entre as duas malhas de controle do inversor produz um “conversa cruzada” torque que o motorista percebe como uma perturbação de guinada inesperada. A bancada aplica um PRBS (Sequência binária pseudo-aleatória) perturbação de torque para um eixo e mede a função de transferência de contaminação para o outro eixo.

Métricas principais: Magnitude da função de transferência de acoplamento cruzado em 10 hertz, 50 hertz, 100 hertz; ângulo de fase do acoplamento; largura de banda dentro da qual o acoplamento cruzado está abaixo de -40 dB (ou seja, < 1% contamination).

5. Simetria térmica sob carregamento assimétrico

Uma manobra sustentada de vetorização de torque – por exemplo, uma volta em circuito com curvas contínuas – carrega um motor significativamente mais que o outro. A bancada de testes mantém um comando de torque assimétrico sustentado (por exemplo, 80% no motor da roda externa, 20% no interior) por um mínimo de 10 minutos e monitora as temperaturas do enrolamento em ambos os lados. Se o circuito de refrigeração for compartilhado (trilho de refrigeração comum), a temperatura do motor do lado quente deve permanecer dentro do limite térmico, mesmo que o motor do lado frio gere calor mínimo. A alocação do fluxo de refrigerante entre os dois motores deve ser caracterizada no pior caso de carga unilateral.

Integração com simulação de dinâmica veicular

Os testes de vetorização de torque de maior valor são executados com o controlador eAxle operando em circuito fechado contra um modelo completo de dinâmica do veículo em tempo real. O rack HIL simula as forças dos pneus (através de uma fórmula mágica Pacejka ou similar), cinemática da suspensão, e entrada de direção do motorista. As respostas de estabilização de guinada do controlador a eventos simulados de sobreviragem e subviragem são validadas em relação aos objetivos da equipe de engenharia de dinâmica do veículo – tudo antes da construção do protótipo do veículo.

A ECONOTESTS pode fornecer bancadas de teste de eixo duplo com dinamômetros correspondentes, Integração LIS, e a cadeia de instrumentação necessária para validação de vetorização de torque. Quer o seu programa envolva um eAxle de desempenho luxuoso ou um eixo traseiro de motor duplo para SUV sensível ao custo, fale com nossa equipe de engenharia sobre a arquitetura de teste certa.