Entraînements et moteurs dans les bancs d'essai automobiles

Les bancs d'essai sont largement utilisés dans les industries automobile et aérospatiale, testant une variété de véhicules. Andy Pye examine comment les variateurs et les moteurs sont utilisés dans ces systèmes.

Les applications typiques de l'industrie automobile pour lesquelles les systèmes d'entraînement sont utilisés incluent

• Bancs d'essai sur route roulante pour l'industrie automobile et moto
• Bancs d'essai de moteurs – pour la production de moteurs électriques et à combustion
• Bancs d'essai de transmission/boîte de vitesses pour les fournisseurs de l'industrie automobile et de la fabrication de machines
• Bancs d'essai pour véhicules électriques - avec alimentation CC pour alimenter l'onduleur du véhicule

Les constructeurs automobiles sélectionnent souvent au hasard des moteurs de leurs chaînes de production et les soumettent à des tests rigoureux pour confirmer qu'ils répondent à toutes les exigences et paramètres de conception clés.

En plus des tests en interne par les constructeurs automobiles et les fournisseurs de premier niveau, les bancs d'essai automobiles sont également utilisés par des laboratoires d'essais spécialisés. Par exemple, Horiba Mira possède une vaste expérience dans la fourniture de services d'ingénierie de test à l'industrie automobile mondiale, dans les tests conformes aux réglementations et aux normes, aux exigences spécifiques des clients et dans le développement de procédures et de méthodes de test appropriées. Cette organisation compte pas moins de 37 grands moyens d'essais, dont un ensemble complet de laboratoires de sécurité (crash, simulation d'impact, piéton); les installations environnementales des véhicules et des composants ; une soufflerie aérodynamique grandeur nature ; CEM véhicule et composant (compatibilité électromagnétique); et des laboratoires d'essais de composants et de structures.

Les variateurs de vitesse AC sont très bien adaptés aux applications de banc d'essai, car ils peuvent être utilisés pour simuler des conditions réelles de manière hautement dynamique, précise, linéaire et reproductible. Ils sont très réactifs et peuvent s'arrêter et démarrer rapidement pour reproduire des événements à grande vitesse.

Les entraînements régénératifs sont souvent utilisés, de sorte que l'entraînement est capable de régénérer l'énergie électrique lorsque le moteur absorbe de l'énergie ou fournit une charge, renvoyant cette énergie à l'alimentation et réduisant les coûts d'exploitation.

Tous les variateurs utilisés dans ces applications doivent être optimisés pour une efficacité énergétique et une précision de contrôle élevée, avec une tension et un courant d'ondulation faibles. Une excellente réponse au couple est essentielle, car les variateurs sont souvent utilisés comme amplificateurs de couple, de sorte que le temps entre la référence de couple et le couple sur l'arbre moteur doit être minimisé - plus le couple réel suit de près la référence de couple, plus il est facile pour le système de contrôle à contrôler et donc meilleures sont les performances globales du banc d'essai.

Le dynamomètre de châssis

Les types les plus courants de banc d'essai automobile sont les bancs d'essai de châssis, les bancs d'essai de moteur et les bancs de transmission. Les essais sur dynamomètre de châssis utilisent généralement un entraînement et un moteur par essieu ou roue d'unité d'essai, selon le type d'essai effectué.

CP Engineering fabrique des systèmes d'essai de dynamomètres de moteur et de châssis, des systèmes d'essai de transmission et d'autres bancs d'essai pour l'industrie automobile. Elle a fourni des systèmes à de nombreuses entreprises leaders dans ce secteur, notamment Castrol, Cosworth Technology, Delphi et Shell.

L'interface analogique du système de contrôle et d'enregistrement de données "Cadet" basé sur Windows NT de CP est synchronisée avec le contrôle vectoriel en boucle fermée du variateur. Les systèmes de test nécessitent un contrôle et un traitement en temps réel synchronisés avec précision pour donner le même profil de charge/vitesse qu'un véhicule réel. La réponse de la boucle de régulation doit donc rester constante dans un temps de cycle donné – typiquement 3,25 ms. Le variateur doit également être capable de fonctionner en moteur pour simuler des conditions de dépassement.

Le logiciel de démarrage protège l'arbre d'entraînement. Lorsque le moteur démarre et accélère, le variateur passe à un couple nul pour simuler le ralenti du moteur. Apparemment, cela ne peut pas être fait avec des dynamomètres conventionnels et donne au CP un avantage concurrentiel.

Bancs d'essai de route roulante et de freinage

Ici, différents profils et pistes de test sont simulés et préprogrammés pour reproduire le plus fidèlement possible les résistances à la conduite, y compris le freinage, le démarrage ou la conduite dans les virages, le cross-country et le tout-terrain. Les fonctions internes et liées à la sécurité du véhicule telles que les systèmes de freinage antiblocage (ABS) et la direction assistée électrique (EPS) sont également testées. Grâce à une compensation à réponse rapide, des mesures hautement précises et reproductibles sont obtenues en tenant compte du frottement, des dépendances électriques et thermiques et des moments d'inertie sur l'ensemble du groupe motopropulseur.

Bancs d'essai moteur

Les systèmes d'entraînement sont utilisés dans les bancs d'essai de moteurs, à la fois dans les centres de développement et dans la fabrication de moteurs. Comme pour tout banc d'essai, la clé est de simuler avec précision les conditions de fonctionnement quotidiennes.

Il existe des exigences spécifiques pour l'évaluation de la qualité des moteurs à combustion et électriques, telles que différents modèles de test et vitesses, cycles de couple et de contre-couple, tests d'endurance ou charges à court terme.

Les convertisseurs de fréquence peuvent créer avec précision la courbe de couple requise, tout en recyclant l'énergie générée dans le moteur à combustion, épargnant ainsi l'alimentation électrique du secteur des courants de secteur sinusoïdaux.

Les ingénieurs de test peuvent également soumettre l'échantillon de test à des vitesses et des couples spécifiques qui exposent les résonances et les limites technologiques.

Bancs d'essai de transmission/boîte de vitesses

Ici, les impulsions de couple et les caractéristiques de fonctionnement d'un moteur à combustion interne sont appliquées à la transmission/boîte de vitesses testée. En mettant en réseau tous les variateurs de vitesse sur Ethernet en temps réel, la synchronisation nécessaire des circuits de contrôle du courant et de la vitesse de l'onduleur garantit que les résultats des tests reflètent les conditions réelles. Cela évite le besoin d'ajustements d'équilibrage indésirables dans le système de contrôle.

L'électronique de puissance sert d'entraînement d'entrée et de sortie pour une grande variété de types de transmission/boîte de vitesses. Quatre machines de charge remplacent le système roue/route et représentent le profil de conduite, tandis qu'un entraînement d'entrée simule le moteur à combustion interne.

Engine Torque Pulsation Simulation (ETPS) recrée le moteur à combustion interne sur un banc d'essai de développement. Pour répondre aux exigences élevées de ce type de banc d'essai, des moteurs synchrones à aimants permanents à faible inertie de masse et des moteurs asynchrones sont utilisés.

Matériel de test pour véhicules électriques

Les nouveaux développements nécessitent de nouvelles techniques de test. Le groupe motopropulseur des véhicules hybrides et électriques comprenant l'onduleur du véhicule, le moteur/moteur et la transmission/boîte de vitesses, peut être testé comme un système complet, le tout connecté dans une configuration de bus CC commun qui permet de régénérer la puissance (lors du freinage par exemple) remis en circulation.

Pour une puissance moteur installée donnée, cela signifie que la puissance nominale de l'onduleur connecté au réseau est minimisée, ce qui permet d'économiser du capital ainsi que des coûts énergétiques. Une caractéristique clé du système est que toutes les boucles de contrôle sont synchronisées, ce qui réduit considérablement le risque de résonances du système.