Измерение крутящего момента в электромобиле

У России может быть свой путь

Технологическая революция ускоряет свой темп, оставляя некоторые технические направления на обочине и давая зеленый сигнал другим технологиям.

Электромобили в нашей стране не в числе приоритетных направлений, и этому есть объяснение. В отличие от стран Евросоюза с их густой сетью дорог и электрических сетей вопрос о размещении электрических "заправок" на огромной территории превращается в серьезную проблему. Еще одним тормозом является неразвитость промышленности производства аккумуляторов и их утилизации. Кроме того обладание практически неограниченными углеводородными ресурсами стимулирует альтернативный путь развития автомобильной промышленности. Это создание двигателей внутреннего сгорания с высоким КПД, в которых реализованы последние достижения в области оптимизации подготовки топливной смеси, её подачи в камеру сгорания и создания условий для её сгорания по оптимальной временной программе с последующей фазой холостого хода для удаления продуктов сгорания. Экспериментальные ДВС демонстрируют уже сегодня эффективность преобразования тепловой энергии в механическую хоть и уступающую электродвигателям, но не настолько, чтобы отказаться от ДВС вообще.

Что же касается мегаполисов и просто больших городов, то здесь электромобили и у нас будут доминировать, но вовсе не из-за их высокой эффективности, а в силу все более жестких экологических требований, предъявляемых к уличному транспорту.

Особенности электропривода

Электродвигатели в отличие от ДВС отличаются гораздо меньшим уровнем вибраций и шума, источником которых в ДВС является система поршней и цилиндров с коленчатым валом, неравномерность во времени сгорания топливной смеси. Эти неравномерности лишь частично нивелируются маховиком. Но это не делает задачи измерения крутящего момента электрических двигателей автомобиля более легкими.

Постепенный сдвиг стратегии автомобилестроения от двигателя внутреннего сгорания к электродвигателю оказывает влияние и на технологии измерения на испытательном стенде, что станет все более заметным в ближайшем будущем. По сравнению с классическими двигателями внутреннего сгорания системы электропривода имеют значительно более высокую удельную мощность благодаря своим меньшим размерам и меньшему весу. Тепловые потери электродвигателей сократились до 10 процентов, и более 90 процентов электрической энергии преобразуется в механическую энергию. Кроме того, электроприводы в транспортных средствах работают на значительно более высоких скоростях вращения, что делает испытательные стенды двигателей электромобилей более сложными системами применительно к измерению крутящего момента. Это накладывает дополнительные требования к комплектующим таких испытательных стендов как в части скорости, так и в части специальных интерфейсов.

Испытательные стенды также должны измениться

Последнее поколение датчиков/преобразователей крутящего момента Magtrol наряду с повышенной номинальной скоростью вращения до 45000 об/мин комплектуется интерфейсами RS-232, IEEE-488, USB, Ethernet. Они становятся более подходящими для динамических применений, и существенно облегчается интеграция датчиков измерения крутящего момента и скорости вращения в системы автоматизации, мониторинга и управления более высокого уровня.

Усугубляемое увеличенной скоростью вращения валов, динамическое поведение электроприводов предъявляет повышенные требования к развитию концепций инфраструктуры стенда испытаний электрических двигателей электромобилей. Вопрос снижения моментов инерции как двигателей, так и имитаторов нагрузки занимает важное место в перечне первоочередных целей разработчиков и испытателей. Оптимизация электроприводов предъявляет дополнительные требования и к измерительным системам. Ввиду высокой эффективности преобразования энергии (более 90%), в отличие от ситуации с двигателями внутреннего сгорания, к точности измерительного оборудования должны предъявляться повышенные требования, позволяющие обнаруживать различия между сопоставляемыми вариантами.

Прогноз на ближайшее будущее

В целом растущая приверженность к экологически чистым технологиям и тенденция к повышению надежности будут стимулировать развитие транспорта на электрической тяге. Датчики крутящего момента на основе тензометрических чувствительных элементов будут продолжать играть важную роль в будущем и станут неотъемлемой частью процесса оптимизации компонентов машин и транспортных средств.

Концепция целостности измерения. Рассматриваемый процесс оптимизации ориентирован на получение и анализ не только механического крутящего момента, но также многих других механических и электрических характеристик, которые должны быть измерены и оптимизированы при разработке электрифицированных приводов. В связи с этим возрастает роль многоканальных систем сбора и обработки данных с датчиков тестирования электрических инверторов и машин: они получают физические сигналы (например, крутящий момент), электрические сигналы (ток и напряжение) и, возможно, сигналы бортовой цифровой шины (CAN) одновременно, что позволяет рассчитывать и анализировать данные в реальном времени. Система сбора данных, например, CRONOSflex предоставляет нам целостную систему на базе одного модуля сбора и обработки, которая позволяет анализировать работу электрического двигателя под нагрузкой (тормоза Magtrol) и отслеживать изменения работоспособности электропривода с высочайшей точностью.

Учитывая специфику нашей страны, можно предположить, что междугородные пассажирские и грузовые перевозки в нашей стране еще долго будут осуществляться транспортными средствами на двигателях внутреннего сгорания, если только пути движения этого транспорта не будут проходить через территории экологического туризма и заповедники.