드라이브와 모터가 자동차 테스트 리그를 구동하는 방식

테스트 리그는 자동차 및 항공우주 산업에서 광범위하게 사용되며 다양한 차량을 테스트합니다. Andy Pye가 드라이브와 모터가 이러한 시스템 내에서 어떻게 사용되는지 살펴봅니다.

드라이브 시스템이 사용되는 자동차 산업의 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 자동차 및 오토바이 산업용 롤링 로드 테스트 스탠드
• 엔진 테스트 스탠드 – 전기 및 내연 엔진 생산용
• 자동차 및 기계 제조 산업 공급업체용 변속기/기어박스 테스트 스탠드
• 전기차 테스트 스탠드 – 차량 인버터에 전력을 공급하는 DC 공급 장치 포함

자동차 제조사들은 생산 라인에서 엔진을 무작위 추출하여 모든 주요 설계 요구사항과 파라미터를 충족하는지 확인하기 위해 엄격한 테스트를 수행합니다.

자동차 제조사와 1차 공급업체의 사내 테스트 외에도 자동차 테스트 리그는 전문 테스트 하우스에서도 사용됩니다. 예를 들어 Horiba Mira는 글로벌 자동차 산업에 테스트 엔지니어링 서비스를 제공하는 풍부한 경험을 가지고 있으며, 규정과 표준, 고객별 요구사항에 따른 테스트, 적절한 테스트 절차와 방법 개발을 수행합니다. 이 조직은 안전 연구소(충돌, 충격 시뮬레이션, 보행자), 차량 및 부품 환경 시설, 풀스케일 공기역학 풍동, 차량 및 부품 EMC(전자기 적합성), 부품 및 구조 테스트 랩을 포함하여 37개 주요 테스트 시설을 자랑합니다.

AC 가변 속도 드라이브는 테스트 리그 애플리케이션에 매우 적합합니다. 실제 조건을 고도로 동적이고 정확하며 선형적이고 반복 가능한 방식으로 시뮬레이션할 수 있기 때문입니다. 매우 반응이 빠르며 고속 이벤트를 복제하기 위해 빠르게 정지하고 시작할 수 있습니다.

회생 드라이브가 자주 사용되어, 모터가 에너지를 흡수하거나 부하를 제공할 때 전기 전력을 재생하여 공급망으로 되돌려 보내 운영 비용을 절감합니다.

이러한 애플리케이션에 사용되는 모든 드라이브는 에너지 효율과 높은 제어 정밀도, 낮은 리플 전압과 전류에 최적화되어야 합니다. 탁월한 토크 응답이 필수적인데, 드라이브가 토크 증폭기로 자주 사용되므로 토크 레퍼런스에서 모터 샤프트 토크까지의 시간을 최소화해야 합니다. 실제 토크가 토크 레퍼런스를 더 정확히 따를수록 제어 시스템이 제어하기 쉽고 전체 테스트 리그 성능이 향상됩니다.

섀시 다이나모미터

가장 일반적인 자동차 테스트 리그 유형은 섀시 다이나모미터, 엔진 다이나모미터, 변속기 리그입니다. 섀시 다이나모미터 테스트는 일반적으로 테스트 유닛 액슬 또는 휠당 하나의 드라이브와 모터를 사용하며, 수행되는 테스트 유형에 따라 다릅니다.

CP Engineering은 자동차 산업용 엔진 및 섀시 다이나모미터 테스트 시스템, 변속기 테스트 시스템, 기타 테스트 리그를 제조합니다. Castrol, Cosworth Technology, Delphi, Shell 등 이 분야 선도 기업들에 시스템을 공급했습니다.

CP의 Windows NT 기반 'Cadet' 제어 및 데이터 로깅 시스템의 아날로그 인터페이스는 드라이브의 폐루프 벡터 제어와 동기화됩니다. 테스트 시스템은 실제 차량과 동일한 부하/속도 프로파일을 제공하기 위해 정확히 동기화된 실시간 제어와 처리를 요구합니다. 제어 루프 응답은 주어진 사이클 타임(보통 3.25ms) 내에서 일관되게 유지되어야 합니다. 드라이브는 오버런 조건을 시뮬레이션하기 위해 모터링 동작도 가능해야 합니다.

크랭킹 소프트웨어는 드라이브 샤프트를 보호합니다. 엔진이 점화되고 가속하면 드라이브는 엔진 공회전을 시뮬레이션하기 위해 제로 토크로 전환합니다. 분명히 이는 기존 다이나모미터로는 불가능하며 CP에 경쟁 우위를 제공합니다.

롤링 로드 및 브레이크 테스트 스탠드

여기서는 다양한 테스트 프로파일과 트랙이 시뮬레이션되고 사전 프로그래밍되어 제동, 시동, 커브 주행, 크로스컨트리, 오프로드 등 주행 저항을 가능한 한 현실적으로 재현합니다. ABS(잠금 방지 브레이크 시스템) 및 EPS(전동 파워 스티어링) 같은 내부 및 안전 관련 차량 기능도 테스트됩니다. 마찰, 전기적 및 열적 의존성, 전체 파워트레인의 관성 모멘트를 고려한 빠른 응답 보상을 통해 고도로 정확하고 재현 가능한 측정을 얻습니다.

엔진 테스트 스탠드

드라이브 시스템은 개발 센터와 모터 제조 모두에서 엔진 테스트 스탠드에 사용됩니다. 모든 테스트 스탠드와 마찬가지로 핵심은 일상 운전 조건을 정확하게 시뮬레이션하는 것입니다.

내연 및 전기 엔진 품질 평가를 위한 특정 요구사항이 있습니다: 다양한 테스트 패턴과 속도, 토크 및 카운터 토크 사이클, 내구 테스트, 단기 부하 등.

주파수 변환기는 정현파 메인즈 전류로부터 전기 메인즈를 보호하면서 필요한 토크 커브를 정확하게 생성하고, 내연 엔진에서 생성된 에너지를 재활용할 수 있습니다.

테스트 엔지니어는 테스트 샘플을 공명과 기술적 한계를 노출하는 특정 속도와 토크에 노출시킬 수도 있습니다.

변속기/기어박스 테스트 스탠드

여기서는 테스트 중인 변속기/기어박스에 내연 엔진의 토크 펄세이션과 운전 특성이 적용됩니다. 모든 드라이브 컨트롤러를 실시간 이더넷으로 네트워킹하여 인버터 전류와 속도 제어 회로의 필요한 동기화를 보장함으로써 테스트 결과가 실제 조건을 반영하도록 합니다. 이는 제어 시스템에서 원치 않는 밸런싱 조정을 피합니다.

파워 일렉트로닉스는 다양한 변속기/기어박스 유형에 대한 입력 및 출력 드라이브 역할을 합니다. 4개 부하 기계가 휠/로드 시스템을 대체하고 주행 프로파일을 나타내며, 입력 드라이브가 내연 엔진을 시뮬레이션합니다.

엔진 토크 펄세이션 시뮬레이션(ETPS)은 개발 테스트 스탠드에서 내연 엔진을 재현합니다. 이 유형 테스트 스탠드의 높은 요구사항을 충족하기 위해 저관성 영구 자석 동기 모터와 비동기 모터가 사용됩니다.

전기차 테스트 장비

새로운 개발에는 새로운 테스트 기술이 필요합니다. 하이브리드 및 전기 구동 차량의 파워트레인(차량 인버터, 모터/엔진, 변속기/기어박스)은 완전한 시스템으로 테스트할 수 있으며, 모두 공통 DC 버스 구성으로 연결되어 회생 전력(예: 제동 시)을 재순환시킬 수 있습니다.

주어진 설치 모터 전력에 대해 이는 그리드 연결 인버터의 전력 정격을 최소화하여 자본 및 에너지 비용을 절약합니다. 시스템의 핵심 특징은 모든 제어 루프가 동기화되어 시스템 공명 위험을 크게 줄인다는 점입니다.