Prüfstand für E-Bikes Gemäß neuer EPAC/EMC Norm Maturo GmbH entwickelt einen neuen modernen Rollenprüfstand für Prüfungen an E- Bike gemäß der neuen Norm EN 15194:2009 für EPACs (Electrically Power Assisted Cycles). Der Markt für E-Bikes hat sich mit der Einführung des neuen Standards drastisch verändert. Pedelecs (Fahrräder Elektromotorisch unterstütze Räder EPAC-Fahrräder) unterliegen von nun an gemäß dem neuen Sicherheitsstandard EN 15194 vergleichbaren EMV-Prüfanforderungen wie Autos, Motorräder und Mopeds. Hauptmerkmale: Abb.: E-Bike Prüfstand im Einsatz bei VDE Drei unabhängige Antriebe für Vorderrad-/Hinterrad- und Pedalantrieb Geschwindigkeit bis zu 40 km/h, Antriebsleistung bis zu 800 W Präzises Auslesen und Berechnung von Geschwindigkeit, Drehmoment, Leistung und Wirkungsgrad Messung elektromagnetischer Strahlung mit Last von 75% ± 10% nach CISPR 12 Prüfung elektromagnetische Störfestigkeit mit 90% Untersützungsgeschwindigkeit Technische Änderungen und Irrtümer vorbehalten da Verbesserungen und Anpassungen regelmäßig gemacht werden. Enthaltene Bilder dienen nur zur Illustration und zeigen nicht alle möglichen Konfigurationen. 1
Kurzbeschreibung Der E-Bike Prüfstand dient zur Prüfung von Fahrrädern mit elektromotorischer Fahrunterstützung EPAC hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Ein EPAC (electrically power assisted cycles EPAC Bicycles) bleibt ein Fahrrad ohne die Notwendigkeit einer strassenverkehrsrechtlichen Zulassung, wenn: - die motorische Unterstützungsgeschwindigkeit bis maximal 25 km/h wirksam ist - die motorische Unterstützung nur zuschaltet, wenn auch Pedalkraft / Pedalbewegung vorliegt - die Motorleistung maximal 250 W beträgt - der mögliche Modus einer Anfahrunterstützung, also auch Fahrt ohne Pedalbewegung, bis maximal 6 km/h wirksam ist. Wird eines dieser Kriterien überschritten, dann unterliegt das Fahrzeug den europäischen Genehmigungsanforderungen für den Straßenverkehr (Richtlinien 2002/24/EG und 97/24/EG) bzw. in Deutschland der Leichtmofa-Ausnahmeverordnung. Abb.: E-Bike Prüfstand im Einsatz bei SLG Prüf- und Zertifizierungs GmbH Emission, elektrisch: 10 db unter Limit nach CISPR 12 und CISPR 25 Frequenzbereich Messpunkt Störfestigkeit: Feldstärke Frequenzbereich 30 MHz 1 GHz 10 m Antennenabstand 200 V/m 10 khz 18 GHz 2
Technische Daten Zulässige Last Geschwindigkeit einstellbar Geschwindigkeitsregelung 100 kg 0 40 km/h +/- 0.1 km/h Achsabstand einstellbar von 0.7 bis 1.7 m Rollendurchmesser 70 mm Rollenbelag entsprechend Straßenbelag Rz 50 60µm Abmaße (L x B x H) 2380 x 1000 x 627 mm Gesamtgewicht ca. 170 kg Höhe der Rollen über Boden ca. 150 mm Justierbarer Rahmenhalter für E-Bikes aus Kunststoff Motoren Bürstenlose Synchron Servomotor Nennleistung je 800 W Dauerdrehmoment je 6.0 Nm Bremsleistungeinstellbar bis zu 800 W Steuerkabel Lichtwellenleiter Duplex Stromaufnahme max. 16 A Spannung 380-400V, 50/60 Hz, 3-phasig Betriebstemperatur +10 C bis +35 C Zubehör Interface zum NCD Controller 1.5 m Netzkabel Bedienungsanleitung Technische Anforderungen Die technischen Anforderungen sind in der Norm EN 15194: 2009 beschrieben und enthalten im Anhang C auch die EMV-Anforderungen an die EPAC s. - Messung der Störaussendung nach CISPR 12, mit Belastung - Prüfung Störfestigkeit gegen HF-Feld (nach ISO 11451-1 / -2) in der Betriebsart Bereitschaft, also ohne Pedalbewegung, im Stand bei 0 km/h - Prüfung der Störfestigkeit im Fahrbetrieb, also mit Freigabe des Motors über Bewegung oder Pedaldruck - Prüfung der Störfestigkeit in der Betriebsart Anfahrunterstützung für die mit diesem Modus ausgerüsteten Fahrzeuge, also ohne Pedalbewegung und mit Geschwindigkeitsregelung über Geschwindigkeitsregeleinrichtung / Hebel. Bei allen Betriebsarten muss der Prüfstand selbst gegen die Prüffeldstärke von 30 V/m störfest sein. Er darf keine eigenen hochfrequenten Störungen verursachen, die das Ergebnis beeinflussen könnten. Der Prüfstand ist transportabel, da er zu Nutzung in Absorberhallen vorgesehen ist. Der Prüfstand ruft, außerdem durch seine Konstruktion, keine wesentliche Beeinflussung der Prüfergebnisse hervor. 3
Mit dem neuen E-Bike Prüfstand können Vorgabegeschwindigkeiten für die Räder gewählt werden, sowie die Geschwindigkeit der Räder einzeln gemessen werden. Das erfolgt unabhängig davon, wie der Antrieb erfolgt Vorderradantrieb, Kurbelantrieb, Hinterradantrieb. Gleichzeitig dazu können durch Drehmomentvorgabe Berg- oder Talfahrten simuliert werden. Ein dritter Antrieb mit Adaptierung an die Tretkurbel des EPAC dient bei Bedarf zur Simulation der Tretbewegung. Bei zahlreichen Bikes wird diese Drehbewegung als Vorgabe für die Motorzuschaltung ausgewertet. Kriterium für die Störfestigkeitsprüfung ist die Einhaltung einer gleichbleibenden Geschwindigkeit auch bei Beeinflussung mit hochfrequenter Strahlung. Im Standby-Modus darf sich das Bike nicht zuschalten, die Geschwindigkeit muss also 0 km/h betragen. Der Controller des Prüfstandes gibt einen der Geschwindigkeit entsprechenden und skalierbaren Spannungswert aus. Somit ist eine Automatisierung des Prüfablaufes im EMV- Labor möglich, bei der die möglichen Reaktionen Geschwindigkeitsschwankungen - in Abhängigkeit von der Prüffrequenz aufgezeichnet werden können. Spannungsausgang: Die analoge Spannung kann in Abhängigkeit vom Betriebsmodus und Geschwindigkeit ausgegeben werden. Der Wert kann entweder mit einem Voltmeter oder einem Messempfänger gemessen werden. Technische Ausführung des Systems: - Einstellung der Rad- bzw. Achsabstände - Anpassung an Reifenbreite / Felgenbreite - Kalibrierung des Raddurchmessers - Adaptierung an die Tretkurbel bei abgezogenem Kurbelarm - Geschwindigkeitsregelung - Drehmomentregelung - Spannmöglichkeit des Bikes auf dem Prüfstand - Verfahrbar durch integrierte Rollen 4
Ansteuerung über Controller NCD Zur Ansteuerung des E-Bike Prüfstands wird der neu entwickelte Controller NCD verwendet. Der neu entwickelte Controller NCD kann bis zu 8 Geräte mit mehreren Bewegungsachsen ansteuern. Abb.: NCD mit Option Klappbügel Technische Daten Datenschnittstellen IEEE 488.2 (IEC-Bus) und Ethernet Übertragungsmedium Glasfaserkabel 1G50/125 (max. Länge 2000 m) Übertragungsrate Echtzeit 100MB (Fast Ethernet) Display 5.7 TFT Touch Screen-Display Kurzbeschreibung NCD - Bedienfreundliche, zeitsparende Funktionstasten Die Funktionstasten F1 bis F10 ermöglichen die Implementierung von individuellen, kundenspezifischen Programmabläufen zur bedienfreundlichen und zeiteinsparenden Bedienung und Betrieb. Die individuellen Programme können vom Benutzer durch eine Funktionstaste gespeichert und aufgerufen werden. - USB-Schnittstelle Updates können bequem über einen USB Stick implementiert werden Anschluss von PC-Maus und Tastatur möglich - Einfache Bedienung über Touchpanel Schnelle und zuverlässige Bedienung mittels Touchpanel Technologie Das Layout des Touchscreens kann nach Kundenwunsch angepasst werden - Messwertausgabe Der Controller verfügt über eine analoge Messwertausgabe zur externen Dokumentation 5
Betriebsarten: 1) Bestimmung des E-Bike Faktors: Das Übersetzungsverhältnis des Fahrrads muss für jeden Gang bei jedem Fahrrad bestimmt werden. Dieser Vorgang kann mit einem Knopfdruck gestartet werden und wird automatisch ausgeführt. 2) Modus 1: 75% der Nenndauerleistung: Bei diesem Modus wird ein Gegendrehmoment am Fahrrad angelegt. Der aktuelle Strombedarf am angetriebenen Rad kann während aktiviertem Hilfsantrieb bestimmt werden durch das gemessene Drehmoment und der Motorgeschwindigkeit. 6
3) Modus 2: Stillstandsüberwachung: Hauptkriterium für Tests der Elektromagnetischen Verträglichkeit. Die Geschwindigkeit des angetriebenen Rades wird bei einer Störfestigkeitsprüfung überwacht. Geringe Unterschiede der Geschwindigkeit, selbst bei langen Prüfzeiten, werden überwacht und durch ein Diagramm ausgelesen. 7
4) Modus 3: 90% im Anfahrunterstützungsmodus: Ähnlich wie bei Modus 2 nur im Bereich von 90% der Anfahrunterstützung. Anmerkung: Nicht jedes E-Bike hat die Funktion einer Anfahrunterstützung. 8
5) Mode 4: 90% der Untersützungsgeschwindigkeit: Der Hilfsantrieb unterstützt evtl. nur bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit. Dieser Modus ist ähnlich dem Modus 2 aber nur um den Einfluss der Geschwindigkeitsunterstützung zu überwachen. Die Geschwindigkeit der Geschwindigkeitsunterstützung wird bei einer Störfestigkeitsprüfung überwacht. Die Geschwindigkeitsunterstützung darf sich nicht erhöhen bzw. Darf nicht größer sein als die maximal erlaubte Geschwindigkeitsunterstützung 9
Datenaufzeichnung: Die Datenaufzeichnung kann bei jeder Betriebsart gestartet werden. Es können maximal 6000 Wertepaare gespeichert werden d.h. das alle Stromwerte 6000 mal gespeichert werden können. Das Zeitintervall der Daten kann zwischen 100 ms bis zu 1000 ms gewählt werden. Nach erfolgreicher Messung können die Messergebnisse auf einem USB-Stick als XML- Datei gespeichert werden. Der Dateiname beinhaltet Datum, Zeit und Betriebsart. Die Stromwerte des Prüfstands können wie folgt erfasst werden: - Drehmoment Vorderrad [Nm] - Drehmoment Hinterrad [Nm] - Drehmoment Pedal [Nm] - Geschwindigkeit Vorderrad [km/h] - Geschwindigkeit Hinterrad [km/h] - Geschwindigkeit Pedal [km/h] - Leistung Vorderrad [W] - Leistung Hinterrad [W] - Leistung Pedal [W] - Drehzahl Pedal [U/min] - Zeit [ms] 1) Einstellungen Datenaufzeichnung Im Menü System Settings unter Setting data recording kann die Aufzeichnungsrate geändert werden. Z.B. alle 100 ms alle Stromwerte werden gespeichert. 2) Bedienung Datenaufzeichnung Die Datenaufzeichnung kann bei jeder Betriebsart gestartet werden. Entweder mit oder Die Datenaufzeichnung kann jederzeit wieder gestoppt werden unabhängig von der Zeit. Entweder mit oder 10
Falls der Speicher der Datenaufzeichnung voll ist oder gestoppt wurde, können die gespeicherten Werte mit Copy xxx to USB auf einem USB-Stick gespeichert werden. Mit der Taste Delete können die Werte wieder gelöscht werden. Optional ist die o.g. Datenaufzeichnung auch mit den Funktionstasten F9 oder F10 des NCD Controllers möglich. 11
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