實時數(shù)據(jù)傳輸，所有均來自單一源
混合驅(qū)動意味著對試驗臺試驗和測量設(shè)備的要求變得更加嚴(yán)格。如果采用不同的測量系統(tǒng)來滿足這些要求，那么測試臺將會變得極為復(fù)雜。即便是最復(fù)雜的測試臺，HBM eDrive解決方案也可為其提供交鑰匙測試和測量設(shè)備，所有設(shè)備都來自同一源，并可將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)阶詣踊到y(tǒng)中。


多年來，汽車測試臺一直有著非常相似的設(shè)計。畢竟，測試對象總是一樣的：包括內(nèi)燃機，變速箱等。因此，所使用的測試和測量設(shè)備也非常相似?，F(xiàn)在測試臺重點主要是優(yōu)化測試程序，縮短測試時間，引入帶有實時現(xiàn)場總線的自動化控制系統(tǒng)。

圖1：功率分離式混和驅(qū)動基本示意圖


圖2：達姆斯塔特內(nèi)燃機研究所（VKM）混動試驗臺采用HBM試驗和測量設(shè)備

熟悉的慢信號，如溫度、壓力、振動，但現(xiàn)在需要隔離
混動測試臺中第一類信號是相當(dāng)慢的變量，如壓力、振動和溫度。通常，這些用于確定試驗臺和試樣的“一般狀態(tài)”，以確保實際試驗處于正確條件下。然而，由于技術(shù)或安全原因（逆變器產(chǎn)生的高壓，有時高達1000V），需要對這些輸入進行隔離，情況變得更加困難。例如，如果在輔助驅(qū)動的逆變器上直接測量溫度，最好隔離這些溫度通道。以確保變頻器發(fā)生故障時不會損壞測量設(shè)備并保護工作人員。

機械功率變量，如扭矩、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速—更高動態(tài)性

圖3：空間矢量功率和MTPA等分析，需要從每個設(shè)定點測得的原始數(shù)據(jù)中獲得

機械功率變量，如轉(zhuǎn)速和扭矩，在混動測試臺中也有更嚴(yán)格的要求。電機的轉(zhuǎn)速更高，扭矩波動也在更高的頻率范圍內(nèi)。這是由于電機極對與磁鐵一起，不僅負責(zé)旋轉(zhuǎn)運動，而且還負責(zé)扭矩波動。這是一個必須要記錄的干擾信號，需要了解其對試樣、試驗臺以及傳動系本身的影響。在混動測試臺中，動態(tài)性要求也更高。在內(nèi)燃機試驗臺上，扭矩峰值僅由燃燒過程產(chǎn)生，其頻率比扭矩脈動要低得多。當(dāng)需要多次測量機械功率時，情況會變得更加復(fù)雜 — 例如必須單獨分析內(nèi)燃機和電動機產(chǎn)生的功率，必須使用兩個扭矩法蘭和兩個轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。

旋轉(zhuǎn)角度的測量是另外一種特殊情況。例如以后對電機的信號進行分析，生成磁通圖或MTPA（每安培最大扭矩，圖3）曲線，轉(zhuǎn)子的位置對于數(shù)學(xué)分析至關(guān)重要。

電功率值和效率—最大的挑戰(zhàn)
現(xiàn)在我們進入了一個全新的領(lǐng)域：電功率測量領(lǐng)域。功率分析儀通常用于這一目的，但對于高動態(tài)電機試驗臺來說，卻出現(xiàn)了一系列問題。傳統(tǒng)的功率分析儀測量周期相對較長，通常通過平均值來獲得更高精度。緩慢的測量速率很多時候無法滿足動態(tài)測量要求。大多數(shù)情況下無法連接現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

另一個問題是：在大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)功率分析儀僅帶有三個或四個功率通道。當(dāng)面對五相或六相電機或其他復(fù)雜系統(tǒng)時，傳統(tǒng)功率分析儀往往無法滿足需求。

然而，最大的問題來自可追溯性問題。功率分析儀僅提供現(xiàn)成的計算結(jié)果，無法存儲原始數(shù)據(jù)。因此，無法對測量鏈進行全面跟蹤。校準(zhǔn)功率分析儀通常是采用53 Hz的純正弦信號校準(zhǔn)的。但在混合驅(qū)動系統(tǒng)中，必須測量數(shù)千Hz的脈寬調(diào)制信號。其校準(zhǔn)證書無法證明功率分析儀在這種情況下能夠進行精確測量。

另一個被低估的問題是效率測量所需的同步性。如果我們打算將電功率輸入與機械功率輸出（即計算效率）進行比較，則需要在完全相同的測量窗口中獲得這些功率的平均值。對于動態(tài)測量，甚至不同的采樣率和輸入濾波器也會對電氣和機械信號產(chǎn)生影響，產(chǎn)生測量誤差。

原始數(shù)據(jù)作為補救措施
原始數(shù)據(jù)的存儲能徹底解決可追溯性的問題。除了功率測量以外，還可對原始數(shù)據(jù)以高分辨率方式存儲，以便于將來提取并進行分析。對有功和無功功率以及機械功率值進行后續(xù)的更新計算，從而驗證計算出的效率圖。這種可驗證性可以擴展到原始數(shù)據(jù)和傳感器，而不僅僅是功率分析儀。當(dāng)然，功率分析儀也可以存儲原始數(shù)據(jù)，但往往單個設(shè)定點的記錄和存儲就需要10或20秒。因此，由于傳統(tǒng)功率分析儀無法實時存儲原始數(shù)據(jù)，進行特性圖測量的測試序列將大大延長。

圖4：機械量和電氣量測量綜合系統(tǒng)

原始數(shù)據(jù)存儲、功率計算和結(jié)果傳輸—全部實時
為了克服上述所有問題，有必要采用新的方法，超越試驗臺試驗、測量設(shè)備和功率分析儀的傳統(tǒng)組合方式，并完美集成到測試臺自動化系統(tǒng)中。需要一個能完成上述任務(wù)的單一系統(tǒng)，以便大大簡化混動測試臺的測試系統(tǒng)架構(gòu)—這就是HBM eDrive測試系統(tǒng)。

HBM eDrive測試系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，能同時同步記錄所有必要的信號—包括電流和電壓、機械變量（如振動或壓力）和總線信號，作為一項特殊功能，其還可以測量絕緣輸入高達1000 V的熱電偶溫度。

除了記錄電流電壓等電信號外，eDrive測試系統(tǒng)還可直接同時記錄六個測量點的轉(zhuǎn)速、扭矩和轉(zhuǎn)角信號。（圖4）基于實時半周波計算常用的功率參數(shù)，如有功功率、無功功率、lambda等。

觸發(fā)功能可由自動化系統(tǒng)控制，實時存儲在每個設(shè)定點的原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)存儲在主機的硬盤上，不會加重自動化系統(tǒng)的負擔(dān)（圖5）。

另外，還同步記錄了溫度和CAN總線信號，因此可以對溫度進行補償，方便地分析階躍函數(shù)響應(yīng)（總線命令觸發(fā)導(dǎo)致的扭矩快速階躍）。

HBM eDrive測量系統(tǒng)由主機的Windows系統(tǒng)控制，盡管主機內(nèi)部裝有Linux操作系統(tǒng)。因此可以在存儲原始數(shù)據(jù)的同時，實時轉(zhuǎn)發(fā)計算結(jié)果。通過EtherCat總線（汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），能以最大1 ms延遲將計算結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給自動化系統(tǒng)。由于可以同步實時分析，因此可替換傳統(tǒng)的扭矩控制，而通過最大q電流（使用Park變換實時計算）對測試臺進行控制，最大限度地減少驅(qū)動損耗。


圖5: 可進行機械量、電氣量和總線數(shù)據(jù)采集，并可實時連接到自動化系統(tǒng)中的混動測試臺示意圖

可輕松擴展為四輪驅(qū)動測試臺或eCVT
HBM eDrive測量系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于向上擴展性。它不僅可以適應(yīng)不同類型的輸入信號，而且可以幾乎無限制地擴展通道。例如我們需要測量一個六相電機，我們無需兩臺功率分析儀，只需要增加一個測量板卡即可完成。對于復(fù)雜應(yīng)用，例如帶內(nèi)燃機，兩個電機和四個扭矩軸的eCVT，通過一個系統(tǒng)即可完成。

結(jié)論：極大簡化混動測試臺
測試系統(tǒng)能為混動測試臺系統(tǒng)集成商帶來巨大的優(yōu)勢，能大幅簡化測量策略。對于不同的信號和大量的通道，只需一個系統(tǒng)，而不需要多個測量系統(tǒng)。并可連接EtherCAT實時總線系統(tǒng)（目前在該領(lǐng)域是獨一無二的），數(shù)據(jù)流非常容易集成到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中。

對于用戶來說，原始數(shù)據(jù)存儲能為其帶來巨大的好處，包括數(shù)據(jù)的可追溯性和進行擴展分析，例如測定d,q電流和MTPA圖等。

您還可以通過如下方式聯(lián)系我們，了解更多產(chǎn)品與應(yīng)用詳情：
郵箱：hbmchina@hbm.com.cn
網(wǎng)址：www.hbm.com
免費熱線電話：400-900-3165（周一至周五9:00-18:00）