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HBM eDrive | 助您實(shí)現(xiàn)混動(dòng)測(cè)試臺(tái)的極大簡(jiǎn)化

2022-03-23 14:52:41·  來源：HBM測(cè)試與測(cè)量  
　
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，所有均來自單一源混合驅(qū)動(dòng)意味著對(duì)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和測(cè)量設(shè)備的要求變得更加嚴(yán)格。如果采用不同的測(cè)量系統(tǒng)來滿足這些要求，那么測(cè)試臺(tái)將會(huì)變得極為復(fù)雜
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，所有均來自單一源
混合驅(qū)動(dòng)意味著對(duì)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和測(cè)量設(shè)備的要求變得更加嚴(yán)格。如果采用不同的測(cè)量系統(tǒng)來滿足這些要求，那么測(cè)試臺(tái)將會(huì)變得極為復(fù)雜。即便是最復(fù)雜的測(cè)試臺(tái)，HBM eDrive解決方案也可為其提供交鑰匙測(cè)試和測(cè)量設(shè)備，所有設(shè)備都來自同一源，并可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)阶詣?dòng)化系統(tǒng)中。
多年來，汽車測(cè)試臺(tái)一直有著非常相似的設(shè)計(jì)。畢竟，測(cè)試對(duì)象總是一樣的：包括內(nèi)燃機(jī)，變速箱等。因此，所使用的測(cè)試和測(cè)量設(shè)備也非常相似?，F(xiàn)在測(cè)試臺(tái)重點(diǎn)主要是優(yōu)化測(cè)試程序，縮短測(cè)試時(shí)間，引入帶有實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
圖1 功率分離式混和驅(qū)動(dòng)基本示意圖
圖2 達(dá)姆斯塔特內(nèi)燃機(jī)研究所（VKM）混動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)采用HBM試驗(yàn)和測(cè)量設(shè)備
熟悉的慢信號(hào)，如溫度、壓力、振動(dòng)，但現(xiàn)在需要隔離
混動(dòng)測(cè)試臺(tái)中第一類信號(hào)是相當(dāng)慢的變量，如壓力、振動(dòng)和溫度。通常，這些用于確定試驗(yàn)臺(tái)和試樣的“一般狀態(tài)”，以確保實(shí)際試驗(yàn)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(shí)高達(dá)1000V），需要對(duì)這些輸入進(jìn)行隔離，情況變得更加困難。例如，如果在輔助驅(qū)動(dòng)的逆變器上直接測(cè)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(shí)不會(huì)損壞測(cè)量設(shè)備并保護(hù)工作人員。
機(jī)械功率變量，如扭矩、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速—更高動(dòng)態(tài)性
圖3 空間矢量功率和MTPA等分析，需要從每個(gè)設(shè)定點(diǎn)測(cè)得的原始數(shù)據(jù)中獲得
機(jī)械功率變量，如轉(zhuǎn)速和扭矩，在混動(dòng)測(cè)試臺(tái)中也有更嚴(yán)格的要求。電機(jī)的轉(zhuǎn)速更高，扭矩波動(dòng)也在更高的頻率范圍內(nèi)。這是由于電機(jī)極對(duì)與磁鐵一起，不僅負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且還負(fù)責(zé)扭矩波動(dòng)。這是一個(gè)必須要記錄的干擾信號(hào)，需要了解其對(duì)試樣、試驗(yàn)臺(tái)以及傳動(dòng)系本身的影響。在混動(dòng)測(cè)試臺(tái)中，動(dòng)態(tài)性要求也更高。在內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上，扭矩峰值僅由燃燒過程產(chǎn)生，其頻率比扭矩脈動(dòng)要低得多。當(dāng)需要多次測(cè)量機(jī)械功率時(shí)，情況會(huì)變得更加復(fù)雜 — 例如必須單獨(dú)分析內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率，必須使用兩個(gè)扭矩法蘭和兩個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。
旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量是另外一種特殊情況。例如以后對(duì)電機(jī)的信號(hào)進(jìn)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(duì)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(jìn)入了一個(gè)全新的領(lǐng)域：電功率測(cè)量領(lǐng)域。功率分析儀通常用于這一目的，但對(duì)于高動(dòng)態(tài)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)來說，卻出現(xiàn)了一系列問題。傳統(tǒng)的功率分析儀測(cè)量周期相對(duì)較長(zhǎng)，通常通過平均值來獲得更高精度。緩慢的測(cè)量速率很多時(shí)候無法滿足動(dòng)態(tài)測(cè)量要求。大多數(shù)情況下無法連接現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。
另一個(gè)問題是，在大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)功率分析儀僅帶有三個(gè)或四個(gè)功率通道。當(dāng)面對(duì)五相或六相電機(jī)或其他復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，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(jì)算結(jié)果，無法存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)。因此，無法對(duì)測(cè)量鏈進(jìn)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(hào)校準(zhǔn)的。但在混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，必須測(cè)量數(shù)千Hz的脈寬調(diào)制信號(hào)。其校準(zhǔn)證書無法證明功率分析儀在這種情況下能夠進(jìn)行精確測(cè)量。
另一個(gè)被低估的問題是效率測(cè)量所需的同步性。如果我們打算將電功率輸入與機(jī)械功率輸出（即計(jì)算效率）進(jìn)行比較，則需要在完全相同的測(cè)量窗口中獲得這些功率的平均值。對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)量，甚至不同的采樣率和輸入濾波器也會(huì)對(duì)電氣和機(jī)械信號(hào)產(chǎn)生影響，產(chǎn)生測(cè)量誤差。
原始數(shù)據(jù)作為補(bǔ)救措施
原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能徹底解決可追溯性的問題。除了功率測(cè)量以外，還可對(duì)原始數(shù)據(jù)以高分辨率方式存儲(chǔ)，以便于將來提取并進(jìn)行分析。對(duì)有功和無功功率以及機(jī)械功率值進(jìn)行后續(xù)的更新計(jì)算，從而驗(yàn)證計(jì)算出的效率圖。這種可驗(yàn)證性可以擴(kuò)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(chǔ)原始數(shù)據(jù)，但往往單個(gè)設(shè)定點(diǎn)的記錄和存儲(chǔ)就需要10或20秒。因此，由于傳統(tǒng)功率分析儀無法實(shí)時(shí)存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行特性圖測(cè)量的測(cè)試序列將大大延長(zhǎng)。
圖4：機(jī)械量和電氣量測(cè)量綜合系統(tǒng)
原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、功率計(jì)算和結(jié)果傳輸—全部實(shí)時(shí)
為了克服上述所有問題，有必要采用新的方法，超越試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)、測(cè)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(cè)試臺(tái)自動(dòng)化系統(tǒng)中。需要一個(gè)能完成上述任務(wù)的單一系統(tǒng)，以便大大簡(jiǎn)化混動(dòng)測(cè)試臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)—這就是HBM eDrive測(cè)試系統(tǒng)。
HBM eDrive測(cè)試系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，能同時(shí)同步記錄所有必要的信號(hào)—包括電流和電壓、機(jī)械變量（如振動(dòng)或壓力）和總線信號(hào)，作為一項(xiàng)特殊功能，其還可以測(cè)量絕緣輸入高達(dá)1000 V的熱電偶溫度。
除了記錄電流電壓等電信號(hào)外，eDrive測(cè)試系統(tǒng)還可直接同時(shí)記錄六個(gè)測(cè)量點(diǎn)的轉(zhuǎn)速、扭矩和轉(zhuǎn)角信號(hào)。（圖4）基于實(shí)時(shí)半周波計(jì)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(dòng)化系統(tǒng)控制，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在每個(gè)設(shè)定點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主機(jī)的硬盤上，不會(huì)加重自動(dòng)化系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)（圖5）。另外，還同步記錄了溫度和CAN總線信號(hào)，因此可以對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)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(cè)量系統(tǒng)由主機(jī)的Windows系統(tǒng)控制，盡管主機(jī)內(nèi)部裝有Linux操作系統(tǒng)。因此可以在存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)的同時(shí)，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)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(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給自動(dòng)化系統(tǒng)。由于可以同步實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)計(jì)算）對(duì)測(cè)試臺(tái)進(jìn)行控制，最大限度地減少驅(qū)動(dòng)損耗。
圖5 可進(jìn)行機(jī)械量、電氣量和總線數(shù)據(jù)采集，并可實(shí)時(shí)連接到自動(dòng)化系統(tǒng)中的混動(dòng)測(cè)試臺(tái)示意圖

可輕松擴(kuò)展為四輪驅(qū)動(dòng)測(cè)試臺(tái)或eCVT

HBM eDrive測(cè)量系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于向上擴(kuò)展性。它不僅可以適應(yīng)不同類型的輸入信號(hào)，而且可以幾乎無限制地?cái)U(kuò)展通道。例如我們需要測(cè)量一個(gè)六相電機(jī)，我們無需兩臺(tái)功率分析儀，只需要增加一個(gè)測(cè)量板卡即可完成。對(duì)于復(fù)雜應(yīng)用，例如帶內(nèi)燃機(jī)，兩個(gè)電機(jī)和四個(gè)扭矩軸的eCVT，通過一個(gè)系統(tǒng)即可完成。

結(jié)論：極大簡(jiǎn)化混動(dòng)測(cè)試臺(tái)


測(cè)試系統(tǒng)能為混動(dòng)測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)集成商帶來巨大的優(yōu)勢(shì)，能大幅簡(jiǎn)化測(cè)量策略。對(duì)于不同的信號(hào)和大量的通道，只需一個(gè)系統(tǒng)，而不需要多個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。并可連接EtherCAT實(shí)時(shí)總線系統(tǒng)（目前在該領(lǐng)域是獨(dú)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(duì)于用戶來說，原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能為其帶來巨大的好處，包括數(shù)據(jù)的可追溯性和進(jìn)行擴(kuò)展分析，例如測(cè)定d,q電流和MTPA圖等。
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