HBM eDrive | 助您实现混动测试台的极大简化

实时数据传输，所有均来自单一源
混合驱动意味着对试验台试验和测量设备的要求变得更加严格。如果采用不同的测量系统来满足这些要求，那么测试台将会变得极为复杂。即便是最复杂的测试台，HBM eDrive解决方案也可为其提供交钥匙测试和测量设备，所有设备都来自同一源，并可将数据实时传输到自动化系统中。


多年来，汽车测试台一直有着非常相似的设计。毕竟，测试对象总是一样的：包括内燃机，变速箱等。因此，所使用的测试和测量设备也非常相似。现在测试台重点主要是优化测试程序，缩短测试时间，引入带有实时现场总线的自动化控制系统。

图1：功率分离式混和驱动基本示意图


图2：达姆斯塔特内燃机研究所（VKM）混动试验台采用HBM试验和测量设备

熟悉的慢信号，如温度、压力、振动，但现在需要隔离
混动测试台中第一类信号是相当慢的变量，如压力、振动和温度。通常，这些用于确定试验台和试样的“一般状态”，以确保实际试验处于正确条件下。然而，由于技术或安全原因（逆变器产生的高压，有时高达1000V），需要对这些输入进行隔离，情况变得更加困难。例如，如果在辅助驱动的逆变器上直接测量温度，最好隔离这些温度通道。以确保变频器发生故障时不会损坏测量设备并保护工作人员。

机械功率变量，如扭矩、转角和转速—更高动态性

图3：空间矢量功率和MTPA等分析，需要从每个设定点测得的原始数据中获得

机械功率变量，如转速和扭矩，在混动测试台中也有更严格的要求。电机的转速更高，扭矩波动也在更高的频率范围内。这是由于电机极对与磁铁一起，不仅负责旋转运动，而且还负责扭矩波动。这是一个必须要记录的干扰信号，需要了解其对试样、试验台以及传动系本身的影响。在混动测试台中，动态性要求也更高。在内燃机试验台上，扭矩峰值仅由燃烧过程产生，其频率比扭矩脉动要低得多。当需要多次测量机械功率时，情况会变得更加复杂 — 例如必须单独分析内燃机和电动机产生的功率，必须使用两个扭矩法兰和两个转速测量系统。

旋转角度的测量是另外一种特殊情况。例如以后对电机的信号进行分析，生成磁通图或MTPA（每安培最大扭矩，图3）曲线，转子的位置对于数学分析至关重要。

电功率值和效率—最大的挑战
现在我们进入了一个全新的领域：电功率测量领域。功率分析仪通常用于这一目的，但对于高动态电机试验台来说，却出现了一系列问题。传统的功率分析仪测量周期相对较长，通常通过平均值来获得更高精度。缓慢的测量速率很多时候无法满足动态测量要求。大多数情况下无法连接现场总线系统。

另一个问题是：在大多数情况下，传统功率分析仪仅带有三个或四个功率通道。当面对五相或六相电机或其他复杂系统时，传统功率分析仪往往无法满足需求。

然而，最大的问题来自可追溯性问题。功率分析仪仅提供现成的计算结果，无法存储原始数据。因此，无法对测量链进行全面跟踪。校准功率分析仪通常是采用53 Hz的纯正弦信号校准的。但在混合驱动系统中，必须测量数千Hz的脉宽调制信号。其校准证书无法证明功率分析仪在这种情况下能够进行精确测量。

另一个被低估的问题是效率测量所需的同步性。如果我们打算将电功率输入与机械功率输出（即计算效率）进行比较，则需要在完全相同的测量窗口中获得这些功率的平均值。对于动态测量，甚至不同的采样率和输入滤波器也会对电气和机械信号产生影响，产生测量误差。

原始数据作为补救措施
原始数据的存储能彻底解决可追溯性的问题。除了功率测量以外，还可对原始数据以高分辨率方式存储，以便于将来提取并进行分析。对有功和无功功率以及机械功率值进行后续的更新计算，从而验证计算出的效率图。这种可验证性可以扩展到原始数据和传感器，而不仅仅是功率分析仪。当然，功率分析仪也可以存储原始数据，但往往单个设定点的记录和存储就需要10或20秒。因此，由于传统功率分析仪无法实时存储原始数据，进行特性图测量的测试序列将大大延长。

图4：机械量和电气量测量综合系统

原始数据存储、功率计算和结果传输—全部实时
为了克服上述所有问题，有必要采用新的方法，超越试验台试验、测量设备和功率分析仪的传统组合方式，并完美集成到测试台自动化系统中。需要一个能完成上述任务的单一系统，以便大大简化混动测试台的测试系统架构—这就是HBM eDrive测试系统。

HBM eDrive测试系统采用模块化结构，能同时同步记录所有必要的信号—包括电流和电压、机械变量（如振动或压力）和总线信号，作为一项特殊功能，其还可以测量绝缘输入高达1000 V的热电偶温度。

除了记录电流电压等电信号外，eDrive测试系统还可直接同时记录六个测量点的转速、扭矩和转角信号。（图4）基于实时半周波计算常用的功率参数，如有功功率、无功功率、lambda等。

触发功能可由自动化系统控制，实时存储在每个设定点的原始数据。原始数据存储在主机的硬盘上，不会加重自动化系统的负担（图5）。

另外，还同步记录了温度和CAN总线信号，因此可以对温度进行补偿，方便地分析阶跃函数响应（总线命令触发导致的扭矩快速阶跃）。

HBM eDrive测量系统由主机的Windows系统控制，尽管主机内部装有Linux操作系统。因此可以在存储原始数据的同时，实时转发计算结果。通过EtherCat总线（汽车行业标准），能以最大1 ms延迟将计算结果转发给自动化系统。由于可以同步实时分析，因此可替换传统的扭矩控制，而通过最大q电流（使用Park变换实时计算）对测试台进行控制，最大限度地减少驱动损耗。


图5: 可进行机械量、电气量和总线数据采集，并可实时连接到自动化系统中的混动测试台示意图

可轻松扩展为四轮驱动测试台或eCVT
HBM eDrive测量系统的最大优势在于向上扩展性。它不仅可以适应不同类型的输入信号，而且可以几乎无限制地扩展通道。例如我们需要测量一个六相电机，我们无需两台功率分析仪，只需要增加一个测量板卡即可完成。对于复杂应用，例如带内燃机，两个电机和四个扭矩轴的eCVT，通过一个系统即可完成。

结论：极大简化混动测试台
测试系统能为混动测试台系统集成商带来巨大的优势，能大幅简化测量策略。对于不同的信号和大量的通道，只需一个系统，而不需要多个测量系统。并可连接EtherCAT实时总线系统（目前在该领域是独一无二的），数据流非常容易集成到现有结构中。

对于用户来说，原始数据存储能为其带来巨大的好处，包括数据的可追溯性和进行扩展分析，例如测定d,q电流和MTPA图等。

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