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动力总成台架简介
2019-09-07 21:50:55· 来源：联合电子
在动力总成相关零部件和控制器研发的过程中，我们常常遇到以下典型问题：一些创新性的想法，没有条件在整车上实现，仿真精确度又不够，无法被快速实现并验证。零
在动力总成相关零部件和控制器研发的过程中，我们常常遇到以下典型问题：
- 一些创新性的想法，没有条件在整车上实现，仿真精确度又不够，无法被快速实现并验证。- 零部件和相关的控制器已经准备好了，但是整车没有准备好，导致相关研发工作停滞。
- 很多复杂的功能在整车上匹配和标定困难，比如发动机冷起动过程，变速箱换挡过程，混合动力模式切换过程，驾驶循环油耗和排放优化等，需要耗费大量的人力和时间。
- 一些极端工况、失效模式下的功能在成熟度不够的时候，在整车上进行测试面临测试人员和样件/样车的安全问题。
- 在整车上进行控制策略的匹配和标定，由于很多外部条件（如道路和环境状态）不可控，运行工况的可重复性差等原因，常常效率不高。
面对这些问题，我们应该如何解决呢？动力总成台架（见图1）就是解决这些问题的途径之一。
图1 动力总成台架
1、什么是动力总成台架
所有的测试都是让被测件处于一定的外部环境中，考察被测件与该环境交互过程中的表现。该环境可以是完全真实的，可以是完全模拟的，也可以是部分真实，部分模拟的。在没有真实整车，但拥有真实动力总成部件的情况下，通过模拟打造接近真实的动力总成运行环境，测试动力总成在其中的表现，就是动力总成台架的任务。因此，动力总成台架就是提供模拟的动力总成运行环境的试验场所。
具体地，如图2所示，人-车-路是一个完整的车辆运行的闭环系统（不考虑自动驾驶），被测件为真实的动力总成部件（车辆的一部分），被测件的外部环境，即人、路、车辆除动力总成以外的部分（悬挂等与动力总成测试相关性不大的部件不在此闭环系统中）由动力总成台架实现。由此，动力总成台架也可以叫做动力总成在环测试系统（Powertrain in the Loop）。如果这里的部件是发动机，则可以叫做发动机在环测试系统（Engine in the Loop）；如果这里的部件是变速箱，则可以叫作变速箱在环测试系统（Transmission in the Loop）。
图2 动力总成在环（Powertrain in-the-loop）
那么动力总成台架如何解决文章开始时提到的问题呢？
首先，该测试系统将人、路和车辆中除被测试对象（动力总成）以外的部件通过模拟实现，可以快速、精确地控制动力总成所处的运行环境，具体地：
- 输入测功机，输出测功机的扭矩/转速控制特性好，可以快速精确地跟踪扭矩/转速命令，模拟发动机扭矩和车轮端负载扭矩。- 直流电源的电压/电流控制特性好，可以快速精确地跟踪电压/电流命令，模拟真实电池的特性。
- 发动机模型、电池模型、车辆和道路模型等参数可设置，可以模拟不同发动机和电池，模拟不同的车辆和道路，且各种初始状态可控。
- 发动机进气温度、冷却液温度，变速箱机油温度，电机冷却液温度等，可通过温控设备精确控制。
此外，通过油耗仪、排放测量设备及功率分析仪等实时、精确的测试仪器，可以实时监控动力总成的运行状态，全面地分析动力总成的性能。
因此，动力总成开发过程中，上文提到的没有整车就不能进行有效的测试和验证，以及整车测试时可控性和可重复性差等问题，都可以得到很好的解决。
2、主要应用
联合电子动力总成台架的主要应用，包括：
- 整车控制器(VCU)、发动机控制器(ECU)、电轴(e-axle)、变速箱控制器(TCU)及电子离合器(e-clutch)等控制器或总成的功能开发、标定和验证等。- 不同驾驶循环（如NEDC、WLTC、RDE等）下动力总成系统的燃油经济性、电经济性和排放等性能试验。
下面根据不同的动力总成，介绍一些具体的应用：
1. 混合动力总成
图3 混合动力总成台架测试配置（1）
图4 混合动力总成台架测试配置（2）
如图3-4所示，在动力总成台架上可以进行各种拓扑结构的混合动力总成测试。典型应用：
- 复杂功能的开发、标定和验证，比如发动机起停过程NVH和排放优化，增程器NVH优化，混动模式切换过程驾驶性优化。- 循环油耗、电耗和排放的优化。
- 功能的可靠性、耐久性和鲁棒性测试。
以P2.5的混动系统为例，在纯电动模式切换成混动模式时，电机在起动发动机的同时还需保证车轮端的扭矩需求，如果控制不当，车轮端的扭矩输出不足或出现突变，将引起驾驶性问题。在动力总成台架上，可以通过测量半轴输出端的扭矩，对控制效果进行有效评估，从而改进策略设计或优化匹配参数。
2. 电轴总成
图5 电轴总成台架测试配置
电轴总成台架测试配置，如图5所示。对于电轴总成，台架配置了一个可以控制温度和湿度的环境舱，可将完整的电轴总成放置在舱内，进行各种温度和湿度下的电轴总成试验。典型应用：
- 电轴总成控制策略开发、标定和验证。- 电轴总成在不同环境温度和电压下的峰值、持续扭矩/功率以及效率等性能测试。
- 电轴总成NVH测试。此处NVH测试为近场噪音测试（非消声室），为了减少反射声的影响，麦克风距被测件比较近，且距离固定。
以电机堵转性能测试为例，可以通过气压制动实现输出测功机抱死，同时命令电轴总成输出堵转转矩，并实时采集电机转矩、三相电流和绕组温度等，从而高效完成测试任务。
3. 传统动力总成
图7 传统动力总成台架测试配置（2）
传统动力总成台架测试的配置，如图6所示。如果仅用于变速箱测试，则可以用输入测功机模拟发动机，采用如图7所示的配置。典型应用：
- 循环油耗和排放的优化- 离合器模型的标定
- 变速箱换挡过程控制的优化
以离合器模型的标定为例，为了获取不同离合器的温度上升/下降特性，以及不同温度下的离合器传扭特性，利用台架的多种测试模式可以高效地满足测试需求：（1）输入测功机和输出测功机两端转速控制；（2）输入测功机扭矩控制，输出测功机转速控制；（3）输入轴转速控制，输出测功机通过气压制动实现抱死。
3、结语
联合电子动力总成台架的建成大大提升了联合电子动力总成系统和零部件的开发能力，以更好地迎接动力总成电气化带来的挑战和机遇。 
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