应用案例 | HBM eDrive-列车传动系统测试的规则改变者

阿尔斯通案例分析

跨国公司阿尔斯通是全球铁路运输、信号系统和服务领域的市场领导者，公司的AGV、TGV、Eurostar、Pendolino高速列车以及郊区列车、地铁、有轨电车在全球都享有极高的声誉。阿尔斯通是全球三大轨道车辆制造商之一，并一直将这些概念应用于自己的试验设备。

在比利时的Charleroi，阿尔斯通有两个研发和项目管理中心，拥有500名工程师和100名研发人员，并负责牵引系统和辅助整流器的测试。在HBM的帮助下，Alstom Charleroi研发中心开发了一种新的数据采集概念，用于测试牵引系统和辅助整流器。这是他们第一次采用HBM eDrive解决方案。HBM eDrive解决方案结合了精密、周期精确测试设备的优点以及台架开发的便利性。这一理念可将传感器轻松集成到测量系统中，并可根据采集到的数据控制测试。通过公式数据库，台架工程师可以快速轻松地创建用于定制化测量测试的公式。采用HBM新的eDrive解决方案，阿尔斯通工程师大约节省了50%的验证测试时间。和汽车工业正在努力向电气化转变不同，120多年来，电驱动一直是轨道车辆的标准。目前，为了大幅减少碳排放等气候目标，对电机性能和效率的要求正在不断提高。因此，轨道车辆制造商一直在测试其牵引系统和辅助整流器的效率。同时，新的台架概念需求也与日俱增——在更短的时间内以所要求的精度测试电机。挑战在于精确控制测试过程的同时获得可靠的结果。

问题
阿尔斯通Charleroi研发中心负责牵引系统和辅助整流器测试，以模拟列车在实际条件下的运行情况。这需要精确的台架测试设备，在提供可靠数据的同时，实现快速集成并易于使用。在使用HBM eDrive解决方案之前，这类测试是使用一个示波器（最多8个通道）、一个高速记录器（最多16个通道）、一个频谱分析仪并经过大量离线后处理完成的，相当耗时。

解决方案
阿尔斯通现在使用HBM eDrive解决方案（Genesis 高速数据采集系统和Perception软件），该解决方案能够快速可靠地处理海量数据。Perception使用可自由编程的接口与LabView软件交换测量数据，LabView软件用于对台架组件和自动化测试过程进行控制。

结果
HBM-eDrive解决方案是一个模块化系统，通过即插即用的方式，将各种不同传感器快速集成到测量系统中——可靠地采集测量数据，实时计算测量结果，并用于台架控制。用户定义的计算公式可以在不需要任何编程知识的情况下创建，并且可以实时应用于测量值，以及后处理中保持的数据。这使得阿尔斯通只需三分之一时间即可完成一次完整的测试，节省了大量的人力成本。

HBM eDrive解决方案是一个真正的游戏规则改变者

阿尔斯通Charleroi是测试车辆传动和辅助系统变流器的主要场所之一。“在这里，我们需要对车辆驱动系统进行验证，如果我们收到对驱动系统有不同要求的新订单，我们就需要在现场对这些新要求进行测试。” 阿尔斯通高级验证专家Jean-Francois Gregoire解释到：“我们在使用HBM eDrive解决方案之前，这类测试使用的是一个示波器（最多8个通道）、一个高速记录仪（最多16个通道）和一个频谱分析仪 — 这需要大量的离线后处理和计算，不仅耗时，而且还导致了高昂的劳动力成本。HBM eDrive解决方案非常容易使用，所有进程都并行实时运行。这使得台架软件开发过程更简单，降低了开发的复杂性。

对我来说，HBM eDrive解决方案是一个真正的游戏规则改变者，原因有三：
我们节省了大约三分之二的测试时间 。
我们总是可以离线进行后处理，而不必返回测试。
提供了更深入的细节用于验证，因为我们能够捕捉到我们需要的每一个信号。
最重要的是：与以前的系统相比，HBM eDrive解决方案大大降低了人力成本。

挑战：对采用双电压的驱动系统进行测试

大多数列车运行是通过单电压的牵引和辅助整流器供电的。阿尔斯通收到了来自比利时铁路新双层列车订单，牵引电机本身和辅助系统整流器必须进行系统级性能验证。而比利时铁路列车运行使用的是输入电压为3kV和25kV 的双电压系统，这为测试带来了新的挑战。

因此，阿尔斯通必须同时测量21个信号。除了输入信号（如电压和电流），所有输出信号（如相电流、直流电压、转速和转矩）也必须测量。还需要测量辅助整流器上的三相电流和电压，以及蓄电池充电系统上的直流电流和电压。

“在HBM工程师的帮助下，我们开发了一种新的数据采集概念，用于测试牵引系统和辅助系统整流器。这是Charleroi第一次采用HBM eDrive解决方案。通过新的HBM eDrive解决方案，我们现在可以用一个设备测量所有信号。在验证系统是否满足转速、扭矩和电流要求时，这一点非常重要。因为系统需要从最低速到最高速进行运行测试，并记录所有内容。这个解决方案的最大优势是我们只需运行一次即可获得所有的测量量，过去我们需要进行了4到5次，甚至10次，”JeanFrancois Gregoire解释道：“例如：对于这个测试，两个月内我们获得了1311条测试记录。如果采用旧系统，则需要6到7个月的时间。这也是为何从那时起我们又买了两套HBM eDrive解决方案的原因。其中一个用于巴黎地铁辅助系统验证。另一个用于孟买地铁的牵引驱动系统。”


测量链优化：阿尔斯通与HBM专家合作，开发了一种新的数据采集概念，在精确测量的同时，可方便快速地进行分析。

现代列车需要现代化的试验台概念

为了确保对新的电驱动系统进行精确测试，阿尔斯通与HBM专家合作，对测试台测量链进行了优化。

“我们选择了Genesis HighSpeed 、Perception软件以及LabVIEW开发环境这个组合，因为Perception和LabVIEW*很容易通过接口进行通讯。”阿尔斯通Charleroi验证高级专家Jean-Francois Gregoire解释道。

“通过HBM eDrive，我们可将各种不同的电流、电压和扭矩传感器集成到测量系统中，即插即测，就像在电脑中插入USB设备一样。另外，还可将振动传感器集成到测量设备中。这为我们节省了建立台架的时间（大约只有之前的三分之二）和费用。”


绝对同步：HBM Perception软件通过可自由编程的软件接口与LabVIEW开发环境进行通讯。

一个完美的快速实时测试系统

为了安全可靠地测定所有测量数据，试验台的各个部件必须完美协同工作。传感器需要采集电流、电压、温度和扭矩等信号，并转发给数据采集系统。

Alstom eDrive系统配置包括Genesis HighSpeed GEN7tA数据采集系统, 三张GN610B输入卡，一张采集速率高达100 MS/s的高速卡, 以及Perception软件和T12扭矩传感器。

板卡上的数字信号处理器（DSP）实时处理测量数据并进行计算。计算的结果通过一个可自由编程的软件接口传送到LabVIEW中用于运动控制。并通过HBM Perception软件同时保存所有的原始数据。

“测量数据和实时计算出的测量结果可同步采集、存储和转发。这对分析而言是一个巨大的优势。另一个优点是：由于可以保存所有原始数据，因此可将其进行更广泛的后处理分析” Jean-Francois Gregoire解释到。除了周期同步的单个结果，连续测量的数据也可采用Perception公式数据库进行处理。并且不需要任何编程知识。


高要求测量任务：阿尔斯通使用一个配有T12扭矩传感器的eDrive系统，可高精度和高带宽测量扭矩和转速。

“还有一个优势：在Perception中，我们可以创建自己的计算公式，并将其保存在公式数据库中。这些公式可用于DSP后处理和实时计算，而无需进行相应的计算机结构编程。”
“这就是我们为何能节省大量时间的原因 - 几乎所有事情都是自动完成的。”

以客户为中心 - 轻松实现传感器集成和通道同步

“LabVIEW和HBM eDrive解决方案的结合确实为我们带来了很多益处，”Jean-Francois Gregoire说，“同步记录传感器数据，采样率高达2MS/s，最大可扩展到51个功率通道。因此，如果需要，可以连接更多的传感器。eDrive解决方案可自动同步不同通道和输入卡的采样率，大大降低了用户的负担。"

在将数据采集系统集成到现有台架环境时，阿尔斯通工程师和开发人员得到了HBM工程师的定制化服务和支持。”我们非常感谢HBM专家的支持，使我们能从他们系统中充分受益。Perception是一个高效的软件程序，可以可靠地采集数据。Perception软件很容易上手，只需简单的入门培训，我们很快就能精通掌握，并可根据我们的特定目的对测量序列进行定义，”Jean-Francois Gregoire解释道：“HBM eDrive系统使我们受益良多，确实是一个游戏规则的改变者。”

*LabVIEW是美国国家仪器公司的商标。HBM或HBM提供的任何软件或其他商品或服务均不隶属于、且未获美国国家仪器公司支持或赞助。

HBM eDrive 解决方案是什么？

将多个测试系统组合成一个单一源测量链，HBM eDrive解决方案简化了电机和逆变器测试过程。作为完整的测量链，其包括高精度传感器、功率分析仪，以及专用分析软件，可精确测量系统的电气和机械功率，并可根据客户的要求扩展到更多电气和机械测量通道。能帮助客户或监管机构进行简单且快速的测试验证——简化测试策略，降低成本并缩短开发时间。

关于阿尔斯通
阿尔斯通是全球绿色和智能交通的领导者，面向并为未来的交通运输领域开发并销售集成化系统。阿尔斯通提供完整的设备和服务 - 从高速列车、地铁、有轨电车和公共汽车到集成系统、定制服务、基础设施、信号和数字移动解决方案等。在60多个国家拥有员工38900人。在比利时，阿尔斯通有两个研发中心，致力于信号解决方案（包括欧洲标准 ERTM）以及牵引和能量回收系统开发。阿尔斯通在比利时拥有1250名员工，并与大学、中小企业和初创企业合作，管理20个研发项目，以实现更智能、更绿色的出行。这些团队在五大洲管理的项目超过100个。