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HBM eDrive | 助您实现混动测试台的极大简化
2022-03-23 14:52:41· 来源：HBM测试与测量
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
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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