电机台架调试经验——一种惯量电模拟方法

2018-05-15 14:04:10· 来源：混合动力系统攻城狮

对于电机台架负载模拟而言，最大的问题是负载电机输入轴转动惯量与整车惯量差距太大(几十倍)。扭矩等于转动惯量乘以转速变化率，当转动惯量很小时，很小的扭矩变化都会导致AMT输出轴转速变化率过快，导致无法完成正常的升降挡功能。由于系统已经确定，无法通过增加大的飞轮实现台架的惯量模拟。

系统方案如下图所示，EV+AMT的实体台架，主驱动电机功率140kw，负载电机台架120kw。
HCU和TCU为软件黑盒(代码不可见)，需要测试HCU的驱动、制动模块扭矩计算和TCU的升降挡功能。原有台架CAN网络中没有VCU模块，小编和炫成讨论后新添加控制器(DSP28335)。

对于电机台架负载模拟而言，最大的问题是负载电机输入轴转动惯量与整车惯量差距太大(几十倍)。扭矩等于转动惯量乘以转速变化率，当转动惯量很小时，很小的扭矩变化都会导致AMT输出轴转速变化率过快，导致无法完成正常的升降挡功能。由于系统已经确定，无法通过增加大的飞轮实现台架的惯量模拟。

负载电机有两种控制模式：转速模式和转矩模式，本文中我们介绍基于转矩控制和转速控制的惯量模拟。

转矩模式：惯量模拟的本质是实现转速变化率的同步(或者变化率在合理范围内)。实车情况下，AMT输出端转速变化率由驱动扭矩和阻力矩、整车转动惯量决定。对于台架而言，此时需要负载电机模拟整车阻力时，负载电机的阻力矩大小必须大于实际车辆受到的阻力矩，且与惯量比例有关。由于公众号后台无法编辑公式，这里就用语言描述了。

这里有一些关键变量：
驱动扭矩：固定踏板开度(10%，不能太大，这里电机功率比较高）,由HCU计算得出，再发给主驱动电机控制器。
整车转动惯量：选择某款大巴车转动惯量，设为常数
台架转动惯量：常量，可以测试出来。
整车阻力矩：参考汽车理论，包括风阻、滚动阻力等
负载电机阻力矩：根据惯量模拟转速变化率同步原则计算得到。不要担心CAN通信延时的问题，负载电机会很快模拟出阻力矩的，小编编写小的测试程序，CAN通信延时在50ms以内(很快了已经)。
程序源代码截图如下图所示(Simulink自动生成代码下载到DSP28335中即可，MATLAB自带这款芯片的基础软件，只需做应用层即可，非常方便)。

其中关键在于LoadMotor_Cmd的计算，其中包括两个部分：阻力矩就算和换挡时刻判断，换挡时刻会出现动力中断，转矩模式惯量模拟会有比较大的问题。小编和炫成分析下来，设置从1~4档到1-2换档、2-3换档、3-4换档等几种模式下，负载电机阻力矩计算的不同情况。如下Stateflow所示。

转速模式：转速模式实现起较简单，设定转速曲线(NEDC循环或者其他，AMT输出轴转速与车速固定比例关系)，负载电机工作在转速模式跟随目标转速曲线即可。负载电机响应速度不够快也没有关系，保证负载电机转速缓慢变化即可(这里要明确你的目标，如果是做循环测试，那需要负载电机很好的跟随，我们做换挡测试，实现基本的升降挡测试，这里不是很care跟随效果)。这部分工作比较简单，我们不放程序框图了，不清楚的可以后台私信小编。

测试结果如下图所示，实现正常的升降挡，真的挺开心。

还有很多的技术细节，没有写出来，比如：CAN通信防电磁干扰的问题、DSP28335的环境配置、电机台架共地问题、紧急开关配置等。惯量模拟思路不难，但是实际调试中，确实很需要耐心，很多小问题会占去很多时间。但是对于开发者而言，这些都是必须经历的阶段，花了三个月的时间，会议起来，仍然很开心。上一张图，证明小编和炫成努力工作过。