王欢
【摘 要】分析了电机系统试验台架的总体架构、工作原理与控制模式,基于AVL测功机系统搭建了电机系统试验台架,实现了台架测量数据同步与集成控制.提出并实现了基于试验台架的车用电机系统性能参数测试方法,为电动汽车车用电机系统开发与测试提供了借鉴,为整车试验奠定了测试数据基础.
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2018(047)002
【总页数】4页(P11-14)
【关键词】AVL测功机;电机试验台架;数据同步与集成;测试方法
【作 者】王欢
【作者单位】中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆 401122
【正文语种】中 文
【中图分类】TP274
0 前言
电动汽车具有零排放、能量转换效率高等优点，已成为世界汽车技术发展的主流，其产业化进程飞速发展；同时，电动汽车相关的法律法规及整车性能对零部件技术要求日益提高，对汽车动力总成的性能测试要求也越来越严格。电动汽车车用驱动电机系统作为电动汽车动力总成的关键零部件之一，其性能参数、控制精度和可靠性直接影响整车的动力性、经济性和舒适性，台架试验不仅能够实时精确测量电机系统的性能参数，而且能够对其控制参数进行在线标定测量[1]；基于AVL台架，试验过程能够实现整车道路循环测试工况的模拟，从而缩短其开发测试周期、降低开发测试风险与成本；因此，实现车用电机系统的台架试验研究的必要性日益凸显。
汽车电机网1 电机系统试验台架总体架构
1.1 电机系统试验台架功能模块
本文电机系统试验台架的功能模块主要包括AVL电力测功机系统、电池模拟器、功率分析仪、被测电机系统，试验台架的结构图如图1所示[2]。
图1 电机系统试验台架结构图
被测电机系统主要由被测电机以及电机控制器两部分构成，被测电机与电机控制器之间通过三相交流电相连[3]。
AVL电力测功机与被测电机系统之间通过联轴器物理相连以实现转速与转矩的实时同步。电力测功机系统一方面模拟被测电机系统的负载测试被测电机的电驱动性能，另一方面吸收被测电机产生的电能测试被测电机的发电性能。
电池模拟器作为被测电机系统的高压工作电源，并且吸收被测电机产生的电能回馈给电网。电池模拟器与AVL电力测功机系统之间采用CAN总线方式实现数据实时交互。
功率分析仪主要用于采集被测电机系统直流侧与交流侧的电压、电流、功率等参数，功率分析仪与AVL电力测功机系统之间采用TCP/IP通讯方式实现数据实时交互。
1.2 AVL电力测功机系统功能
AVL电力测功机系统主要包括电力测功机及其控制柜、测功机操控系统EMCON、自动控制系统PUMA Open以及数据采集模块F-FEM（Fleetness Front End Modules）、电机温控系统 E553[4]。
测功机操控系统EMCON主要通过其操作面板P400实现对测功机的启停控制、控制模式选择、测试过程参数控制等功能。自动控制系统PUMA Open采用图形化软件配置搭载于PUMA控制柜，PUMA Open软件具备整车、驾驶员、道路模拟功能，可实现道路工况的模拟与工况自动运行；PUMA控制柜与电力测功机控制柜PCS、测功机操控系统EMCON、数据采集模块F-FEM、电机温控系统E553之间可实现动态数据的实时交互与记录。
针对电机系统的台架试验，AVL电力测功机系统共有四种不同的控制模式：N/α（转速/油门）模式、N/T（转速/转矩）模式、T/α（转矩/油门）模式、T/N（转矩/转速）模式[5]。其中，N/α和N/T控制模式下，AVL电力测功机通过转速控制为被测电机系统提供稳态或瞬态的测试转速，被测电机根据其测试需求控制输出相应的需求扭矩，在N/α控制模式下，AVL电力测功机系统可切换至passive工作模式，设置测功机输出端最大允许转速以限制被测电机超速；T/α和T/N控制模式下，AVL电力测功机通过转矩控制为被测电机系统提供稳态或瞬态的测试转矩，被测电机根据其测试需求控制输出相应的需求转速。
AVL电力测功机系统的基本参数如表1所示。
表1 测功机基本参数性能参数额定扭矩额定功率额定转速最高转速过载能力技术指标1000N·m 400 kW 2 800 r/min 15000r/min 125%性能参数扭矩测量精度转速测量精度控制模式切换时间动态响应时间冷却方式技术指标＜±0.3N·m±1 r/min≤10ms＜3 ms空气冷却
1.3 台架测量数据同步集成控制
为实现对电机系统性能参数的全面有效分析，必须保证不同设备所测数据的实时性和同步性。本文采用高速通讯总线将电池模拟器、功率分析仪所测数据统一集成到PUMA Open控制系统，通过PUMA Open控制系统的时间基准实现了所有测量数据的实时同步测量与记录，保证了数据的一致性。
电池模拟器的输出参数通过CAN总线集成到PUMA Open的相关测量通道，其CAN通道配置如图2所示，电池模拟器CAN总线与PUMA Open的第2块CAN卡的第3个通道相连，总线波特率为250 kb/s，采用扩展格式数据帧，PUMA Open CAN卡终端电阻使能。
图2 电池模拟器CAN通道配置
电池模拟器输出的CAN总线信号电压Signal_V、电流Signal_I和功率Signal_P，分别与PUMA Open的 测 量 通 道 U_out_kewell、I_out_kewell、P_out_kewell相关联，如图3所示，其中，电池模拟器的输出功率P_out_kewell为被测电机系统输入端的直流母线功率Pdc。
功率分析仪的测量参数通过TCP/IP协议集成到PUMA Open的相关测量通道，其端口和IP地址配置如图4所示，功率分析仪的端口设置为0，IP设置为192.168.1.10。
图3 电池模拟器与PUMA Open的信号集成
图4 功率分析仪端口与IP地址配置
功率分析仪的实测电压信号WT_U1～WT_U4、电流信号WT_I1 ～WT_I4、功率信号WT_P1～WT_P4分别与PUMA Open的测量通道Urms1～ Urms4、Irms1～ Irms4、P1～P4相关联，如图5所示。
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