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動(dòng)力總成臺(tái)架簡(jiǎn)介
2019-09-07 21:50:55· 來(lái)源：聯(lián)合電子
在動(dòng)力總成相關(guān)零部件和控制器研發(fā)的過(guò)程中，我們常常遇到以下典型問(wèn)題：一些創(chuàng)新性的想法，沒(méi)有條件在整車上實(shí)現(xiàn)，仿真精確度又不夠，無(wú)法被快速實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證。零
在動(dòng)力總成相關(guān)零部件和控制器研發(fā)的過(guò)程中，我們常常遇到以下典型問(wèn)題：
- 一些創(chuàng)新性的想法，沒(méi)有條件在整車上實(shí)現(xiàn)，仿真精確度又不夠，無(wú)法被快速實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證。- 零部件和相關(guān)的控制器已經(jīng)準(zhǔn)備好了，但是整車沒(méi)有準(zhǔn)備好，導(dǎo)致相關(guān)研發(fā)工作停滯。
- 很多復(fù)雜的功能在整車上匹配和標(biāo)定困難，比如發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)過(guò)程，變速箱換擋過(guò)程，混合動(dòng)力模式切換過(guò)程，駕駛循環(huán)油耗和排放優(yōu)化等，需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。
- 一些極端工況、失效模式下的功能在成熟度不夠的時(shí)候，在整車上進(jìn)行測(cè)試面臨測(cè)試人員和樣件/樣車的安全問(wèn)題。
- 在整車上進(jìn)行控制策略的匹配和標(biāo)定，由于很多外部條件（如道路和環(huán)境狀態(tài)）不可控，運(yùn)行工況的可重復(fù)性差等原因，常常效率不高。
面對(duì)這些問(wèn)題，我們應(yīng)該如何解決呢？動(dòng)力總成臺(tái)架（見(jiàn)圖1）就是解決這些問(wèn)題的途徑之一。
圖1 動(dòng)力總成臺(tái)架
1、什么是動(dòng)力總成臺(tái)架
所有的測(cè)試都是讓被測(cè)件處于一定的外部環(huán)境中，考察被測(cè)件與該環(huán)境交互過(guò)程中的表現(xiàn)。該環(huán)境可以是完全真實(shí)的，可以是完全模擬的，也可以是部分真實(shí)，部分模擬的。在沒(méi)有真實(shí)整車，但擁有真實(shí)動(dòng)力總成部件的情況下，通過(guò)模擬打造接近真實(shí)的動(dòng)力總成運(yùn)行環(huán)境，測(cè)試動(dòng)力總成在其中的表現(xiàn)，就是動(dòng)力總成臺(tái)架的任務(wù)。因此，動(dòng)力總成臺(tái)架就是提供模擬的動(dòng)力總成運(yùn)行環(huán)境的試驗(yàn)場(chǎng)所。
具體地，如圖2所示，人-車-路是一個(gè)完整的車輛運(yùn)行的閉環(huán)系統(tǒng)（不考慮自動(dòng)駕駛），被測(cè)件為真實(shí)的動(dòng)力總成部件（車輛的一部分），被測(cè)件的外部環(huán)境，即人、路、車輛除動(dòng)力總成以外的部分（懸掛等與動(dòng)力總成測(cè)試相關(guān)性不大的部件不在此閉環(huán)系統(tǒng)中）由動(dòng)力總成臺(tái)架實(shí)現(xiàn)。由此，動(dòng)力總成臺(tái)架也可以叫做動(dòng)力總成在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（Powertrain in the Loop）。如果這里的部件是發(fā)動(dòng)機(jī)，則可以叫做發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（Engine in the Loop）；如果這里的部件是變速箱，則可以叫作變速箱在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（Transmission in the Loop）。
圖2 動(dòng)力總成在環(huán)（Powertrain in-the-loop）
那么動(dòng)力總成臺(tái)架如何解決文章開始時(shí)提到的問(wèn)題呢？
首先，該測(cè)試系統(tǒng)將人、路和車輛中除被測(cè)試對(duì)象（動(dòng)力總成）以外的部件通過(guò)模擬實(shí)現(xiàn)，可以快速、精確地控制動(dòng)力總成所處的運(yùn)行環(huán)境，具體地：
- 輸入測(cè)功機(jī)，輸出測(cè)功機(jī)的扭矩/轉(zhuǎn)速控制特性好，可以快速精確地跟蹤扭矩/轉(zhuǎn)速命令，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和車輪端負(fù)載扭矩。- 直流電源的電壓/電流控制特性好，可以快速精確地跟蹤電壓/電流命令，模擬真實(shí)電池的特性。
- 發(fā)動(dòng)機(jī)模型、電池模型、車輛和道路模型等參數(shù)可設(shè)置，可以模擬不同發(fā)動(dòng)機(jī)和電池，模擬不同的車輛和道路，且各種初始狀態(tài)可控。
- 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度，變速箱機(jī)油溫度，電機(jī)冷卻液溫度等，可通過(guò)溫控設(shè)備精確控制。
此外，通過(guò)油耗儀、排放測(cè)量設(shè)備及功率分析儀等實(shí)時(shí)、精確的測(cè)試儀器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力總成的運(yùn)行狀態(tài)，全面地分析動(dòng)力總成的性能。
因此，動(dòng)力總成開發(fā)過(guò)程中，上文提到的沒(méi)有整車就不能進(jìn)行有效的測(cè)試和驗(yàn)證，以及整車測(cè)試時(shí)可控性和可重復(fù)性差等問(wèn)題，都可以得到很好的解決。
2、主要應(yīng)用
聯(lián)合電子動(dòng)力總成臺(tái)架的主要應(yīng)用，包括：
- 整車控制器(VCU)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(ECU)、電軸(e-axle)、變速箱控制器(TCU)及電子離合器(e-clutch)等控制器或總成的功能開發(fā)、標(biāo)定和驗(yàn)證等。- 不同駕駛循環(huán)（如NEDC、WLTC、RDE等）下動(dòng)力總成系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性、電經(jīng)濟(jì)性和排放等性能試驗(yàn)。
下面根據(jù)不同的動(dòng)力總成，介紹一些具體的應(yīng)用：
1. 混合動(dòng)力總成
圖3 混合動(dòng)力總成臺(tái)架測(cè)試配置（1）
圖4 混合動(dòng)力總成臺(tái)架測(cè)試配置（2）
如圖3-4所示，在動(dòng)力總成臺(tái)架上可以進(jìn)行各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力總成測(cè)試。典型應(yīng)用：
- 復(fù)雜功能的開發(fā)、標(biāo)定和驗(yàn)證，比如發(fā)動(dòng)機(jī)起停過(guò)程N(yùn)VH和排放優(yōu)化，增程器NVH優(yōu)化，混動(dòng)模式切換過(guò)程駕駛性優(yōu)化。- 循環(huán)油耗、電耗和排放的優(yōu)化。
- 功能的可靠性、耐久性和魯棒性測(cè)試。
以P2.5的混動(dòng)系統(tǒng)為例，在純電動(dòng)模式切換成混動(dòng)模式時(shí)，電機(jī)在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)還需保證車輪端的扭矩需求，如果控制不當(dāng)，車輪端的扭矩輸出不足或出現(xiàn)突變，將引起駕駛性問(wèn)題。在動(dòng)力總成臺(tái)架上，可以通過(guò)測(cè)量半軸輸出端的扭矩，對(duì)控制效果進(jìn)行有效評(píng)估，從而改進(jìn)策略設(shè)計(jì)或優(yōu)化匹配參數(shù)。
2. 電軸總成
圖5 電軸總成臺(tái)架測(cè)試配置
電軸總成臺(tái)架測(cè)試配置，如圖5所示。對(duì)于電軸總成，臺(tái)架配置了一個(gè)可以控制溫度和濕度的環(huán)境艙，可將完整的電軸總成放置在艙內(nèi)，進(jìn)行各種溫度和濕度下的電軸總成試驗(yàn)。典型應(yīng)用：
- 電軸總成控制策略開發(fā)、標(biāo)定和驗(yàn)證。- 電軸總成在不同環(huán)境溫度和電壓下的峰值、持續(xù)扭矩/功率以及效率等性能測(cè)試。
- 電軸總成NVH測(cè)試。此處NVH測(cè)試為近場(chǎng)噪音測(cè)試（非消聲室），為了減少反射聲的影響，麥克風(fēng)距被測(cè)件比較近，且距離固定。
以電機(jī)堵轉(zhuǎn)性能測(cè)試為例，可以通過(guò)氣壓制動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸出測(cè)功機(jī)抱死，同時(shí)命令電軸總成輸出堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并實(shí)時(shí)采集電機(jī)轉(zhuǎn)矩、三相電流和繞組溫度等，從而高效完成測(cè)試任務(wù)。
3. 傳統(tǒng)動(dòng)力總成
圖7 傳統(tǒng)動(dòng)力總成臺(tái)架測(cè)試配置（2）
傳統(tǒng)動(dòng)力總成臺(tái)架測(cè)試的配置，如圖6所示。如果僅用于變速箱測(cè)試，則可以用輸入測(cè)功機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)，采用如圖7所示的配置。典型應(yīng)用：
- 循環(huán)油耗和排放的優(yōu)化- 離合器模型的標(biāo)定
- 變速箱換擋過(guò)程控制的優(yōu)化
以離合器模型的標(biāo)定為例，為了獲取不同離合器的溫度上升/下降特性，以及不同溫度下的離合器傳扭特性，利用臺(tái)架的多種測(cè)試模式可以高效地滿足測(cè)試需求：（1）輸入測(cè)功機(jī)和輸出測(cè)功機(jī)兩端轉(zhuǎn)速控制；（2）輸入測(cè)功機(jī)扭矩控制，輸出測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速控制；（3）輸入軸轉(zhuǎn)速控制，輸出測(cè)功機(jī)通過(guò)氣壓制動(dòng)實(shí)現(xiàn)抱死。
3、結(jié)語(yǔ)
聯(lián)合電子動(dòng)力總成臺(tái)架的建成大大提升了聯(lián)合電子動(dòng)力總成系統(tǒng)和零部件的開發(fā)能力，以更好地迎接動(dòng)力總成電氣化帶來(lái)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
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