電動傳動系統(tǒng)控制和校準

HBK電動動力總成測試解決方案為汽車制造商和供應(yīng)商提供了一套完整的實時測試和測量工具，簡化評估過程，快速有效地提供可操作的見解。我們的電動動力總成測試設(shè)備能大幅降低測量不確定性，為傳動系統(tǒng)效率和性能優(yōu)化提供可靠的測量結(jié)果，最終改善駕駛體驗。

概覽

了解和優(yōu)化車輛動力總成系統(tǒng)性能，從動力源（或模擬器）到車輪法蘭，由工程師進行HIL模擬仿真，以及真實的物理測試。通過臺架試驗驗證虛擬仿真提供的設(shè)計參數(shù)，驗證各子系統(tǒng)之間的相互作用，并對系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)進行校準，從而幫助工程師優(yōu)化傳動系統(tǒng)效率和性能。

HBK提供的電動動力總成測試解決方案是一個傳感器、儀表和軟件的組合，能將電動汽車（EV）動力系統(tǒng)作為一個整體系統(tǒng)進行分析。幫助工程師簡化混合動力和電動汽車動力系統(tǒng)的復(fù)雜性，應(yīng)對系統(tǒng)驗證的挑戰(zhàn)，并提供評估和優(yōu)化所需的測試和分析技術(shù)。

HBK針對電動汽車發(fā)展的經(jīng)濟現(xiàn)實，設(shè)計了電動動力總成測試解決方案 - 簡便的系統(tǒng)配置，用于評估分析的精確數(shù)據(jù)，高效數(shù)據(jù)收集、存儲和傳輸策略，并可與IT系統(tǒng)以及公司產(chǎn)品開發(fā)過程高效集成。


更快地投入生產(chǎn)：HBK為電動汽車工程師提供靈活和可擴展的解決方案，用于動力總成系統(tǒng)設(shè)計和原型驗證。

動力總成系統(tǒng)分析

- 復(fù)雜的混合動力和電動汽車動力系統(tǒng)分析解決方案

電動動力系統(tǒng)可用于各種類別的車輛：從小型到大型乘用車；從輕型貨車到鉸接式16輪卡車；從叉車到越野以及工程車輛等。

即使在同一類別的車輛中，電動動力總成系統(tǒng)也常常以不同的方式實現(xiàn)。例如，在乘用車中，被測動力系統(tǒng)可能是從帶有兩個驅(qū)動輪的單e軸到帶有四個驅(qū)動輪的雙e軸，再到兩個（或更多）的輪轂電機。因此，靜態(tài)試驗臺上的動力系統(tǒng)分析可能涉及一個和四個電機、一個和四個逆變器以及兩個和四個測功機?，F(xiàn)代電動動力總成系統(tǒng)需要一種既靈活又可擴展的傳動系統(tǒng)測試和測量解決方案。


一個電池，兩個逆變器，兩個電機：特斯拉 model 3 說明了電動汽車的復(fù)雜性和測試臺工程師面臨的挑戰(zhàn)。

- 電動動力總成驗證的新挑戰(zhàn)

在電動動力總成系統(tǒng)測試期間，需要檢查一系列問題，主要目的是優(yōu)化性能，同時最大限度地降低功耗：

?  動力總成系統(tǒng)是否符合該車輛規(guī)劃和要求的特性？

?  動力系統(tǒng)的實際性能是否與模擬的預(yù)測相符？

?  不同供應(yīng)商的子系統(tǒng)是否如預(yù)期的那樣有效地結(jié)合在一起？

?  高壓傳動系子系統(tǒng)是否如預(yù)期那樣與低壓控制電子設(shè)備相互作用？

?  如何校準子系統(tǒng)以達到目標(biāo)效率參數(shù)的所需性能？

?  控制系統(tǒng)是否能提供潛在車輛購買者所需的駕駛體驗？


驅(qū)動循環(huán)，描述了真實世界的場景。在測功機上回放，可以用來研究功率、效率和性能。

HBK方案一個重要特點是能在瞬態(tài)過程中精確測量動態(tài)功率。美國環(huán)境保護署（EPA）試驗和歐洲WLTP（全球輕型車輛試驗程序）中，以負載階躍、升程和降程作為標(biāo)準驅(qū)動循環(huán)特征是電動汽車動力系統(tǒng)使用逆變器來控制電機的重要原因。

HBK電動動力總成測試解決方案同步測量電氣和機械信號，以及ECU和CAN總線信號。因此可將輸入與輸出進行比較，來計算效率；并可明確地追蹤損失的原因；還可以檢查溫度或NVH等問題對其他子系統(tǒng)的影響。

- HBK電動動力總成測試解決方案

HBK電動動力總成測試解決方案的核心是GENESIS高速數(shù)據(jù)記錄儀。其是一個模塊化的平臺，可同步測量機械和電氣信號，集功率分析儀，瞬態(tài)記錄儀，示波器和數(shù)據(jù)采集功能于一體。

該系列包括五種型號，兩種帶高分辨率觸摸屏便攜式儀表，三種機架式安裝儀表 。這些設(shè)備均可獨立工作，或通過以太網(wǎng)與其他設(shè)備組合使用，實現(xiàn)極高的擴展性。每臺主機提供2到17個輸入插槽，“即插即測”。


帶有7個插槽的 GEN7tA 功率分析儀

對于電動動力總成系統(tǒng)，一般帶有一張或多張GN310B功率分析卡。每個GN310B 帶有3個功率通道（5個電壓通道，±1500 V DC，7個電流通道，±75 mA到±2 A）和2個扭矩和轉(zhuǎn)速數(shù)字通道。提供RMS、P、S、Q、λ、η、cosν、THD、i_α、i_β（及更多）實時計算，以及全帶寬功率計算和基本功率計算功能。

扭矩測量由HBK扭矩法蘭傳感器進行。例如，T40B，其額定扭矩量程為：100 Nm、200 Nm、500 Nm、1 kNm、2 kNm、3 kNm、5 kNm和10 kNm。T40B可提供用于dq0分析的時間信號（轉(zhuǎn)速），并進行轉(zhuǎn)矩脈動分析。


GN310B功率分析卡專門設(shè)計用于采集和分析逆變器等電驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)負載變化，數(shù)字通道在卡的底部。

在高達22.000 rpm的高轉(zhuǎn)速下，T12HP扭矩傳感器可在100 Nm到10,000 Nm 的整個額定量程內(nèi)提供精確測量值，而無需切換量程（如所謂的雙量程傳感器）。

主機的空閑插槽將配備額外的輸入卡，以進行擴展分析，包括溫度或NVH等。例如，通用數(shù)據(jù)采集卡帶有8或16個通道。每個輸入支持9種不同的傳感器類型，非常適合動態(tài)機械測試。每通道500 kS/s的高采樣率和24位分辨率使其可成為記錄麥克風(fēng)、加速度計或熱電偶等機械測試信號的完美解決方案。


HBK扭矩傳感器–如T12HP–可配備光學(xué)轉(zhuǎn)速測量

- 傳動系性能優(yōu)化分析的專業(yè)軟件

用戶可通過HBK Perception軟件來控制電動動力總成測試過程。這個復(fù)雜的軟件平臺可涵蓋從試驗臺配置到定制報告生成的整個傳動系統(tǒng)測試過程；以及從電池（或模擬器）到逆變器、設(shè)備和傳動軸，再到車輪法蘭的整個受測動力系統(tǒng)。

該軟件界面由用戶界面專家設(shè)計，工程師可輕松使用功率分析儀的全部功能。只需單擊鼠標(biāo)，用戶就可以在數(shù)據(jù)采集、示波器或FFT分析儀之間切換。實現(xiàn)快速可視化（10秒內(nèi)可達到10 GB），多顯示器功能允許用戶在PC支持的任意多個屏幕上顯示這些信息。

Perception軟件設(shè)計用于高速數(shù)據(jù)采集（高達400 MB/s）。實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速、可靠的處理，兩者可同時進行。即使在電動傳動系統(tǒng)在測量運行，優(yōu)化實驗期間，工程師也可訪問并可視化保存的數(shù)據(jù)。


Perception 軟件可幫助測試工程師在幾分鐘內(nèi)完成傳動系統(tǒng)設(shè)置，包括：儀表、范圍、空間矢量、相量等。

通過將原始數(shù)據(jù)采集與實時功率計算相結(jié)合，Perception能幫助工程師在現(xiàn)場和屏幕上確認傳動系實驗設(shè)計或參數(shù)是否正確定義。這種直觀的反饋可極大限度地提高工程師的工作效率。

Perception另外一個關(guān)鍵特性是帶有100多個預(yù)定義公式的數(shù)據(jù)庫，包括空間矢量或dq0變換（又名Park變換）等高級分析。用戶也可自定義公式、動態(tài)創(chuàng)建的公式或選擇列表中的元素組合來進一步擴展數(shù)據(jù)庫。

對 Perception 保存的數(shù)據(jù)，工程師可通過批量后處理分析來執(zhí)行驗證與認證，而無需花費時間和精力重新進行測試。并可將數(shù)據(jù)從安全的 LinuxRAID陣列傳輸?shù)狡渌谌杰浖到y(tǒng)，如Matlab或LabVIEW。

- 更快地生成效率MAP圖，提高傳動系效率

效率map圖是了解和優(yōu)化電動動力系統(tǒng)的標(biāo)準方法。作為一個整體，觀察、記錄和分析動力系統(tǒng)在多種速度和負載條件下的行為意味著盡可能快地執(zhí)行多組迭代測試循環(huán)。在實踐中，自動化測試管理是必不可少的。

在HBK電動動力總成測試解決方案中，自動化由Perception軟件提供。工況點的開始和結(jié)束由用戶通過鍵和宏來定義，自動測試和序列分析也是如此。觸發(fā)可通過手動，軟件或TTL遠程控制。在運行時，Perception自動收集每個工況點的數(shù)據(jù)。Genesis高速主機的實時存儲和記錄觸發(fā)之間不存在死區(qū)，這意味著獲取原始數(shù)據(jù)，加上計算和可視化電機map圖結(jié)果的過程，可在幾分鐘內(nèi)完成。這種方法大大減少了工作量，能在更短的時間內(nèi)生成效率map圖。


效率MAP圖是優(yōu)化逆變器和動力系統(tǒng)效率的標(biāo)準方法：挑戰(zhàn)在于獲得更高的精度和更高的效率。

新版本Perception中的增值技術(shù)加速了效率map圖的生成。

?  基于周期的記錄提供了數(shù)據(jù)的可選擇性。例如，可以以低采樣率連續(xù)記錄溫度數(shù)據(jù)，而關(guān)鍵電信號的高采樣率僅用于而效率 map圖的設(shè)定的工況點。這優(yōu)化了數(shù)據(jù)的采集過程。

?  自動范圍選項根據(jù)功率分析儀識別的信號強度自動選擇信號最佳范圍。例如，在創(chuàng)建效率map圖時，“自動范圍”將在扭矩的每一步變化后自動選擇適當(dāng)?shù)姆秶?，從而降低了測量不確定性。

除了可自動化測量和采集數(shù)據(jù)外，Perception還允許工程師自動化導(dǎo)出、分析數(shù)據(jù)或生成報告。


基于周期的自動范圍記錄優(yōu)化了數(shù)據(jù)收集過程，同時減少了測量不確定性。

- 準確可靠的數(shù)據(jù)

HBK電動動力總成測試解決方案最重要的特性是，它能提供精確可靠的測試數(shù)據(jù)，從而促進對被測系統(tǒng)的更深入理解。

?  GN310B功率分析儀卡提供極佳的功率測量精度：讀數(shù)的0.015%，量程的0.02%。

?  HBK扭矩傳感器同樣具有極佳的精度：T40B的精度等級為0.05；T12HP的精度等級為0.02

對被測系統(tǒng)的深入理解能幫助工程師高效地優(yōu)化電動汽車傳動系統(tǒng)，提供動力總成控制水平。


HBM eDrive解決方案包括了整個測量鏈：高精度傳感器、功能強大的儀器和直觀的軟件。機械信號（如扭矩）和電信號（電流和電壓）同步采集，能幫助工程師比以往更快、更準確地理解電氣傳動及其損耗。

汽車發(fā)展的經(jīng)濟現(xiàn)實

- 縮短開發(fā)周期

汽車發(fā)展的過程不斷變化。電動動力系統(tǒng)的引入消除了一些問題（廢氣排放、發(fā)動機噪音），同樣也帶來了一些新問題（逆變器和變速箱的噪聲）。以前存在的一些問題（組件或子系統(tǒng)之間的不兼容性、設(shè)計、負載或溫度效應(yīng)引起的缺陷和故障）現(xiàn)在以新的形式出現(xiàn)。

越來越多的汽車原始設(shè)備制造商通過提前進行開發(fā)來實現(xiàn)高效率和縮短上市時間。實際影響是，電動動力總成測試部門正在調(diào)整他們的程序和測試方法，應(yīng)對這些新的挑戰(zhàn)。HBK電動動力總成測試解決方案與汽車開發(fā)過程中的這些轉(zhuǎn)變一致：快速設(shè)置；提高速度；支持數(shù)據(jù)策略；縮短產(chǎn)品開發(fā)過程；確保工作場所安全。

- 快速配置

在管理傳動系統(tǒng)測試過程時，工程師需要集成各種各樣的測試臺工具：電氣和機械信號傳感器、自動化PC、功率分析儀、用于溫度或NVH等信號的DAQ系統(tǒng)、分析和可視化的軟件等。傳感器、儀器和軟件之間的不兼容都將不必要的時間消耗和費用。

另一方面，HBK產(chǎn)品具有更高的易用性：傳感器和儀器通過“即插即測”方法確保測量鏈的各個組件易于集成。并提供必不可少的電纜或消耗品確保更高的信號質(zhì)量，提高生產(chǎn)力。

Perception軟件的設(shè)計能幫助工程師更快配置系統(tǒng)，提高工作效率：

?  通過測試臺配置器，工程師只需將電源、逆變器、電機的符號拖放到屏幕中即可創(chuàng)建配置。傳動系統(tǒng)可在幾分鐘內(nèi)完成設(shè)置。

?  儀表和顯示在配置期間自動創(chuàng)建；所有公式都自動應(yīng)用。為了簡化測試的設(shè)置過程，Perception會自動識別連接的設(shè)備。直觀，節(jié)省時間。

HBK電動動力總成測試解決方案可提供極高的精度，以確?？煽康慕Y(jié)果。模塊化設(shè)計和可靠的組件集成確保您“無憂”安裝。易于擴展，保證了您長期的投資回報。


HBK 提供完整測量鏈。全球前十大汽車制造商都在使用HBK設(shè)備。

- 提高效率和速度

HBK電動動力總成測試解決方案的目標(biāo)是幫助工程師比以往更快、更準確地理解機電系統(tǒng)的性能、損耗和效率。

因此，HBK測量技術(shù)可幫助您獲取高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。例如：更快地獲取靜態(tài)設(shè)定點，以便更有效地生成效率map圖；半周期、可靠、高動態(tài)地采集數(shù)據(jù)。

- 高效數(shù)據(jù)同步和傳輸

在評估傳動系統(tǒng)性能時，同時獲取電氣和機械信號可以節(jié)省時間和費用，同時減少由部件不兼容引起的不必要錯誤。HBK電動動力總成測試解決方案還支持高效數(shù)據(jù)策略，如信號同步和數(shù)據(jù)傳輸：

?  HBK測量鏈中的設(shè)備使用精度時間協(xié)議（PTP v2，也稱為IEEE 1588-2008）版本2，來同步通過以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的多個設(shè)備的時鐘。

?  采集的原始數(shù)據(jù)、測量結(jié)果以及從傳動系行為分析中獲得的結(jié)果都可以通過行業(yè)標(biāo)準進行傳遞。例如通過EtherCAT實時協(xié)議、CAN FD總線或軟件API向網(wǎng)絡(luò)同步數(shù)據(jù)。



對通信標(biāo)準的全面支持確保原始數(shù)據(jù)和結(jié)果能夠在網(wǎng)絡(luò)間有效共享并集成到業(yè)務(wù)流程中。

- 工作場所安全

電動汽車不斷發(fā)展，需要滿足客戶的不斷增長的需求。值得注意的趨勢包括電動系統(tǒng)的高電壓以及帶來的安全需求。為不斷縮短充電時間，系統(tǒng)正從400V過渡到800V。相應(yīng)地，試驗臺設(shè)備需要更高的安全等級。在HBK解決方案中：

?  Genesis HighSpeed功率分析儀滿足最高過電壓類別，可在高達1500 V電壓下安全使用。

?  1000V以上高壓分壓器HVD50R符合IEC 61010-031:2002安全標(biāo)準。


傳動系統(tǒng)和輔助裝置的電氣化以及車輛中更高/更危險電壓的儲能裝置對試驗臺和現(xiàn)場試驗的安全性提出了很高的要求。