HBK電動動力總成測試解決方案

HBK測試與測量

2021年4月21日 13:43

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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)的復雜性，應對系統(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。

HBK針對電動汽車發(fā)展的經(jīng)濟現(xiàn)實，設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。

HBK電動動力總成測試解決方案的圖2

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)設計和原型驗證。

動力總成系統(tǒng)分析

- 復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動輪的單e軸到帶有四個驅動輪的雙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。現(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測相符？
不同供應商的子系統(tǒng)是否如預期的那樣有效地結合在一起？
高壓傳動系子系統(tǒng)是否如預期那樣與低壓控制電子設備相互作用？
如何校準子系統(tǒng)以達到目標效率參數(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、升程和降程作為標準驅動循環(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。這些設備均可獨立工作，或通過以太網(wǎng)與其他設備組合使用，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（轉速），并進行轉矩脈動分析。

GN310B功率分析卡專門設計用于采集和分析逆變器等電驅動系統(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的高轉速下，T12HP扭矩傳感器可在100 Nm到10,000 Nm 的整個額定量程內提供精確測量值，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、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–可配備光學轉速測量

- 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，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完成傳動系統(tǒng)設置，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合，Perception能幫助工程師在現(xiàn)場和屏幕上確認傳動系實驗設計或參數(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另外一個關鍵特性是帶有100多個預定義公式的數(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圖結果的過程，可在幾分鐘內完成。這種方法大大減少了工作量，能在更短的時間內生成效率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)，而關鍵電信號的高采樣率僅用于而效率 map圖的設定的工況點。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?shù)姆秶瑥亩档土藴y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、設計、負載或溫度效應引起的缺陷和故障）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整他們的程序和測試方法，應對這些新的挑戰(zhàn)。HBK電動動力總成測試解決方案與汽車開發(fā)過程中的這些轉變一致：快速設置；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量，提高生產(chǎn)力。

Perception軟件的設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)可在幾分鐘內完成設置。
儀表和顯示在配置期間自動創(chuàng)建；所有公式都自動應用。為了簡化測試的設置過程，Perception會自動識別連接的設備。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，以確保可靠的結果。模塊化設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電動動力總成測試解決方案的圖12

HBK 提供完整測量鏈。全球前十大汽車制造商都在使用HBK設備。

- 提高效率和速度

HBK電動動力總成測試解決方案的目標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測量技術可幫助您獲取高質量的數(shù)據(jù)。例如：更快地獲取靜態(tài)設定點，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)的多個設備的時鐘。
采集的原始數(shù)據(jù)、測量結果以及從傳動系行為分析中獲得的結果都可以通過行業(yè)標準進行傳遞。例如通過EtherCAT實時協(xié)議、CAN FD總線或軟件API向網(wǎng)絡同步數(shù)據(jù)。

HBK電動動力總成測試解決方案的圖13