一种新能源汽车电驱动系统的智能测试平台的制作方法

本发明涉及动力总成测试技术领域，具体是一种新能源汽车电驱动系统的智能测试平台。

背景技术：

随着环境污染、能源危机以及限行限购政策的实施，越来越多的新能源汽车走向市场，其安全性、质量、可靠性和使用寿命也受到更多的关注。制约电动汽车发展的三大核心部分是整车管理系统、电池管理系统和电驱动系统。电驱动系统作为新能源汽车的关键部分，对新能源汽车的运行起着决定性的作用，包括安全、频繁的加减速、超载、爬坡以及超速等性能。因此必须对电驱动系统的所有参数进行严格的控制，这就需要设计专门的测试系统对其进行性能测试。

测试平台有能量消耗型、能量反馈型和能量互馈型三种方案。其中能量互馈方案能够避免巨大的能量消耗，且可以在直流或者交流母线侧交换能量，除此之外，还有所需设备少、成本低和效率高等优点，应用广泛。由于新能源汽车的电驱动系统既要接收加速踏板的信号，也要接收整车信号(包括前进、后退、刹车和启动等信号)，而传统的测试平台不能满足其测试要求，因此，有必要研究一种适用于新能源汽车的电驱动系统的测试平台。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用最优的控制策略和全闭环控制系统的新能源汽车电驱动系统的智能测试平台。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新能源汽车电驱动系统的智能测试平台，采用共交流母线的互馈对拖方式和现场总线型仪表，采用TCP/IP和PROFIBUS现场总线进行通讯；所述智能测试平台还包括电机、整车信号模拟仪、智能位置变送器、智能转矩转速测量仪、测功机、电机频率分析仪、热成像仪、上位智能运动控制器和下位智能控制器；其中，测功机、电机功率分析仪、热成像仪、整车信号模拟仪与上位智能运动控制器之间采用TCP/IP协议进行通讯，测功机与电机功率分析仪、热成像仪之间采用TCP/IP协议进行通讯；下位智能控制器、智能转矩转速测量仪、智能位置变送器与上位智能运动控制器之间采用PROFIBUS现场总线进行通讯；现场总线型仪表与上位智能运动控制器、下位智能控制器之间都采用PROFIBUS协议进行通讯，通过PROFIBUS总线进行数据传输。

作为本发明进一步的方案：所述的PROFIBUS总线为PROFIBUS-FMS现场总线，现场总线型仪表与上位智能运动控制器、下位智能控制器之间的信号传输是通过数字信号直接进行传输的。

作为本发明进一步的方案：所述的现场总线型仪表都含有各自的控制器，并具备数字通信功能。

作为本发明进一步的方案：所述智能测试平台还包括空冷机组，为整个系统提供冷却装置。

作为本发明进一步的方案：所述的电机由标准电机和被测电机组成，通过被测电机与标准电机对比的方式，有利于对测试过程出现的问题进行分析。

作为本发明进一步的方案：所述智能测试平台的工作过程如下：使用测功机模拟电机负载，电机负载包括扭矩负荷、特定车速，测功机的信号通过TCP/IP协议传输给电机功率分析仪和热成像仪，实现了电机扭矩-转速特性曲线的绘制，并进行制动能量回馈、效率、温升、超速、高效率和堵转性能测试；通过智能转矩转速测量仪和智能位置变送器对标准电机和被测电机的转矩、转速和位置进行测量，两台电机都工作在电动状态，总体上采用全闭环的运动控制方式；下位智能控制器采用位置控制模式，通过一个整车信号模拟仪来模拟整车给定信号，对电机的起停、加减速、位置给定、位置、速度、转矩和正反转进行控制；整车信号模拟仪发出的信号通过TCP/IP协议传输给上位智能运动控制器；通过上位智能运动控制器的处理与计算，对下位智能控制器发出位置控制指令，来决定电机的运行状态。

作为本发明进一步的方案：所述的电机中线需要与测功机的中线保持高度一致性，其所用联轴器具有高柔性。

作为本发明进一步的方案：所述的测功机的防反转锁定需解除。

作为本发明进一步的方案：由下位智能控制器、智能转矩转速测量仪和电机所构成的下位控制单元采用三闭环的控制方式，包括位置环、速度环和电流环的控制，具体的控制关系为：在位置环，位置控制部接收从运动控制器发送过来的位置指令和向速度环发送位置指令信号，并接受电机编码器的位置反馈信号；在速度环，速度控制部接受从位置环发送过来的位置指令信号和向电流环发送速度指令信号，并接受电机编码器的速度反馈信号，在这一过程中，通过位置-速度变换将电机编码器反馈的位置信号转化成速度信号，再将变换后的速度信号传送到速度控制部；在电流环，电流控制部接受从速度环发送过来的速度指令信号和向电机发送电流指令信号，并接受电机编码器的电流反馈信号和将电流反馈信号发送到电机；每环都有反馈信号，这样下位控制部分形成了三环控制模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计并搭建了新能源汽车电驱动系统的智能测试平台，采用了最优的控制策略和全闭环控制系统的设计方案，并且通过整车信号模拟仪模拟了整车实际的运行情况和测功机来模拟电机的实际负载状况，能够对电驱动系统转矩、速度和位置等各项功能进行测试，确保新能源汽车电驱动系统的经济、安全和可靠，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明智能测试平台的结构示意图；

图2为本发明智能测试平台的下位控制单元的三闭环控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，一种新能源汽车电驱动系统的智能测试平台，包括现场总线型仪表、电机、整车信号模拟仪、智能位置变送器、智能转矩转速测量仪、空冷机组、测功机、电机频率分析仪、热成像仪、上位智能运动控制器和下位智能控制器。所述智能测试平台采用TCP/IP和PROFIBUS现场总线进行通讯：其中，测功机、电机功率分析仪、热成像仪、整车信号模拟仪与上位智能运动控制器之间采用TCP/IP协议进行通讯，测功机与电机功率分析仪、热成像仪之间采用TCP/IP协议进行通讯；下位智能控制器、智能转矩转速测量仪、智能位置变送器与上位智能运动控制器之间采用PROFIBUS现场总线进行通讯；现场总线型仪表与上位智能运动控制器、下位智能控制器之间都采用PROFIBUS协议进行通讯，通过PROFIBUS总线进行数据传输。具体地，所述PROFIBUS总线为PROFIBUS-FMS现场总线，现场总线型仪表与上位智能运动控制器、下位智能控制器之间的信号传输是通过数字信号直接进行传输的。此外，现场总线型仪表都含有各自的控制器。现场总线型仪表具备数字通信功能，能够集检测、数据转换、运算和控制功能于一体，可以对出现小范围的状况进行控制，减少了上位智能运动控制器、下位智能控制器的负担，提高了信息的传输效率，方便维修。

所述智能测试平台采用共交流母线的互馈对拖方式，可在交流母线侧进行能量交换，能够有效的避免能量浪费，除此之外投资设备小、效率高和成本低等特点。

所述智能测试平台的工作过程如下：通过智能转矩转速测量仪和智能位置变送器对标准电机和被测电机的转矩、转速和位置进行测量，两台电机都工作在电动状态，总体上采用全闭环的运动控制方式；下位智能控制器采用位置控制模式，通过一个整车信号模拟仪来模拟整车给定信号，对电机的起停、加减速、位置给定、位置、速度、转矩和正反转等进行控制；整车信号模拟仪发出的信号通过TCP/IP协议传输给上位智能运动控制器；通过上位智能运动控制器的处理与计算，对下位智能控制器发出位置控制指令，来决定电机的运行状态。

请参阅图2，由下位智能控制器、智能转矩转速测量仪和电机所构成的下位控制单元采用三闭环的控制方式，包括位置环、速度环和电流环的控制，具体的控制关系为：在位置环，位置控制部接收从运动控制器发送过来的位置指令和向速度环发送位置指令信号，并接受电机编码器的位置反馈信号；在速度环，速度控制部接受从位置环发送过来的位置指令信号和向电流环发送速度指令信号，并接受电机编码器的速度反馈信号，在这一过程中，通过位置-速度变换将电机编码器反馈的位置信号转化成速度信号，再将变换后的速度信号传送到速度控制部；在电流环，电流控制部接受从速度环发送过来的速度指令信号和向电机发送电流指令信号，并接受电机编码器的电流反馈信号和将电流反馈信号发送到电机。每环都有反馈信号，这样下位控制部分形成了三环控制模式。

所述智能测试平台采用的空冷机组，为整个系统提供冷却装置。这样更接近于新能源汽车实际的运行工况，使得测试的结果更加准确。

所述智能测试平台使用测功机模拟电机负载，电机负载包括扭矩负荷、特定车速等，测功机的信号通过TCP/IP协议传输给电机功率分析仪(包括电转换效率、机械转换效率)和热成像仪，其与电机功率分析仪和热成像仪等辅助工具相互配合，实现了电机扭矩-转速特性曲线的绘制，并能够进行制动能量回馈、效率、温升、超速、高效率和堵转等性能测试。由于电机的高转速特性，电机中线需要与测功机的中线保持高度一致性。为了防止在异常情况下联轴器受到损坏，需要采用具有柔性较高的联轴器。此外由于测试时电机需要进行正反方向旋转，需解除测功机的防反转锁定。

所述智能测试平台采用被测电机和标准电机进行对比的方式，一般情况下，标准电机的精度等级比被测电机的精度等级要高2个精度等级以上。通过对其进行对比分析，有利于对测试过程出现的问题进行分析，从而能够快速的找到被测电机的问题所在。

本发明设计并搭建了新能源汽车电驱动系统的智能测试平台，采用了最优的控制策略和全闭环控制系统的设计方案，并且通过整车信号模拟仪模拟了整车实际的运行情况和测功机来模拟电机的实际负载状况，能够对电驱动系统转矩、速度和位置等各项功能进行测试，确保新能源汽车电驱动系统的经济、安全和可靠，具有良好的经济效益。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。