一种新能源汽车电机及控制器的测试系统的制作方法

本发明涉及一种新能源汽车电机及控制器的测试系统。

背景技术：

新能源汽车以电动机为驱动机构，起动转矩大加速快、无尾气排放噪声小、且可以能量回馈，逐渐成为现代汽车的发展方向。

电动汽车由三大核心部件组成：整车控制器(vehiclecontrolunit,简称vcu)、电机控制系统(motercontrolunit,简称mcu)、电池管理系统(batterymanagementsystem,简称bms)。整车控制器与电机控制mcu、电池管理系统bms、仪表之间的通讯是采用can总线。电机的请求转矩、转速和温度等信号都是通过can总线传输。

其次，新能源汽车电机有别于工业用途电机，首先是工作环境恶劣，随着车辆行驶到不同地方，颠簸震动、寒暑温差、电压波动等；其次在性能上要求电机调速范围广：低速时大转矩，高速时弱磁，还要经常在四象限交替运行；最后是电磁环境差，新能源汽车采用智能辅助驾驶系统配备各类传感器发出的信号，还有各类移动通讯信号，信号繁多相互干扰几率大。所以新能源汽车电机在装车前要经过严格的测试：除了常规测量电机的基本机械特性和效率曲线之外，还需要测量电机长时间运行和堵转时温升、四象限交替运行性能、汽车环境测试、模拟整车控制器can总线收发信息等。

在传统的电机测功系统中，需要人工调节负载转矩，还需要多人同时记录直流电源信息、控制器输出三相电信息和电机输出转速转矩信息，耗费大量的人工和时间，并且由于人员配合不当会带来很大误差。特别在一些能量消耗型的测功实验中，还需要配备通风散热系统，成本和能耗进一步增加。由于电动汽车电机的功率比较大，不适宜采用能量消耗型测功机进行测试；同时新能源汽车电机工作电压属于高电压范围，人工调节负载转矩存在危险因素。

在现有技术中，公开号为cn102520354a的中国专利公开了一种基于labview平台的异步电机测试系统，其功能只能测试电机的输入电能和输出力能特性，没有涉及到控制器，工控机通过信号采用卡读取测试数据；公开号为cn201610625986a的中国专利公开了一种基于labview的电机性能测试系统及方法，采用磁滞式测功机，不能实现能量回馈，被测电机需要连接外部控制器；公开号为cn201964998u的中国专利公开了一种交流电力测功机，上位机通过rs485总线与测功机进行数据通信，不能控制采用can总线的新能源汽车电机；公开号为cn201903448u的中国专利公开了一种动力电机测试平台，测功机控制系统通过以太网与仿真平台连接，并连接电池、加速踏板和制动踏板，模拟整车的功能，其主要目的是为整车提供系统解决方案和验证方案，并未涉及电机的具体性能测试。

综上所述，以上专利都未同时测量电机和控制器的性能，测试系统也不能通过can总线控制汽车电机，有的虽然能保存数据和波形，但不能生成测试报告。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源汽车电机及控制器的测试系统。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种新能源汽车电机及控制器的测试系统，包括双向直流电源、稳压直流电源、变频器、被测电机控制器、被测汽车电机、上位机和功率分析仪，外部三相电源输入到双相直流电源，双相直流电源引出两路直流母线电源，一路通过继电器ⅰ与变频器连接，另一路通过继电器ⅱ与稳压直流电源连接；所述变频器的输出三相电源线连接到负载变频电机；所述稳压直流电源的输出直流可调电压电源线与被测电机控制器连接，被测电机控制器的输出三相电源线与被测汽车电机连接，在被测电机控制器与被测汽车电机之间还连接有水冷系统；所述被测汽车电机通过联轴器与负载变频电机同轴连接；所述功率分析仪的电压、电流传感器分别与被测电机控制器的输入直流母线和输出三相交流电源线连接，功率分析仪的转速、转矩传感器安装到联轴器上；所述上位机通过以太网分别与双向直流电源、稳压直流电源、功率分析仪连接，通过以太网和温度测量仪与被测汽车电机连接，通过can总线与被测汽车电机控制器连接。

所述上位机为labview上位机，与sql数据库相连，将测试结果保存在数据库文件中，调用数据库数据，生成word和excel电机测试报告；

所述上位机用于显示功率分析仪、温度测量仪和转速、转矩传感器发来测试信号，通过以太网控制变频器、稳压直流电源和水冷系统的运行，通过can总线与被测电机控制器进行通信，通过修改dbc文件实现对不同can通信协议的被测电机控制器进行控制和检测。

所述温度测量仪为pt100温度测量仪，并通过以太网将测试信号通过串口转发送给上位机。

所述双向直流电源给负载变频电机和稳压直流电源供电，并根据被测汽车电机和负载变频电机的工作状态发电，让电能回馈到直流母线电源。

所述稳压直流电源给被测电机控制器供电，其功率和电压范围设置由上位机通过以太网发送控制信号。

所述变频器驱动负载变频电机，负载变频电机作为被测电机的负载，负载的转速、转矩设置由上位机通过以太网发送控制信号。

所述功率分析仪检测被测汽车电机的三相绕组的电压、电流，和被测电机控制器输入母线的电压、电流，并将测试数据通过以太网传输给上位机。

所述扭矩、转速传感器检测被测汽车电机输出的转速、转矩信号，并将测试数据通过以太网传输给上位机。

所述水冷系统给被测汽车电机及被测电机控制器进行散热，水冷系统的温度和流量设置由上位机通过以太网发送控制信号。

所述被测汽车控制器、继电器ⅰ、继电器ⅱ控制直流稳压电源、变频器、联轴器、水冷系统的启停，被测汽车控制器操作由上位机通过以太网发送控制信号。

本发明的有益效果在于：

1.通过以太网路由器将各个部件联络在以太网上，相比常用的rs232和rs485通信方式，提高数据通信和控制速度；

2.上位机通过修改dbc文件就能与不同can总线协议的新能源汽车电机控制器进行通信，测试的电机和控制器种类增多；

3.上位机通过链接sql数据库软件，实现对数据和波形的显示、保存、读取已存数据、生成测试报告等功能；

4.任一时刻被测电机和负载变频电机总有一个工作在发电状态，通过共用直流母线实现测试系统内部电能回馈，减少测试系统对外部电能的消耗；

5.采用全中文界面显示，测试功能丰富，操作简单明了，适用于新能源汽车电机的及控制器批产测试。

附图说明

图1是本发明系统的连接示意图；

图2是本发明上位机操作界面图；

图3是本发明的操作流程图；

图4是本发明针对不同can总线通信协议被测电机控制器修改dbc文件操作界面图；

图5是本发明被测电机控制器的操作界面图；

图6是本发明稳压直流电源设置界面图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示，一种新能源汽车电机及控制器的测试系统，包括双向直流电源、稳压直流电源、变频器、被测电机控制器(plc)、被测汽车电机、上位机和功率分析仪，外部三相电源输入到双相直流电源，双相直流电源引出两路直流母线电源，一路通过继电器ⅰ(即继电器1)与变频器连接，另一路通过继电器ⅱ(即继电器2)与稳压直流电源连接；所述变频器的输出三相电源线连接到负载变频电机；所述稳压直流电源的输出直流可调电压电源线与被测电机控制器连接，被测电机控制器的输出三相电源线与被测汽车电机连接，在被测电机控制器与被测汽车电机之间还连接有水冷系统；所述被测汽车电机通过联轴器与负载变频电机同轴连接，在高温高速情况下，联轴器通过风扇散热；所述功率分析仪的电压、电流传感器分别与被测电机控制器的输入直流母线和输出三相交流电源线连接，功率分析仪的转速、转矩传感器安装到联轴器上；所述上位机通过以太网分别与双向直流电源、稳压直流电源、功率分析仪连接，通过以太网和温度测量仪与被测汽车电机连接，通过can总线与被测汽车电机控制器连接。

所述上位机为labview上位机，与sql数据库相连，将测试结果保存在数据库文件中，调用数据库数据，生成word和excel电机测试报告；

所述上位机用于显示功率分析仪、温度测量仪和转速、转矩传感器发来测试信号，通过以太网控制变频器、稳压直流电源和水冷系统的运行，通过can总线与被测电机控制器进行通信，通过修改dbc文件实现对不同can通信协议的被测电机控制器进行控制和检测。

进一步地，上位机的功能和测试内容包括：被测汽车电机转矩、转速特性及效率特性试验、被测电机控制器过载能力试验、被测电机控制器堵转试验、超速试验、发电试验、电压波动试验、温升试验和被测汽车电机最高工作转速测试。

所述温度测量仪为pt100温度测量仪，并通过以太网将测试信号通过串口转发送给上位机。

进一步地，pt100温度测量仪检测整个系统的关键部位温度，包括联轴器、被测汽车电机的绕组、双向直流电源的内部器件等，并将测试信号通过串口转以太网发送给上位机。

所述双向直流电源给负载变频电机和稳压直流电源供电，并根据被测汽车电机和负载变频电机的工作状态发电，让电能回馈到直流母线电源。

进一步地，双向直流电源一方面将外部三相交流电整流成为直流电源，供给负载变频电机的控制器和稳压直流电源；另一方面，根据被测汽车电机和负载变频电机的工作状态(任一时刻被测汽车电机和负载变频电机总有一个工作在发电状态)发电，电能回馈到直流母线电源，能有效提高能量利用率，减少测试系统对外部电能的消耗。

所述稳压直流电源给被测电机控制器供电，其功率和电压范围设置由上位机通过以太网发送控制信号。

所述变频器驱动负载变频电机，负载变频电机作为被测电机的负载，负载的转速、转矩设置由上位机通过以太网发送控制信号。

所述功率分析仪检测被测汽车电机的三相绕组的电压、电流，和被测电机控制器输入母线的电压、电流，并将测试数据通过以太网传输给上位机。

所述扭矩、转速传感器检测被测汽车电机输出的转速、转矩信号，并将测试数据通过以太网传输给上位机。

所述水冷系统给被测汽车电机及被测电机控制器进行散热，水冷系统的温度和流量设置由上位机通过以太网发送控制信号。

所述被测汽车控制器、继电器ⅰ、继电器ⅱ控制直流稳压电源、变频器、联轴器、水冷系统的启停，被测汽车控制器操作由上位机通过以太网发送控制信号。

优选的，以太网将上位机、变频器、直流稳压电源、转速、转矩传感器、被测电机控制器、温度测量仪连接到一个网络系统，整个网络系统采用modbus协议。

实施例1

如上所述，本发明测试分为以下几个部分：

1.测试功能部分

对被测汽车电机的性能测试主要包括输入电能信息和输出力能信息的测量，本发明通过功率分析仪测量被测汽车电机的输入电能信息，通过转速、转矩传感器测量被测汽车电机的输出力能信息；通过功率分析仪对被测电机控制器的输入电能信息进行测量。

具体的，功率分析仪直接测量被测汽车电机的三相绕组的输入电压、电流，间接测量被测汽车电机的三种功率(有功、无功、总功)、功率因素、效率、频率和谐波分析等；同时，功率分析仪直接测量被测电机控制器的输入电压、电流，计算出效率。

进一步地，转速、转矩传感器测量被测汽车电机轴输出转速、转矩的波形和数值，功率分析仪和转速、转矩传感器的测试数据都通过以太网发送到上位机。

本发明所述pt100温度测量仪检测整个系统的关键部位温度，包括联轴器、电机绕组、双向直流电源内部器件等，并将测试信号通过串口转以太网发送给上位机。

2.测功机(负载)部分

联轴器将被测汽车电机和负载变频电机同轴相连，变频器驱动负载变频电机，上位机通过以太网给变频器发送控制信号，控制负载变频电机的输出转速和转矩，作为被测汽车电机的负载。

进一步地，变频器的启停控制是通过被测电机控制器通断继电器1和继电器2实现的，控制命令由上位机通过以太网发送。

进一步地，水冷系统给被测汽车电机及被测电机控制器进行散热，水冷系统的温度和流量设置由上位机通过以太网发送控制信号。

3.电源部分

双向直流电源一方面将外部三相交流电整流成为直流电源，供给变频器和稳压直流电源；另一方面，根据被测汽车电机和负载变频电机的工作状态(任一时刻，被测汽车电机和负载变频电机总有一个工作在发电状态)，通过共用直流母线实现电能回馈。

稳压直流电源给被测电机控制器供电，稳压直流电源的功率和电压范围设置由上位机通过以太网发送控制信号，稳压直流电源的启停控制是通过被测电机控制器通断继电器1和继电器2实现的，控制命令由上位机通过以太网发送。

4.上位机与通信部分

上位机是基于labview开发的控制软件，主要功能包括：显示功率分析仪和转速、转矩传感器通过以太网发来测试信号，通过以太网控制变频器、稳压直流电源和水冷系统的运行，通过can总线向被测电机控制器收发数据。

其次，以太网将上位机、变频器、稳压直流电源、转速转矩传感器、被测电机控制器、温度测量仪连接到一个网络系统，整个网络系统采用modbus协议。

被测电机控制器与整车控制器之间采用can总线通信，在对新能源汽车的电机及控制器测试时需要模拟整车控制器发送控制命令，不同车型的can总线通信协议不同。

优选的，上位机模拟整车控制器功能，通过修改dbc文件来匹配不同协议的电机控制器，通过can总线给电机控制器发送转矩、转速请求命令，并接受被测电机控制器返回的转速、转矩、温度和运行状态标志信号。

进一步地，基于labview开发的上位机，与sql数据库相连，将测试结果保存在数据库文件里，上位机调用数据库数据，可以生成word和excel电机测试报告。

实施例2

如上所述，本发明的测试内容如下：

1.被测汽车电机转矩、转速特性及效率特性试验

(1)将被测汽车电机和负载变频电机通过联轴器联接，并在中间安装转矩、转速传感器；

(2)通过被测电机控制器给被测汽车电机供电，通过调节变频器控制负载变频电机的输出转矩调和转速，给被测汽车电机进行加载；

(3)均匀选择被测汽车电机工作转速范围内的多个(通常10个以上)转速点，对于额定转速以下的转速点施加额定转矩，对于额定转速以上的转速点施加额定功率进行试验；

(4)上位机实时采集被测电机控制器的输入功率、被测汽车电机的输入功率和输出转矩/转速曲线，并实时绘制负载特性曲线，记录并保存试验数据。

2.被测汽车电机及被测电机控制器过载能力试验

根据被测汽车电机的实验要求，通过控制负载变频电机的输出力矩和加载时间来设置过载倍数和持续时间，通过负载变频电机施加非周期性过载，检查被测汽车电机及被测电机控制器是否有异常。

3.被测汽车电机及被测电机控制器堵转试验

被测汽车电机堵转时：被测汽车电机外加额定电压，转速为0时，输出扭矩不为0。

其次，为防止转子转动，在被测汽车电机轴上安装堵转工装，通过被测电机控制器调节被测汽车电机输出转矩，按施加被测试汽车电机所需堵转转矩进行试验。电流、电压、转速、转矩传感器自动测量堵转电压、堵转电流、堵转损耗及堵转转矩。测量堵转转矩时，改变定子、转子的相对位置，沿转子圆周均匀等分测取5点，取测量中堵转转矩的最小值。由于被测汽车电机是在不转的情况下进行试验，被测汽车电机相绕组电流很大，被测汽车电机发热严重，所以要尽量缩短试验时间，以免对被测汽车电机造成损坏，试验过程中，应实时监视被测汽车电机及被测电机控制器的温升。

4.超速试验

被测汽车电机超速试验是在短时间内提高被测汽车电机频率和转速，看被测汽车电机是否会出显有害变形，主要目的是检查被测汽车电机的机械强度。

此试验在被测汽车电机冷态下(被测汽车电机绕组是自然温度或接近自然温度)进行，通过调节被测电机控制器，使被测汽车电机在1.2倍最高工作转速运行，试验持续2分钟，检查被测汽车电机的机械结构是否发生有害变形。

5.发电试验

新能源汽车电机在下坡或刹车时需要进行能量回馈。发电试验时，由负载变频电机拖动被测汽车电机在发电工况下运行，被测汽车三相绕组输出三相交流电给被测电机控制器，被测电机控制器的直流母线端连接稳压直流电源，通过共用直流母线将能量提供给变频器，减少测试系统对外部的电能消耗。

6.电压波动试验

新能源汽车的电池电压在车辆运行过程中会出现波动，所以被测汽车电机必须测试在电压波动时的性能。

电压波动试验在负载状态下进行，通过调节稳压直流电源的输出电压，被测汽车电机及被测电机控制器在电源电压为120％额定电压值下，检测被测汽车电机和被测电机控制器是否能承受最大电流稳定运行；再通过调节直流稳压电源输出，被测汽车电机及被测电机控制器在电源电压降为75％额定电压时，检测被测汽车电机和被测电机控制器是否能承受最大电流稳定运行。

7.温升试验

温升实验是被测汽车电机按规定的工作制运行，测试被测汽车电机稳定运行的最高温度。

通过调节被测电机控制器和负载变频电机/测功机使被测汽车电机在额定电压和额定负载下运行，此时水冷系统应工作。

汽车，测试系统通过温度测量仪实时监测被测汽车电机的绕组、铁心、轴承等部位的温升，当被测汽车电机发热部件温升稳定，立即记录被测汽车电机各个部位的温升，上位机可自动判断是否合格。

8.被测汽车电机最高工作转速测试

最高工作转速测试时，调节被测电机控制器，使被测汽车电机运行最高工作转速，并根据恒功率公式计算得出被测汽车电机此时的计算转矩，调节负载变频电机的输出转矩给被测汽车电机持续施加载3分钟，检查被测汽车电机系统是否能稳定运行。

实施例3

如上所述，进入上位机操作界面(如图2)，按照图3的顺序启动测试系统，设置被测汽车电机型号，针对不同can通信协议的被测电机控制器，修改相应dbc文件，实现对被测电机控制器进行控制和检测。

其次，选择测试内容，选项包括：(1)被测汽车电机转矩转速特性及效率特性试验，(2)被测电机控制器过载能力试验，(3)被测汽车电机及被测电机控制器堵转试验，(4)超速试验，(5)发电试验，(6)电压波动试验，(7)温升试验，(8)电动最高工作转速测试。

最后，通过被测电机控制器接通变频器电源、稳压直流电源、水冷系统和联轴器的继电器，进一步设置具体参数，如图4和图6所示：稳压直流电源的电压和功率(如图5所示)、水冷系统的温度和流量等。

进一步地，在上位机操作界面(如图2)设置负载变频电机的转速和转矩，控制负载变频电机的输出作为被测汽车电机的负载，同时在操作界面上输入被测汽车电机的控制命令，通过can总线传输到被测电机控制器。

具体的，功率分析仪检测被测电机控制器的输入直流母线电压u1、电流i1、电机三相绕组的输入线电压(uab、uac、ubc)和线电流(ia、ib、ic)；扭矩/转速传感器检测被测汽车电机输出的转速转矩信号，所有测量信号通过以太网传输给上位机。

优选的，pt100温度测量仪检测整个系统的关键部位温度，包括联轴器、电机绕组、双向直流电源内部器件等，并将测试信号经过串口转以太网发送到上位机监控软件，上位机采样频率为20khz。

进一步地，上位机实时显示测量数据的数值和波形，并进行谐波分析和三种功率(有功功率、无功功率、总功率)计算、数据和屏幕图像保存。

优选的，上位机链接sqlserver数据库存储测量数据，通过调用数据库生产excel表格或doc文档的电机测试报告，方便测试人员对实验数据进行比对分析和后处理。

测试结束后，保存数据，操作被测电机控制器切断各个部件的电源，并退出测试系统。

在汽车正常运行时，被测汽车电机工作在电动状态时，负载变频电机作为负载提供反向转矩，被测汽车电机带动负载变频电机旋转，负载变频电机工作在发电状态；汽车下坡或制动时，负载变频电机作为原动机带动被测汽车电机旋转，被测汽车电机工作在发电状态。

综上所述，整个测试系统中各个部件通过以太网进行数据交换，数据传输速度快，且基于labview开发的上位机实现测量数据和波形的显示、分析，同时链接sql数据库，能够直接生成电机测试报告；还能针对不同can总线协议的新能源汽车电机控制器，通过上位机修改dbc文件就能与之进行can通信；其次，被测汽车电机和负载变频电机总有一个工作在发电状态，通过双向直流电源实现电能回馈；本发明能达到功能丰富、测试效率高、运行能耗低的特点，适用于新能源汽车电机及控制器的批产测试。