车用电驱系统自动化测试方法研究及改进

车用电驱系统自动化测试方法研究及改进

朱时敏

（上海机动车检测中心技术有限公司）

1.测试需求

本人日常工作是对车用电机系统进行GB/T18488-2015强制性检验以及其他定制的委托检验。无论是强制性检验或者其他测试，对车用电机系统进行性能测试都是主要内容。随着新能源汽车产业的蓬勃发展，电机系统的各类检验测试需求量很大，但目前本单位电机性能测试台架还很少，所以需要更快更高效地对电机进行测试。

委托（受检）单位的车用电机及配套控制器都有一组设计的性能参数，包括额定工作电压、最高转速、峰值扭矩、峰值功率等等。由于在性能试验中，需要测试的工作点很多，而这些工作点的实验参数都是随样品设计参数变化而变化。如果采用手动测试操作，不仅耗时长且存在误操作等不确定性，如果我们通过编程制定一个自动化流程，那么测试耗时短，且便于更换同型号样品反复测试。即使样品型号参数有变化，那我们也可以继续套用该程序，只需要修改几个关键参数，或者替换读取的参数表格即可继续实现自动化测试，而不用重制整个程序。

2.台架布置

台架布置示意图如下，按照电池模拟器-控制器-电机-测功机的顺序，样品和测功机可由同一台电脑控制联调，也可以分别单独控制。

我们实验室采用HORIBA公司的PT380电力测功机。

3.理论测试方法及测试数据

进行自动化测试的项目主要为GB/T18488-2015.2中的7.2，转矩-转速特性及效率，其他自动化测试可以以此为模板进行修改。简单概括下该项目测试方法：使用电机综合测试系统、综合电子负载转换系统和功率分析仪进行电机电动额定、电动峰值、发电额定和发电峰值外特性曲线试验；至少取10个转速点，最低转速点应不大于最高转速的10%，且相邻转速点之间的间隔不大于最高转速的10%；每个转速点下至少测试10个转矩点（高速状态下可适当减少，但不应低于5个点），记录下每个测试点的电机转速、电机转矩、直流母线电压、直流母线电流、驱动电机的电压、电流和效率数据。

我们在台架上可以采集的原始数据：转速、转矩、母线电压、母线电流、相电压、相电流、功率因数（功率分析仪测得）。可选数据：冷却水流量、冷却水温、电机及控制器温度等等。

需要计算的数据：电机效率；控制器效率；系统效率。这些可由功率分析仪自动计算得出，也可以手动计算。

4.实际自动化测试过程及其与手动测试的对比

a)手动方法：绘制MAP图大约需要测试100个点，每个点都手动输入转速、转矩，手动点记录，在操作熟练并且样品工作状态良好的情况下也需要20秒，一轮测试需要30分钟左右，如需要更多测试点，或者考虑到电机发热需要冷却，时间会更长；

b)自动方法：按如下方法，一个点只要5秒，一轮测试可能10分钟补到，而且可进一步缩短，指令输入、数据记录快于手动，电机过载时间也可以缩短，减少发热量，大大加快测试进度。

构建参数：将电机控制器必要的命令及反馈参数的通讯协议信息输入控制软件，并且关联至自定义变量，可先制作手动页面便于调试确认被测电机性能。

编制程序：起始指令：升高母线电压、使能样品、进入起步转速；中间部分：建立一个循环，读取csv文件，逐行输入目标转速和转矩，电机与测功机会实现相应工况，直至最后一行，数据全部自动记录保存；末尾指令：停机，关闭样品，关闭母线电压。

5.数据采集后处理

采集到的每个工作点的原始数据至少包含母线电压U(V)、母线电流I(A)、电机转速n(rpm)、电机扭矩T(Nm)。目前18488强检只需计算得出系统效率，其他定制实验需要的原始数据及计算内容暂不表。

系统效率计算方法：

所绘制的效率MAP图用matlab生成。

运用如下的M文件即可绘制：

clearall

closeall

%spdtorqueeff-System

data=[50049.450.8421

];

speed=round(data(:,1)/100)*100;

torque=data(:,2);

spd=unique(speed);

%-----

index=[];

data1=[];

fori=1:length(spd)

index0=find(speed==spd(i));

if(length(index0)==1)

data1=[data1;data(index0,:)];

end

[aa0,bb0]=unique(torque(index0));

%data0(index0,:)=data(bb0,:)

index=[index;index0(1)-1+bb0];

end

%----

data0=[data(index,:);data1.*1.00000001];

speed=round(data0(:,1)/100)*100;

torque=data0(:,2);

eff_S=data0(:,3)*100;

y_value=torque;

%-----

fori=1:length(spd)

index0=find(speed==spd(i));

tq_M(i)=max(y_value(index0));

tq_G(i)=max(y_value(index0));

res_eff_S(i,:)=interp1(y_value(index0),eff_S(index0),min(y_value):max(y_value));

end

%----

figure(1)

holdon

plot(spd,tq_G,'k.-')

%plot(spd,tq_M_real,'r.-')

[c0,h0]=contour(spd,min(y_value):max(y_value),res_eff_S',[0:5:70,70:2:80,80:2:85,85:1:90,90:0.5:100])

%[c0,h0]=contour(spd,0:max(torque),res_eff',[50:1:80,81:1:86,87:1:99]);

clabel(c0,h0)

xlabel('转速(rpm)')

ylabel('转矩(Nm)')

title('馈电模式下系统效率（%）')

axis([min(speed),max(speed),min(torque),max(torque)])

使用该文件时，将data后方括号内矩阵数据替换后运行即可，依次为转速、转矩、效率。

6.自动化测试的扩展及改进空间

a)测试样品可替换性。同型号样品无需在软件方面作任何改变便可自动运行。从测测试原理可分析得出，更换样品只需把程序中的扭矩设定参数的关联位置进行改变，并且设定工况点的列表进行修改，便可对不同型号电机进行测试。（使能等信号可在他处提前启动，或者加设入程序。）

b)自动化测试可扩展至其他项目。参考18488中的测试项目，除文中提到的转矩-转速特性外，如工作电压范围、转速/转矩控制精度、转速/转矩响应时间、持续/峰值转矩与功率、可靠性等等都可以通过对已程序模版稍作修改而实现自动化测试。

c)对于一些定制的，有特别要求的测试，比如特定温度、特定压力下的数据采集，特别是一些瞬态的采点，手动测试比较困难，就算是连续采集也免不了试验后对数据的繁杂的筛选工作。而自动化程序可以通过加入条件判断命令，在实验时就可进行筛选并自动记录，大大减少了工作量。自动化测试程序也可以加入一些简单的策略，通过对一些数值的监测来调整实验条件。

d)目前自动化测试主要是按照指定的CSV表格依次输入参数进行测试，比手动测试节约了许多工作量，但CSV表格仍需要人手动一个个输入。以后计划能改进这一点，测试时直接输入一些边界条件（最高转速、峰值转矩、最大功率等），计算机自动拟出所需要跑的工作点并运行，这样可使系统测试的工作效率更高。

参考文献

[1]GB/T18488.1-2015电动汽车用驱动电机系统第1部分：技术条件

[2]GB/T18488.2-2015电动汽车用驱动电机系统第2部分：试验方法