測(cè)試混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

汽車的傳動(dòng)系本質(zhì)上就是一個(gè)包含給汽車提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)(傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī))，并將動(dòng)力傳遞給變速箱、傳動(dòng)軸最終到達(dá)汽車車輪的系統(tǒng)。傳動(dòng)系的電氣化正在改變汽車技術(shù)的未來發(fā)展前景，同時(shí)也受到來自可持續(xù)能源驅(qū)動(dòng)、提高燃油效率以及符合相關(guān)二氧化碳排放法規(guī)等的影響。另外，目前的關(guān)鍵技術(shù)推進(jìn)工作主要集中于提高操控性能與耐用性，還有就是一些新的實(shí)用技術(shù)，比如因再生制動(dòng)而催生的逆變器技術(shù)，這種技術(shù)用于給電動(dòng)機(jī)供電，或者給電池充電。

在傳動(dòng)系任何部分的開發(fā)過程中，都需要測(cè)量與機(jī)械性能相關(guān)的各種電氣信號(hào)和物理參數(shù)，并作為完整測(cè)試過程的一部分。電氣信號(hào)來自鏈接高壓電池和逆變器的電力電路，而物理參數(shù)涉及電氣到機(jī)械的轉(zhuǎn)換過程。為了透徹理解整個(gè)系統(tǒng)性能，必須對(duì)電磁電力轉(zhuǎn)換器和電力電路進(jìn)行測(cè)量，并分析來自CAN等汽車串行總線網(wǎng)絡(luò)上工作的傳動(dòng)系管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。此外，這些測(cè)試必須同時(shí)進(jìn)行，以便達(dá)到總體最優(yōu)的解決方案，而不是單獨(dú)優(yōu)化某個(gè)元件。

傳統(tǒng)的做法是使用采樣率最高為10000樣本/秒的數(shù)據(jù)記錄儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量汽車中的電氣和物理參數(shù)。這種系統(tǒng)通常具有很多通道，允許用戶將多個(gè)傳感器輸出和隔離型輸入通道結(jié)合在一起測(cè)量電氣系統(tǒng)(經(jīng)常包括浮動(dòng)電壓值)以及溫度、振動(dòng)及對(duì)材料的壓力等物理參數(shù)。

汽車版ScopeCorder

電氣移動(dòng)性開發(fā)趨勢(shì)導(dǎo)致了電源逆變器日益廣泛的使用，而由于這些器件支持更高的頻率和更高的電壓，因此有了速度高達(dá)1億樣本/秒(100MS/s)的隔離式測(cè)量要求。這些采樣率以前是由示波器結(jié)合差分探頭實(shí)現(xiàn)的，可以讓工程師觀察以更高頻率出現(xiàn)的瞬態(tài)電壓與電流。一個(gè)令人更感興趣的領(lǐng)域是傳動(dòng)管理系統(tǒng)，它工作在諸如CAN網(wǎng)絡(luò)等汽車串行總線之上，可連續(xù)傳送發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、轉(zhuǎn)速和壓力值等發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)。而通過一次測(cè)量就能獲得傳動(dòng)管理系統(tǒng)中的電氣信號(hào)、物理性能參數(shù)和數(shù)據(jù)具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性。為了減少整合這些眾多參數(shù)記錄所需的時(shí)間和工作量，日本橫河公司的DL850V ScopeCorder汽車版儀器在單個(gè)便攜式封裝中融合了高速示波器的優(yōu)勢(shì)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集記錄儀的優(yōu)勢(shì)。ScopeCorder可以捕獲和分析可能只持續(xù)幾個(gè)毫秒的瞬態(tài)事件，也能執(zhí)行長達(dá)30天的完整傳動(dòng)系耐用性測(cè)試。

圖1：在DL850V上創(chuàng)建的單個(gè)測(cè)量文件，它整合了多種高壓與電流信號(hào)、物理參數(shù)測(cè)量結(jié)果及解碼后的CAN總線信號(hào)。

這臺(tái)最新汽車版本DL850V ScopeCorder儀器具有通道隔離、信號(hào)調(diào)節(jié)和高通道數(shù)量的特點(diǎn)，還能提供CAN和LIN總線監(jiān)視功能，可以幫助用戶解碼CAN或LIN信號(hào)并監(jiān)視傳送的物理數(shù)據(jù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、車輪速度、加速度和壓力。然后將這些值與來自實(shí)際模擬傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。通過將多種高壓與電流信號(hào)(以高達(dá)100MS/s采樣)與物理參數(shù)測(cè)量結(jié)果(如溫度、壓力或振動(dòng)以及解碼出來的CAN總線信號(hào))的有機(jī)組合，DL850V可以創(chuàng)建單個(gè)完整的測(cè)量文件，見圖1。與來自多臺(tái)測(cè)量儀器的測(cè)量文件必須經(jīng)過整合才能在PC上進(jìn)行分析的其它方法相比，這種方法可以極大地減少分析整個(gè)系統(tǒng)所需的時(shí)間和工作量。

汽車應(yīng)用中的電力電子

用于汽車應(yīng)用的逆變器越來越多地采用速度更快、電壓更高的器件，這就要求具有更高采樣速率的隔離型高耐受電壓測(cè)量功能，并能夠在更長時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)量更多數(shù)量的信號(hào)。像數(shù)字存儲(chǔ)示波器這種傳統(tǒng)的波形測(cè)量儀器在高壓逆變器測(cè)量方面能力非常有限，因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙賳为?dú)隔離的輸入、高壓隔離性能和12或16位高分辨率。其它波形測(cè)量解決方案通常要求外部(有源)信號(hào)調(diào)節(jié)電路才能實(shí)現(xiàn)高壓隔離。

DL850 ScopeCorder則在其高壓測(cè)量模塊中使用了一種被稱為isoPRO的技術(shù)，無需外部有源信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備就能提供100MS/s的采樣率、1kV的隔離性能和12位的分辨率。isoPRO技術(shù)采用了一種使用半導(dǎo)體激光二極管將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換出來的光數(shù)據(jù)通過光纖傳送給儀器。由于半導(dǎo)體激光二極管的數(shù)據(jù)傳輸速率特別高，靠單個(gè)設(shè)備可以傳送大量數(shù)據(jù)，所以隔離區(qū)可以做得非常小。另外，因?yàn)楣饫w本身是絕緣的，沿光纖的信號(hào)傳輸距離足以提供合適的絕緣，因此即使在1kV高壓情況下也能保證信號(hào)輸入與主單元之間的絕緣距離。利用isoPRO技術(shù)可以在尺寸大約100×200mm的緊湊模塊中封裝兩個(gè)通道的100MS/s、1kV高耐受電壓隔離測(cè)量電路。

這種技術(shù)的另外一個(gè)好處是可以提供卓越的噪聲抑制。因?yàn)楦邏耗孀兤鞯拈_關(guān)速度很快，因此噪聲很可能被引入測(cè)量路徑。然而在高壓隔離模塊中，卓越的噪聲抑制性能可以帶來良好的共模抑制比(CMMR)，而且對(duì)IGBT等逆變器和設(shè)備來說常見的浮動(dòng)電壓開關(guān)波形可以被精確捕獲，見圖2。

圖2：使用DL850 ScopeCorder模塊測(cè)量的逆變器信號(hào)脈沖波形。左側(cè)是采樣率為100MS/s的測(cè)量結(jié)果，右邊是使用較老的10MS/s單元得到的測(cè)量結(jié)果。

機(jī)械/物理參數(shù)值

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)是一種用于開發(fā)、表征、測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)和仿真?zhèn)鲃?dòng)系的器具。一個(gè)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)包含多種傳感器(或變換器)、數(shù)據(jù)采集功能和致動(dòng)器，可用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。DL850 DscopeCorder有一個(gè)模塊化結(jié)構(gòu)和眾多的輸入模塊來監(jiān)視機(jī)械性能與電氣信號(hào)。變換器將來自發(fā)動(dòng)機(jī)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸入模塊可以理解的形式——一般是電壓信號(hào)。例如，單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度用轉(zhuǎn)速計(jì)進(jìn)行測(cè)量。這將產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出或一個(gè)脈沖輸出信號(hào)，然后將這個(gè)信號(hào)發(fā)送到ScopeCorder進(jìn)行脈沖輸出處理，并在顯示器后顯示實(shí)際的加速度圖形——甚至擴(kuò)展繪制出機(jī)械/電氣相位差，見圖3。

圖3：用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)角趨勢(shì)的旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)。

通過使用溫度模塊可以使用熱電偶(通常是K型器件)。這些熱電偶價(jià)廉物美，具有足夠精度完成任務(wù)。每個(gè)輸入模塊最多可以有16個(gè)熱電偶連接儀器。為了監(jiān)視傳動(dòng)系部件的振動(dòng)，可以使用帶壓電傳感器的加速度模塊。