電動汽車分布式電機(jī)驅(qū)動測試系統(tǒng)研究與應(yīng)用

　　隨著能源和環(huán)境問題日益受到重視，電動汽車以其清潔無污染、能量效率高、低噪聲、能源多樣化等優(yōu)點研究發(fā)展迅速。電動汽車作為一種交通工具，工作環(huán)境復(fù)雜多變，其電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)需要滿足可靠性高、效率高、調(diào)速性能好、造價低等性能要求。因此電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試是一項重要研究內(nèi)容。

　　電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括電機(jī)及其控制器，系統(tǒng)測試中需較長時間采集驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部和外部的信號，用到多個測量儀器，輸出大量數(shù)據(jù)。電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)研究的深入對其測試的效率和精度有了更高的要求，傳統(tǒng)的手工測試方法已無法滿足試驗需求。隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，以PC機(jī)和工作站為基礎(chǔ)的虛擬儀器和分布式網(wǎng)絡(luò)化測試技術(shù)為主的現(xiàn)代化開放式測試系統(tǒng)已成為目前的發(fā)展趨勢。

　　因此，本文提出了一種基于CAN總線、GPIB總線和以太網(wǎng)的分布式電機(jī)驅(qū)動測試系統(tǒng)。下面詳細(xì)闡述該測試系統(tǒng)總體和各子系統(tǒng)的設(shè)計思想和方案。

2 分布式測試系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 測試系統(tǒng)需求分析

　　電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)試驗按照一定的測試規(guī)范給電機(jī)加載，使電機(jī)可以工作在各種給定的工況下，同時還要為電機(jī)提供一定的保護(hù)措施。測試對象為車用交流異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)，采用直流電源柜—電機(jī)控制器－電機(jī)—測功機(jī)的連接方式。電源柜的直流電壓輸出經(jīng)電機(jī)控制器逆變?yōu)榭煽氐娜嘧冾l變壓交流電，從而驅(qū)動電機(jī)工作。電機(jī)的輸出軸連到測功機(jī)，通過測功機(jī)來完成機(jī)械功率的吸收。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 電機(jī)驅(qū)動試驗系統(tǒng)示意圖

　　由圖1可見，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)所需測試量有：電機(jī)控制器的四路電流和四路電壓，包括輸入直流母線電壓電流和輸出三相交流電壓電流值；電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；至少三個溫度測點；冷卻系統(tǒng)的液體流量、流速和壓力；控制器內(nèi)部參數(shù)和控制指令等。要求各測試量的精度等級為0.5級，即誤差控制在千分之五以內(nèi)。

　　2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　本文采用集散控制思想，開發(fā)出適用于電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)試驗的分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括接口網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及配套軟件。建立一套基于CAN總線、GPIB總線和Ethernet的現(xiàn)場總線技術(shù)的分布式在線監(jiān)測平臺，自動完成測試、記錄和一些在線分析功能。

　　按照所需檢測的數(shù)據(jù)類型將系統(tǒng)劃分為四個子系統(tǒng)：電氣特性測試子系統(tǒng)，機(jī)械特性測試子系統(tǒng)，內(nèi)部信息調(diào)試子系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)以測控計算機(jī)為核心處理單元，就每個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口特點選擇合適的互連方案。方案的選取主要從以下幾個方面考慮：充分利用現(xiàn)有技術(shù)和儀器；經(jīng)濟(jì)性；兼容性和可擴(kuò)展性；傳輸速度和精度；網(wǎng)絡(luò)利用率等。

　　基于以上各方面因素的充分考慮后，設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖２所示。

　　圖2 測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　2.3 子系統(tǒng)設(shè)計

　　由圖2可見：電氣特性測試子系統(tǒng)進(jìn)行電氣參數(shù)的測量，包括控制器輸入輸出的電流和電壓，以及功率和效率等相關(guān)參數(shù)。采用LEM 公司生產(chǎn)的NORMA D6000功率分析儀作為測量儀器，通過GPIB總線與測控計算機(jī)通信。

　　機(jī)械特性子系統(tǒng)測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩外特性，采用南峰CW160電渦流測功機(jī)作為加載裝置和測量儀器。南峰測功機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的模擬信號，該信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和CAN轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)絠mc C1數(shù)據(jù)采集器。

　　內(nèi)部信息調(diào)試子系統(tǒng)測量控制器內(nèi)部在線運行參數(shù)，由控制器直接CAN輸出，經(jīng)另一條CAN總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器。

　　環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)使用一系列傳感器，測量輸出冷卻系統(tǒng)的溫度、流量、流速、壓力和驅(qū)動系統(tǒng)環(huán)境溫度、濕度、壓力的模擬量。