新型P0 HEV电动发电机设备的耐用性测试站

作者：Brock Benefiel，Ball Systems， Inc.

挑战

一级汽车供应商要求设计和交付多个基于测功机的耐用性测试站，用于测试专为P0混合动力汽车（HEV）新设计的电动发电机。

解决方案

Ball Systems使用商业现成（COTS）子系统、定制的机械夹具、工业机电/电子组件以及基于网络的开放式架构（包含LabVIEW、LabVIEW Real-Time模块和CompactRIO硬件）设计、构建并验证了六个基于测功机的独立型通用皮带驱动电动发电机耐用性测试站。该解决方案不仅节省了测试时间，可适应未来的测试需求，并且比竞争对手的方法更经济实惠。

借助新技术的东风，打破混合动力车（HEV）产业中的障碍

随着消费者需求的增加、燃油效率的提高、环境影响的加剧以及全球汽车排放政策日益严格，混合动力汽车市场正在不断壮大。本案例的客户是一家跨国公司，属于一级汽车供应商。该公司新研发了一款用于P0高压电动汽车的电动发电机产品，并需要设计和制造加速寿命测试仪。这些新型电动发电机给供应商带来了多项新技术挑战，但Ball Systems团队已将其逐一解决。

新测试站的功能

HEV电动发电机耐用性测试系统在设计上具备可扩展能力，可以满足新型号的各种测试要求和未来HEV旋转电气设备的需求。源代码和其他源设计文档和文件随系统一起提供，以便客户的团队可以在未来根据需要修改测试序列系统的功能和顺序。

除了使用LabVIEW和LabVIEW Real-Time开发开放的可扩展软件架构外，我们还为被测设备（DUT）设计、构建并验证了刚性结构框架和定制连接系统。该系统具有一个高性能传动系统，支持两个旋转方向的四象限电机驱动和发电，并能够在最大扭矩、最大加速/减速、高转速、高温、低温、电子负载等各种极端条件下持续运行。

该传动系在DUT和负载电机之间装有一个独特的多轴承主轴系统。该系统不仅将驱动电机输出的轴向旋转和扭矩耦合到DUT（反之亦然），而且由于测试系统执行严苛的DUT耐用性重复测试会引起费用高昂的驱动电机改装，该传动系统还用作可牺牲的磨损部件，以最大限度降低改装成本。

大型测试仪面临的技术和机械挑战

• 该测试系统解决了以下工程挑战：
• 80-100马力的四象限（扭矩/转速）测功机工作范围
• 汽车发动机舱极端热条件和电气条件下的仿真
• 生成可配置测试文件（方法），且具有强大的数据采集和报告功能
• 皮带自动张紧系统，且具有轮毂负载测量功能
• 商业支持的标准软件环境
• 使用尽可能多的COTS组件
• 可互换连接件系统，适用于多种DUT机械设计
• 保持驱动皮带轮、驱动皮带和DUT皮带轮对齐的结构刚性框架
• 贴合客户指定的安全和安装要求

测试期间，先将DUT固定在热室中。然后通过结构坚固且可编程的自动化皮带张紧系统，将皮带安装到DUT电机皮带轮和传动系皮带轮之间。通过DUT逆变器向DUT电机供电，或从驱动电机逆变器向驱动电机供电，驱动连接轴旋转。动力通过驱动皮带从DUT电机传输到驱动电机，反之亦然。同时，驱动电机通过驱动皮带吸收动力，并通过驱动电机逆变器将其传递回电网，或者在DUT电机吸收动力的情况下，通过DUT逆变器经由电池模拟器返回电网。基于NI CompactRIO的控制系统可管理所有系统级设备操作，并在测试序列执行期间收集DUT和系统数据。

软件方法对耐用性测试站至关重要

对于我们的客户来说，针对特定应用、能够根据新产品类别进行扩展且简单易用的序列生成系统对于确保其成功至关重要。

大多数基于LabVIEW的系统都包含测试步骤序列生成功能。借助此功能，最终用户可以在每个步骤中基于已定义的参数编译操作列表，进而创建测试序列。

在此案例中，客户打算创建一次可运行数周的测试，所以如果独立进行开发，测试序列将会包含数千个步骤。为了将这些冗长的测试序列进行模块化，我们添加了一些了功能，使我们可以在测试序列中调用子序列，并能够对这些子序列进行任意次数的迭代。这是软件工程中的常用技术，但在测试系统编程环境中却不常见。

我们的软件工程师并没有开发数千个单独的操作步骤，而是部署了一种配方式方法（recipe approach），可以帮助用户以更少的步骤完成相同测试序列。在创建和修改测试序列时，此模块化功能可帮助最终用户节省大量的时间。这些“配方”可以保存以供未来使用，也可以对其进行修改来创建新“配方”。

前端附件传动装置上的HEV P0架构，其中电机或BiSG通过皮带连接到内燃机（ICE）。