電動汽車分布式電機驅動測試系統研究與應用

　　隨著能源和環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、能源多樣化等優點研究發展迅速。電動汽車作為一種交通工具，工作環境復雜多變，其電機驅動系統需要滿足可靠性高、效率高、調速性能好、造價低等性能要求。因此電動汽車的電機驅動系統測試是一項重要研究內容。

　　電機驅動系統包括電機及其控制器，系統測試中需較長時間采集驅動系統內部和外部的信號，用到多個測量儀器，輸出大量數據。電動汽車電機驅動系統研究的深入對其測試的效率和精度有了更高的要求，傳統的手工測試方法已無法滿足試驗需求。隨著計算機技術、通信技術和自動控制技術的發展，以PC機和工作站為基礎的虛擬儀器和分布式網絡化測試技術為主的現代化開放式測試系統已成為目前的發展趨勢。

　　因此，本文提出了一種基于CAN總線、GPIB總線和以太網的分布式電機驅動測試系統。下面詳細闡述該測試系統總體和各子系統的設計思想和方案。

2 分布式測試系統設計

　　2.1 測試系統需求分析

　　電機驅動系統試驗按照一定的測試規范給電機加載，使電機可以工作在各種給定的工況下，同時還要為電機提供一定的保護措施。測試對象為車用交流異步電機和永磁同步電機，采用直流電源柜—電機控制器－電機—測功機的連接方式。電源柜的直流電壓輸出經電機控制器逆變為可控的三相變頻變壓交流電，從而驅動電機工作。電機的輸出軸連到測功機，通過測功機來完成機械功率的吸收。系統結構如圖1所示。

　　圖1 電機驅動試驗系統示意圖

　　由圖1可見，電機驅動系統所需測試量有：電機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；電機的輸出轉矩和轉速；至少三個溫度測點；冷卻系統的液體流量、流速和壓力；控制器內部參數和控制指令等。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。

　　2.2 系統總體設計

　　本文采用集散控制思想，開發出適用于電動汽車電機驅動系統試驗的分布式在線監測系統，包括接口網絡設備及配套軟件。建立一套基于CAN總線、GPIB總線和Ethernet的現場總線技術的分布式在線監測平臺，自動完成測試、記錄和一些在線分析功能。

　　按照所需檢測的數據類型將系統劃分為四個子系統：電氣特性測試子系統，機械特性測試子系統，內部信息調試子系統和環境監測子系統。

　　系統以測控計算機為核心處理單元，就每個子系統的數據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：充分利用現有技術和儀器；經濟性；兼容性和可擴展性；傳輸速度和精度；網絡利用率等。

　　基于以上各方面因素的充分考慮后，設計的監測系統拓撲結構如圖２所示。

　　圖2 測試系統網絡拓撲圖

　　2.3 子系統設計

　　由圖2可見：電氣特性測試子系統進行電氣參數的測量，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參數。采用LEM 公司生產的NORMA D6000功率分析儀作為測量儀器，通過GPIB總線與測控計算機通信。

　　機械特性子系統測量電機轉速和轉矩外特性，采用南峰CW160電渦流測功機作為加載裝置和測量儀器。南峰測功機輸出轉速和轉矩的模擬信號，該信號經A/D轉換和CAN轉換后傳輸到imc C1數據采集器。

　　內部信息調試子系統測量控制器內部在線運行參數，由控制器直接CAN輸出，經另一條CAN總線傳輸到數據采集器。

　　環境監測子系統使用一系列傳感器，測量輸出冷卻系統的溫度、流量、流速、壓力和驅動系統環境溫度、濕度、壓力的模擬量。