HBK电动动力总成测试解决方案

电动传动系统控制和校准

HBK电动动力总成测试解决方案为汽车制造商和供应商提供了一套完整的实时测试和测量工具，简化评估过程，快速有效地提供可操作的见解。我们的电动动力总成测试设备能大幅降低测量不确定性，为传动系统效率和性能优化提供可靠的测量结果，最终改善驾驶体验。

概览

了解和优化车辆动力总成系统性能，从动力源（或模拟器）到车轮法兰，由工程师进行HIL模拟仿真，以及真实的物理测试。通过台架试验验证虚拟仿真提供的设计参数，验证各子系统之间的相互作用，并对系统及其控制系统进行校准，从而帮助工程师优化传动系统效率和性能。

HBK提供的电动动力总成测试解决方案是一个传感器、仪表和软件的组合，能将电动汽车（EV）动力系统作为一个整体系统进行分析。帮助工程师简化混合动力和电动汽车动力系统的复杂性，应对系统验证的挑战，并提供评估和优化所需的测试和分析技术。

HBK针对电动汽车发展的经济现实，设计了电动动力总成测试解决方案 - 简便的系统配置，用于评估分析的精确数据，高效数据收集、存储和传输策略，并可与IT系统以及公司产品开发过程高效集成。


更快地投入生产：HBK为电动汽车工程师提供灵活和可扩展的解决方案，用于动力总成系统设计和原型验证。

动力总成系统分析

- 复杂的混合动力和电动汽车动力系统分析解决方案

电动动力系统可用于各种类别的车辆：从小型到大型乘用车；从轻型货车到铰接式16轮卡车；从叉车到越野以及工程车辆等。

即使在同一类别的车辆中，电动动力总成系统也常常以不同的方式实现。例如，在乘用车中，被测动力系统可能是从带有两个驱动轮的单e轴到带有四个驱动轮的双e轴，再到两个（或更多）的轮毂电机。因此，静态试验台上的动力系统分析可能涉及一个和四个电机、一个和四个逆变器以及两个和四个测功机。现代电动动力总成系统需要一种既灵活又可扩展的传动系统测试和测量解决方案。


一个电池，两个逆变器，两个电机：特斯拉 model 3 说明了电动汽车的复杂性和测试台工程师面临的挑战。

- 电动动力总成验证的新挑战

在电动动力总成系统测试期间，需要检查一系列问题，主要目的是优化性能，同时最大限度地降低功耗：

•  动力总成系统是否符合该车辆规划和要求的特性？

•  动力系统的实际性能是否与模拟的预测相符？

•  不同供应商的子系统是否如预期的那样有效地结合在一起？

•  高压传动系子系统是否如预期那样与低压控制电子设备相互作用？

•  如何校准子系统以达到目标效率参数的所需性能？

•  控制系统是否能提供潜在车辆购买者所需的驾驶体验？


驱动循环，描述了真实世界的场景。在测功机上回放，可以用来研究功率、效率和性能。

HBK方案一个重要特点是能在瞬态过程中精确测量动态功率。美国环境保护署（EPA）试验和欧洲WLTP（全球轻型车辆试验程序）中，以负载阶跃、升程和降程作为标准驱动循环特征是电动汽车动力系统使用逆变器来控制电机的重要原因。

HBK电动动力总成测试解决方案同步测量电气和机械信号，以及ECU和CAN总线信号。因此可将输入与输出进行比较，来计算效率；并可明确地追踪损失的原因；还可以检查温度或NVH等问题对其他子系统的影响。

- HBK电动动力总成测试解决方案

HBK电动动力总成测试解决方案的核心是GENESIS高速数据记录仪。其是一个模块化的平台，可同步测量机械和电气信号，集功率分析仪，瞬态记录仪，示波器和数据采集功能于一体。

该系列包括五种型号，两种带高分辨率触摸屏便携式仪表，三种机架式安装仪表 。这些设备均可独立工作，或通过以太网与其他设备组合使用，实现极高的扩展性。每台主机提供2到17个输入插槽，“即插即测”。


带有7个插槽的 GEN7tA 功率分析仪

对于电动动力总成系统，一般带有一张或多张GN310B功率分析卡。每个GN310B 带有3个功率通道（5个电压通道，±1500 V DC，7个电流通道，±75 mA到±2 A）和2个扭矩和转速数字通道。提供RMS、P、S、Q、λ、η、cosν、THD、i_α、i_β（及更多）实时计算，以及全带宽功率计算和基本功率计算功能。

扭矩测量由HBK扭矩法兰传感器进行。例如，T40B，其额定扭矩量程为：100 Nm、200 Nm、500 Nm、1 kNm、2 kNm、3 kNm、5 kNm和10 kNm。T40B可提供用于dq0分析的时间信号（转速），并进行转矩脉动分析。


GN310B功率分析卡专门设计用于采集和分析逆变器等电驱动系统的动态负载变化，数字通道在卡的底部。

在高达22.000 rpm的高转速下，T12HP扭矩传感器可在100 Nm到10,000 Nm 的整个额定量程内提供精确测量值，而无需切换量程（如所谓的双量程传感器）。

主机的空闲插槽将配备额外的输入卡，以进行扩展分析，包括温度或NVH等。例如，通用数据采集卡带有8或16个通道。每个输入支持9种不同的传感器类型，非常适合动态机械测试。每通道500 kS/s的高采样率和24位分辨率使其可成为记录麦克风、加速度计或热电偶等机械测试信号的完美解决方案。


HBK扭矩传感器–如T12HP–可配备光学转速测量

- 传动系性能优化分析的专业软件

用户可通过HBK Perception软件来控制电动动力总成测试过程。这个复杂的软件平台可涵盖从试验台配置到定制报告生成的整个传动系统测试过程；以及从电池（或模拟器）到逆变器、设备和传动轴，再到车轮法兰的整个受测动力系统。

该软件界面由用户界面专家设计，工程师可轻松使用功率分析仪的全部功能。只需单击鼠标，用户就可以在数据采集、示波器或FFT分析仪之间切换。实现快速可视化（10秒内可达到10 GB），多显示器功能允许用户在PC支持的任意多个屏幕上显示这些信息。

Perception软件设计用于高速数据采集（高达400 MB/s）。实现大量数据的快速、可靠的处理，两者可同时进行。即使在电动传动系统在测量运行，优化实验期间，工程师也可访问并可视化保存的数据。


Perception 软件可帮助测试工程师在几分钟内完成传动系统设置，包括：仪表、范围、空间矢量、相量等。

通过将原始数据采集与实时功率计算相结合，Perception能帮助工程师在现场和屏幕上确认传动系实验设计或参数是否正确定义。这种直观的反馈可极大限度地提高工程师的工作效率。

Perception另外一个关键特性是带有100多个预定义公式的数据库，包括空间矢量或dq0变换（又名Park变换）等高级分析。用户也可自定义公式、动态创建的公式或选择列表中的元素组合来进一步扩展数据库。

对 Perception 保存的数据，工程师可通过批量后处理分析来执行验证与认证，而无需花费时间和精力重新进行测试。并可将数据从安全的 LinuxRAID阵列传输到其它第三方软件系统，如Matlab或LabVIEW。

- 更快地生成效率MAP图，提高传动系效率

效率map图是了解和优化电动动力系统的标准方法。作为一个整体，观察、记录和分析动力系统在多种速度和负载条件下的行为意味着尽可能快地执行多组迭代测试循环。在实践中，自动化测试管理是必不可少的。

在HBK电动动力总成测试解决方案中，自动化由Perception软件提供。工况点的开始和结束由用户通过键和宏来定义，自动测试和序列分析也是如此。触发可通过手动，软件或TTL远程控制。在运行时，Perception自动收集每个工况点的数据。Genesis高速主机的实时存储和记录触发之间不存在死区，这意味着获取原始数据，加上计算和可视化电机map图结果的过程，可在几分钟内完成。这种方法大大减少了工作量，能在更短的时间内生成效率map图。


效率MAP图是优化逆变器和动力系统效率的标准方法：挑战在于获得更高的精度和更高的效率。

新版本Perception中的增值技术加速了效率map图的生成。

•  基于周期的记录提供了数据的可选择性。例如，可以以低采样率连续记录温度数据，而关键电信号的高采样率仅用于而效率 map图的设定的工况点。这优化了数据的采集过程。

•  自动范围选项根据功率分析仪识别的信号强度自动选择信号最佳范围。例如，在创建效率map图时，“自动范围”将在扭矩的每一步变化后自动选择适当的范围，从而降低了测量不确定性。

除了可自动化测量和采集数据外，Perception还允许工程师自动化导出、分析数据或生成报告。


基于周期的自动范围记录优化了数据收集过程，同时减少了测量不确定性。

- 准确可靠的数据

HBK电动动力总成测试解决方案最重要的特性是，它能提供精确可靠的测试数据，从而促进对被测系统的更深入理解。

•  GN310B功率分析仪卡提供极佳的功率测量精度：读数的0.015%，量程的0.02%。

•  HBK扭矩传感器同样具有极佳的精度：T40B的精度等级为0.05；T12HP的精度等级为0.02

对被测系统的深入理解能帮助工程师高效地优化电动汽车传动系统，提供动力总成控制水平。


HBM eDrive解决方案包括了整个测量链：高精度传感器、功能强大的仪器和直观的软件。机械信号（如扭矩）和电信号（电流和电压）同步采集，能帮助工程师比以往更快、更准确地理解电气传动及其损耗。

汽车发展的经济现实

- 缩短开发周期

汽车发展的过程不断变化。电动动力系统的引入消除了一些问题（废气排放、发动机噪音），同样也带来了一些新问题（逆变器和变速箱的噪声）。以前存在的一些问题（组件或子系统之间的不兼容性、设计、负载或温度效应引起的缺陷和故障）现在以新的形式出现。

越来越多的汽车原始设备制造商通过提前进行开发来实现高效率和缩短上市时间。实际影响是，电动动力总成测试部门正在调整他们的程序和测试方法，应对这些新的挑战。HBK电动动力总成测试解决方案与汽车开发过程中的这些转变一致：快速设置；提高速度；支持数据策略；缩短产品开发过程；确保工作场所安全。

- 快速配置

在管理传动系统测试过程时，工程师需要集成各种各样的测试台工具：电气和机械信号传感器、自动化PC、功率分析仪、用于温度或NVH等信号的DAQ系统、分析和可视化的软件等。传感器、仪器和软件之间的不兼容都将不必要的时间消耗和费用。

另一方面，HBK产品具有更高的易用性：传感器和仪器通过“即插即测”方法确保测量链的各个组件易于集成。并提供必不可少的电缆或消耗品确保更高的信号质量，提高生产力。

Perception软件的设计能帮助工程师更快配置系统，提高工作效率：

•  通过测试台配置器，工程师只需将电源、逆变器、电机的符号拖放到屏幕中即可创建配置。传动系统可在几分钟内完成设置。

•  仪表和显示在配置期间自动创建；所有公式都自动应用。为了简化测试的设置过程，Perception会自动识别连接的设备。直观，节省时间。

HBK电动动力总成测试解决方案可提供极高的精度，以确保可靠的结果。模块化设计和可靠的组件集成确保您“无忧”安装。易于扩展，保证了您长期的投资回报。


HBK 提供完整测量链。全球前十大汽车制造商都在使用HBK设备。

- 提高效率和速度

HBK电动动力总成测试解决方案的目标是帮助工程师比以往更快、更准确地理解机电系统的性能、损耗和效率。

因此，HBK测量技术可帮助您获取高质量的数据。例如：更快地获取静态设定点，以便更有效地生成效率map图；半周期、可靠、高动态地采集数据。

- 高效数据同步和传输

在评估传动系统性能时，同时获取电气和机械信号可以节省时间和费用，同时减少由部件不兼容引起的不必要错误。HBK电动动力总成测试解决方案还支持高效数据策略，如信号同步和数据传输：

•  HBK测量链中的设备使用精度时间协议（PTP v2，也称为IEEE 1588-2008）版本2，来同步通过以太网联网的多个设备的时钟。

•  采集的原始数据、测量结果以及从传动系行为分析中获得的结果都可以通过行业标准进行传递。例如通过EtherCAT实时协议、CAN FD总线或软件API向网络同步数据。



对通信标准的全面支持确保原始数据和结果能够在网络间有效共享并集成到业务流程中。

- 工作场所安全

电动汽车不断发展，需要满足客户的不断增长的需求。值得注意的趋势包括电动系统的高电压以及带来的安全需求。为不断缩短充电时间，系统正从400V过渡到800V。相应地，试验台设备需要更高的安全等级。在HBK解决方案中：

•  Genesis HighSpeed功率分析仪满足最高过电压类别，可在高达1500 V电压下安全使用。

•  1000V以上高压分压器HVD50R符合IEC 61010-031:2002安全标准。


传动系统和辅助装置的电气化以及车辆中更高/更危险电压的储能装置对试验台和现场试验的安全性提出了很高的要求。