CN101387887A - 一种混合动力电机和控制器测试平台及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电机及其控制器的产品功能测试领域，具体涉及一种混合动力电机及其控制器测试平台及方法。本发明包括主控制计算机和电源，所述的测试平台中设置有至少一对同轴连接的混合动力电机，控制器与混合动力电机为电连接且一一对应，主控制计算机通过电缆和通讯总线与控制器组进行通讯，使控制器和混合动力电机按照既定的程序运行，主控制计算机传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果。本发明既降低了测试成本，又加快了测试速度，而且使测试平台的结构也变得简单。
Description
技术领域
本发明属于电机及其控制器的产品功能测试领域，具体涉及一种混合动力电机及其控制器测试平台及方法。
背景技术
目前在本领域中已经公知的是，混合动力车用来减少燃料消耗并抑制由于排放有害物而带来的污染，尤其是各种结构的油电混合动力成为目前最具前途和影响的研究方向之一。对于逐步向产业化发展的混合动力汽车，其关键部件的功能及耐久性等测试是影响混合动力汽车产品质量的重要因素，而现有的技术很少涉及混合动力电机及其控制器功能测试平台及测试方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力电机和控制器测试平台，其测试平台结构简单，测试过程快捷且测试成本低。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种混合动力电机和控制器测试平台，包括主控制计算机和电源，所述的测试平台中设置有至少一对同轴连接的混合动力电机，控制器与混合动力电机为电连接且一一对应，主控制计算机通过电缆和通讯总线与控制器组进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果。
由上述技术方案可知，由于测试平台中的混合动力电机为同轴连接，因此本发明在测试过程中不但可以同时测得两台混合动力电机及其控制器的运行数据，而且也省去了原来测试时为混合动力电机所必须配备的测功机，从而既降低了测试成本，又加快了测试速度，而且使测试平台的结构也变得简单。
本发明的另一个目的是提供一种混合动力电机和控制器测试平台的测试方法，该方法包含下列步骤：
1)电源向测试平台供电，主控制计算机启动并进入初始工况，控制器启动其内部芯片的初始化工作并进入初始工况；
2)主控制计算机通过CAN总线向控制器发送控制指令，控制器在接收到电机工作模式为零扭矩模式时进入后续操作；
3)主控制计算机对控制器采样的系统的电压、电流以及速度等信号进行监测并更新系统安全信息，当系统出现故障时，控制器进入保护模式，当系统正常工作时，控制器进入后续操作；
4)当主控制计算机对控制器的模式为速度模式时，控制器执行速度控制并使混合动力电机的速度按设定方式运行，控制器对混合动力电机的参数进行监测并通过CAN总线反馈给主控制计算机；当主控制计算机对控制器的模式为扭矩模式时，控制器执行扭矩控制并使混合动力电机的扭矩按设定方式运行，控制器对混合动力电机的参数进行监测并通过CAN总线反馈给主控制计算机；
5)控制器对混合动力电机的输出参数测量并传送完毕后，主控制计算机完成对测量数据的更新并对测量数据进行处理。
由上述技术方案可知，主控制计算机通过CAN总线分别对测试平台上的每一对混合动力电机进行控制，同时相应的电机控制器通过CAN总线向主控制计算机反馈控制输出结果及控制器相关信息，每次测试可以同时完成对多台电机的同步测试，提高了产品测试速度和效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的测试处理流程示意图；
图3是本发明处于速度控制模式下的电机加速及减速轨迹图；
图4是本发明处于扭矩控制模式下的电机控制轨迹图。
具体实施方式
如图1所示，一种混合动力电机和控制器测试平台，包括主控制计算机10和电源20，所述的测试平台中设置有至少一对同轴连接的混合动力电机30，控制器40与混合动力电机30为电连接且一一对应，主控制计算机10通过电缆和通讯总线与控制器组进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果。
传统的测试方式为每台控制器40控制一台混合动力电机30，而接受测试的混合动力电机30的转轴上还连有测功机，所谓的测功机是为了测试混合动力电机30在不同控制模式下的输出扭矩。本发明中将两台混合动力电机30设为一组且背对背同轴连接，使每一台混合动力电机30互为另一台的测功机，从而大大节省了测试成本，而且每次测试均可以同时完成两台混合动力电机的测试任务，极大地提高了测试速度。
如图1所示，作为本发明的优选方案，所述的混合动力电机30的转轴上设置有增加惯量的质量块50。设置质量块50是为了更好的满足控制需求或者速度变化需求，也有利于对混合动力电机30和控制器40的产品性能做更好的测试。
所述的质量块50有多种实现方式，比如说铁块或铜块等物品，作为本发明的优选方案，所述的质量块50为设置在转轴端部的飞轮。
飞轮为回转体，其设置在转轴端部并旋转时，不会产生偏心等运动状况，而且其具有一定的转动惯量，有利于对混合动力电机30和控制器40的测试。
本发明中所述的主控制计算机10通过CAN总线60对控制器组进行通讯和控制。
所述的混合动力电机30中的一个运行在速度控制模式状态下，与其同轴连接的另一个运行在扭矩控制模式状态下。
由于接受测试的两台混合动力电机30可以分别处于速度控制模式和扭矩控制模式下，而且这两种控制模式在测试过程中还可以互换，因此在每个测试过程中，主控制计算机10可以针对这两种控制模式展开对控制器40和混合动力电机30的测试，从而对所测产品的性能有更好的了解。
图2所示为本发明的测试流程图，下面结合图2对本发明的测试过程做如下说明：
1)电源向测试平台供电，主控制计算机10启动并进入初始工况，控制器40接直流电源并启动其内部软件后，进行DSP芯片的初始化工作，同时进行时钟和外设等配置工作；
2)主控制计算机10通过通讯模块向电机控制器40发送控制指令，所述指令包括电机工作模式，扭矩指令值，速度指令值等；当电机控制器40通过CAN总线60与主控制计算机10通讯，所接收的来自主控制计算机10的电机工作模式为零扭矩模式时，则认为接收到第一个正确的信息，其他工作模式则认为是不正确的信息，电机控制器40将持续等待直到接收到零扭矩模式后才进行后续操作；
3)本过程为循环执行等待过程，电机控制器40通过CAN总线60接收来自主控制计算机10的控制信息，主控制计算机10通过对电机控制器40采样的电压、电流、速度等信号监测，更新系统安全信息，若此时系统出现故障，则电机控制器40进入保护模式，否则进入如下操作；
4)当主控制计算机10对控制器40的模式为速度模式时，如图3所示，图3中速度增加轨迹是根据直流母线侧功率要求设定，而速度递减轨迹是根据直流母线侧制动功率卸载电路设计要求而设定。图4所示为扭矩指令轨迹，其是根据在指定的速度下考虑混合动力电机30最大功率限值的同时结合考虑混合动力电机30实际车载循环路况规律而设定的。主控制计算机10按设定的轨迹设置速度和扭矩指令值，各控制器40通过CAN总线接收主控计算机10设定的轨迹设置速度和扭矩指令值，并分别调用相应的速度控制或者扭矩控制程序使相应的混合动力电机30实现按速度指令值或扭矩指令值运行。
当混合动力电机30的转速处在图3中所示的递增阶段，且混合动力电机30如图4所示按某一指定速度1500rpm恒定运行时，所示的I、II阶段为扭矩控制模式的混合动力电机30按指定的扭矩大小和持续时间作为电动机运行；III、IV阶段为扭矩控制模式的混合动力电机30按指定的扭矩大小和持续时间作为发电机运行。当混合动力电机30的速度按图3所示从1500rpm上升到3000rpm的过程中，图4中的V阶段为扭矩控制模式的混合动力电机30按指定的扭矩大小和持续时间作为电动机运行。
当混合动力电机30的转速处在图3中所示的递减阶段，且混合动力电机30如图4所示按某一指定速度2400rpm恒定运行时，I、II阶段为扭矩控制模式的混合动力电机30按指定的扭矩大小和持续时间作为电动机运行；III、IV阶段为扭矩控制模式的混合动力电机30按指定的扭矩大小和持续时间作为发电机运行。当混合动力电机30的速度按图3所示从2400rpm下降到1200rpm的过程中，图4中的VI阶段为扭矩控制模式的混合动力电机30按指定的扭矩大小和持续时间作为发电机运行。
上述中的1500rpm、3000rpm、2400rpm以及1200rpm在图中均为示出，所述的数值均为说明问题而假定，混合动力电机30在实际运行时并不局限于前述数值。
图3、4中的速度轨迹和扭矩轨迹均综合考虑了测试平台的直流母线侧电源功率设计要求以及实际路况电机运行因素而设定。
5)所测量的数据主要包括控制输出扭矩和控制输出速度等信号，控制器40通过CAN总线60将上述数据传送给主控制计算机10，主控制计算机10完成对测量数据的更新并对测量数据进行处理，本次测试结束。
所述的混合动力电机30主要有以下几种运行模式：
a)零扭矩模式，在系统测试初始阶段，电机控制器40锁定为零扭矩控制，以便等待控制模式转换，此时逆变器为使能状态。
b)速度模式，当电机控制器40成功地接收到来自主控制计算机10的指令，且所述指令使电机控制器40处于速度模式时，电机控制器40会驱动电机30进行速度控制，否则电机控制器40不能自行驱动电机30进行速度控制，速度控制时电机控制器40监测的测试参数会反馈给主控制计算机10。
c)扭矩模式，当电机控制器40成功地接收到来自主控制计算机10的指令，且所述指令使电机控制器40处于扭矩模式时，电机控制器40会驱动电机30进行扭矩控制，否则电机控制器40不能自行驱动电机30进行扭矩控制，扭矩控制时电机控制器40监测的测试参数会反馈给主控制计算机10。
d)保护模式，为避免测试系统不受损害，当主控制计算机10操纵控制器40进行速度模式与扭矩模式转换并出现严重故障时，主控制计算机10进入保护模式。
所述的同轴连接的混合动力电机30中的一个工作在速度控制模式下，使电机30运行于某一速度，另一个工作在扭矩控制模式下，使电机30运行于某一扭矩。工作在任一控制模式下的电机控制器40与运行在相应控制模式下的混合动力电机30一一对应，当扭矩控制电机30输出扭矩发生变化时，工作于速度控制的电机30会立即调整它的扭矩输出以满足恒速，减速或加速控制要求。混合动力电机30和控制器40的性能会在一个较长的周期内被测试和评估。
主控制计算机10通过CAN通讯接口给两台电机控制器40分别提供扭矩或者速度控制指令，并使得电机30工作在相应的需求控制下，同时电机控制器40通过CAN总线60给主控制计算机10反馈控制输出结果及控制器40的相关状态信息。在刚上电进行测试时，预先设置为速度控制模式下的电机30和预先设置为扭矩控制模式下的电机30的初始控制都设置为零扭矩输出控制，这样可以使混合动力电机30的启动较为安全；当前述的预速度控制电机30从零扭矩输出控制转换为速度控制模式后，所述的预扭矩控制电机30才能从零扭矩控制转换为扭矩控制。由于在采用扭矩控制的电机30从零扭矩模式转到扭矩模式之前，需要把速度控制电机30的转速控制在很低的数值，比如为转速50～100转/分，所以说速度控制电机30的运行可靠性是本测试平台最关键的环节。
预速度控制和预扭矩控制是相对的概念，主要指在测试时测试平台中的其中一台混合动力电机30的工作模式定义为速度控制，而另一台则定义为扭矩模式，当然在下一轮测试时两台电机的工作模式定义可以互换。
本发明的积极效果是通过主控制计算机10通过CAN总线60分别给测试平台每组台架单元上的混合动力电机30进行控制，同时各组电机控制器40通过CAN总线60给主控制计算机10反馈控制输出结果及控制器40的相关信息，每次测试可以完成多台电机同步测试，从而提高了产品的测试效率。
如图3所示，控制器40执行速度控制并使混合动力电机30按照加速和/或减速的方式进行测试，这样可以对控制器40和混合动力电机30在加减速的性能上有一个全面的测试。
在主控制计算机10对控制器40进行循环测试过程中，如果脉宽调制PWM发生中断，则主控制计算机10进行控制器40相关IO循环测试功能，测试结果保存更新。
所述的PWM中断是本控制器中采用的DSP芯片通过软件中设置PWM中断来完成某一任务，比如IO测试，只有中断发生时才执行IO测试功能，否则执行其他任务。
Claims (10)
1、一种混合动力电机和控制器测试平台，包括主控制计算机(10)和电源(20)，其特征在于：所述的测试平台中设置有至少一对同轴连接的混合动力电机(30)，控制器(40)与混合动力电机(30)为电连接且一一对应，主控制计算机(10)通过电缆和通讯总线与控制器组进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果。
2、根据权利要求1所述的混合动力电机和控制器测试平台，其特征在于：所述的混合动力电机(30)的转轴上设置有增加惯量的质量块(50)。
3、根据权利要求1所述的混合动力电机和控制器测试平台，其特征在于：所述的主控制计算机(10)通过CAN总线(60)对控制器组进行通讯和控制。
4、根据权利要求1所述的混合动力电机和控制器测试平台，其特征在于：所述的混合动力电机(30)中的一个运行在速度控制模式状态下，与其同轴连接的另一个运行在扭矩控制模式状态下。
5、根据权利要求1所述的混合动力电机和控制器测试平台，其特征在于：所述的质量块(50)为设置在转轴端部的飞轮。
6、一种混合动力电机和控制器测试平台的测试方法，该方法包含下列步骤：
1)电源(20)向测试平台供电，主控制计算机(10)启动并进入初始工况，控制器(40)启动其内部芯片的初始化工作并进入初始工况；
2)主控制计算机(10)通过CAN总线(60)向控制器(40)发送控制指令，控制器(40)在接收到电机工作模式为零扭矩模式时进入后续操作；
3)主控制计算机(10)对控制器(40)采样的系统的电压、电流以及速度等信号进行监测并更新系统安全信息，当系统出现故障时，控制器(40)进入保护模式，当系统正常工作时，控制器(40)进入后续操作；
4)当主控制计算机(10)对控制器(40)的模式为速度模式时，控制器(40)执行速度控制并使混合动力电机(30)的速度按设定方式运行，控制器(40)对混合动力电机(30)的参数进行监测并通过CAN总线(60)反馈给主控制计算机(10)；当主控制计算机(10)对控制器(40)的模式为扭矩模式时，控制器(40)执行扭矩控制并使混合动力电机(30)的扭矩按设定方式运行，控制器(40)对混合动力电机(30)的参数进行监测并通过CAN总线(60)反馈给主控制计算机(10)；
5)控制器(40)对混合动力电机(30)的输出参数测量并传送完毕后，主控制计算机(10)完成对测量数据的更新并对测量数据进行处理。
7、根据权利要求6所述的混合动力电机和控制器测试平台的测试方法，其特征在于：在电源(20)向测试平台供电进行测试时，速度控制模式下的混合动力电机(30)和扭矩控制模式下的混合动力电机(30)的初始控制都设置为零扭矩输出控制，当速度控制模式下的混合动力电机(30)从零扭矩输出控制转换为速度控制模式后，扭矩控制模式下的混合动力电机(30)才从零扭矩输出控制转换为扭矩控制模式。
8、根据权利要求6所述的混合动力电机和控制器测试平台的测试方法，其特征在于：在步骤4)中，当主控制计算机(10)操纵控制器(40)进行速度模式与扭矩模式转换并出现严重故障时，主控制计算机(10)进入保护模式。
9、根据权利要求6所述的混合动力电机和控制器测试平台的测试方法，其特征在于：在步骤4)中，控制器(40)执行速度控制并使混合动力电机(30)按照加速和/或减速的方式进行测试。
10、根据权利要求6所述的混合动力电机和控制器测试平台的测试方法，其特征在于：在主控制计算机(10)对控制器(40)进行循环测试过程中，如果脉宽调制PWM发生中断，则主控制计算机(10)进行控制器(40)相关IO循环测试功能，测试结果保存更新。
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