CN110441686A - 一种基于实时车况负载下的电机测试系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实时车况负载下的电机测试系统，包括：上位机；主控制系统，其与所述上位机电连接；整车控制器，其与所述主控制系统电连接；测功机，其与所述主控制系统电连接，用于模拟整车道路负载；电机控制器，其分别与所述测功机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；测试电机，其分别与所述测功机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；电池系统，其分别与所述电机控制器、所述测试电机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接。本系统能够在不同的工况下对电机进行测试，克服测试数据与实车测试数据差异大的问题，提高测试精度和效率。本发明还提供一种基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法。

Description

一种基于实时车况负载下的电机测试系统及其监测方法

技术领域

本发明设计一种基于实时车况负载下的电机测试系统及其监测方法，属于汽车测试领域。

背景技术

发展电动汽车技术有利于汽车行业发展和社会进步，十几年来，电动汽车技术获得了各个国家的大力支持，国内外所有汽车厂商都为此倾注了大量的时间、人力、物力和财力，作为电动汽车三大核心部件之一的驱动电机，是电动汽车的核心，对于电动汽车行驶中的稳定性、经济性、舒适性、安全性等性能具有较大影响。

电动汽车驱动电机系统的控制方式、性能评价体系和试验方法完全不同于传统工业用电机系统，传统工业用电机系统的性能试验测试方法也无法照搬应用于电动汽车驱动电机系统的测试。

电动汽车以电机为驱动机构，启动转矩大加速快，无尾气排放噪声小，并且可以能量回馈，逐渐成为汽车的发展方向。由于传统测试耗费人力和电能大，因此需要提出一种新的高效智能的电机测试系统和监测方法。

发明内容

本发明设计开发了一种基于实时车况负载下的电机测试系统，能够在不同的工况下对电机进行测试，克服测试数据与实车测试数据差异大的问题，提高测试精度和效率。

本发明还设计开发了一种基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，通过采集测试电机在测试过程中的运行参数，对测试电机和电池系统的工作状态进行监测和判断，防止故障发生带来的隐患。

本发明的另一发明目的，通过计算和控制测试电机的温度和功率，提高电机的测试性能，防止电机出现故障，提高测试效率。

本发明提供的技术方案为：

一种基于实时车况负载下的电机测试系统，包括：

上位机；

主控制系统，其与所述上位机电连接；

整车控制器，其与所述主控制系统电连接；

测功机，其与所述主控制系统电连接，用于模拟整车道路负载；

电机控制器，其分别与所述测功机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；

测试电机，其分别与所述测功机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；

电池系统，其分别与所述电机控制器、所述测试电机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；

其中，当无人驾驶时，所述上位机向经所述主控制系统向所述整车控制器发出测试请求；

当有人驾驶时，通过驾驶员进行踩踏操作，发出测试请求需求。

优选的是，其特征在于，还包括：

扭矩测量仪，其分别与所述主控制系统、所述测试电机以及所述整车控制器电连接，用于测试并反馈所述测试电机实际输出扭矩和转速。

优选的是，还包括：

功率分析仪，其分别与所述主控系统、所述电机控制器、所述测试电机电连接，用于测量所述测试电机和所述电机控制器的工作参数，并将测试结果反馈至所述主控制系统。

一种基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，使用上述基于实时车况负载下的电机测试系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定驾驶模式，当有人驾驶时，由驾驶员通过整车控制器向主控制系统发出驾驶信号，整车控制器通过电机控制器输出扭矩请求，通过电池系统输出充放电请求，主控制系统计算测试电机负载，并将测试电机负载、扭矩请求和充放电请求经主控制系统反馈给上位机；

当无人驾驶时，通过上位机向主控制器发出测试请求，主控制器计算出测试电机的负载，整车控制器通过电机控制器输出扭矩请求，通过电池系统输出充放电请求，并经主控制系统将测试电机负载、扭矩请求和充放电请求反馈给上位机；

步骤二、对测试过程中的电机状态和电池系统状态进行监测，输出故障状态。

优选的是，所述步骤二具体包括：

步骤1、按照采样周期通过传感器，采集行驶档位N、油门踏板开度α、制动踏板开度β、测试电机实际功率P、测试电机扭矩T_m以及测试电机转速r，并进行归一化，确定三层BP神经网络的输入层向量为x＝{x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆}，其中，x₁为行驶档位系数、x₂为油门踏板开度系数、x₃为制动踏板开度系数，x₄为测试电机实际功率系数、x₅为测试电机扭矩系数，x₆为测试电机转速系数；

步骤2、所述输入层映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,…,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤3、得到输出层o＝{o₁,o₂}；o₁为测试电机故障系数、o₂为电池系统故障系数，所述输出层神经元值为k为输出层神经元序列号，k＝{1,2}；其中，当o₁＝0时，测试电机正常工作，当o₁＝1时，测试电机出现故障；当o₂＝0时，电池系统正常工作，当o₂＝1时，电池系统出现故障。

优选的是，所述步骤2中进行归一化的公式为：其中，x_j为输入层向量中的参数，X_j分别为测量参数N、α、β、P、T、r，j＝1,2,3,4,5,6；X_jmax和X_jmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

优选的是，所述中间层节点个数m满足：其中，n为输入层节点个数，p为输出层节点个数。

优选的是，所述测试电机在工作时的测试温度T的经验公式为：

其中，λ为第一校正系数，T_e为电机的额定温度，T₀为电机的初始工作温度，I_N为电机的额定电流，I₁为电机的工作电流，Pe电机的额定功率，T_m为测试电机扭矩，T_N为测试电机的额定扭矩，r₀为设定的标准电机转速，N为汽车的驶档位，α为油门踏板开度。

优选的是，所述测试实际功率经验公式为：

其中，α为油门踏板开度，r₀为设定的标准转速，r为测试电机转速，r₀为设定的标准电机转速，N为汽车的驶档位，α为油门踏板开度，Pe电机的额定功率，T_m为测试电机扭矩，T_N为测试电机的额定扭矩。

本发明所述的有益效果：本发明提供的基于实时车况负载下的电机测试系统能够在有人驾驶和无人驾驶不同的工况对电机进行测试，方便快捷，同时通过采集测试电机在测试过程中的运行参数，对测试电机和电池系统的工作状态进行监测和判断，防止电机和电池系统故障发生带来的隐患。同时通过计算和控制电机温度以及电机功率，提高测试系统的安全性能。

附图说明

图1为本发明所述的基于实时车况负载下的电机测试系统的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供一种基于实时车况负载下的电机测试系统，包括：上位机、主控制系统、整车控制器、测功机、扭矩测量仪、电机控制器、测试电机以及电池系统。

其中，上位机、主控制系统、整车控制器、电机控制器以及电池系统通过CAN总线连接。

主控制系统与上位机电连接，在主控制系统内设置有主控制器和车辆模型，其中主控制器与上位机通过CAN总线连接，上位机能够向主控制器发送转矩、转速请求，该请求经主控制器分别传输给整车控制器和车辆模型，车辆模型接收到主控制器发出的请求后对测试电机的负载进行计算，并将计算的负载作用在测功机上。整车控制器连接油门踏板、刹车踏板和档位，并将驾驶员的实际操作传递给主控制系统，同时整车控制器还能够接收来自主控制系统传递的油门和刹车以及档位信号，对测试电机和电机控制器组成的电机系统进行控制。

功率分析仪分别与主控系统、电机控制器、测试电机电连接，用于测量测试电机和电机控制器工作时的工作参数，包括工作电流、电压、功率，并将测量的结果反馈给主控制器。扭矩测量仪分别与主控制系统、测试电机以及整车控制器电连接，用于测量驱动电机的实际输出扭矩和转速，并反馈给主控制系统。

电机控制器分别与测功机、主控制系统以及整车控制器电连接，测试电机与电机控制器电连接，电池系统用于为测试电机和电机控制器提供电能。

工作时，当有驾驶员驾驶时，通过驾驶员踩踏油门踏板、刹车踏板以及档位的操作，发出驾驶请求，驾驶请求通过整车控制器被转化为转速、转矩、状态信号，发送给主控制器，主控制器将接收到的信号传递给车辆模型，经过车辆模型计算出测试电机的负载，同时，驾驶请求通过整车控制器传送给电机控制器和电池系统，以输出扭矩请求和动力请求，整车控制器接收来测试电机的运行状态和动力电池系统运行状态信号，将其发送给主控制系统，其通过CAN网络发给上位机，在上位机上显示测试电机和电池系统的运行状态。

当没有驾驶员驾驶时，由上位机发出驾驶请求，并经CAN总线传递到主控制系统的车辆模型中，由测功机根据车辆模型实时计算出测试电机的负载，同时整车控制器接收来自上位机发出的驾驶请求，并将其发送给测试电机和电机控制器以及电池系统，使驱动测试电机根据发出的驾驶请求包括：扭矩、转速请求进行旋转，扭矩测量仪对测试电机的实际输出扭矩和转速进行测试，并反馈给车辆模型，经车辆模型发送到上位机上进行显示。

本发明还提供一种基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，通过采集测试电机在测试过程中的运行参数，对测试电机和电池系统的工作状态进行监测和判断，具体如下：

步骤一、确定驾驶模式，当有人驾驶时，由驾驶员通过整车控制器向主控制系统发出驾驶信号，整车控制器通过电机控制器输出扭矩请求，通过电池系统输出充放电请求，主控制系统计算测试电机负载，并将测试电机负载、扭矩请求和充放电请求经主控制系统反馈给上位机；

当无人驾驶时，通过上位机向主控制器发出测试请求，主控制器计算出测试电机的负载，整车控制器通过电机控制器输出扭矩请求，通过电池系统输出充放电请求，并经主控制系统将测试电机负载、扭矩请求和充放电请求反馈给上位机。

步骤二、对测试过程中的电机状态和电池系统状态进行监测，输出故障状态。

其中步骤二具体包括：

按照采样周期通过传感器，采集行驶档位、油门踏板开度、制动踏板开度、测试电机实际功率、测试电机扭矩以及测试电机转速，并进行归一化，确定三层BP神经网络的输入层，将输入层映射到中间层，得到输出层向量，即输出电机和电池系统的工作状态，包括如下步骤：

步骤1、建立BP神经网络模型具体包括：

采用三层BP神经网络体系，第一层为输入层，共n个节点，对应了表示设备工作状态的n个检测信号，这些信号参数由数据预处理模块给出。第二层为隐层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定。第三层为输出层，共p个节点，由系统实际需要输出的响应确定。

该网络的数学模型为：

输入层向量：x＝(x₁,x₂,…,x_n)^T

中间层向量：y＝(y₁,y₂,…,y_m)^T

输出层向量：z＝(z₁,z₂,…,z_p)^T

本发明中，输入层节点数为n＝6，输出层节点数为p＝2，隐藏层节点数m由下式估算得出：

输入信号的六个参数分别表示为：x₁为行驶档位系数、x₂为油门踏板开度系数、x₃为制动踏板开度系数，x₄为测试电机实际功率系数、x₅为测试电机扭矩系数，x₆为测试电机转速系数。

由于传感器获取的数据属于不同的物理量，其量纲各不相同。因此，在数据输入人工神经网络之前，需要将数据规格化为0-1之间的数。

具体而言，对于行驶档位N，进行归一化后，得到行驶档位系数x₁：

其中，N_min和N_max分别为行驶档位的最小值和最大值。

同样的，对于油门踏板开度α，进行归一化后，得到油门踏板开度系数x₂：

其中，α_min和α_max分别为油门踏板开度的最小值和最大值。

同样的，对于制动踏板开度β，进行归一化后，得到制动踏板开度系数x₃：

其中，β_min和β_max分别为制动踏板开度的最小值和最大值。

同样的，对于测试电机实际功率P，进行归一化后，得到测试电机实际功率系数x₄：

其中，P_min和P_max分别为测试电机实际功率的最小值和最大值。

同样的，对于测试电机扭矩T，进行归一化后，得到测试电机扭矩系数x₅：

其中，T_min和T_max分别为测试电机扭矩的最小值和最大值。

同样的，对于测试电机转速r，进行归一化后，得到测试电机转速系数x₆：

其中，r_min和r_max分别为测试电机转速的最小值和最大值。

得到输出层向量o＝{o₁,o₂}；o₁为测试电机故障系数、o₂为电池系统故障系数，所述输出层神经元值为k为输出层神经元序列号，k＝{1,2}；其中，当o₁＝0时，测试电机正常工作，当o₁＝1时，测试电机出现故障；当o₂＝0时，电池系统正常工作，当o₂＝1时，电池系统出现故障。

在另一实施例中，测试电机在工作时的测试温度T的经验公式为：

其中，λ为第一校正系数，T_e为电机的额定温度，T₀为电机的初始工作温度，I_N为电机的额定电流，I₁为电机的工作电流，Pe电机的额定功率，T_m为测试电机扭矩，T_N为测试电机的额定扭矩，r₀为设定的标准电机转速，N为汽车的驶档位，α为油门踏板开度。

在另一实施例中，测试电机实际功率经验公式为：

其中，α为油门踏板开度，r₀为设定的标准转速，r为测试电机转速，r₀为设定的标准电机转速，N为汽车的驶档位，α为油门踏板开度，Pe电机的额定功率，T_m为测试电机扭矩，T_N为测试电机的额定扭矩。

步骤2、进行BP神经网络训练。

建立好BP神经网络节点模型后，即可进行BP神经网络的训练。根据产品的历史经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值。

训练方法

各子网采用单独训练的方法；训练时，首先要提供一组训练样本，其中的每一个样本由输入样本和理想输出对组成，当网络的所有实际输出与其理想输出一致时，表明训练结束；否则，通过修正权值，使网络的理想输出与实际输出一致；各子网训练时的输入样本如表1所示：

表1

在系统设计时，系统模型是一个仅经过初始化了的网络，权值需要根据在使用过程中获得的数据样本进行学习调整，为此设计了系统的自学习功能。在指定了学习样本及数量的情况下，系统可以进行自学习，以不断完善网络性能，各子网训练后的输出样本如表2所示：

通过BP神经网络的反馈和训练，能够迅速输出电机测试系统的工作状态，对测试电机和电池系统的故障进行判断，杜绝安全隐患，提高电机测试的效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种基于实时车况负载下的电机测试系统，其特征在于，包括：

上位机；

主控制系统，其与所述上位机电连接；

整车控制器，其与所述主控制系统电连接；

测功机，其与所述主控制系统电连接，用于模拟整车道路负载；

电机控制器，其分别与所述测功机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；

测试电机，其分别与所述测功机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；

电池系统，其分别与所述电机控制器、所述测试电机、所述主控制系统以及所述整车控制器电连接；

其中，当无人驾驶时，所述上位机向经所述主控制系统向所述整车控制器发出测试请求；

当有人驾驶时，通过驾驶员进行踩踏操作，发出测试请求需求。

2.根据权利要求1所述的基于实时车况负载下的电机测试系统，其特征在于，还包括：

扭矩测量仪，其分别与所述主控制系统、所述测试电机以及所述整车控制器电连接，用于测试并反馈所述测试电机实际输出扭矩和转速。

3.根据权利要求2所述的基于实时车况负载下的电机测试系统，其特征在于，还包括：

功率分析仪，其分别与所述主控系统、所述电机控制器、所述测试电机电连接，用于测量所述测试电机和所述电机控制器的工作参数，并将测试结果反馈至所述主控制系统。

4.一种基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，使用权利要求1-3任意一项权利要求所述的基于实时车况负载下的电机测试系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定驾驶模式，当有人驾驶时，由驾驶员通过整车控制器向主控制系统发出驾驶信号，整车控制器通过电机控制器输出扭矩请求，通过电池系统输出充放电请求，主控制系统计算测试电机负载，并将测试电机负载、扭矩请求和充放电请求经主控制系统反馈给上位机；

当无人驾驶时，通过上位机向主控制器发出测试请求，主控制器计算出测试电机的负载，整车控制器通过电机控制器输出扭矩请求，通过电池系统输出充放电请求，并经主控制系统将测试电机负载、扭矩请求和充放电请求反馈给上位机；

步骤二、对测试过程中的电机状态和电池系统状态进行监测，输出故障状态。

5.根据权利要求4所述的基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

步骤1、按照采样周期通过传感器，采集行驶档位N、油门踏板开度α、制动踏板开度β、测试电机实际功率P、测试电机扭矩T_m以及测试电机转速r，并进行归一化，确定三层BP神经网络的输入层向量为x＝{x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆}，其中，x₁为行驶档位系数、x₂为油门踏板开度系数、x₃为制动踏板开度系数，x₄为测试电机实际功率系数、x₅为测试电机扭矩系数，x₆为测试电机转速系数；

步骤2、所述输入层映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,…,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤3、得到输出层o＝{o₁,o₂}；o₁为测试电机故障系数、o₂为电池系统故障系数，所述输出层神经元值为k为输出层神经元序列号，k＝{1,2}；其中，当o₁＝0时，测试电机正常工作，当o₁＝1时，测试电机出现故障；当o₂＝0时，电池系统正常工作，当o₂＝1时，电池系统出现故障。

6.根据权利要求5所述的基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，其特征在于，所述步骤2中进行归一化的公式为：

其中，x_j为输入层向量中的参数，X_j分别为测量参数N、α、β、P、T、r，j＝1,2,3,4,5,6；X_jmax和X_jmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

7.根据权利要求6所述的基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，其特征在于，所述中间层节点个数m满足：其中，n为输入层节点个数，p为输出层节点个数。

8.根据权利要求7所述的基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，其特征在于所述测试电机在工作时的测试温度T的经验公式为：

其中，λ为第一校正系数，T_e为电机的额定温度，T₀为电机的初始工作温度，I_N为电机的额定电流，I₁为电机的工作电流，Pe电机的额定功率，T_m为测试电机扭矩，T_N为测试电机的额定扭矩，r₀为设定的标准电机转速，N为汽车的驶档位，α为油门踏板开度。

9.根据权利要求8所述的基于实时车况负载下的电机测试系统的监测方法，其特征在于，所述测试电机实际功率经验公式为：

其中，α为油门踏板开度，r₀为设定的标准转速，r为测试电机转速，r₀为设定的标准电机转速，N为汽车的驶档位，α为油门踏板开度，Pe电机的额定功率，T_m为测试电机扭矩，T_N为测试电机的额定扭矩。