CN110907734A - 新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁兼容测试领域，尤其涉及一种新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，包括以下步骤：1）将被测电机和电机控制器固定安装；2）将变速器的挡位切换至目标挡位；3）启动电磁兼容性能测试系统；4）获取测功机电机的实时转矩和转速，计算出被测电机的实时转矩和转速；5）对电磁兼容性能测试系统运行是否正常进行判断；6）电机控制器调控被测电机的实时转矩和转速，使被测电机的实时转矩和转速与被测电机的目标转矩和转速的相对误差均小于1%；7）进行电磁兼容性能测试。本方法可以检测新能源汽车启动、加速、刹车等驱动电机输出转速转矩变化的瞬态工况和平稳上坡、巡航等驱动电机输出转速转矩稳定的稳态工况下的电磁发射。

Description

新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容测试领域，尤其涉及一种新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法。

背景技术

电机驱动系统的关键零部件技术（即电池包、电机控制器与电机）是保证新能源汽车产业健康发展的核心技术。

车载大功率的电子装置产生严重的电磁干扰，导致新能源汽车电磁兼容问题日益突出。其中，电机控制器为主要的电磁干扰源，优化电机控制器的电磁兼容性能成为其开发的关键环节，其电磁兼容性能已经成为新能源汽车电机驱动系统关键性竞争性能指标之一。

为了管控电机驱动系统的电磁兼容性能，国际标准CISPR 25、国标GBT 18655与最新电驱电磁兼容标准GBT 36282都明确规范了测试方法与测试设备要求：电机驱动系统在测功机模拟实际带载工况下进行电磁传导发射、辐射发射与抗扰测试。电机驱动系统的电磁兼容测试通过测功机模拟实际工况，能够较好地实现电机驱动系统实际电磁辐射发射与抗扰性能评估：通过测功机的连接轴穿过半波暗室与待测电机联动，从而评估电机控制器甚至电池包的电磁兼容性能。

目前,仅国外一些专业测试系统设计商能够提供用于测试新能源汽车的电机电磁兼容性能的测试系统，其方案的思路简而言之就是专门建设一个电机测试专用暗室，将被测电机置于暗室内，并通过穿过暗室墙壁的金属轴连接至暗室外的负载电机,以确保负载电机产生的辐射骚扰不会对被测电机的电磁兼容性能测试结果产生过大影响。目前，基于该测试系统的试验方法存在如下缺点：

1.该测试方法规定被测电机按照额定转速和转矩数值50%的工况进行试验，没有模拟被测电机的高转速、大转矩的真实工况，可以进行测试的被测电机的转速、转矩范围较窄，可以满足的被测电机种类偏少；

2.该测试方法未考虑被测电机输出转速、转矩变化的瞬态工况下被测电机和电机控制器的电磁发射，试验能满足的工况少；

3.该测试方法未使用电机驱动系统的电池包，或具有模拟电池包特性的电池模拟器给电机驱动系统供电，试验结果的准确性存在不足；

4.该测试方法在测试进行前未考虑评价测试系统的运行情况，试验结果的准确性存在不足；

5.该测试方法未考虑单独检测被测电机的电磁发射，可获取的试验结果少。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种新能源汽车的电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，检测新能源汽车启动、加速、刹车等驱动电机输出转速转矩变化的瞬态工况和平稳上坡、巡航等驱动电机输出转速转矩稳定的稳态工况，或指定的驱动电机输出转速和转矩组合下的电磁发射。

该方法的试验对象包括但不限于新能源乘用车和商用车，特别是驱动电机输出超高转速的电动跑车和输出超大转矩的重型商用车。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，包括以下步骤：

1）将新能源汽车电机驱动系统的被测电机和电机控制器固定安装在电磁兼容性能测试系统上，确保被测电机在测试工况下的目标转矩和转速在电磁兼容性能测试系统的测试范围内；

2）将电磁兼容性能测试系统中的两挡变速器的挡位切换至目标转矩和转速的挡位；

3）启动电磁兼容性能测试系统，该测试系统中的电池模拟器给被测电机和电机控制器供电；

4）计算机通过测试系统中的转矩传感器获取电磁兼容性能测试系统中的测功机电机的实时转矩，由测功机自带的编码器获取测功机电机的实时转速，通过计算机计算出被测电机的实时转矩和转速；

5）电机控制器调控被测电机的转矩和转速至初始工况运行状态保持1分钟以上，计算机监控被测电机的实时转矩和转速，对电磁兼容性能测试系统运行是否正常进行判断，若正常则通过计算机输入被测电机的目标转矩和转速设定测试工况，若不正常则重新安装被测电机和电机控制器；

6）电机控制器根据设定的测试工况调控被测电机的实时转矩和转速，使被测电机的实时转矩和转速与被测电机的目标转矩和转速的相对误差均小于1%；

7）进行电磁兼容性能测试，电磁兼容性能测试系统的EMI测试接收机向计算机输出干扰信号的平均值频谱、峰值频谱和准峰值频谱，计算机用曲线图显示并编辑、保存。

步骤4）中计算机计算的被测电机的实时转矩和转速采用下列公式：

其中，T为被测电机的实时转矩，T_s为测功机的电机转矩，η为变速器传递效率，i为变速器挡位的传动比，N为被测电机的实时转速，N_s为测功机的电机转速。

步骤5）中所述的被测电机的初始工况运行状态为被测电机保持输出的转速为1000 r/min，转矩为50 N·m的状态正常运行。

步骤5）中所述电磁兼容性能测试系统运行是否正常的判断标准为被测电机的实时转矩和转速与被测电机的目标转矩和转速的相对误差均小于1%。

所述的测试工况包括稳态工况和瞬态工况，所述稳态工况下设定的目标转矩和转速为固定值，所述瞬态工况下设定的目标转矩和转速为变化值。

所述的电磁兼容性能测试包括传导发射电压法试验、传导发射电流法试验和辐射发射法试验。

所述的传导发射电压法试验包括系统传导发射电压法试验；

所述的系统传导发射电压法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在高压线路阻抗稳定网络、低压线路阻抗稳定网络的正负极端分别检测150 kHz—108 MHz频率范围内的被测电机和电机控制器馈入高压、低压电路的传导发射电压信号。

所述的传导发射电流法试验包括系统传导发射电流法试验和被测电机传导发射电流法试验；

所述的系统传导发射电流法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在电机控制器的高压、低压输入端口使用电流探头分别检测150 kHz—108 MHz、142 MHz—245 MHz频率范围内的被测电机和电机控制器馈入高压电路、低压电路的传导发射电流信号；

所述的被测电机传导发射电流法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在被测电机的三相输出端口使用电流探头检测150 kHz—108 MHz、142 MHz—245 MHz频率范围内的被测电机馈入三相线缆的传导发射电流信号。

所述的辐射发射试验包括电机控制器辐射发射试验和被测电机辐射发射试验；

所述的电机控制器辐射发射试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机将单极天线、双锥天线、对数周期天线和喇叭天线四种接收天线分别布置在离电机控制器直线距离1米处，其中，天线极子与电机控制器中心在同一水平面上，利用单极天线检测150kHz—30 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用双锥天线检测30 MHz—300 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用对数周期天线检测300 MHz—1 GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用喇叭天线检测1 GHz—2.5GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号；

所述的被测电机辐射发射试验如下：新能源汽车的电机驱动系统的电磁兼容性能测试系统的EMI测试接收机将单极天线、双锥天线、对数周期天线和喇叭天线四种接收天线分别布置在离被测电机直线距离1米处，天线极子与被测电机中心在同一水平面上，利用单极天线检测150 kHz—30 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用双锥天线检测30 MHz—300 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用对数周期天线检测300 MHz—1 GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用喇叭天线检测1 GHz—2.5GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号。

EMI，中文翻译为电磁干扰，是Electromagnetic Interference的缩写，定义为：电磁波会与电子元件作用，产生干扰的现象。

所述的EMI测试接收机是集天线与接收机为一体的全自动EMI测试接收机，即电磁干扰测试接收机，是进行空间场强测试的重要设备，用以测量空间的无用或有害的相关干扰信号；与此同时，也可以测量空间电台、电视台发出的有用无线电信号的场强。

本发明的优点如下：

1.本发明可以模拟被测电机的高转速、大转矩的真实工况，可以满足的被测电机种类多；

2.本发明不仅可以在被测电机的实时转矩和转速均处于稳定状态的稳态工况下测试被测电机的电磁发射，还可以在被测电机的实时转矩和转速均处于变化状态的瞬态工况下测试被测电机和电机控制器的电磁发射，即在大多数的工况下均能进行测试实验，尤其是能满足电动跑车超高转速和重型商用车超大转矩的测试工况要求；

3.本发明使用具有模拟电池包特性的电池模拟器给电机驱动系统供电，试验结果的准确性和真实性大大提高；

4.本发明严格保证了测试系统的稳定性，试验结果的可靠性大大提高；

5.本发明可以对单独的被测电机的电磁发射进行测试，可获取多种类型的试验结果。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，包括以下步骤：

1）将新能源汽车电机驱动系统的被测电机和电机控制器固定安装在电磁兼容性能测试系统上，确保被测电机在测试工况下的目标转矩和转速在电磁兼容性能测试系统的测试范围内；

2）将电磁兼容性能测试系统中的两挡变速器的挡位切换至目标转矩和转速的挡位；

3）启动电磁兼容性能测试系统，该测试系统中的电池模拟器给被测电机和电机控制器供电；

4）计算机通过测试系统中的转矩传感器获取电磁兼容性能测试系统中的测功机电机的实时转矩，由测功机自带的编码器获取测功机电机的实时转速，通过计算机计算出被测电机的实时转矩和转速；

步骤4）中计算机计算的被测电机的实时转矩和转速采用下列公式：

其中，T为被测电机的实时转矩，T_s为测功机的电机转矩，η为变速器传递效率，i为变速器挡位的传动比，N为被测电机的实时转速，N_s为测功机的电机转速。

5）电机控制器调控被测电机的转矩和转速至初始工况运行状态保持1分钟以上，计算机监控被测电机的实时转矩和转速，对电磁兼容性能测试系统运行是否正常进行判断，若正常则通过计算机输入被测电机的目标转矩和转速设定测试工况，若不正常则重新安装被测电机和电机控制器；

步骤5）中所述的被测电机的初始工况运行状态为被测电机保持输出的转速为1000 r/min，转矩为50 N·m的状态正常运行。

步骤5）中所述电磁兼容性能测试系统运行是否正常的判断标准为被测电机的实时转矩和转速与被测电机的目标转矩和转速的相对误差均小于1%。

所述的测试工况包括稳态工况和瞬态工况，所述稳态工况下设定的目标转矩和转速为固定值，所述瞬态工况下设定的目标转矩和转速为变化值。

6）电机控制器根据设定的测试工况调控被测电机的实时转矩和转速，使被测电机的实时转矩和转速与被测电机的目标转矩和转速的相对误差均小于1%；

7）进行电磁兼容性能测试，电磁兼容性能测试系统的EMI测试接收机向计算机输出干扰信号的平均值频谱、峰值频谱和准峰值频谱，计算机用曲线图显示并编辑、保存。

所述的电磁兼容性能测试包括传导发射电压法试验、传导发射电流法试验和辐射发射法试验。

所述的传导发射电压法试验包括系统传导发射电压法试验；

所述的系统传导发射电压法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在高压线路阻抗稳定网络、低压线路阻抗稳定网络的正负极端分别检测150 kHz—108 MHz频率范围内的被测电机和电机控制器馈入高压、低压电路的传导发射电压信号。

所述的传导发射电流法试验包括系统传导发射电流法试验和被测电机传导发射电流法试验；

所述的系统传导发射电流法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在电机控制器的高压、低压输入端口使用电流探头分别检测150 kHz—108 MHz、142 MHz—245 MHz频率范围内的被测电机和电机控制器馈入高压电路、低压电路的传导发射电流信号；

所述的被测电机传导发射电流法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在被测电机的三相输出端口使用电流探头检测150 kHz—108 MHz、142 MHz—245 MHz频率范围内的被测电机馈入三相线缆的传导发射电流信号。

所述的辐射发射试验包括电机控制器辐射发射试验和被测电机辐射发射试验；

所述的电机控制器辐射发射试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机将单极天线、双锥天线、对数周期天线和喇叭天线四种接收天线分别布置在离电机控制器直线距离1米处，其中，天线极子与电机控制器中心在同一水平面上，利用单极天线检测150kHz—30 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用双锥天线检测30 MHz—300 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用对数周期天线检测300 MHz—1 GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用喇叭天线检测1 GHz—2.5GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号；

所述的被测电机辐射发射试验如下：新能源汽车的电机驱动系统的电磁兼容性能测试系统的EMI测试接收机将单极天线、双锥天线、对数周期天线和喇叭天线四种接收天线分别布置在离被测电机直线距离1米处，天线极子与被测电机中心在同一水平面上，利用单极天线检测150 kHz—30 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用双锥天线检测30 MHz—300 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用对数周期天线检测300 MHz—1 GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用喇叭天线检测1 GHz—2.5GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号。

本实施例中，将被测电机和电机控制器按照实车安装定位方式固定在半电波暗室内，启动电池模拟器，将两挡变速器的挡位切换至测试需要的挡位后，被测电机每秒增加输出的转速100 r/min直到转速为1000 r/min，被测电机每秒增加输出的转矩10 N·m直到转矩为50N·m，并维持在此状态1分钟以上，若测试系统从运行开始，出现大幅振动、甚至失灵，被测电机的实时转矩与目标转矩的相对误差超过1%，或被测电机的实时转速与目标转速的相对误差超过1%，需要缓慢将测试系统停止，对测试系统进行全面检查，排除影响因素，直到测试系统在初始工况运行至1分钟以上，方可进行电磁兼容性能测试。

其中，当两挡变速器设置在低挡位时，被测电机的测试参数的范围如下：电机转速范围为0-4000 r/min，电机转矩范围为0-2800 N·m，电机转速变化量范围为0-100 r/(min·s)，电机转矩变化量范围为0-10 N·m/s；

当两挡变速器设置在高挡位时，被测电机的测试参数的范围如下：电机转速范围为0-10000 r/min，电机转矩范围为0-1120 N·m，电机转速变化量范围为0-100 r/(min·s)，电机转矩变化量范围为0-10 N·m/s。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提提下，对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将新能源汽车电机驱动系统的被测电机和电机控制器固定安装在电磁兼容性能测试系统上，确保被测电机在测试工况下的目标转矩和转速在电磁兼容性能测试系统的测试范围内；

2）将电磁兼容性能测试系统中的两挡变速器的挡位切换至目标转矩和转速的挡位；

3）启动电磁兼容性能测试系统，该测试系统中的电池模拟器给被测电机和电机控制器供电；

4）计算机通过测试系统中的转矩传感器获取电磁兼容性能测试系统中的测功机电机的实时转矩，由测功机自带的编码器获取测功机电机的实时转速，通过计算机计算出被测电机的实时转矩和转速；

5）电机控制器调控被测电机的转矩和转速至初始工况运行状态保持1分钟以上，计算机监控被测电机的实时转矩和转速，对电磁兼容性能测试系统运行是否正常进行判断，若正常则通过计算机输入被测电机的目标转矩和转速设定测试工况，若不正常则重新安装被测电机和电机控制器；

6）电机控制器根据设定的测试工况调控被测电机的实时转矩和转速，使被测电机的实时转矩和转速与被测电机的目标转矩和转速的相对误差均小于1%；

7）进行电磁兼容性能测试，电磁兼容性能测试系统的EMI测试接收机向计算机输出干扰信号的平均值频谱、峰值频谱和准峰值频谱，计算机用曲线图显示并编辑、保存。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：步骤4）中计算机计算的被测电机的实时转矩和转速采用下列公式：

其中，T为被测电机的实时转矩，T_s为测功机的电机转矩，η为变速器传递效率，i为变速器挡位的传动比，N为被测电机的实时转速，N_s为测功机的电机转速。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：步骤5）中所述的被测电机的初始工况运行状态为被测电机保持输出的转速为1000r/min，转矩为50 N·m的状态正常运行。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：步骤5）中所述电磁兼容性能测试系统运行是否正常的判断标准为被测电机的实时转矩和转速与被测电机的目标转矩和转速的相对误差均小于1%。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：所述的测试工况包括稳态工况和瞬态工况，所述稳态工况下设定的目标转矩和转速为固定值，所述瞬态工况下设定的目标转矩和转速为变化值。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：所述的电磁兼容性能测试包括传导发射电压法试验、传导发射电流法试验和辐射发射试验。

7.根据权利要求6所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：所述的传导发射电压法试验包括系统传导发射电压法试验；

所述的系统传导发射电压法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在高压线路阻抗稳定网络、低压线路阻抗稳定网络的正负极端分别检测150 kHz—108 MHz频率范围内的被测电机和电机控制器馈入高压、低压电路的传导发射电压信号。

8.根据权利要求6所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：所述的传导发射电流法试验包括系统传导发射电流法试验和被测电机传导发射电流法试验；

所述的系统传导发射电流法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在电机控制器的高压、低压输入端口使用电流探头分别检测150 kHz—108 MHz、142 MHz—245 MHz频率范围内的被测电机和电机控制器馈入高压电路、低压电路的传导发射电流信号；

所述的被测电机传导发射电流法试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机在被测电机的三相输出端口使用电流探头检测150 kHz—108 MHz、142 MHz—245 MHz频率范围内的被测电机馈入三相线缆的传导发射电流信号。

9.根据权利要求6所述的新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试方法，其特征在于：所述的辐射发射试验包括电机控制器辐射发射试验和被测电机辐射发射试验；

所述的电机控制器辐射发射试验如下：在电磁兼容性能测试系统中，EMI测试接收机将单极天线、双锥天线、对数周期天线和喇叭天线四种接收天线分别布置在离电机控制器直线距离1米处，其中，天线极子与电机控制器中心在同一水平面上，利用单极天线检测150kHz—30 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用双锥天线检测30 MHz—300 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用对数周期天线检测300 MHz—1 GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用喇叭天线检测1 GHz—2.5GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号；

所述的被测电机辐射发射试验如下：新能源汽车的电机驱动系统的电磁兼容性能测试系统的EMI测试接收机将单极天线、双锥天线、对数周期天线和喇叭天线四种接收天线分别布置在离被测电机直线距离1米处，天线极子与被测电机中心在同一水平面上，利用单极天线检测150 kHz—30 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用双锥天线检测30 MHz—300 MHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用对数周期天线检测300 MHz—1 GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号，利用喇叭天线检测1 GHz—2.5GHz频率范围内被测电机和电机控制器引起的辐射发射信号。

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