CN111624987A - 一种汽车电机控制器的自动化测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车电机控制器的自动化测试系统，用于对待测电机控制器进行自动化测试，自动化测试系统包括水循环冷却装置、模拟电机负载、上位机，以及分别连接上位机的电机位置模拟箱、低压信号管理箱、低压信号电源模拟器、车用负载模拟器、直流信号采样处理单元和高压电池模拟器；直流信号采样处理单元还分别连接高压电池模拟器、车用负载模拟器和待测电机控制器，低压信号管理箱分别连接低压信号电源模拟器、电机位置模拟箱和待测电机控制器，水循环冷却装置和模拟电机负载均连接待测电机控制器。与现有技术相比，本发明能对电机控制器整机进行工作性能测试，且具有体积小、功耗小、安全稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电机控制器测试领域，尤其是涉及一种汽车电机控制器的自动化测试系统。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，电机控制器是作为新能源汽车的核心部件，整车厂对电机控制器开发测试环境/系统开发效率的需求越来越高。如何有效的/快速/低成本的把核心控制器的质量提升是各个整车厂急需解决的问题。基于行业都认可的V模型硬件在环测试系统是各方都认可的有效测试手段。
常规电机控制器测试系统中一般的做法是使用电机负载实验台来完成多种各种工况模拟。实验台中的机械负载一般是有带有转矩控制器的电机或制动器来模拟，对不同功率的电机驱动器需要匹配对应的负载电机或制动器，很难采用通用的装置匹配，而且负载实验台安装调试一般比较费时/费力。这都是对测试成本和产品开发周期的测试限制因素。另外在电机实验台的测试过程中对于实现测试一些动态调整比较高的故障处理，其安全性能和灵活性也大大增加。
另一方面，针对动态响应调整测试的方案，目前主要的技术是硬件联合仿真测试，该方案的主要测试对象为电机控制器的控制电路，重点对控制逻辑进行测试，也就是仅对信号级别的测试，对电机控制器的驱动电路中涉及的高压/大电流工况测试只能对其逻辑进行仿真。该方案不能对电机控制器整机进行工作性能测试，不能进行功率和故障注入，测试范围有限。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不能对电机控制器整机进行工作性能测试，不能进行功率和故障注入，测试范围有限的缺陷而提供一种汽车电机控制器的自动化测试系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种汽车电机控制器的自动化测试系统，用于对待测电机控制器进行自动化测试，所述自动化测试系统包括水循环冷却装置、模拟电机负载、上位机，以及分别连接所述上位机的电机位置模拟箱、低压信号管理箱、低压信号电源模拟器、车用负载模拟器、直流信号采样处理单元和高压电池模拟器；
所述直流信号采样处理单元还分别连接所述高压电池模拟器、车用负载模拟器和待测电机控制器，所述低压信号管理箱分别连接所述低压信号电源模拟器、电机位置模拟箱和待测电机控制器，所述水循环冷却装置和模拟电机负载均连接所述待测电机控制器；
所述高压电池模拟器，用于模拟高压动力电池；
所述车用负载模拟器，用于模拟汽车上的用电负载；
所述直流信号采样处理单元，用于采样并处理高压电池模拟器和车用负载模拟器输出的电信号参数；
所述低压信号电源模拟器，用于模拟待测电机控制器低压端的信号电源；
所述低压信号管理箱，用于连接待测电机控制器的低压信号端子，并具有故障注入功能；
所述电机位置模拟箱，用于模拟待测电机的位置传感器，所述待测电机为所述待测连接控制器用于连接的电机；
所述水循环冷却装置，用于对待测电机进行水循环冷却控制；
所述模拟电机负载，为具有电机电流工作特性模拟功能的电感负载。
进一步地，所述自动化测试系统还包括交流信号采样调理箱，所述待测电机控制器的三相输出口，经过所述交流信号采样调理箱，连接所述模拟电机负载，所述交流信号采样调理箱还连接所述上位机。
进一步地，所述交流信号采样调理箱用于采集电压信号和电流信号，并对采集的电压信号和电流信号调理后，传输到所述上位机。
进一步地，所述交流信号采样调理箱采用隔离差分采样的方式采集电压信号，采用闭环霍尔电流传感器采集电流信号。
进一步地，所述低压信号管理箱包括多个低压信号故障注入单元，每个所述低压信号故障注入单元包括相互连接的信号输入端和信号开路控制开关，所述信号开路控制开关还连接有面板接口切换开关、使能控制开关和短路控制开关，所述使能控制开关还连接有电源和接地切换开关，所述信号开路控制开关用于对输入信号进行开路控制，所述面板接口切换开关用于切换接入两个面板接口，所述使能控制开关用于接入或断开所述电源和接地切换开关，所述电源和接地切换开关用于切换接入电源和接地，所述短路控制开关用于断开或接入另一低压信号故障注入单元的信号开路控制开关。
进一步地，所述电机位置模拟箱和低压信号管理箱均通过串行控制总线连接所述上位机。
进一步地，所述上位机包括依次连接的PXI模拟采集板卡、上位机PXI采集单元和人机界面。
进一步地，所述上位机具有工况定义，测试采集数据定义，试验数据定义，试验数据记录，测试报告自动生成功能。
进一步地，所述水循环冷却装置还连接所述上位机，用于通过上位机控制所述水循环冷却装置的流量和温度。
进一步地，所述自动化测试系统的验证测试功能包括控制器汽车诊断开发测试、电机控制器高压安全保护测试、低压安全保护测试、超速保护响应测试、失速保护响应测试、电机扭矩阶跃响应指标测试、电机堵转响应测试、电机四象限运行电流环分析测试、电机温度保护测试、电机及控制器冷却器温度保护测试、电机控制器内部IGBT电流突变验证测试。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)体积：整个系统台架体积相较于传统电机试验台架小很多，可独立置放于更小的空间内；
(2)功耗：利用本发明设计的模拟电机负载在能源功耗上比电机台架小很多；
(3)安全性能：因本发明采用模拟电机负载设计，相较于传统的电机台架的转动轴承装置，在使用的过程中不会出现电机实验台断轴或扭矩突变带来的抖动等不安全因素；
(4)测试动态调整：对于电动车电机控制器在运行过程中的各种动态极限工况可以通过上位机软件动态调整，灵活性高；
(5)参数多匹配性能高：基于本系统的模拟电机负载在确定参数好，可以匹配各种不同功率的电机控制器；
(6)因完全模拟车载电机的电流可以更加真实的验证电机控制器扭矩电流的控制能力和器件稳定性；
(7)配合低压信号故障注入单元和模拟整车上常见的故障注入模拟；
(8)位置传感器可通过参数配置后用于模拟市面上的任意旋转变压器传感器和巨磁阻位置传感器；
(9)配套使用的自动化系统，自动生成测试报告，方便产品软件快速迭代，实现真正意义上的自动化测试，建立企业完善的测试流程；
(10)基于PXI的上位机控制软件，在数据-高吞吐和软件实时性方面有明显特点；
(11)本发明自动生成的测试报告及相关日志记录，操作简单，易于理解。
附图说明
图1为本发明自动化测试系统的结构示意图；
图2为本发明低压信号管理箱中低压信号故障注入单元的故障注入原理图；
图3为本发明电压隔离采样原理图；
图中，1、水循环冷却装置，2、待测电机控制器，3、模拟电机负载，4、上位机，5、电机位置模拟箱，6、低压信号管理箱，601、第一信号，602、第一前面板接口，603、第二后面板接口，604、接电源端，605、接地端，606、第二信号，607、第二前面板接口，608、第二后面板接口，S1、信号开路控制开关，K1、面板接口切换开关，S2、使能控制开关，S3、电源和接地切换开关，S4、短路控制开关，7、低压信号电源模拟器，8、车用负载模拟器，9、直流信号采样处理单元，10、高压电池模拟器，11、交流信号采样调理箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供一种汽车电机控制器的自动化测试系统，用于对待测电机控制器2进行自动化测试，自动化测试系统包括水循环冷却装置1、模拟电机负载3、上位机4，以及分别连接上位机4的电机位置模拟箱5、低压信号管理箱6、低压信号电源模拟器7、车用负载模拟器8、直流信号采样处理单元9和高压电池模拟器10；
直流信号采样处理单元9还分别连接高压电池模拟器10、车用负载模拟器8和待测电机控制器2，低压信号管理箱6分别连接低压信号电源模拟器7、电机位置模拟箱5和待测电机控制器2，水循环冷却装置1和模拟电机负载3均连接待测电机控制器2；
高压电池模拟器10，用于模拟高压动力电池；
车用负载模拟器8，用于模拟汽车上的用电负载；
直流信号采样处理单元9，用于采样并处理高压电池模拟器10和车用负载模拟器8输出的电信号参数；
低压信号电源模拟器7，用于模拟待测电机控制器2低压端的信号电源；
低压信号管理箱6，用于连接待测电机控制器2的低压信号端子，并具有故障注入功能；
电机位置模拟箱5，用于模拟电机的位置传感器；
水循环冷却装置1，用于对待测电机进行水循环冷却控制；
模拟电机负载3，为具有电机电流工作特性模拟功能的电感负载。
下面对自动化测试系统进行描述。
1、交流信号采样调理箱11
自动化测试系统还包括交流信号采样调理箱11，待测电机控制器2的三相输出口，经过交流信号采样调理箱11，连接模拟电机负载3，交流信号采样调理箱11还连接上位机4。交流信号采样调理箱11用于采集电压信号和电流信号，并对采集的电压信号和电流信号调理后，传输到上位机4。交流信号采样调理箱11采用隔离差分采样的方式采集电压信号，采用闭环霍尔电流传感器采集电流信号。
2、低压信号管理箱6
低压信号管理箱6包括多个低压信号故障注入单元，每个低压信号故障注入单元包括相互连接的信号输入端和信号开路控制开关S1，信号开路控制开关S1还连接有面板接口切换开关K1、使能控制开关S2和短路控制开关S4，使能控制开关S2还连接有电源和接地切换开关S3，信号开路控制开关S1用于对输入信号进行开路控制，面板接口切换开关K1用于切换接入两个面板接口，使能控制开关S2用于接入或断开电源和接地切换开关S3，电源和接地切换开关S3用于切换接入电源和接地，短路控制开关S4用于断开或接入另一低压信号故障注入单元的信号开路控制开关。
如图2所示，一低压信号故障注入单元的信号输入端接入第一信号601，面板接口切换开关K1连接有第一前面板接口602和第二后面板接口603，电源和接地切换开关S3连接有接电源端604和接地端605，短路控制开关S4用于断开或接入另一低压信号故障注入单元的信号开路控制开关S5。
另一低压信号故障注入单元的信号输入端接入第二信号606，其面板接口切换开关K1连接有第二前面板接口607和第二后面板接口608。
3、上位机4
电机位置模拟箱5和低压信号管理箱6均通过串行控制总线连接上位机4。
上位机4包括依次连接的PXI模拟采集板卡、上位机PXI采集单元和人机界面。上位机4具有工况定义，测试采集数据定义，试验数据定义，试验数据记录，测试报告自动生成功能。水循环冷却装置1还连接上位机4，用于通过上位机4控制水循环冷却装置1的流量和温度。
自动化测试系统的验证测试功能包括控制器汽车诊断开发测试、电机控制器高压安全保护测试、低压安全保护测试、超速保护响应测试、失速保护响应测试、电机扭矩阶跃响应指标测试、电机堵转响应测试、电机四象限运行电流环分析测试、电机温度保护测试、电机及控制器冷却器温度保护测试、电机控制器内部IGBT电流突变验证测试。
具体实施：
本实施提供一种汽车电机控制器的自动化测试系统，为半功率级，用于测试新能源汽车电机控制器，系统包括高压电池模拟器10，直流信号采样处理单元9，直流信号采样处理单元9，车用负载模拟器8，低压信号电源模拟器7，低压信号管理箱6，电机位置模拟箱5，水循环冷却装置1，模拟电机负载3，待测电机控制器2，上位机PXI采集单元及其配套板卡。
具体介绍如下：
高压电池模拟器10为用于模拟新能源汽车的高压动力电池，可以配合上位机软件模拟产生高压电池的各种工况及相关特殊输出波形。
车用负载模拟器8为用于模拟新能源车上的各种用电负载，模拟器可用于模拟不同负载类型，不同功率大小车用负载。配合上位机软件模拟各种特点动态负载需求。
直流信号采样处理单元9为用于采样并处理高压电池模拟器10和车用负载模拟器8的电压/电流/效率等电信号参数。
直流信号采样处理单元9为用于采样并处理待测电机控制器2到模拟电机负载3的动力线束上的电压/电流/效率等电信号参数。
低压信号电源模拟器7用于模拟待测电机控制器2的低压端的信号电源，配合上位机软件可完成控制低压信号的上下电模拟管理。
低压信号管理箱6用于处理并连结待测电机控制器2低压信号端子，低压信号管理箱6内部预留故障注入单元，可模拟信号端子的信号开路，对电源短路，对地短路，信号两两短路等故障模拟单元，管理箱可通过上位机远程程控管理。
电机位置模拟箱5用与模拟电机的位置传感器，根据当前市场上常见的位置传感器方式，可分别模拟旋转变压器位置传感器和巨磁阻位置传感器。模拟传感器的参数可通过上位机远程配置以适用于市面上不同型号的传感器。
水循环冷却装置1用于对待测电机功率输出的时候进行水循环冷却控制。该装置可通过上位机远程控制及流量及其温度，用于模拟车载工况下控制器的冷却温度调整影响。
模拟电机负载3为采用能够模拟电机电流工作特性的电感负载，该负载根据电机控制的矢量控制原理可以完整承载电机满负荷工作的时候最大电流。根据调整负载类型为电感-电阻负载，通过选择合适的参数亦可昨晚电机输出的全功率模拟假负载，可用于控制器的老化等大功率输出的工况。
上位机PXI采集单元及其配套板卡用于人机交互界面操作。
自动化测试系统的工作原理如下：
在整机连接方式上，待测电机控制器2的冷却液输入口，输出口分别和水循环冷却器的输出口，输入口连接。
待测电机控制器2的三相输出口经过交流信号采样调理箱11后连接到模拟电机负载3上。电压采样采用隔离差分采样，其工作模式见如图3所示，电流信号采取闭环霍尔电流传感器。图中，U相和V相为待测电机控制器2的三相输出口U相和V相，R1为电阻，VOut+为正采样信号，VOut-为负采样信号。交流信号采样调理箱11处理好低压传感器信号经线缆连接到上位机4的PXI模拟采样板卡上。
直流信号采样处理单元9分别采集高压电池模拟器10和车用负载模拟器8的的电压和电流信号，电压采样采用隔离差分采样，其工作模式如图3所示，电流信号采取闭环霍尔电流传感器。
电机位置模拟箱5和待测电机控制器2的连接经低压信号管理箱6完成，在低压信号管理箱6内部每个信号端子都可以进对待测电机控制器2的位置传感器连接端子进行信号开路，对电源短路，对地短路，信号两两短路等故障模拟单元接入，其中任意一路信号的故障注入示意图如图2所示。通过故障注入丰富了待测电机控制器2的测试场景，能更好的验证控制器在故障状态下的应急处理。
低压信号管理箱6还完成了待测电机控制器2其他低压信号和PXI的物理连接并对每个信号端子进行信号开路，对电源短路，对地短路，信号两两短路等故障模拟单元接入。其中任意一路信号的故障注入示意图如图2所示。通过故障注入丰富了电机控制器的测试场景，能更好的验证控制器在故障状态下的应急处理。在低压信号中有专用和整车通讯的车载CAN通信连接，上位机软件可以用过软件模拟整车和电机控制器的报文。另外还预留一路CAN用于汽车XCP通信。
电机位置模拟箱5通过串行控制总线连接到PXI上位机完成远程控制。
低压信号管理箱6也通过串行控制总线连接到PXI上位机完成远程控制。
在具体的实施测试用例中，对于功率及的输出可以完成电机满功率负载测试，转速超速或失速测试。通过对位置传感器模拟器发送远程控制指令，可以动态的改变控制器的工作状况用于模拟实车运行的时候模拟器的响应情况。
上位机软件实现自动化测试程序的编写和执行。用户可以在自动化测试软件中配置各种测试序列：包括工况定义，测试采集数据定义，试验数据定义，试验数据记录，测试报告自动生成等。开发人员搭建好自动化测试序列脚本后，可以操作软件自动执行序列，即可自动完成测试并得到测试报告。
综上，配合软件，整套测试系统还可以完成控制器汽车诊断开发测试(UDS/OBD真实故障注入)，电机控制器高压安全保护/低压安全保护/超速保护响应/失速保护响应/电机扭矩阶跃响应指标/电机堵转响应/电机四象限运行电流环分析/电机温度保护/电机及控制器冷却器温度保护/电机控制器内部IGBT电流突变验证等功率级别验证测试。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种汽车电机控制器的自动化测试系统，用于对待测电机控制器(2)进行自动化测试，其特征在于，所述自动化测试系统包括水循环冷却装置(1)、模拟电机负载(3)、上位机(4)，以及分别连接所述上位机(4)的电机位置模拟箱(5)、低压信号管理箱(6)、低压信号电源模拟器(7)、车用负载模拟器(8)、直流信号采样处理单元(9)和高压电池模拟器(10)；
所述直流信号采样处理单元(9)还分别连接所述高压电池模拟器(10)、车用负载模拟器(8)和待测电机控制器(2)，所述低压信号管理箱(6)分别连接所述低压信号电源模拟器(7)、电机位置模拟箱(5)和待测电机控制器(2)，所述水循环冷却装置(1)和模拟电机负载(3)均连接所述待测电机控制器(2)；
所述高压电池模拟器(10)，用于模拟高压动力电池；
所述车用负载模拟器(8)，用于模拟汽车上的用电负载；
所述直流信号采样处理单元(9)，用于采样并处理高压电池模拟器(10)和车用负载模拟器(8)输出的电信号参数；
所述低压信号电源模拟器(7)，用于模拟待测电机控制器(2)低压端的信号电源；
所述低压信号管理箱(6)，用于连接待测电机控制器(2)的低压信号端子，并具有故障注入功能；
所述电机位置模拟箱(5)，用于模拟待测电机的位置传感器，所述待测电机为所述待测连接控制器用于连接的电机；
所述水循环冷却装置(1)，用于对待测电机进行水循环冷却控制；
所述模拟电机负载(3)，为具有电机电流工作特性模拟功能的电感负载。
2.根据权利要求1所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述自动化测试系统还包括交流信号采样调理箱(11)，所述待测电机控制器(2)的三相输出口，经过所述交流信号采样调理箱(11)，连接所述模拟电机负载(3)，所述交流信号采样调理箱(11)还连接所述上位机(4)。
3.根据权利要求2所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述交流信号采样调理箱(11)用于采集电压信号和电流信号，并对采集的电压信号和电流信号调理后，传输到所述上位机(4)。
4.根据权利要求3所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述交流信号采样调理箱(11)采用隔离差分采样的方式采集电压信号，采用闭环霍尔电流传感器采集电流信号。
5.根据权利要求1所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述低压信号管理箱(6)包括多个低压信号故障注入单元，每个所述低压信号故障注入单元包括相互连接的信号输入端和信号开路控制开关(S1)，所述信号开路控制开关(S1)还连接有面板接口切换开关(K1)、使能控制开关(S2)和短路控制开关(S4)，所述使能控制开关(S2)还连接有电源和接地切换开关(S3)，所述信号开路控制开关(S1)用于对输入信号进行开路控制，所述面板接口切换开关(K1)用于切换接入两个面板接口，所述使能控制开关(S2)用于接入或断开所述电源和接地切换开关(S3)，所述电源和接地切换开关(S3)用于切换接入电源和接地，所述短路控制开关(S4)用于断开或接入另一低压信号故障注入单元的信号开路控制开关。
6.根据权利要求1所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述电机位置模拟箱(5)和低压信号管理箱(6)均通过串行控制总线连接所述上位机(4)。
7.根据权利要求1所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述上位机(4)包括依次连接的PXI模拟采集板卡、上位机PXI采集单元和人机界面。
8.根据权利要求1所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述上位机(4)具有工况定义，测试采集数据定义，试验数据定义，试验数据记录，测试报告自动生成功能。
9.根据权利要求1所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述水循环冷却装置(1)还连接所述上位机(4)，用于通过上位机(4)控制所述水循环冷却装置(1)的流量和温度。
10.根据权利要求9所述的一种汽车电机控制器的自动化测试系统，其特征在于，所述自动化测试系统的验证测试功能包括控制器汽车诊断开发测试、电机控制器高压安全保护测试、低压安全保护测试、超速保护响应测试、失速保护响应测试、电机扭矩阶跃响应指标测试、电机堵转响应测试、电机四象限运行电流环分析测试、电机温度保护测试、电机及控制器冷却器温度保护测试、电机控制器内部IGBT电流突变验证测试。
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