CN113687643B - 一种电动汽车的电机主动短路功能测试系统及方法 - Google Patents

一种电动汽车的电机主动短路功能测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种电动汽车的电机主动短路功能测试系统及方法，其包括：功能参数正交试验参数组合模块、功能参数标定调试模块、工况参数设定模块、电机系统性能参数评价模块、功能参数优化匹配模块，本发明的主动短路功能测试方法在接近真实电机系统的情况下，能够避免主动短路功能测试过程中存在的风险，保证主动短路功能测试的充分性，避免主动短路功能因测试不充分而导致的安全问题。

Description

一种电动汽车的电机主动短路功能测试系统及方法
技术领域
本发明涉及电机控制功能测试技术，更具体涉及包括主动短路功能参数的智能化标定测试的技术。
背景技术
在电动汽车设计中，对电机控制功能的测试主要针对电机控制功能在开发过程中的验证阶段，会对功能需求进行测试验证，在验证阶段对功能的测试验证工作可以增加技术的成熟度。目前的方法主要通过模型在环测试、硬件在环测试、电机系统台架测试和整车测试对功能的需求进行测试验证，但目前和性能表现相关的测试验证工作主要在电机系统台架测试和整车测试过程中进行，会投入更多的时间和成本进行测试，并且测试工况会受到限制。
中国专利文献CN201810684263.7公开了一种用于电机主动短路控制的方法及系统，其通过逆变器控制电机，控制方法包括：在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制电机向主动短路状态过渡；在第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制电机进入主动短路状态。该控制方法存在的缺陷是：由于影响主动短路功能执行效果的变量较多，在功能标定调试及测试过程中，经常会因试验风险较大，造成功能测试验证不充分，且用于评价主动短路功能执行效果的性能表现参数较多，导致该功能最终的执行效果并不理想等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种电动汽车的电机主动短路功能测试系统及方法，解决主动短路功能开发测试不充分的问题，并进一步保证测试结果尽可能接近真实情况，避免试验过程中存在的风险，提高标定测试效率。
本发明的技术方案如下：
通常情况下，软件新功能开发需要按照V流程进行，在验证阶段，对功能进行充分的标定测试，可保证功能达到预期的执行效果。本发明针对电机系统主动短路功能开发，搭建专用的测试平台，通过自动化软件进行功能参数标定测试，采用合理的性能参数评价模型对功能执行效果进行评价，结合多变量多目标神经网络算法，最终得到最佳的功能参数。
本发明提出的一种电动汽车的电机主动短路功能测试系统，其包括如下单元模块：功能参数正交试验参数组合模块，用于根据主动短路功能参数变量个数、各参数变量设定范围及步长，自动进行正交试验设计，得到需要测试的功能参数组合。
功能参数标定调试模块，用于遍历待测功能参数组合，通过标定调试接口，对电机控制系统中的相关变量进行配置。
工况参数设定模块，用于根据主动短路功能测试的工况各变量范围及步长，自动对每一个工况点进行测试，测试过程中，电机系统首先将工作到给定工况点，测功机将从定转速模式切换到定扭矩模式，间隔一段时间稳定后，功能标定信号使能，主动短路控制系统执行主动短路。
电机系统性能参数评价模块，用于根据功能执行过程中，记录的电机转速、扭矩、三相电流、直流母线电压等相关性能参数，通过性能参数评价模型，得到该功能参数变量配置在不同工况下的电机系统性能参数量化结果；
功能参数优化匹配模块，用于根据性能参数量化结果，得到不同功能参数下的性能表现MAP图，通过神经网络算法，对功能参数进行优化。
从以上系统的技术方案可见，系统运行分为以下几个部分：电机系统闭环运行部分、功能参数标定调试部分、工况参数调试部分、功能运行参数信号观测部分、电机系统性能参数评价部分、功能参数优化匹配部分。
在电机系统闭环运行部分，根据电机系统控制回路的信号传递情况，在传统HIL测试台架的基础上，控制器通过驱动接插件外的其余接插件信号线与HIL台架信号接口连接，控制器驱动输出信号通过一分二信号转接板，一路与HIL台架信号接口连接，用于观测功能运行参数信号，另一路与驱动板连接，用于形成完整的主动短路功能控制回路，其中HIL台架接口反馈的电流电压采样信号通过信号线与驱动板对应的传感器接口飞线相连，通过驱动板将采样信号传递给控制器，控制器发出的PWM波信号经驱动板升压形成驱动IGBT功率模块的门极电压信号，由于门极电压信号较高，所以在与HIL台架信号接口连接前，通过分压电路对门极电压信号进行降压处理，并传递给HIL台架信号接口，让HIL台架中的IGBT功率模块、电机模型执行相关动作。
在功能参数标定调试部分，通过自动化标定软件对主动短路功能标定调试参数进行标定。
在工况参数调试部分，通过自动化测试软件，按照主动短路测试工况要求，对主动短路功能进行测试。
在功能运行参数信号观测部分，通过在测试软件将功能运行参数信号进行记录显示。
在电机系统性能参数评价部分，通过合理的性能参数评价模型对功能执行效果进行定量化评价。
在功能参数优化匹配部分，通过多变量多目标神经网络算法，得到最佳的功能参数。
本发明是一种电机主动短路功能参数优化标定测试系统，主要用于主动短路功能的标定测试，在HIL测试台架的基础上，通过搭建专用的测试平台，采用自动化功能测试方案，并结合多变量多目标的神经网络算法进行参数优化标定测试，最终得到一组综合效果表现最优的功能参数。与传统意义上的功能测试不同，本发明解决了主动短路功能开发测试不充分的问题，相比前期的MIL、HIL测试，本发明搭建的专用测试平台(即本发明的系统)将与主动短路功能控制相关的硬件部分进行测试，在满足测试范围的情况下，也能保证测试结果尽可能接近真实情况，与电机系统台架相比，其可有效避免试验过程中存在的风险，降低开发过程中的费用，同时本发明采用的多变量多目标的神经网络算法可提高标定参数的优化效果，并大幅提高标定测试效率。
附图说明
图1为主动短路功能测试系统示意图；
图2为电机系统闭环运行部分示意图；
图3为测试策略流程示意图；
图4为性能量化MAP图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本实施例中，主动短路功能测试系统包括以下单元模块：
功能参数正交试验参数组合模块，用于根据主动短路功能参数变量个数、各参数变量设定范围及步长，自动进行正交试验设计，得到需要测试的功能参数组合。
功能参数标定调试模块，用于遍历待测功能参数组合，通过标定调试接口，对电机控制系统中的相关变量进行配置。
工况参数设定模块，用于根据主动短路功能测试的工况各变量范围及步长，自动对每一个工况点进行测试，测试过程中，电机系统首先将工作到给定工况点，测功机将从定转速模式切换到定扭矩模式，间隔一段时间稳定后，功能标定信号使能，主动短路控制系统执行主动短路。
电机系统性能参数评价模块，用于根据功能执行过程中，记录的电机转速、扭矩、三相电流、直流母线电压等相关性能参数，通过性能参数评价模型，得到该功能参数变量配置在不同工况下的电机系统性能参数量化结果。
功能参数优化匹配模块，用于根据性能参数量化结果，得到不同功能参数下的性能表现MAP图，通过神经网络算法，对功能参数进行优化。
参见图2，主动短路功能测试系统的硬件和软件构建如下：
台架信号接口配置：在HIL台架上配置通讯、采样、PWM驱动以及用于观测功能运行参数的信号接口。
测试信号线束连接：根据控制器接插件信号定义完成信号线束制作，其中需通过驱动信号转接板将驱动信号分为两路，一路与HIL台架用于观测功能运行参数的信号接口连接，而另一路与驱动板连接，用于形成完整的主动短路功能控制回路，从驱动板输出，用于驱动IGBT功率模块的门极电压信号通过飞线，经分压电路与HIL台架信号接口相连，用于控制HIL仿真器中的IGBT功率模块模型工作，从HIL台架信号接口输出的电流、电压、温度等采样信号通过飞线与驱动板采样传感器接口相连。
将主动短路功能参数变量添加到标定调试界面。
在电机系统性能参数评价界面添加合理的性能参数评价模型。
将功能参数变量及性能评价参数与功能参数优化模块关联，通过神经网络算法，对功能参数进行优化。
当测试系统构建完成后，主动短路功能参数优化标定测试可以按照以下方法进行，参见图3：
步骤1：通过电机系统闭环运行，确定主动短路功能参数变量和水平：
这里，主动短路功能参数变量将根据影响主动短路功能的相关因素来确定，其中影响主动短路功能的因素包括：1、驱动板芯片参数配置；2、控制板脉冲参数配置；3、电机电感、磁链参数；4、电机三相定子绕组电流相位；5、直流母线电容参数。其中影响主动短路功能的因素水平将根据影响主动短路功能的相关因素的参数范围来确定，包括：1、驱动板芯片参数组合，2、控制板脉冲参数组合，3、电机电感、磁链参数范围，4、电机三相定子绕组电流相位范围，5、直流母线电容参数范围，并且各影响因素将根据各自参数范围分为多个水平。
步骤2：通过电机系统闭环运行，进行主动短路功能参数配置正交试验：
在确定了主动短路功能参数变量和影响主动短路功能的因素水平后，选用合适的正交表，参见下表：
表1正交设计试验表
编号 参数1 参数2 参数3 … 参数n
试验1
试验2
试验3
…
试验m  
列出试验方案即为主动短路功能参数变量的水平组合，例如：1驱动板芯片参数配置量为水平1、2控制板脉冲参数配置量为水平1、3电机电感、磁链参数量为水平1、4电机三相定子绕组电流相位量为水平1、5直流母线电容参数量为水平1，即为一种主动短路功能参数变量的水平组合。
在以上步骤中，主动短路功能参数正交试验参数组合模块将根据主动短路功能参数变量个数、各参数变量设定范围及步长，自动进行正交试验设计，得到需要测试的功能参数组合。
步骤3，功能参数标定调试模块将遍历待测功能参数组合，通过标定调试接口，对控制系统中的相关变量进行配置。
步骤4，在功能参数标定调试程序将功能参数配置完成后，工况参数设定模块，将根据主动短路功能测试的工况各变量范围及步长，自动对每一个工况点进行测试，测试过程中，电机系统首先将工作到给定工况点，测功机将从定转速模式切换到定扭矩模式，间隔一段时间稳定后，功能标定信号使能，主动短路控制系统执行主动短路，主动短路的中间执行过程可通过功能运行参数信号观测窗口进行跟踪。
步骤5，电机系统性能参数评价模块将根据功能执行过程中，记录的如电机转速、扭矩、三相电流、直流母线电压等相关性能参数，通过性能参数评价模型，得到该功能参数变量配置在不同工况下的电机系统性能参数量化结果。
步骤6，判断是否完成所有设定工况测试，若否，回到步骤4，若是，折执行步骤7。
步骤7，判断是完成所有功能参数配置，若否，返回步骤3，若是，步骤8。
步骤8，功能参数优化匹配模块将根据性能参数量化结果，得到不同功能参数下的性能表现MAP图，通过神经网络算法，对功能参数进行优化。
这里，需要将功能参数变量及性能评价参数与功能参数优化模块关联，通过神经网络算法，对功能参数进行优化。神经网络算法对功能参数进行优化具体方法如下：
1、搭建基本神经元模块，以主动短路功能参数变量作为输入层神经元，以电机系统性能参数量化结果值作为输出层神经元，在输入层和输出层间构建隐藏层。
2、搭建神经网络，将输入层神经元经隐藏层神经元，与输出层神经元连接起来，构建一个神经网络。
3、训练神经网络，将部分待测功能参数组合的电机系统性能参数量化结果值作为神经网络训练集，根据输入层的功能参数组合来对输出层的电机系统性能参数量化结果值进行预测，采用均方误差定义为损失函数，训练神经网络就是将损失函数值最小化。
4、采用训练好的神经网络对待测功能参数组合的电机系统性能参数量化结果值进行预测。
5、对神经网络预测结果进行处理，找到电机系统性能参数量化结果值最优的功能参数组合。
通过以实施例的描述可见，本发明中的主动短路功能测试的试验方法在接近真实电机系统的情况下，能够避免主动短路功能测试过程中存在的风险，保证主动短路功能测试的充分性，避免了主动短路功能因测试不充分而导致的安全问题。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

Claims (5)

1.一种电动汽车的电机主动短路功能测试系统，其特征在于，包括：
功能参数正交试验参数组合模块，用于根据主动短路功能参数变量个数、各参数变量设定范围及步长，自动进行正交试验设计，得到需要测试的功能参数组合；
功能参数标定调试模块，用于遍历待测功能参数组合，通过标定调试接口，对电机控制系统中的相关变量进行配置；
工况参数设定模块，用于根据主动短路功能测试的工况各变量范围及步长，自动对每一个工况点进行测试，测试过程中，使电机系统首先工作到给定工况点，将测功机从定转速模式切换到定扭矩模式，间隔一段时间稳定后，功能标定信号使能，主动短路控制系统执行主动短路；
电机系统性能参数评价模块，用于根据功能执行过程中，记录的电机转速、扭矩、三相电流、直流母线电压相关性能参数，通过性能参数评价模型，得到功能参数变量配置在不同工况下的电机系统性能参数量化结果；
功能参数优化匹配模块，用于根据性能参数量化结果，得到不同功能参数下的性能表现MAP图，通过神经网络算法，对功能参数进行优化；
所述测试系统在测试时，需执行电机系统闭环运行，根据电机系统控制回路的信号传递情况，在HIL测试台架上，控制器通过驱动接插件外的其余接插件信号线与HIL台架信号接口连接，控制器驱动输出信号通过一分二信号转接板，一路与HIL台架信号接口连接，用于观测功能运行参数信号，另一路与驱动板连接，用于形成完整的主动短路功能控制回路，其中HIL台架接口反馈的电流电压采样信号通过信号线与驱动板对应的传感器接口飞线相连，通过驱动板将采样信号传递给控制器，控制器发出的PWM波信号经驱动板升压形成驱动IGBT功率模块的门极电压信号，让HIL台架中的IGBT功率模块、电机模型执行相关动作。
2.根据权利要求1所述的电动汽车的电机主动短路功能测试系统，其特征在于，还包括功能运行参数信号观测模块，用于主动短路的中间执行过程对功能运行参数信号进行记录显示，实现跟踪。
3.一种电动汽车的电机主动短路功能测试方法，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的电动汽车的电机主动短路功能测试系统，包括如下步骤：
步骤1：确定主动短路功能参数变量和水平；
步骤2：进行主动短路功能参数配置正交试验，得到需要测试的功能参数组合；
步骤3：功能参数标定调试模块遍历待测功能参数组合，通过标定调试接口，对控制系统中的相关变量进行配置；
步骤4：工况参数设定模块根据主动短路功能测试的工况各变量范围及步长，对每一个工况点进行测试，测试过程中，使电机系统首先工作到给定工况点，将测功机从定转速模式切换到定扭矩模式，间隔一段时间稳定后，功能标定信号使能，主动短路控制系统执行主动短路；
步骤5：电机系统性能参数评价模块根据功能执行过程中记录的电机转速、扭矩、三相电流、直流母线电压相关性能参数，通过性能参数评价模型，得到该功能参数变量配置在不同工况下的电机系统性能参数量化结果；
步骤6，判断是否完成所有设定工况测试，若否，回到步骤4，若是，执行步骤7；
步骤7，判断是完成所有功能参数配置，若否，返回步骤3，若是，步骤8；
步骤8：功能参数优化匹配模块根据性能参数量化结果，得到不同功能参数下的性能表现MAP图，通过神经网络算法，对功能参数进行优化。
4.根据权利要求3所述的电动汽车的电机主动短路功能测试方法，其特征在于，所述步骤4中，主动短路的中间执行过程通过功能运行参数信号观测窗口进行跟踪。
5.根据权利要求3所述的电动汽车的电机主动短路功能测试方法，其特征在于，所述步骤8通过神经网络算法对功能参数进行优化，具体方法包括：
搭建基本神经元模块，以主动短路功能参数变量作为输入层神经元，以电机系统性能参数量化结果值作为输出层神经元，在输入层和输出层间构建隐藏层；
搭建神经网络，将输入层神经元经隐藏层神经元，与输出层神经元连接起来，构建一个神经网络；
训练神经网络，将部分待测功能参数组合的电机系统性能参数量化结果值作为神经网络训练集，根据输入层的功能参数组合来对输出层的电机系统性能参数量化结果值进行预测，采用均方误差定义为损失函数，训练神经网络就是将损失函数值最小化；
采用训练好的神经网络对待测功能参数组合的电机系统性能参数量化结果值进行预测；
对神经网络预测结果进行处理，找到电机系统性能参数量化结果值最优的功能参数组合。
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