CN114323683A - 疲劳耐久测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了疲劳耐久测试系统及测试方法，包括综合应力测试单元、电机模拟单元、电池模拟单元、低压电源、监测上位机，综合应力测试单元包括振动激励驱动模块、温湿度控制箱，电机模拟单元包括电机模拟器，电池模拟单元包括电池模拟器，监测上位机与综合应力测试单元、电池模拟单元、低压电源及电子电力集成模块分别通讯连接。本发明满足疲劳耐久性能开发测试需求，实现电机模拟、电池模拟与综合环境模拟相结合的综合模拟环境应力输入，实现转速、扭矩、振动、冲击、温度、湿度在同一时间轴的模拟验证。确保按照设定功率循环工况自动运行更真实，试验数据更匹配，能准确评价电子电力集成模块在各种工况下的疲劳耐久可靠性。

Description

疲劳耐久测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及疲劳耐久测试系统及测试方法，属于电子电力集成模块PEU疲劳耐久测试的技术领域。

背景技术

随着新能源汽车技术飞速发展，新能源汽车动力总成控制器的集成度也越来越高。集成包括MCU（电机控制单元），DC-DC（直流转换），OBC（车载充电机），PTC（车载加热器）等功能模块，该电子电力集成模块称为PEU。

为了保证高集成度PEU的疲劳耐久可靠性指标，通常需要开展各种试验验证，包括功率工况模拟、功能测试、性能测试、振动试验、冲击试验及温湿度等一系列试验。由于缺少模拟真实使用工况的疲劳耐久测试系统及试验方法，各主机厂只能在试验室开展零件级的分步测试验证，导致测试验证周期较长，无法有效模拟实车复杂工况也导致产品的可靠性大大降低，无法满足PEU的疲劳耐久开发测试需求，导致上市后出现各种故障。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，针对传统电子电力集成模块采用零件级分布测试验证导致测试验证周期长和测试可靠性不足的问题，提出疲劳耐久测试系统及测试方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

疲劳耐久测试系统，包括综合应力测试单元、电机模拟单元、电池模拟单元、低压电源、监测上位机，

其中，所述综合应力测试单元包括用于搭载电子电力集成模块的振动激励驱动模块、用于对电子电力集成模块所在空间进行温度湿度控制的温湿度控制箱，

所述电机模拟单元包括用于进行模拟电机负载的电机模拟器，所述电机模拟器通过电机模拟器高压线与电子电力集成模块的PEU控制器相电性连接，

所述电池模拟单元包括用于进行模拟充放电特性的电池模拟器，所述电池模拟器与电子电力集成模块相电性连接，

所述低压电源与电子电力集成模块相供电连接，

所述监测上位机与所述综合应力测试单元、所述电机模拟单元、所述电池模拟单元、所述低压电源及电子电力集成模块分别通讯连接。

优选地，所述振动激励驱动模块包括振动台、振动控制仪及设置在所述振动台与所述振动控制仪之间的功率放大器，电子电力集成模块刚性固定在所述振动台的安装台面上。

优选地，所述电机模拟器的模拟参数至少包括感性负载、阻性负载、电机温度模拟参数、电机旋变参数，所述电机模拟器具备用于实时检测所述电机模拟器高压线输入电流与电压的电流传感器和电压传感器，所述电流传感器和所述电压传感器与所述监测上位机相通讯连接。

优选地，所述监测上位机与电子电力集成模块的通讯路径上设有数据记录仪。

优选地，包括用于对所述电子电力集成模块进行冷却的并设置在所述温湿度控制箱外部的水冷机，所述水冷机的循环回路与所述电子电力集成模块的冷却回路相连通，所述水冷机的循环回路上设有与所述监测上位机相通讯连接的流量传感器和温度传感器。

优选地，所述温湿度控制箱具备用于与所述监测上位机相通讯连接的温湿度控制箱控制器。

优选地，所述监测上位机内设有实车工况模拟参数设置模块。

优选地，所述监测上位机内设有报警触发模块。

本发明还提出了疲劳耐久测试系统的测试方法，包括如下步骤：

S1试验准备，进行路谱采集、实车运行工况采集后编制试验谱；

S2系统设定，根据编制试验谱进行综合应力测试单元、电机模拟单元、电池模拟单元、低压电源、水冷机的参数设置；

S3系统自检，参数设置后进行自检，合格进入下一步骤，不合格返回步骤S2进行重新参数设置；

S4通讯联调，通过监测上位机进行与综合应力测试单元、电流传感器、 电压传感器、电池模拟单元、低压电源、水冷机的通讯构建；

S5正式试验，低压电源供电，电子电力集成模块上电运行；

S6自检排查，电子电力集成模块进行故障自检，存在故障反馈至监测上位机进行试验暂停或中断，无故障进入下一步骤；

S7运行参数监测，试验启动，监测上位机实时监控各项监测数据，当监测数据超出阈值时，返回步骤S2；

S8试验结束，提供全程数据记录。

本发明的有益效果主要体现在：

1.满足电子电力集成模块疲劳耐久性能开发测试需求，实现电机模拟、电池模拟与综合环境模拟相结合的同步模拟振动、冲击、温湿度叠加环境应力输入，实现转速、扭矩、振动、冲击、温度、湿度在同一时间轴的模拟验证。

2.确保试验中按照设定功率循环工况自动运行，其模拟实车使用环境运行工况更真实，试验数据更匹配，能准确评价电子电力集成模块在各种工况下的疲劳耐久可靠性。

3.系统通讯联调可靠，使得试验运行更顺畅，同时能对试验起到安全保护作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明疲劳耐久测试系统的结构示意图。

图2是本发明疲劳耐久测试系统的测试方法运流程框图。

图3是本发明疲劳耐久测试系统的测试方法执行框图。

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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供疲劳耐久测试系统，如图1所示，包括综合应力测试单元1、电机模拟单元2、电池模拟单元3、低压电源4、监测上位机5。

其中，综合应力测试单元1包括用于搭载电子电力集成模块10的振动激励驱动模块6、用于对电子电力集成模块10所在空间进行温度湿度控制的温湿度控制箱7。

电机模拟单元2包括用于进行模拟电机负载的电机模拟器20，电机模拟器20具备贯穿温湿度控制箱与电子电力集成模块相电性连接的电机模拟器高压线21。

电池模拟单元3包括用于进行模拟充放电特性的电池模拟器30，电池模拟器30具备贯穿温湿度控制箱与电子电力集成模块相电性连接的电池模拟器高压线31。

低压电源4具备贯穿温湿度控制箱与电子电力集成模块相供电连接的供电端40。

监测上位机5与综合应力测试单元、电机模拟器高压线21上电流传感器和电压传感器、电池模拟单元、低压电源及电子电力集成模块分别通讯连接。

具体地实现过程及原理说明：

电子电力集成模块即为电机控制单元MCU、直流转换DC-DC、车载充电机OBC、车载加热器PTC功能模块的集合，其一般称为PEU，为了保障高集成度PEU的疲劳耐久可靠性指标，需要开展各项试验验证，包括功率工况模拟、功能测试、性能测试、振动试验、冲击试验及温湿度等一系列试验。

传统检测一般只能在试验室开展零件级的分步测试验证，验证周期非常长，同时很难实现多项结合模拟实车复杂工况检测，使得可靠性较低，无法满足疲劳耐久开发测试需求，导致出现各种故障。

针对此情况，本发明利用电机模拟单元2模拟后端电机负载，利用电池模拟单元3模拟前端电池包的输入输出特性，并且利用综合应力测试单元同步模拟振动、冲击、温湿度叠加环境应力输入，可以实现转速、扭矩、振动、冲击、温度、湿度在同一时间轴的模拟验证。

通过监测上位机5实现与综合应力测试单元、电机模拟单元、电池模拟单元、低压电源及电子电力集成模块分别通讯连接，满足复合疲劳耐久试验控制需求。

具体地，振动激励驱动模块6与温湿度控制箱7相结合，满足开展振动、温度、湿度多应力叠加环境测试需求，电机模拟器20通过电机模拟器高压线21与PEU高压接口连接，基于精确的电机动态数学模型，利用高频大功率开关元件，模拟电机在各种工况下的运行特征，满足控制电压电流模拟电机扭矩，满足工况模拟测试需求。

电池模拟器30通过电池模拟器高压线31实现测试连接，可以根据电池SOC、电池类型等模拟其充放电特性，保证耐久测试中PEU中MCU模块、DC-DC模块、PTC模块的高压直流输入。

低压电源4用于电子电力集成模块10的供电。

在一个具体实施例中，振动激励驱动模块6包括振动台61、振动控制仪62及设置在振动台与振动控制仪之间的功率放大器63，电子电力集成模块刚性固定在振动台的安装台面上。

即通过振动台61能实现对电子电力集成模块10的模拟实车安装固定，满足对其振动量精确传递控制需求。

在一个具体实施例中，电机模拟器20的模拟参数至少包括感性负载、阻性负载、电机温度模拟参数、电机旋变参数，电机模拟器20具备用于实时检测电机模拟器高压线输出电流与电压的电流传感器211和电压传感器212。

即使用电感模块进行电机模拟，通过控制电感频率模拟电机转速，控制电压电流模拟电机扭矩，满足测试电子电力集成模块10的工况模拟测试需求。电流传感器211和电压传感器212用于实时监测电机模拟器高压线21的输入电流和电压，通过监测上位机5中安装的拟传感器信号采集卡进行试验运行参数的采集，以监测试验过程是否按照设定的功率循环工况正常运行。

在一个具体实施例中，监测上位机5与电子电力集成模块10的通讯路径上设有数据记录仪8。

该数据记录仪8能采集试验过程中电子电力集成模块10的各项测试数据，满足后端进行试验分析需求。

在一个具体实施例中，包括用于对电子电力集成模块进行冷却的并设置在温湿度控制箱外部的水冷机9，水冷机的循环回路与电子电力集成模块的冷却回路相连通，水冷机的循环回路上设有与监测上位机相通讯连接的流量传感器91和温度传感器92。

具体地说明，水冷机9用于提供实况冷却模拟，通过流量传感器91和温度传感器92实现冷却回路控制，实现实况冷却模拟需求。

水冷机9通过循环回路90与电子电力集成模块10的冷却回路相连接，保证系统正常运行，为保证水冷机9的运行与电子电力集成模块10运行工况满足一定的工作时序，设置流量传感器91和温度传感器92对水冷机9的工作状态进行实时动态监测，监测结果实施反馈给监测上位机，确保其按照设定程序安全运行，同时水冷机9与监测上位机建立了CAN通讯的能力，保证报警时进行同步设备暂停或中断等联动控制。

在一个具体实施例中，温湿度控制箱7具备用于与监测上位机相通讯连接的温湿度控制箱控制器70。

通过该温湿度控制箱控制器70满足空间温度湿度精确控制与实时显示需求。

在一个具体实施例中，监测上位机5内设有实车工况模拟参数设置模块。监测上位机内设有报警触发模块。

具体地说明，实车工况模拟参数设置模块用于进行模拟试验的各项参数调节，满足各组成的试验控制参数需求，而报警触发模块用于实现电子电力集成模块10试验过程中的应急保护，该报警触发模块在监控到测试过程中超出阈值数据时，触发系统停机，起到对测试电子电力集成模块10的保护需求。

具体地实现过程及原理说明：

一般情况下，在测试时需要编制试验谱，通过编制试验谱，实现实车工况模拟参数设置模块的各项试验参数调节，疲劳耐久测试系统按照其试验参数进行相应运行。

监测上位机5的报警触发模块接收到电子电力集成模块10的报警信号并实时解析，对综合应力测试单元1、电机模拟单元2、电池模拟单元3及水冷机92实时发送同步停机指令，完成系统暂停或中断确保试验安全。

对本案疲劳耐久测试系统的测试方法进行具体说明，如图2所示，其包括如下步骤：

试验准备，进行路谱采集、实车运行工况采集后编制试验谱；

系统设定，根据编制试验谱进行综合应力测试单元、电机模拟单元、电池模拟单元、低压电源、水冷机的参数设置；

系统自检，参数设置后进行自检，合格进入下一步骤，不合格返回系统设定步骤进行重新参数设置；

通讯联调，通过监测上位机进行与综合应力测试单元、电流传感器、 电压传感器、电池模拟单元、低压电源、水冷机的通讯构建；

正式试验，低压电源供电，电子电力集成模块上电运行；

自检排查，电子电力集成模块进行故障自检，存在故障反馈至监测上位机进行试验暂停或中断，无故障进入下一步骤；

运行参数监测，试验启动，监测上位机实时监控各项监测数据，当监测数据超出阈值时，返回系统设定步骤；

试验结束，提供全程数据记录。

参照图3所示，具体地实现过程及原理说明：

试验准备阶段需要开展道路采集、实车运行工况采集及试验谱编制等工作，确保试验室模拟时趋于真实使用环境的载荷谱输入；预试验完成系统初始化后进行独立子系统的参数设置，包括振动试验条件设置、温湿度试验条件设置、电池模拟器参数设置、电机模拟器参数设置、监测上位机中PEU功率循环工况程序设置、水冷机试验参数设置及试验程序计划表设置等操作，子系统自检异常返回参数设置检查，自检正常后执行通讯联调步骤，主要包括监控上位机与振动控制仪、电池模拟器、温控箱控制器、低压电源、水冷机及PEU之间的硬件连接和通讯协议调试，根据不同的子系统供应商涉及的通讯协议包括ModBUS/TCP网络通讯、CAN总线通讯、Socket Message及RS485通讯等，通讯调试异常返回系统初始化重新开始，通讯正常后正式试验，试验中从低压CAN通讯读取PEU故障自检状态，出现报警信号实时反馈给上位机，按照预设程序执行子系统同步停机动作，完成试验暂停或者中断处理，没有故障继续执行试验运行参数监测，包括水冷机温度和流量监测、电机模拟器高压线电流和电压监测，超出设定阈值试验暂停返回系统初始化检查调试，没有超过设定阈值正常开展功率循环工况的疲劳耐久试验，试验全程记录所有数据，最后按照设定试验计划表正常结束。

通过以上描述可以发现，本发明疲劳耐久测试系统及测试方法及方法，满足电子电力集成模块疲劳耐久性能开发测试需求，实现电机模拟、电池模拟与综合环境模拟相结合的同步模拟振动、冲击、温湿度叠加环境应力输入，实现转速、扭矩、振动、冲击、温度、湿度在同一时间轴的模拟验证。确保试验中按照设定功率循环工况自动运行，其模拟实车使用环境运行工况更真实，试验数据更匹配，能准确评价电子电力集成模块在各种工况下的疲劳耐久可靠性。系统通讯联调可靠，使得试验运行更顺畅，同时能对试验起到安全保护作用。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.疲劳耐久测试系统，其特征在于：

包括综合应力测试单元、电机模拟单元、电池模拟单元、低压电源、监测上位机，

其中，所述综合应力测试单元包括用于搭载电子电力集成模块的振动激励驱动模块、用于对电子电力集成模块所在空间进行温度湿度控制的温湿度控制箱，

所述电机模拟单元包括用于进行模拟电机负载的电机模拟器，所述电机模拟器通过电机模拟器高压线与电子电力集成模块的PEU控制器相电性连接，

所述电池模拟单元包括用于进行模拟充放电特性的电池模拟器，所述电池模拟器与电子电力集成模块相电性连接，

所述低压电源与电子电力集成模块相供电连接，

所述监测上位机与所述综合应力测试单元、所述电池模拟单元、所述低压电源及电子电力集成模块分别通讯连接。

2.根据权利要求1所述疲劳耐久测试系统，其特征在于：

所述振动激励驱动模块包括振动台、振动控制仪及设置在所述振动台与所述振动控制仪之间的功率放大器，电子电力集成模块刚性固定在所述振动台的安装台面上。

3.根据权利要求1所述疲劳耐久测试系统，其特征在于：

所述电机模拟器的模拟参数至少包括感性负载、阻性负载、电机温度模拟参数、电机旋变参数，所述电机模拟器具备用于实时检测所述电机模拟器高压线输入电流与电压的电流传感器和电压传感器，所述电流传感器和所述电压传感器与所述监测上位机相通讯连接。

4.根据权利要求1所述疲劳耐久测试系统，其特征在于：

所述监测上位机与电子电力集成模块的通讯路径上设有数据记录仪。

5.根据权利要求1所述疲劳耐久测试系统，其特征在于：

包括用于对所述电子电力集成模块进行冷却的并设置在所述温湿度控制箱外部的水冷机，所述水冷机的循环回路与所述电子电力集成模块的冷却回路相连通，所述水冷机的循环回路上设有与所述监测上位机相通讯连接的流量传感器和温度传感器。

6.根据权利要求1所述疲劳耐久测试系统，其特征在于：

所述温湿度控制箱具备用于与所述监测上位机相通讯连接的温湿度控制箱控制器。

7.根据权利要求1所述疲劳耐久测试系统，其特征在于：

所述监测上位机内设有实车工况模拟参数设置模块。

8.根据权利要求1所述疲劳耐久测试系统，其特征在于：

所述监测上位机内设有报警触发模块。

9.基于权利要求1~8任意一项所述疲劳耐久测试系统的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

S1试验准备，进行路谱采集、实车运行工况采集后编制试验谱；

S2系统设定，根据编制试验谱进行综合应力测试单元、电机模拟单元、电池模拟单元、低压电源、水冷机的参数设置；

S3系统自检，参数设置后进行自检，合格进入下一步骤，不合格返回步骤S2进行重新参数设置；

S4通讯联调，通过监测上位机进行与综合应力测试单元、电流传感器、 电压传感器、电池模拟单元、低压电源、水冷机的通讯构建；

S5正式试验，低压电源供电，电子电力集成模块上电运行；

S6自检排查，电子电力集成模块进行故障自检，存在故障反馈至监测上位机进行试验暂停或中断，无故障进入下一步骤；

S7运行参数监测，试验启动，监测上位机实时监控各项监测数据，当监测数据超出阈值时，返回步骤S2；

S8试验结束，提供全程数据记录。

Images