作者：Brock Benefiel，Ball Systems， Inc.

挑戰(zhàn)

一級汽車供應(yīng)商要求設(shè)計和交付多個基于測功機(jī)的耐用性測試站，用于測試專為P0混合動力汽車（HEV）新設(shè)計的電動發(fā)電機(jī)。

解決方案

Ball Systems使用商業(yè)現(xiàn)成（COTS）子系統(tǒng)、定制的機(jī)械夾具、工業(yè)機(jī)電/電子組件以及基于網(wǎng)絡(luò)的開放式架構(gòu)（包含LabVIEW、LabVIEW Real-Time模塊和CompactRIO硬件）設(shè)計、構(gòu)建并驗證了六個基于測功機(jī)的獨(dú)立型通用皮帶驅(qū)動電動發(fā)電機(jī)耐用性測試站。該解決方案不僅節(jié)省了測試時間，可適應(yīng)未來的測試需求，并且比競爭對手的方法更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

借助新技術(shù)的東風(fēng)，打破混合動力車（HEV）產(chǎn)業(yè)中的障礙

隨著消費(fèi)者需求的增加、燃油效率的提高、環(huán)境影響的加劇以及全球汽車排放政策日益嚴(yán)格，混合動力汽車市場正在不斷壯大。本案例的客戶是一家跨國公司，屬于一級汽車供應(yīng)商。該公司新研發(fā)了一款用于P0高壓電動汽車的電動發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，并需要設(shè)計和制造加速壽命測試儀。這些新型電動發(fā)電機(jī)給供應(yīng)商帶來了多項新技術(shù)挑戰(zhàn)，但Ball Systems團(tuán)隊已將其逐一解決。

新測試站的功能

HEV電動發(fā)電機(jī)耐用性測試系統(tǒng)在設(shè)計上具備可擴(kuò)展能力，可以滿足新型號的各種測試要求和未來HEV旋轉(zhuǎn)電氣設(shè)備的需求。源代碼和其他源設(shè)計文檔和文件隨系統(tǒng)一起提供，以便客戶的團(tuán)隊可以在未來根據(jù)需要修改測試序列系統(tǒng)的功能和順序。

除了使用LabVIEW和LabVIEW Real-Time開發(fā)開放的可擴(kuò)展軟件架構(gòu)外，我們還為被測設(shè)備（DUT）設(shè)計、構(gòu)建并驗證了剛性結(jié)構(gòu)框架和定制連接系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有一個高性能傳動系統(tǒng)，支持兩個旋轉(zhuǎn)方向的四象限電機(jī)驅(qū)動和發(fā)電，并能夠在最大扭矩、最大加速/減速、高轉(zhuǎn)速、高溫、低溫、電子負(fù)載等各種極端條件下持續(xù)運(yùn)行。

該傳動系在DUT和負(fù)載電機(jī)之間裝有一個獨(dú)特的多軸承主軸系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅將驅(qū)動電機(jī)輸出的軸向旋轉(zhuǎn)和扭矩耦合到DUT（反之亦然），而且由于測試系統(tǒng)執(zhí)行嚴(yán)苛的DUT耐用性重復(fù)測試會引起費(fèi)用高昂的驅(qū)動電機(jī)改裝，該傳動系統(tǒng)還用作可犧牲的磨損部件，以最大限度降低改裝成本。

大型測試儀面臨的技術(shù)和機(jī)械挑戰(zhàn)

• 該測試系統(tǒng)解決了以下工程挑戰(zhàn)：
• 80-100馬力的四象限（扭矩/轉(zhuǎn)速）測功機(jī)工作范圍
• 汽車發(fā)動機(jī)艙極端熱條件和電氣條件下的仿真
• 生成可配置測試文件（方法），且具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和報告功能
• 皮帶自動張緊系統(tǒng)，且具有輪轂負(fù)載測量功能
• 商業(yè)支持的標(biāo)準(zhǔn)軟件環(huán)境
• 使用盡可能多的COTS組件
• 可互換連接件系統(tǒng)，適用于多種DUT機(jī)械設(shè)計
• 保持驅(qū)動皮帶輪、驅(qū)動皮帶和DUT皮帶輪對齊的結(jié)構(gòu)剛性框架
• 貼合客戶指定的安全和安裝要求

測試期間，先將DUT固定在熱室中。然后通過結(jié)構(gòu)堅固且可編程的自動化皮帶張緊系統(tǒng)，將皮帶安裝到DUT電機(jī)皮帶輪和傳動系皮帶輪之間。通過DUT逆變器向DUT電機(jī)供電，或從驅(qū)動電機(jī)逆變器向驅(qū)動電機(jī)供電，驅(qū)動連接軸旋轉(zhuǎn)。動力通過驅(qū)動皮帶從DUT電機(jī)傳輸?shù)津?qū)動電機(jī)，反之亦然。同時，驅(qū)動電機(jī)通過驅(qū)動皮帶吸收動力，并通過驅(qū)動電機(jī)逆變器將其傳遞回電網(wǎng)，或者在DUT電機(jī)吸收動力的情況下，通過DUT逆變器經(jīng)由電池模擬器返回電網(wǎng)。基于NI CompactRIO的控制系統(tǒng)可管理所有系統(tǒng)級設(shè)備操作，并在測試序列執(zhí)行期間收集DUT和系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

軟件方法對耐用性測試站至關(guān)重要

對于我們的客戶來說，針對特定應(yīng)用、能夠根據(jù)新產(chǎn)品類別進(jìn)行擴(kuò)展且簡單易用的序列生成系統(tǒng)對于確保其成功至關(guān)重要。

大多數(shù)基于LabVIEW的系統(tǒng)都包含測試步驟序列生成功能。借助此功能，最終用戶可以在每個步驟中基于已定義的參數(shù)編譯操作列表，進(jìn)而創(chuàng)建測試序列。

在此案例中，客戶打算創(chuàng)建一次可運(yùn)行數(shù)周的測試，所以如果獨(dú)立進(jìn)行開發(fā)，測試序列將會包含數(shù)千個步驟。為了將這些冗長的測試序列進(jìn)行模塊化，我們添加了一些了功能，使我們可以在測試序列中調(diào)用子序列，并能夠?qū)@些子序列進(jìn)行任意次數(shù)的迭代。這是軟件工程中的常用技術(shù)，但在測試系統(tǒng)編程環(huán)境中卻不常見。

我們的軟件工程師并沒有開發(fā)數(shù)千個單獨(dú)的操作步驟，而是部署了一種配方式方法（recipe approach），可以幫助用戶以更少的步驟完成相同測試序列。在創(chuàng)建和修改測試序列時，此模塊化功能可幫助最終用戶節(jié)省大量的時間。這些“配方”可以保存以供未來使用，也可以對其進(jìn)行修改來創(chuàng)建新“配方”。

前端附件傳動裝置上的HEV P0架構(gòu)，其中電機(jī)或BiSG通過皮帶連接到內(nèi)燃機(jī)（ICE）。