隨著全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)加速向電動(dòng)化轉(zhuǎn)型,純電驅(qū)動(dòng)總成的開(kāi)發(fā)已成為核心技術(shù)領(lǐng)域。其開(kāi)發(fā)過(guò)程復(fù)雜,涉及機(jī)械、電氣、控制、熱管理等多個(gè)學(xué)科的深度集成,因此對(duì)測(cè)試驗(yàn)證提出了全面且嚴(yán)苛的需求。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展,為高效、精準(zhǔn)地滿(mǎn)足這些測(cè)試需求提供了強(qiáng)大的工具與平臺(tái),極大地推動(dòng)了純電驅(qū)動(dòng)總成的研發(fā)進(jìn)程。
一、 純電驅(qū)動(dòng)總成的核心測(cè)試需求
純電驅(qū)動(dòng)總成通常由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器(逆變器)、減速器及相關(guān)的冷卻系統(tǒng)、高壓線(xiàn)束等構(gòu)成。其測(cè)試需求貫穿于從零部件到系統(tǒng)集成的全生命周期,主要涵蓋以下幾個(gè)方面:
- 性能與效率測(cè)試:這是最基礎(chǔ)的測(cè)試需求。需要精確測(cè)量和評(píng)估驅(qū)動(dòng)總成的輸出特性,如峰值/持續(xù)扭矩-轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)、功率特性、最高效率點(diǎn)分布(效率MAP圖)以及不同工況下的能耗表現(xiàn)。這直接決定了車(chē)輛的加速能力、最高車(chē)速和續(xù)航里程。
- 功能與安全測(cè)試:確保所有控制功能(如扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制、能量回收、故障診斷與處理等)正常、可靠地執(zhí)行。重點(diǎn)測(cè)試功能安全(如ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)要求),驗(yàn)證在傳感器失效、通訊中斷、過(guò)壓/過(guò)流等故障場(chǎng)景下,系統(tǒng)能否進(jìn)入安全狀態(tài),避免危險(xiǎn)發(fā)生。
- 耐久性與可靠性測(cè)試:模擬車(chē)輛在全生命周期內(nèi)可能經(jīng)歷的各種嚴(yán)苛工況(如高低溫循環(huán)、振動(dòng)沖擊、鹽霧腐蝕、交變負(fù)載等),驗(yàn)證總成的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣連接、絕緣性能以及控制軟件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和壽命。臺(tái)架上的加速耐久試驗(yàn)是縮短開(kāi)發(fā)周期的關(guān)鍵。
- NVH(噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)測(cè)試:電驅(qū)動(dòng)總成雖然沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲,但電機(jī)的高頻電磁噪音、齒輪嚙合嘯叫以及由控制策略引起的階次振動(dòng)問(wèn)題依然突出。需要通過(guò)高精度傳感器和分析手段,識(shí)別噪聲源,優(yōu)化電磁設(shè)計(jì)、齒輪參數(shù)和控制算法以提升駕乘舒適性。
- 熱管理與標(biāo)定測(cè)試:電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在高效運(yùn)行時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生大量熱量。測(cè)試需求包括評(píng)估冷卻系統(tǒng)的散熱能力,監(jiān)控關(guān)鍵部件(如IGBT、電機(jī)繞組)的溫升,并在不同環(huán)境溫度和負(fù)載下進(jìn)行熱平衡標(biāo)定,確保系統(tǒng)在安全溫度范圍內(nèi)發(fā)揮最佳性能。
二、 計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)在測(cè)試中的應(yīng)用
為滿(mǎn)足上述復(fù)雜多維的測(cè)試需求,現(xiàn)代測(cè)試體系高度依賴(lài)于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)。
- 硬件在環(huán)(HIL)仿真測(cè)試:這是應(yīng)用最為廣泛的核心技術(shù)之一。在HIL測(cè)試臺(tái)中,真實(shí)的電機(jī)控制器(ECU)作為“硬件在環(huán)”部分,與實(shí)時(shí)仿真機(jī)(高性能工控機(jī)/實(shí)時(shí)處理器)相連。仿真機(jī)中運(yùn)行著高精度的車(chē)輛模型、電機(jī)模型、電池模型及虛擬道路環(huán)境。
- 應(yīng)用價(jià)值:可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,安全、高效、可重復(fù)地測(cè)試控制器的全部功能邏輯和診斷策略,包括極限工況和故障注入測(cè)試,無(wú)需依賴(lài)昂貴的真實(shí)電機(jī)和整車(chē)。這極大地提前了軟件測(cè)試節(jié)點(diǎn),降低了實(shí)車(chē)測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。
- 功率級(jí)硬件在環(huán)(PHIL)與測(cè)試臺(tái)架系統(tǒng):PHIL測(cè)試將真實(shí)的功率部件(如電機(jī)、電池模擬器)接入閉環(huán)。測(cè)試臺(tái)架則由高性能測(cè)功機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、可編程電源/負(fù)載、環(huán)境艙等硬件構(gòu)成,并由上位機(jī)軟件統(tǒng)一控制。
- 計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用:核心是高速數(shù)據(jù)采集卡(用于采集電壓、電流、溫度、振動(dòng)等信號(hào))、實(shí)時(shí)控制器(用于實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)的閉環(huán)控制,如對(duì)測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速/扭矩控制)以及強(qiáng)大的服務(wù)器(用于處理海量測(cè)試數(shù)據(jù))。
- 計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用:包括測(cè)試序列自動(dòng)化軟件(如NI TestStand, Vector CANape),用于編寫(xiě)和自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜的測(cè)試用例;數(shù)據(jù)分析與可視化軟件(如MATLAB, DIAdem),用于處理、分析和呈現(xiàn)測(cè)試結(jié)果;以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)和通訊協(xié)議棧(如CAN, Ethernet, XCP),確保各硬件設(shè)備協(xié)同工作。
- 數(shù)字孿生與云測(cè)試平臺(tái):基于高保真仿真模型(數(shù)字孿生體),可以在云端進(jìn)行大量的仿真測(cè)試和虛擬標(biāo)定。結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù),可以對(duì)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,優(yōu)化測(cè)試用例,甚至預(yù)測(cè)潛在故障。
- 應(yīng)用價(jià)值:實(shí)現(xiàn)測(cè)試資源的云端共享與協(xié)同,支持分布式開(kāi)發(fā)和測(cè)試,能夠處理傳統(tǒng)臺(tái)架難以實(shí)現(xiàn)的超大規(guī)模場(chǎng)景仿真(如百萬(wàn)公里虛擬耐久測(cè)試),進(jìn)一步提升開(kāi)發(fā)效率。
- AI與機(jī)器學(xué)習(xí)在測(cè)試分析中的應(yīng)用:利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類(lèi)分析)對(duì)NVH測(cè)試中的海量音頻、振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能特征提取和模式識(shí)別,可以更快速、準(zhǔn)確地定位異響源。在耐久性測(cè)試中,AI可以用于預(yù)測(cè)剩余壽命和進(jìn)行失效根因分析。
結(jié)論
純電驅(qū)動(dòng)總成的開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,其測(cè)試需求呈現(xiàn)出多維度、高精度、高安全性的特點(diǎn)。而計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù),特別是HIL/PHIL仿真、自動(dòng)化測(cè)試臺(tái)架、數(shù)字孿生與云端計(jì)算,已經(jīng)深度融入測(cè)試驗(yàn)證的每一個(gè)環(huán)節(jié)。它們不僅提供了滿(mǎn)足這些嚴(yán)苛需求的必要手段,更通過(guò)提升測(cè)試的自動(dòng)化、智能化水平和覆蓋度,顯著縮短了開(kāi)發(fā)周期,降低了研發(fā)成本,并最終保障了純電驅(qū)動(dòng)總成的性能、安全與可靠性,是推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的關(guān)鍵使能力量。隨著軟硬件技術(shù)的進(jìn)一步融合,測(cè)試體系將向著更加虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向演進(jìn)。