汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)機引擎及機械/實(shí)體參數測試

汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)機制本質(zhì)上是一種為汽車(chē)提供動(dòng)力的引擎(傳統內燃機)，并將動(dòng)力傳遞給變速箱、傳動(dòng)軸最終到達汽車(chē)車(chē)輪的系統。傳動(dòng)系統的電氣化正逐漸改變汽車(chē)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景，同時(shí)也受到來(lái)自可持續能源驅動(dòng)力、提高燃油效率以及符合相關(guān)二氧化碳排放法規等的影響。

此外，目前關(guān)鍵的技術(shù)驅動(dòng)力主要集中于提高操控性能與耐用性，以及一些新的實(shí)用技術(shù)，如因應再生煞車(chē)而催生的逆變器技術(shù)，可用于為電動(dòng)馬達供電或為電池充電。

在動(dòng)力傳動(dòng)任何部份的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，與機械性能相關(guān)的各種電氣信號和實(shí)體參數都需要進(jìn)行測量，才能實(shí)現完整的測試過(guò)程。電氣信號來(lái)自于鏈接高壓電池和逆變器的電力電路，而實(shí)體參數則發(fā)生在電氣到機械的轉換過(guò)程中。為了透徹理解整個(gè)系統性能，必須對電磁電力轉換器和電力電路進(jìn)行測量，并分析來(lái)自CAN等汽車(chē)串行總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上作業(yè)的動(dòng)力傳動(dòng)管理系統數據。此外，這些測試必須同時(shí)進(jìn)行，以便達到整體優(yōu)化的解決方案，而不只是單獨優(yōu)化某個(gè)組件。

傳統的做法是使用采樣率最高為10，000樣本/秒的數據記錄儀或數據擷取系統測量汽車(chē)中的電氣和實(shí)體參數。這種系統通常提供很多信道，讓用戶(hù)將多個(gè)傳感器輸出和隔離型輸入通道結合在一起，測量電氣系統(經(jīng)常包括浮動(dòng)電壓值)以及溫度、振動(dòng)與對材料的壓力等實(shí)體參數。

汽車(chē)版ScopeCorder

電氣行動(dòng)性的開(kāi)發(fā)趨勢導致電源逆變器日益廣泛使用，加上這些組件支持更高的頻率和更高的電壓，因而目前已經(jīng)出現速度高達1億樣本/秒(100MS/s)的隔離式測量要求。這些采樣率以前是由示波器結合差分探棒實(shí)現的，可讓工程師觀(guān)察以更高頻率出現的瞬態(tài)電壓與電流。一個(gè)令人更感興趣的領(lǐng)域是動(dòng)力傳動(dòng)管理系統，它工作在諸如CAN網(wǎng)絡(luò )等汽車(chē)串行總線(xiàn)之上，可連續傳送引擎溫度、轉速和壓力值等引擎性能參數。而要在一次測量作業(yè)中取得傳動(dòng)管理系統中的電氣信號、實(shí)體性能參數和數據，將會(huì )帶來(lái)相當大的挑戰。

為了減少整合這些眾多參數記錄所需的時(shí)間和工作量，橫河電機公司開(kāi)發(fā)出DL850V ScopeCorder Vehicle Edition儀器，在單一可攜式封裝中結合了高速示與以及傳統數據擷取記錄儀的優(yōu)點(diǎn)。ScopeCorder可以擷取和分析可能只持續幾毫秒的瞬態(tài)事件，也能執行長(cháng)達30天的完整動(dòng)力傳動(dòng)系統耐用性測試。

最新汽車(chē)版DL850V ScopeCorder儀器具有信道隔離、信號調節和高信道數的特點(diǎn)，還結合了CAN和LIN總線(xiàn)監視功能，可協(xié)助用戶(hù)譯碼CAN或LIN信號并監測所傳送的實(shí)體數據，如引擎溫度、車(chē)輪速度、加速度與壓力。然后將這些值與來(lái)自實(shí)際模擬傳感器的數據進(jìn)行比較。通過(guò)結合多種高壓與電流信號(以高達100MS/s采樣)與實(shí)體參數測量結果(如溫度、壓力或振動(dòng)以及經(jīng)譯碼的CAN總線(xiàn)信號)，DL850V可創(chuàng )建單個(gè)完整的測量文件，如圖1。相較于多臺測量?jì)x器的測量文件必須經(jīng)過(guò)整合才能在PC上進(jìn)行分析的其它方法相比，這種方法可大幅減少分析整個(gè)系統所需的時(shí)間和工作量。

圖1：在DL850V上創(chuàng )建的單個(gè)測量文件，整合了多種高壓與電流信號、實(shí)體參數測量結果以及經(jīng)譯碼的CAN總線(xiàn)信號。

汽車(chē)應用中的電力電子

在汽車(chē)應用中的逆變器越來(lái)越多地采用速度更快、電壓更高的組件，這就需要具有更高采樣速率的隔離型高耐受電壓測量功能，并能夠在更長(cháng)時(shí)間內同時(shí)測量更多數量的信號。像數字儲存示波器這種傳統的波形測量?jì)x器在高壓逆變器測量方面能力非常有限，因為它們缺少單獨隔離的輸入、高壓隔離性能和12或16位高分辨率。其它波形測量解決方案通常需要具有外部(主動(dòng))信號調節電路才能實(shí)現高壓隔離。

另一方面，DL850 ScopeCorder在其高壓測量模塊中使用一種被稱(chēng)為isoPRO的技術(shù)，無(wú)需外部主動(dòng)信號調節設備，就能提供100MS/s的采樣率、1kV的隔離性能和12位的分辨率。

isoPRO技術(shù)采用了一種以半導體雷射二極管將數字數據轉換為光信號的系統，轉換后的光數據通過(guò)光纖傳送至儀器。由于半導體雷射二極管的數據傳輸速率特別高，通過(guò)單一設備即可傳送大量數據，所以隔離區可以做得非常小。

另外，由于光纖本身是絕緣的，沿著(zhù)光纖的信號傳輸距離足以提供適當的絕緣作用，因此即使在1kV高壓情況下也能確保信號輸入與主單元之間的絕緣距離。利用isoPRO技術(shù)可在尺寸約100×200mm的精巧模塊中封裝具100MS/s、1kV高耐受電壓隔離測量電路的兩個(gè)信道。

這種技術(shù)的另外一個(gè)好處是可提供優(yōu)質(zhì)的噪聲抑制。因為高壓逆變器的開(kāi)關(guān)速度很快，因此噪聲可被導入測量路徑。然而在高壓隔離模塊中，優(yōu)質(zhì)的噪聲抑制性能可以帶來(lái)良好的共模抑制比(CMMR)，而且對于IGBT等逆變器和設備來(lái)說(shuō)，通常能高精確地擷取到常見(jiàn)的浮動(dòng)電壓開(kāi)關(guān)波形，見(jiàn)圖2。

圖2：使用DL850 ScopeCorder模塊測量的逆變器信號脈沖波形。左側是采樣率為100MS/s的測量結果，右邊是使用較早的10MS/s單元測得的結果。

機械/實(shí)體參數值

引擎測試臺是一種用于開(kāi)發(fā)、表征、測試引擎與仿真動(dòng)力傳動(dòng)系統的設施。一個(gè)復雜的引擎測試臺包含多種傳感器(或變換器)、數據擷取功能和致動(dòng)器，可用來(lái)控制引擎狀態(tài)。DL850 DscopeCorder有一個(gè)模塊化的結構以及眾多的輸入模塊來(lái)監測機械性能與電氣信號。變換器將來(lái)自引擎的信號轉換為輸入模塊可以理解的形式──一般是電壓信號。例如，采用一款轉速計測量單位為每分鐘轉數的引擎速度。這將產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出或一個(gè)脈沖輸出信號，然后將這個(gè)信號發(fā)送到ScopeCorder進(jìn)行脈沖輸出處理，并在顯示器后顯示實(shí)際的加速度圖形──甚至擴展繪制出機械/電氣相位差，見(jiàn)圖3。

圖3：用于計算旋轉角度趨勢的旋轉編碼器信號。

通過(guò)使用溫度模塊，就可以加以利用熱電耦(通常是K型組件)。這些熱電耦價(jià)廉物美，具有足夠精確度來(lái)完成任務(wù)。每個(gè)輸入模塊最多有16個(gè)熱電耦連接至儀器。為了監測動(dòng)力傳動(dòng)系統組件的振動(dòng)，可以使用帶壓電傳感器的加速度模塊。

圖4：DL850V Vehicle Edition能夠譯碼CAN和LIN總線(xiàn)信息，并在屏幕上同時(shí)顯示模擬值以及電氣或機械信號

汽車(chē)串行總線(xiàn)

汽車(chē)內的CAN或LIN網(wǎng)絡(luò )連接至電子控制單元(ECU)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送溫度、車(chē)輪轉速、加速度和壓力等眾多參數和控制信號。汽車(chē)串行總線(xiàn)和ECU單元共同組成了動(dòng)力傳動(dòng)管理系統。這意味著(zhù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不僅能測量來(lái)自模擬傳感器的電氣與機械信號，還能測量在汽車(chē)串行總線(xiàn)上傳輸的實(shí)體參數，作為電氣與模擬傳感器輸出參數的參考。DL850V Vehicle Edition即能解a這些CAN和LIN總線(xiàn)信息，并在屏幕上同時(shí)顯示出模擬值以及電氣或機械信號。

圖4給出了這樣一個(gè)例子。這個(gè)功能可用于直接映像汽車(chē)串行總線(xiàn)上傳送的數據與電氣和機械值之間的關(guān)系，從而可實(shí)時(shí)觀(guān)察系統的行為。DL850V支持CAN-dbc文件(由Vector Group開(kāi)發(fā))和LIN網(wǎng)絡(luò )定義文件，從而允許用戶(hù)便于選擇感興趣的CAN和LIN信息。

本文小結

DL850V ScopeCorder提供了現代數字示波器的所有測量與分析工具，包括光標、波形參數計算、數學(xué)和DSP通道，以及快速傅利葉變換。它還能作為多信道數據擷取單元/記錄儀，在單一設備中整合電氣、機械和汽車(chē)串行總線(xiàn)測量功能。在大多數情況下，用戶(hù)能夠立即分析數據并取得結果，而無(wú)需脫機的后處理步驟。