測試混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機技術(shù)

汽車(chē)的傳動(dòng)系本質(zhì)上就是一個(gè)包含給汽車(chē)提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(傳統的內燃機)，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)系的電氣化正在改變汽車(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)、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。另外，目前的關(guān)鍵技術(shù)推進(jìn)工作主要集中于提高操控性能與耐用性，還有就是一些新的實(shí)用技術(shù)，比如因再生制動(dòng)而催生的逆變器技術(shù)，這種技術(shù)用于給電動(dòng)機供電，或者給電池充電。

在傳動(dòng)系任何部分的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，都需要測量與機械性能相關(guān)的各種電氣信號和物理參數，并作為完整測試過(guò)程的一部分。電氣信號來(lái)自鏈接高壓電池和逆變器的電力電路，而物理參數涉及電氣到機械的轉換過(guò)程。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 )上工作的傳動(dòng)系管理系統的數據。此外，這些測試必須同時(shí)進(jìn)行，以便達到總體最優(yōu)的解決方案，而不是單獨優(yōu)化某個(gè)元件。

傳統的做法是使用采樣率最高為10000樣本/秒的數據記錄儀或數據采集系統測量汽車(chē)中的電氣和物理參數。這種系統通常具有很多通道，允許用戶(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)及對材料的壓力等物理參數。

汽車(chē)版ScopeCorder

電氣移動(dòng)性開(kāi)發(fā)趨勢導致了電源逆變器日益廣泛的使用，而由于這些器件支持更高的頻率和更高的電壓，因此有了速度高達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頭實(shí)現的，可以讓工程師觀(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，可連續傳送發(fā)動(dòng)機溫度、轉速和壓力值等發(fā)動(dòng)機性能參數。而通過(guò)一次測量就能獲得傳動(dòng)管理系統中的電氣信號、物理性能參數和數據具有相當大的挑戰性。為了減少整合這些眾多參數記錄所需的時(shí)間和工作量，日本橫河公司的DL850V ScopeCorder汽車(chē)版儀器在單個(gè)便攜式封裝中融合了高速示波器的優(yōu)勢和傳統數據采集記錄儀的優(yōu)勢。ScopeCorder可以捕獲和分析可能只持續幾個(gè)毫秒的瞬態(tài)事件，也能執行長(cháng)達30天的完整傳動(dòng)系耐用性測試。

圖1：在DL850V上創(chuàng )建的單個(gè)測量文件，它整合了多種高壓與電流信號、物理參數測量結果及解碼后的CAN總線(xiàn)信號。

這臺最新汽車(chē)版本DL850V ScopeCorder儀器具有通道隔離、信號調節和高通道數量的特點(diǎn)，還能提供CAN和LIN總線(xiàn)監視功能，可以幫助用戶(hù)解碼CAN或LIN信號并監視傳送的物理數據，如發(fā)動(dòng)機溫度、車(chē)輪速度、加速度和壓力。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)將多種高壓與電流信號(以高達100MS/s采樣)與物理參數測量結果(如溫度、壓力或振動(dòng)以及解碼出來(lái)的CAN總線(xiàn)信號)的有機組合，DL850V可以創(chuàng )建單個(gè)完整的測量文件，見(jiàn)圖1。與來(lái)自多臺測量?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，這種方法可以極大地減少分析整個(gè)系統所需的時(shí)間和工作量。

汽車(chē)應用中的電力電子

用于汽車(chē)應用的逆變器越來(lái)越多地采用速度更快、電壓更高的器件，這就要求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。像數字存儲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要求外部(有源)信號調節電路才能實(shí)現高壓隔離。

DL850 ScopeCorder則在其高壓測量模塊中使用了一種被稱(chēng)為isoPRO的技術(shù)，無(wú)需外部有源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)采用了一種使用半導體激光二極管將數字數據轉換為光信號的系統，轉換出來(lái)的光數據通過(guò)光纖傳送給儀器。由于半導體激光二極管的數據傳輸速率特別高，靠單個(gè)設備可以傳送大量數據，所以隔離區可以做得非常小。另外，因為光纖本身是絕緣的，沿光纖的信號傳輸距離足以提供合適的絕緣，因此即使在1kV高壓情況下也能保證信號輸入與主單元之間的絕緣距離。利用isoPRO技術(shù)可以在尺寸大約100×200mm的緊湊模塊中封裝兩個(gè)通道的100MS/s、1kV高耐受電壓隔離測量電路。

這種技術(shù)的另外一個(gè)好處是可以提供卓越的噪聲抑制。因為高壓逆變器的開(kāi)關(guān)速度很快，因此噪聲很可能被引入測量路徑。然而在高壓隔離模塊中，卓越的噪聲抑制性能可以帶來(lái)良好的共模抑制比(CMMR)，而且對IGBT等逆變器和設備來(lái)說(shuō)常見(jiàn)的浮動(dòng)電壓開(kāi)關(guān)波形可以被精確捕獲，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，右邊是使用較老的10MS/s單元得到的測量結果。

機械/物理參數值

發(fā)動(dòng)機試驗臺是一種用于開(kāi)發(fā)、表征、測試發(fā)動(dòng)機和仿真傳動(dòng)系的器具。一個(gè)復雜的發(fā)動(dòng)機測試臺包含多種傳感器(或變換器)、數據采集功能和致動(dòng)器，可用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機狀態(tài)。DL850 DscopeCorder有一個(gè)模塊化結構和眾多的輸入模塊來(lái)監視機械性能與電氣信號。變換器將來(lái)自發(fā)動(dòng)機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，單位為每分鐘轉數的發(fā)動(dòng)機速度用轉速計進(jìn)行測量。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：用于計算旋轉角趨勢的旋轉編碼器信號。

通過(guò)使用溫度模塊可以使用熱電偶(通常是K型器件)。這些熱電偶價(jià)廉物美，具有足夠精度完成任務(wù)。每個(gè)輸入模塊最多可以有16個(gè)熱電偶連接儀器。為了監視傳動(dòng)系部件的振動(dòng)，可以使用帶壓電傳感器的加速度模塊。