作者：Brock Benefiel，Ball Systems， Inc.

挑戰

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

解決方案

Ball Systems使用商業現成（COTS）子系統、定制的機械夾具、工業機電/電子組件以及基于網絡的開放式架構（包含LabVIEW、LabVIEW Real-Time模塊和CompactRIO硬件）設計、構建并驗證了六個基于測功機的獨立型通用皮帶驅動電動發電機耐用性測試站。該解決方案不僅節省了測試時間，可適應未來的測試需求，并且比競爭對手的方法更經濟實惠。

借助新技術的東風，打破混合動力車（HEV）產業中的障礙

隨著消費者需求的增加、燃油效率的提高、環境影響的加劇以及全球汽車排放政策日益嚴格，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，屬于一級汽車供應商。該公司新研發了一款用于P0高壓電動汽車的電動發電機產品，并需要設計和制造加速壽命測試儀。這些新型電動發電機給供應商帶來了多項新技術挑戰，但Ball Systems團隊已將其逐一解決。

新測試站的功能

HEV電動發電機耐用性測試系統在設計上具備可擴展能力，可以滿足新型號的各種測試要求和未來HEV旋轉電氣設備的需求。源代碼和其他源設計文檔和文件隨系統一起提供，以便客戶的團隊可以在未來根據需要修改測試序列系統的功能和順序。

除了使用LabVIEW和LabVIEW Real-Time開發開放的可擴展軟件架構外，我們還為被測設備（DUT）設計、構建并驗證了剛性結構框架和定制連接系統。該系統具有一個高性能傳動系統，支持兩個旋轉方向的四象限電機驅動和發電，并能夠在最大扭矩、最大加速/減速、高轉速、高溫、低溫、電子負載等各種極端條件下持續運行。

該傳動系在DUT和負載電機之間裝有一個獨特的多軸承主軸系統。該系統不僅將驅動電機輸出的軸向旋轉和扭矩耦合到DUT（反之亦然），而且由于測試系統執行嚴苛的DUT耐用性重復測試會引起費用高昂的驅動電機改裝，該傳動系統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和機械挑戰

• 該測試系統解決了以下工程挑戰：
• 80-100馬力的四象限（扭矩/轉速）測功機工作范圍
• 汽車發動機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），且具有強大的數據采集和報告功能
• 皮帶自動張緊系統，且具有輪轂負載測量功能
• 商業支持的標準軟件環境
• 使用盡可能多的COTS組件
• 可互換連接件系統，適用于多種DUT機械設計
• 保持驅動皮帶輪、驅動皮帶和DUT皮帶輪對齊的結構剛性框架
• 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。然后通過結構堅固且可編程的自動化皮帶張緊系統，將皮帶安裝到DUT電機皮帶輪和傳動系皮帶輪之間。通過DUT逆變器向DUT電機供電，或從驅動電機逆變器向驅動電機供電，驅動連接軸旋轉。動力通過驅動皮帶從DUT電機傳輸到驅動電機，反之亦然。同時，驅動電機通過驅動皮帶吸收動力，并通過驅動電機逆變器將其傳遞回電網，或者在DUT電機吸收動力的情況下，通過DUT逆變器經由電池模擬器返回電網。基于NI CompactRIO的控制系統可管理所有系統級設備操作，并在測試序列執行期間收集DUT和系統數據。

軟件方法對耐用性測試站至關重要

對于我們的客戶來說，針對特定應用、能夠根據新產品類別進行擴展且簡單易用的序列生成系統對于確保其成功至關重要。

大多數基于LabVIEW的系統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編譯操作列表，進而創建測試序列。

在此案例中，客戶打算創建一次可運行數周的測試，所以如果獨立進行開發，測試序列將會包含數千個步驟。為了將這些冗長的測試序列進行模塊化，我們添加了一些了功能，使我們可以在測試序列中調用子序列，并能夠對這些子序列進行任意次數的迭代。這是軟件工程中的常用技術，但在測試系統編程環境中卻不常見。

我們的軟件工程師并沒有開發數千個單獨的操作步驟，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。在創建和修改測試序列時，此模塊化功能可幫助最終用戶節省大量的時間。這些“配方”可以保存以供未來使用，也可以對其進行修改來創建新“配方”。

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