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一種新型（xíng）測試混合動力發動機技術

2014-3-26 來源：數控機床市場網作者：

　汽（qì）車（chē）的傳動係本質上就是一個包含給汽車提供動力的發動機（傳統的內燃機），並將動（dòng）力傳遞給變速箱、傳（chuán）動軸最終到達汽車車輪的係統。傳動係的電氣化正在改變汽車技術的未來發展前景，同時也受到來自可持續能源驅動、提高燃油效率（lǜ）以及符合相關二氧化碳排放法規等（děng）的影響。另（lìng）外，目前（qián）的關鍵技術推進工作（zuò）主要（yào）集中於提高（gāo）操控性能（néng）與耐用性，還有就是一些新（xīn）的實（shí）用技術，比如因再生製動而催生的逆變器技術，這種技術（shù）用於給電動機供電，或者給電池充電。

　　在（zài）傳動係任何部分的開發過程（chéng）中，都需要測量（liàng）與機械性能相關的各（gè）種（zhǒng）電氣信號和物理參數，並（bìng）作為完整測試過程的一部分。電氣信號來自鏈接（jiē）高壓（yā）電池和逆（nì）變器的電力電（diàn）路，而物理參（cān）數（shù）涉及電氣到機（jī）械的轉換過程。為了透徹理解整（zhěng）個係統（tǒng）性能，必須對電磁電力轉換器和電力電路進行測量，並分析（xī）來自CAN等汽（qì）車串行總線網絡上工作的傳動係管（guǎn）理係統的數據。此外（wài），這些測（cè）試必須同時進行，以便達到總體最優的解決方案，而不是單獨優化某個元（yuán）件（jiàn）。

　　傳統的做法是使（shǐ）用采樣率最高為（wéi）10000樣本/秒的數據記錄儀或數（shù）據采集係統測量汽車（chē）中的（de）電氣和物理參（cān）數。這種係統通常（cháng）具有很多通道，允許用戶將多個（gè）傳感器輸出和（hé）隔離型（xíng）輸入（rù）通道結合在一起測量電氣係統（經常包括浮動電壓值）以（yǐ）及溫度、振動及對材料的壓力等物（wù）理參數。

　　汽車版（bǎn）ScopeCorder

　　電氣移動性開發趨勢導致了電源逆（nì）變器日益廣泛的使用，而由（yóu）於這（zhè）些器（qì）件（jiàn）支持更高的頻率和更高（gāo）的電壓，因此有了速度高達1億樣本/秒（100MS/s）的隔（gé）離（lí）式測量要求。這（zhè）些采樣率以前是由示波器結合差分探頭實現的，可以讓工程師觀察以更高頻率出現的瞬態電（diàn）壓與電流。一個令人更（gèng）感興趣的領域是傳動（dòng）管理係統，它工作在諸如CAN網絡等汽車串（chuàn）行總線之上，可連續傳送發動機溫度、轉速和（hé）壓力值等發動機性能參數。而通過一次測量（liàng）就能獲（huò）得傳動（dòng）管理係統中的電氣信號、物理性能參數和數（shù）據具有相當大的挑戰性。為（wéi）了減少整合這些眾多參數記錄所需的時間和工作量，日本橫河（hé）公司的DL850VScopeCorder汽車版儀器在單個便攜式（shì）封裝中融合了高速示波器的優勢和傳統（tǒng）數（shù）據采集記錄儀（yí）的優勢。ScopeCorder可以捕獲和分析（xī）可能隻持續幾個毫秒的瞬態（tài）事件，也能（néng）執行長達30天（tiān）的完整傳動（dòng）係耐用性測試。

　　圖1：在DL850V上創建的單個測量（liàng）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後的CAN總線（xiàn）信號。

　　這台最（zuì）新（xīn）汽車版本DL850VScopeCorder儀器具有通道隔離、信號調節和高通道數量的特點，還能提供CAN和LIN總（zǒng）線監視功能，可以幫助用戶解碼CAN或LIN信號並監視傳送的物理數（shù）據，如發動機溫度（dù）、車輪（lún）速度、加速度和壓力。然後將這些值與來自實際模（mó）擬傳感器的數（shù）據（jù）進行比（bǐ）較。通過將多種高壓與電流信號（以高達100MS/s采樣）與物理（lǐ）參數測量（liàng）結果（如溫度、壓力或振動以（yǐ）及解碼出來的CAN總線信（xìn）號）的（de）有機組合，DL850V可以創建單個完整的測量文件，見圖1。與來自多台測量儀（yí）器的測量文件必須經過整合才能在（zài）PC上進行分析的其它方法相比，這種方法可以極大（dà）地減少分（fèn）析整（zhěng）個係統所需的時（shí）間和工作量。

　　汽車應（yīng）用中（zhōng）的（de）電力電子

　　用於汽車應用的（de）逆變器越來越多地采（cǎi）用（yòng）速度更快、電壓更（gèng）高的器件，這就要求具有更（gèng）高采樣速率的隔離型高（gāo）耐受電壓測量（liàng）功能，並能夠在（zài）更長時間（jiān）內同時測量更多數量的信號。像（xiàng）數字存儲示波器這種傳（chuán）統的波形測量儀器在高壓逆變器測量方麵（miàn）能力非常（cháng）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（cháng）要求外（wài）部（有源）信號（hào）調節電路才能實現高壓隔離。

　　DL850ScopeCorder則在（zài）其高壓測量模塊中使用了（le）一（yī）種被稱為isoPRO的技術，無需外部有源（yuán）信號調節設備就（jiù）能（néng）提供100MS/s的采樣率、1kV的隔離性（xìng）能和12位的分辨率。isoPRO技術采用了一種使用半導體激光二極（jí）管將數字數據轉換為光信號的係統，轉換（huàn）出（chū）來的光數據通過光纖傳送給儀器（qì）。由於半（bàn）導體激（jī）光二極（jí）管的數據傳輸速率特（tè）別高，靠單個設備可以傳送大量數據，所以隔離區可以做得非常小。另（lìng）外，因為光纖本身是（shì）絕緣的，沿（yán）光纖的信號傳（chuán）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（shū）入與主單元之間的絕緣距離。利（lì）用isoPRO技術可以在（zài）尺寸（cùn）大約100×200mm的緊湊模塊中封裝兩個通道的100MS/s、1kV高耐受電壓隔離測量電路。

　　這種技術的另外（wài）一個好處是可以提供卓越的噪聲抑製。因為高壓逆（nì）變器的開關速度很快（kuài），因此噪聲很可能被引入測量路徑。然而在高壓隔離模塊中，卓越的噪聲抑製性能可以帶來良（liáng）好的共模抑製比（CMMR），而且對IGBT等逆變器和設備來說常見的浮（fú）動電壓開關波形可以被精確捕獲（huò），見圖2。

圖2：使用DL850ScopeCorder模塊測（cè）量的逆（nì）變器信號脈（mò）衝波形。左側是采樣率為100MS/s的測（cè）量結果，右邊是使用較老的10MS/s單元得到的測量結果。

　　 機械（xiè）/物理參數值

　　發動機試（shì）驗台是一種用於開發、表征、測試發動機和仿真傳動係的器具。一個複雜的（de）發動機測試台包含多種傳感器（或變換器）、數據采集功（gōng）能和（hé）致動器，可用來控製發動機狀（zhuàng）態。DL850DscopeCorder有（yǒu）一個模塊化結構和（hé）眾多的輸入模塊來監視機械（xiè）性能與電氣信號（hào）。變換器將（jiāng）來（lái）自發動機的（de）信號轉換（huàn）為輸入模塊可以理解的形式——一般是電壓信號（hào）。例如，單位為（wéi）每分鍾轉數的發動機速度用（yòng）轉速計進行（háng）測量。這將產生一個電壓（yā）輸出或一個脈衝輸出（chū）信號，然（rán）後將（jiāng）這個（gè）信號發送到ScopeCorder進行脈衝輸出處理，並在顯示器後顯示實際的加速度圖形——甚至擴展繪製出機械/電氣相位差，見圖（tú）3。

　　圖3：用於計（jì）算旋轉（zhuǎn）角趨勢的旋轉編碼器信號。

　　通過使用溫（wēn）度模塊可以使（shǐ）用熱電偶（通常是K型器件）。這些熱電偶價廉物美，具有足夠精度完成任務。每個輸入模塊最（zuì）多可以有16個熱電偶連接儀器（qì）。為了監視傳動係部件的（de）振動（dòng），可（kě）以使用帶壓電傳感器的（de）加速度模（mó）塊。

　　 汽車串行總線

　　汽（qì）車內的CAN或LIN網絡連接著ECU（電子控製單元），網絡上傳送的是溫度、車輪轉速、加速度和壓力等眾多（duō）參數和控製信號。汽車串行總線和ECU單（dān）元（yuán）一起（qǐ）組成了傳動係管（guǎn）理係統。這意味著在開發過程中，不僅能測量來自模擬傳感器的（de）電氣與機械信號，還能測量在汽車串行總線上傳輸的這些物理參（cān）數，它們也被稱為電氣與模擬傳感器輸出參數。DL850V汽（qì）車版儀器能（néng）夠解碼這些CAN和LIN總線消息（xī），並（bìng）在屏幕（mù）上同時顯示出模擬值以及電氣或機械信號。圖（tú）4給出了這樣一個例子。這個功能可（kě）以（yǐ）用來直接映射（shè）汽車串行總線上傳送的數據與電氣和機械（xiè）值之間的關係（xì），從而實時（shí）觀察係統的行為。DL850V支持CAN-dbc文件（由矢量小組開發（fā））和LIN網絡定義文件，從而允許用戶方便地選擇感興趣的CAN和LIN消息。

　　圖4：DL850汽車版儀器能夠解碼這些CAN和LIN總線消息，並在屏幕上同時顯示出模擬值（zhí）以及電氣或機械信號。

總結

　　DL850VScopeCorder提供了現（xiàn）代數字示波器的所有測量與分析工具，包括光標、波（bō）形參數計算、數學和DSP通道以及快速傅裏葉變換。它還能作為多通道數據采集（jí）單元/記錄儀，在單台設備中整（zhěng）合電氣、機械和汽車串行總線測量（liàng）功能。在（zài）大多數情況下，用戶能夠立即分析數據並取得（dé）結（jié）果，無需離線的後處理步驟。

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