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对汽车高电压系统与NVH进行同步测量

来源:国际汽车设计及制造 发布时间:2023-02-17 283
工业金属加工汽车制造整车及零部件自动驾驶&车联网金属成型机床机加工总装与装配工程材料与轻量化塑料加工设备橡胶加工设备及零件工厂管理其他 三电技术
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电动汽车使用的新材料、新技术以及大量的高电压元器件也带来了新的NVH声学和振动问题。

汽车动力总成的电气化对其各个组成部件的相互作用提出了很高的要求。通过同步测量动力总成系统中的NVH(噪声、振动和声振粗糙度)和性能数据,可以全面考虑汽车设计阶段的相关问题并有效地解决汽车声学和车辆性能之间的冲突和矛盾。

向电动汽车技术的转变也对汽车设计和车辆测试技术提出了全新的要求。电动汽车使用的新材料、新技术以及大量的高电压元器件也带来了新的NVH声学和振动问题。因此,高性能电动汽车的设计制造也需要创新性的整体性工程设计和测试技术。而这一切的基础就是一个能够完成电动汽车性能和NVH(噪声、振动和声振粗糙度)检测分析的整体性系统。


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图1.只有在电动汽车的传动系中同步检测记录NVH和车辆性能数据才能全面考虑电动汽车的设计问题


必须快速而且有效地解决汽车设计和检测技术领域中的问题。所要求的高度专业化的测量系统应用于各种不同的检验测量任务,其中就包括迄今为止尚未实现同步检验记录、需要大量人力处理的数据。通常情况下,检验测量系统一个个处理不同的检测任务,这就大大降低了试验台和人力资源的工作效率。


另外,电动汽车的高电压电源和其他零部件也都非常复杂地、非常紧凑地配置在一起,这就需要在狭小的空间里安全可靠地完成有屏蔽层高压电缆的电流和电压测量。同时,还必须收集来自车辆加速度传感器、麦克风和其他传感器的数据。这就意味着检测点的数量和需要处理的原始数据量都会大幅度增加。

汇总能力


为了实现同步采集高精度的大批量数据,这就需要一套系统性的解决方案将电动汽车性能和NVH检测数据汇总到一起。CSM公司与Müller-BBM VibroAkustik公司(以下简称“MBBM-VAS”)不久前公布的一项合作奠定了实现这一切的基础。CSM公司也是MBBM-VAS公司PAK生态系统的合作伙伴。


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图2.用于振动声学检测分析的传感器和麦克风等都直接连接到CSM ECAT迷你模块上,大大简化了整个测量链的导线连接


CSM公司是一家测量技术专业企业,已经成功的在汽车测量技术和数据采集系统中深耕细作了35年,设计和生产了众多不同的汽车测量和检验分析系统。该公司也是车载高压电气系统测量技术的专家,其开发的车载高压电气检测技术能够实时完成车辆行驶过程中的电流和电压测量,并且完成其他动态数据的同步检测、记录和评估分析。


MBBM-VAS公司则专注于声学、振动和强度领域中物理数据采集、分析和集成式解决方案以及测量数据的管理和云基础设施。


整体性解决方案


CSM测量装置直接安放在电动汽车、混合动力汽车需要检测分析的高压电网各个数据检测点和用电器那里。每一个测量模块都按照高电压和低电压工作环境设计得非常紧凑、坚固。车载高压电网检测所用的HVBreakout检测模块可以同时采集电流、电压和性能数据,是一种能够安全、准确地测量车载单相和三相高压电缆的检测模块。它能够直接测量被测元器件的内电流和外电压,并通过XCPon以太网实现精确的同步输出。


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图3.车载高电压测量系统可以直接检测蓄电池、逆变器和电动机之间的单相和三相电流及电压


用于振动声学检测分析的传感器和麦克风等都直接连接到CSM ECAT迷你模块上。该模块非常适合高频信息的精确分析,每个通道的测量信号传输速率高达100kHz。它为各种传感器提供了只需一个装置就能够按照数据传输通道精确调节传感器所需的电源可能性:可以在5V至24V的范围之间调节传感器供电电压。


可以用Thermo测量模块可靠地测量电动汽车高电压系统元器件的温度。Thermo温度测量模块的结构非常紧凑,绝缘性能也有了明显的提高和增强:电压信号测量时的均方根值RMS可以高达1000V,非常适合于在分散配置的电动汽车驾驶测试中使用。


所有检验测量模块都可以用EtherCAT现场总线系统联网,可以实现1μs的数据同步传输。所有CSM测量模块都可以用CSM公司开发的应用软件CSMconfig配置参数。


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图4.利用一套整体性检验测量系统就可以轻松地完成电动汽车电力驱动系统的声学和相关的电气性能检验测试


整个测量链壳体利用CSM XCP网关和CSMMeasure软件模块连接到(MBBM-VAS公司的PAK live.hub)数据中心。所有CSM模块都可以通过这种方式连续不断地向数据中心发送数据,数据中心则实时地动态处理这些数据。数据中心实时地按照PTP图片传输协议将数据流发送到MBBM-VAS公司开发的PAK NVH软件系统中,由该软件系统对采集到的实时数据进行评估——包括车载电脑ECU的数据、电源数据及NVH数据。


在这样的配置环境中可以完成诸如下列各种NVH/电力驱动的数据采集与测量:
● 分析同步电机运行时最常用的派克变换(dq变换)
● 调制分析
● 扭矩脉动
● 根据同步转换器和旋转编码器数据分析转子位置
● PWM脉冲宽度调节领域中的频率/分析参数
● 声学设计和心理声学的参数
● 电气和机械效率的参数
● 电气系统工作间隙


另外,还可以在电动汽车结构、车辆转向和音质等方面的数据采集中使用PAK软件包。


通过数据量的智能联网实现了只有一个测量设施就能够完成各种数据的检测任务,从而也可持续性地加快电动汽车的检验测试过程。许多有着跨学科影响和前后关联的因素和相互作用也都可以检测分析出来。可扩展的系统性解决方案将高性能检验分析技术与开放性检测系统中的定制应用也结合到一起了。


采用这种整体性检验测试解决方案可以为用户带来一系列的好处:
● 快速地完成声学和电动汽车性能方面的移动式检验测量;
● 直接在检测点处按照高达1MHz的采样频率采集模拟式和数字式的车载高压系统数据和PTP同步数据;
● 分散式配置的、结构紧凑的、性能可靠的数据采集系统,尤其是可以在密闭和恶劣的环境中使用;
● 在汽车高电压导线中直接测量电流、屏蔽电流和电压;
● 在测量电动汽车电流、电压和性能的同时同步进行NVH检验分析以及检测与声学和电学有关的现象;
● 测量数据量的实时分析评判;
● 性能强大的在线和离线图形数据报告能力;
● 通过对有着前后相关性的数据检验测量提高数据的利用价值;
● 基于云技术的测量数据智能化管理。
值得一提的是,CSM公司可以按照客户的具体使用要求提供成套的检验测量模块、传感器、连接电缆和软件系统。


本文编译自HANSER automotive杂志
作者:Johann Mathä,CSM有限公司的电动汽车营销经理;Jens Strunk,MBBM-VAS公司公司大客户经理


来源:荣格-《国际汽车设计及制造》

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