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V404T-012伺服電機渠道商介紹,電動汽車驅動電機控制技術是電動汽車關鍵技術之一。近年來，現代控制理論的發展、新型大功率電力電子器件的出現以及微機數字控制技術日臻完善，直接促進了電機控制技術的迅速發展。國內外廠商已經研制出適用于各種類型電動汽車的電機控制器(MCU)，如圖 1 所示，為幾種常用的電動汽車電機控制器。
電動汽車對 MCU 的功率密度、效率、控制性能、可靠性等方面都有很高要求，需要對 MCU 進行**的測試，其中對 MCU 控制性能的測試主要包括：
電機轉矩-轉速特性及效率
電機及其控制器的過載能力
堵轉轉矩和堵轉電流
再生能量回饋特性
**工作轉速與超速
通信功能
電壓波動
保護功能
故障診斷
在傳統的 MCU 測試中，除了電機之外，還需要使用大功率直流電源、測功機、數據采集等設備，傳統的 MCU 測試設備體積大，造價高，需要專門的配套實驗室。即使有了測試環境與測試工具，傳統的 MCU測試方法還存在以下問題：
需要使用大功率電源并耗費大量電能
測試過程繁瑣，耗費大量人力物力
電機及其控制器在極端運行環境下有較大的安全風險 測試重現性較差，無法進行自動化測試使用硬件在環(HIL)測試方法，可以克服傳統 MCU 測試過程中的問題，使得 MCU 測試更安全、更**。在大功率電機測試臺架測試電機及其控制器之前先用 HIL 設備對電機控制器進行測試驗證可以降低大功率測試的風險與成本，縮短測試周期。
MCU 硬件在環測試的基本原理
MCU 硬件在環測試的基本原理是通過 HIL 設備模擬 MCU 所需的傳感器信號，同時采集 MCU 發出的控制信號，MCU 與運行在 HIL 設備中的電機模型構成閉環，由此實現 MCU 的硬件在環測試。如圖 2 所示，為電動汽車電機控制常用的矢量控制系統，在 HIL 測試時，逆變器、異步電機包括各類傳感器以模型的方式在 HIL 設備中實時運行，矢量控制算法包括故障診斷策略在電機控制器中運行，兩者通過 IO 板卡相連接，實現閉環運行。
電動汽車驅動電機（包括永磁同步電機、直流無刷電機、永磁同步電機等）是一個非線性、多變量、強耦合的控制對象，圖 3 所示為異步電機 T 形等效電路，該模型運算量大，不適用于 HIL 測試；交流電機的矢量變換控制技術利用旋轉坐標變換將交流電機等效為一個直流電機，從而使得磁鏈和轉矩可以解耦控制，圖 4 右圖所示為基于轉子磁場定向的異步電機模型。為了實時又精確地模擬電機特性，本方案使用了基于轉子磁場定向的異步電機模型，模型考慮了電機參數在電機運行過程中的變化，可以準確地描述電機特性。
MCU 的 PWM 開關頻率往往高達 10kHz 甚至幾十 kHz，因此，MCU 硬件在環測試的核心在于 PWM驅動信號的準確采樣以及電機電流、轉矩、磁鏈等的實時計算。在本方案中，將電機模型分為高速的繞組模型與低速的機械模型兩部分。高速的繞組模型采集 PWM 驅動信號，計算得到電機電流、轉矩、磁鏈等，繞組模型在 FPGA 上運行，典型運行周期為 100ns。低速的機械模型根據電機轉矩、負載轉速等信息計算得到電機轉速、溫度、車速等，機械模型在實時處理器上運行，典型運行周期為 1ms。
電機模擬 FPGA 板卡基本特性如下：
100ns 的采樣時間，可以仿真各類電機
可以仿真 IGBT、MOSFET、IPM 等功率器件
可以仿真瞬態電流與電流紋波
MCU 硬件在環測試典型測試項
1. 電機驅動功能測試
將 MCU 與 HIL 設備相連，利用電機與車輛模型仿真電機驅動車輛起步、加速、勻速行駛的過程，也可利用 HIL 設備的 CAN 節點仿真功能仿真整車控制器向 MCU 發送驅動扭矩指令，測試 MCU 的基本驅動功能，也可仿真電機轉矩-轉速特性及效率，此過程可通過執行測試腳本自動進行。
2. 電機制動能量回收功能的測試
利用電機與車輛模型仿真車輛緩慢剎車、急剎車等工況，也可利用 HIL 設備的 CAN 節點仿真功能仿真整車控制器向 MCU 發送制動扭矩指令，測試 MCU 的電機制動能量回收功能。
3. 熱管理功能測試
通過 HIL 設備控制溫度傳感器模擬單元的值，采集散熱風扇的動作，分析數據，得出散熱風扇各項動作時的溫度值，判斷 MCU 熱管理功能是否達到要求。
4. 通信功能測試
利用 HIL 設備的 CAN 節點仿真功能仿真整車控制器、電池管理系統等設備與 MCU 進行 CAN 通信，測試 MCU 的通信功能是否符合要求。
5. 故障診斷測試
通過 HIL 設備仿真直流母線電壓超過極限值，觀察 MCU 故障及報警狀態； 通過 HIL 設備仿真電機溫度超過極限值，觀察 MCU 故障及報警狀態； 通過 HIL 設備仿真電機電流超過極限值，觀察 MCU 故障及報警狀態； 通過 HIL 設備的故障注入單元斷開 MCU 與整車控制器之間的 CAN 總線，觀察 MCU 故障及報警狀態，判斷 MCU 故障診斷功能是否符合要求。
利用 HIL 測試 MCU 的優勢：
模擬電機的各種工況，包括極限工況；
模擬復雜的故障模式，快速復現故障模式； 降低大功率測試的風險，降低測試成本；自動化測試并生成測試報告，縮短測試周期； 易于維護和擴展測試能力。
資訊來源：汕頭羅克自動化
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