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摘要:近年來(lái)電動(dòng)汽車處于高速發(fā)展階段，電機(jī)控制器是電動(dòng)汽車的主要部件，在電動(dòng)汽車整車系統(tǒng)中起著非常重要的作用。電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的測(cè)試至關(guān)重要，由泛華測(cè)控設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車電機(jī)控制器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，基于“柔性測(cè)試”技術(shù)，可與生產(chǎn)流水線整線對(duì)接，實(shí)現(xiàn)UUT全自動(dòng)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；電機(jī)控制器；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)


1 引言

電機(jī)控制器是電動(dòng)汽車的核心控制模塊，隨著電動(dòng)汽車的飛速發(fā)展，其需求量也在逐年提升，同時(shí)對(duì)電機(jī)控制器的性能要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程過(guò)多的依賴人工，組裝完成后還要進(jìn)行終檢測(cè)試，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、測(cè)試功能有限，已經(jīng)很難滿足生產(chǎn)需求。
為此，本文介紹我公司開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車DM5電機(jī)控制器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，描述整個(gè)系統(tǒng)的原理，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)，DM5是電機(jī)控制器的常見(jiàn)種類，同時(shí)也為其他類似產(chǎn)品的生產(chǎn)和測(cè)試提供了可以借鑒的方法。電機(jī)控制器的輸入輸出電量通道數(shù)較多，信號(hào)波形多樣化，因此測(cè)試系統(tǒng)要具備良好的可擴(kuò)展性，而且還要確保測(cè)試的準(zhǔn)確度。

2 設(shè)備概述

2.1  設(shè)備功能概述

DM5自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括絕緣耐壓自動(dòng)測(cè)試臺(tái)和自動(dòng)功能測(cè)試臺(tái)兩部分：絕緣耐壓自動(dòng)測(cè)試臺(tái)主要測(cè)試DM5控制器的絕緣耐壓性能；自動(dòng)功能測(cè)試臺(tái)主要測(cè)試電機(jī)控制器的低壓上電測(cè)試，高壓上電測(cè)試，毛刺電流測(cè)試，驅(qū)動(dòng)輕載測(cè)試，驅(qū)動(dòng)重載測(cè)試，電機(jī)旋變測(cè)試，下電測(cè)試等。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可完成UUT的全自動(dòng)測(cè)試(含自動(dòng)接拆線、測(cè)試程序調(diào)用、軟件燒入、測(cè)試執(zhí)行、出廠程序下載校驗(yàn)、冷卻系統(tǒng)控制等測(cè)試工位所有的作業(yè)過(guò)程)。

2.2  設(shè)備構(gòu)成
絕緣耐壓測(cè)試工位和自動(dòng)功能測(cè)試工位之間預(yù)留一個(gè)被測(cè)件的緩存位置，生產(chǎn)線與絕緣耐壓測(cè)試工位、自動(dòng)功能測(cè)試工位之間采用統(tǒng)一倍速鏈傳遞(圖1)。絕緣耐壓測(cè)試工位、自動(dòng)功能測(cè)試工位可以作為獨(dú)立測(cè)試工位獨(dú)立運(yùn)行，也可以接受生產(chǎn)線控制。


圖1 設(shè)備正視圖與頂視圖

-生產(chǎn)線傳送帶為穿過(guò)測(cè)試臺(tái)形式，測(cè)試臺(tái)內(nèi)部集成倍速鏈，產(chǎn)線傳送帶將被測(cè)件傳送至測(cè)試臺(tái)倍速鏈，倍速鏈將被測(cè)件送入測(cè)試臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，測(cè)試完成后，倍速鏈將被測(cè)件傳送至下一個(gè)工序。
-測(cè)試臺(tái)與生產(chǎn)線可以通過(guò)DP總線、網(wǎng)絡(luò)、485通信或數(shù)字IO形式進(jìn)行連接，通過(guò)IO狀態(tài)來(lái)監(jiān)控和控制測(cè)試臺(tái)的狀態(tài)。測(cè)試臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)形式和RFID形式與產(chǎn)線數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
-測(cè)試臺(tái)可以自動(dòng)執(zhí)行或受生產(chǎn)線總體控制，接受訂單形式的控制，測(cè)試臺(tái)測(cè)試自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的程序進(jìn)行測(cè)試。
-測(cè)試臺(tái)可以感知測(cè)試臺(tái)具備的測(cè)試接口模塊是否于選擇的測(cè)試程序序列一致，如果不一致，及時(shí)通知產(chǎn)線操作人員實(shí)現(xiàn)夾具的換型。

2.2  設(shè)備夾具設(shè)計(jì)

夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為快換形式，主要考慮用戶可能增加的被測(cè)件的類型或功能的擴(kuò)展。夾具設(shè)計(jì)時(shí)采用銷孔結(jié)構(gòu)，保證更換時(shí)精確定位，所有支持換型的夾具模塊均帶有辨識(shí)模塊，基本的辨識(shí)模塊采用數(shù)字IO編碼模式實(shí)現(xiàn)，每個(gè)模塊采用4位數(shù)字IO編碼實(shí)現(xiàn)，支持做多種模塊的更換，模塊上面的辨識(shí)模塊采用DB9連接器母頭實(shí)現(xiàn)，測(cè)試臺(tái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)線纜連接。


圖2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

被測(cè)件隨著托盤進(jìn)入倍速鏈，倍速鏈通過(guò)底部阻擋器阻擋流過(guò)托盤，在測(cè)試位置通過(guò)光電傳感器感知托盤的存在，通過(guò)限位及定位機(jī)構(gòu)鎖定托盤，并通過(guò)RFID讀出托盤上被測(cè)件的序列號(hào)及數(shù)據(jù)信息，測(cè)試完成后將數(shù)據(jù)寫入隨行托盤夾具的RFID標(biāo)簽中。

測(cè)試過(guò)程通過(guò)氣缸將高壓、低壓及外殼等測(cè)點(diǎn)與被測(cè)件相連。測(cè)試過(guò)程通過(guò)高壓矩陣切換實(shí)現(xiàn)高壓+殼體與低壓點(diǎn)之間，低壓+殼體與高壓點(diǎn)之間的耐壓和絕緣測(cè)試。

3 電氣設(shè)計(jì)

針對(duì)電機(jī)控制器的絕緣耐壓測(cè)試，選用高精度的交/直流耐壓測(cè)試，絕緣電阻測(cè)試儀。泛華自主研發(fā)了一套獨(dú)立的高壓多路復(fù)用開(kāi)關(guān)，規(guī)格為1對(duì)4，2組，繼電器選型為高壓真空繼電器，最多可以實(shí)現(xiàn)16個(gè)交叉位置點(diǎn)的測(cè)試，最大測(cè)試電壓可以達(dá)到10KV。絕緣耐壓測(cè)試機(jī)柜的整體布局圖如圖3。設(shè)備的正面左下角預(yù)留擴(kuò)展連接口，模塊具備交流電源插座，串口，USB及網(wǎng)口外接接口。


圖3 絕緣耐壓測(cè)試機(jī)柜整體布局圖

系統(tǒng)功能測(cè)試臺(tái)配備FPGA卡，CAN卡，CANScope綜合分析儀，GPIB卡，功率分析儀，程控電源，以及泛華自主研發(fā)的旋變轉(zhuǎn)換板RAIB，PLC控制所有氣缸，指示燈，門鎖。電氣硬件布置在儀器區(qū)，操作人員可以從前后門打開(kāi)進(jìn)行維修。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷卻水循環(huán)機(jī)采用壓縮機(jī)制冷，容積設(shè)計(jì)為10升。測(cè)試時(shí)，測(cè)試回路連接冷卻水接頭與被測(cè)件，通過(guò)電磁閥控制0.15MPa壓縮空氣進(jìn)入被測(cè)件中，關(guān)閉主進(jìn)氣管，利用接近壓力開(kāi)關(guān)檢測(cè)通氣回路是否有漏氣現(xiàn)象，來(lái)確定冷卻水接頭與被測(cè)件接觸是否嚴(yán)密，如果嚴(yán)密，冷卻管路切換至水冷控制，通冷卻水，進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完成后，關(guān)閉冷卻水回路，切換至壓縮空氣回來(lái)，利用低壓壓縮空氣對(duì)被測(cè)件進(jìn)行簡(jiǎn)單除水吹除操作。如果不夠嚴(yán)密通過(guò)報(bào)警燈通知操作人員存在問(wèn)題，報(bào)警的緊急程度和泄漏的量操作人員可以設(shè)置。系統(tǒng)功能測(cè)試臺(tái)電氣連接原理圖如圖4。


圖4 系統(tǒng)功能測(cè)試臺(tái)電氣連接原理圖

4 旋變測(cè)試

電機(jī)控制器就是控制主牽引電源與電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置，它由逆變器和控制器兩部分組成。逆變器接收電池輸送過(guò)來(lái)的直流電電能，逆變成三相交流電給汽車電機(jī)提供電源。控制器接受電機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)反饋到儀表，當(dāng)發(fā)生制動(dòng)或者加速行為時(shí)，控制器控制變頻器頻率的升降，從而達(dá)到加速或者減速的目的。

電動(dòng)汽車中所用的位置，速度傳感器都是旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器是目前國(guó)內(nèi)的專業(yè)名稱，簡(jiǎn)稱“旋變”，英文名稱叫做“resolver”根據(jù)詞義，有人把它稱作為“解算器”或“分解器”旋轉(zhuǎn)變壓器目前主要是用于角度位置伺服控制系統(tǒng)中，旋變信號(hào)也是電機(jī)控制器的一個(gè)非常重要的測(cè)試信號(hào)。

旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理和普通變壓器的工作原理相似，區(qū)別在于普通變壓器的原邊、副邊繞組是相對(duì)固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數(shù)；而旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊和副邊繞組是隨轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對(duì)位置的改變，因而其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系。旋變就是利用輸出的sin和cos信號(hào)來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)角的位置，輸出電壓和轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線如圖5。勵(lì)磁方和輸出方的電壓是同頻率的，但存在著相位差，正弦相和余弦相在電的時(shí)間相位上是同相的，但幅值彼此隨轉(zhuǎn)角分別作正弦和余弦函數(shù)變化。本系統(tǒng)采用NI USB-7855R卡來(lái)模擬電機(jī)控制器的旋變信號(hào)。


圖5 旋變兩相輸出電壓和轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線

5 總結(jié)

本設(shè)備支持多品種測(cè)試，快速更換夾具，而且?jiàn)A具具備辨識(shí)功能，換型方便快速，采用標(biāo)準(zhǔn)連接器設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性好；可實(shí)現(xiàn)被測(cè)件自動(dòng)傳輸，系統(tǒng)電路、氣路和水路接與被測(cè)件自動(dòng)對(duì)接，支持多種型號(hào)及規(guī)格，全過(guò)程自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，同時(shí)具備完善的產(chǎn)線流程控制及工廠數(shù)據(jù)管理功能。本設(shè)備適用于電動(dòng)汽車控制器生產(chǎn)領(lǐng)域的評(píng)估、分析及測(cè)試，可以作為電動(dòng)汽車電機(jī)控制器測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。具有較高的行業(yè)適應(yīng)性與推廣性。

泛華在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化工作的作用，確保產(chǎn)品在各階段的工作質(zhì)量，以縮短研制周期，降低全過(guò)程費(fèi)用，提高 產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化水平和穩(wěn)定性。并且在開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中必須最大限度地貫徹我國(guó) 各級(jí)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的次序選用。

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