新能源汽車動力總成測試系統平臺

樊曉松 邵華 邢進進

（上海汽車集團股份有限公司技術中心）

新能源汽車動力總成測試系統平臺

樊曉松 邵華 邢進進

（上海汽車集團股份有限公司技術中心）

以榮威550PHEV插電式混合動力轎車為例，根據混合動力汽車動力系統的特性和不同測試階段要求，設計開發了具備不同功能的測試平臺。介紹了榮威550PHEV的動力總成架構和主要測試階段，以及各階段測試系統平臺的功能要求、架構方案、特殊測試設備、通訊接口及注意事項等。

1 前言

隨著能源危機、霧霾污染等問題的嚴重化以及限購限行政策的實施，越來越多的新能源汽車走向市場，其質量、壽命、可靠性和安全性也引起越來越多的關注。為了能在上市前更充分地驗證產品性能，分析潛在風險，及時優化改進，必須分階段進行全面深入的測試驗證。測試系統平臺是測試工作的物理基礎，其實車接近度、駕駛員和環境模擬度決定了測試的程度和精度。相對于傳統車輛，新能源汽車動力總成的測試平臺有一定程度的特殊性。本文以榮威550PHEV插電式混合動力轎車為例，介紹針對其動力總成在各階段的測試系統平臺。

2 榮威550PHEV動力總成測試簡介

2.1 動力總成系統架構

榮威550PHEV的動力總成主要由動力電池包（包括電池管理系統BMS）、電驅動變速器EDU（包括起動發電ISG和驅動TM）、電力電子PEB（包括電機控制器MCU）、整車和變速器控制器HCU、發動機及其控制系統EMS幾部分組成，如圖1所示。

2.2 動力總成各測試階段

榮威550PHEV的開發遵循汽車業內的V流程，其動力總成的測試（圖2）從零部件級開始逐級上升，先后經過子總成級和動力總成級，直至整車級。雖然大部分測試仍沿用或借鑒傳統車輛的標準和規范，但在高壓電、NVH和EMC等方面必須根據新產品特性探索新的測試方法，從而對其測試系統平臺提出了新要求。

3 各階段測試系統平臺

新能源汽車動力總成各級測試系統所采用的硬件設備與傳統車輛測試系統相比，存在一些差異。如，新能源汽車特有的雙向充放電設備，既可以在電池測試時用作負載（俗稱E-Load電子負載），又可以在臺架測試時模擬電池（稱為電池模擬器），某些雙通道型的充放電設備即可以同時獨立使用2個通道（如2個通道各用于一款電池的測試），又可以將2個通道并聯起來獲得更大的功率，還可以利用1個通道模擬動力電池、另1個通道模擬低壓電池進行DC/DC的測試。

傳統汽車發動機和變速器的運行相對獨立，較容易單獨進行測試，而新能源汽車的各控制系統之間存在大量的信號交互，如果只是部分子系統的試驗，測試平臺必須能模擬與這些子系統有數據交互的其它控制器，根據運行工況的需要收發相應的信號。如進行電驅動系統測試時，既需要模擬整車控制器HCU，根據工況要求和電機實際轉速、轉矩向電機控制器MCU發送扭矩分配指令，還需要模擬動力電池發送的功率限值等特殊信號，甚至模擬不同SOC下的電壓變化。而多數傳統試驗臺只具備信號監測，不具備信號發送功能，即使可以發送信號也只是簡單按照信號定義數據庫（如CAN-DBC）發送預設的默認值；有些只能按照工況變化進行簡單的計算，涉及類似Checksum的復雜通訊校驗編碼邏輯時，還需要再輔以CANoe等專業通訊節點模擬工具。

3.1 控制系統測試平臺

傳統車的控制系統大多由供應商開發制造，主機廠的測試以驗收為主。新能源汽車控制策略復雜，需要多系統協調，涉及多個供應商共同協作開發。目前很多主機廠采用自主開發模式，測試范圍很廣，選用的測試設備類型多，測試工作量大，對測試精度要求很高。以榮威550PHEV為例，因其整車和變速器控制器HCU是自主進行應用軟件開發，所以從模塊在環（Module-in-Loop）、模型在環（Model-in-Loop）、軟件在環（Software-in-Loop）到硬件在環（Hardwarein-Loop）等各測試階段都需要專業的測試工具。

硬件在環HIL測試采用了柔性平臺（圖3），即可拆成2套相對獨立的HIL系統，同時進行單ECU的HIL測試（HCU-HIL、BMS-HIL、MCU-HIL等）和多ECUs的集成HIL測試（通道數覆蓋動力總成級需求），也可以合并成一個更大的系統用于整車級HIL測試，如在PT-ECUs基礎上增加儀表、ABS等混動直接相關控制器。需要注意的是，BMS-HIL因為要模擬大量電池模塊甚至電芯，模擬信號通道數需求非常大；而MCU-HIL因為要模擬電機，則需要特定的高頻板卡（頻率遠高于傳統發動機ECU要求）。另外還需要注意的是，發動機和變速器類型基本穩定，相應的模型往往可以直接采用標準模型（成熟的商業模型），只需要根據產品特性修改相關參數配置即可，如將發動機缸數從4改為6、變速器擋位從5擋改為6擋等。而目前各類電池和電機差異卻較大，其控制系統的HIL平臺必須根據模擬對象特性進行個性化建模。

3.2 動力電池測試平臺

動力電池是新能源汽車的核心部件，但目前很少有主機廠自己生產制造電芯，一般根據整車需求設計（容量、接口尺寸等）采購成熟的電芯進行組裝或采購整個電池包，因此主機廠的測試工作往往以系統電氣性能測試和驗收抽樣檢測為主，一般只需要電子負載和環境艙等設備對電池進行能量、容量、充放電功率、內阻、能量效率、循環壽命、無負載和儲存中容量損失等基本性能測試。此外主機廠應具備多通道電芯測試平臺（小功率電子負載和環境艙），以用于電芯一致性分析和不同電芯的差異對比，特別是便于進行電池產品的選型。如果需要對電池包內各電芯的一致性進行測試，還應配備多通道的溫度和電壓的數據采集模塊。

3.3 電機驅動系統測試平臺

電機驅動系統是新能源電動汽車的核心之一，主機廠需要對其進行一些自主測試，特別是在產品篩選階段，或電機和電力電子PEB等關鍵零部件來自不同供應商的情況下。在圖4所示的電機驅動系統測試平臺上，利用測功機模擬電機負載（扭矩負荷、特定車速等），利用電子負載模擬動力電池（不同SOC、電壓、限功率等），配合功率分析儀（交直流電-電轉換效率、扭矩轉速電-機械轉換效率等）、熱成像儀等輔助工具，可以進行電機扭矩-轉速特性曲線、制動能量回饋、效率、溫升、超速、高效區、堵轉等各項性能測試。需要注意的是，因為電機的高轉速特性，電機與測功機的連接必須嚴格控制對中度，且最好采用柔性聯軸器保護兩端（異常情況下聯軸器先損壞）。另外電機可雙向旋轉，所以其測功機需放開防反轉鎖定。

3.4 電驅動變速器測試平臺

電驅動變速器EDU總成測試平臺（圖5）的主體與傳統變速器總成臺架相似，利用一個驅動測功機（Drive Prime）模擬發動機，2個負載測功機（Load Dyno.）模擬車輪。由于通過皮帶或鏈條箱等增速機構會導致效率或精度的損失，所以高性能試驗一般在驅動測功機與變速器直連的臺架上進行，但所需的緊湊型驅動測功機成本較高。

傳統變速器只有發動機一個動力源，在變速器臺架只需要控制驅動測功機模擬發動機進行加載，同時利用通訊工具監測變速器控制器TCU的狀態即可。而EDU內部還集成了2個電機，臺架控制系統還必須與真實控制器（HCU和PEB）進行交互，根據測試工況發送相應的指令信號，使得EDU進入特定的模式、扭矩、轉速和擋位等。所以與控制器交互的通訊模塊和臺架控制系統不再是各自獨立，必須高度集成才能實現實時和自動測試。

3.5 ePT混動動力總成測試平臺

ePT混動動力總成測試是實車試驗前的最后一個驗證環節，重點考核發動機、變速器（含電機）、電池、電控系統的協同和整體性能。由于采用了真實發動機，其測試平臺只需要2個負載測功機（Load Dyno.）來模擬車輪載荷。但因為測試對象較多，需監測的信號較復雜，臺架主控需要能夠與試驗件的電控系統實時交互，以便及時了解試驗件狀態，控制試驗進度和系統安全。圖6為ePT混動動力總成自動化測試平臺。

通過增加NI和ETAS等第三方輔助工具，可以將一個傳統車輛的動力總成試驗臺升級為ePT混動動力總成自動化測試平臺。其中NI工具主要用于信號轉換（如將測功機轉速轉換為車速等）和自動監測，ETAS工具主要用于與被試件系統進行數據交換（向控制器發送指令、監測被控對象的溫度和壓力等）。圖7為應用Labview軟件設計的系統操作顯示界面。

傳統臺架的發動機一般只需要配備冷卻系統，對于混動臺架上的發動機溫控設備應具備加熱功能，以避免純電動工況下因發動機停機而導致的水溫下降過快（臺架溫控回路比實車長很多），從而不能按試驗規范要求迅速進入下一工況。同時，傳統車的臺架試驗起動后發動機持續運轉，而混動臺架發動機時停時動，因此其臺架燃油供給系統的管路設計必須相應優化，以避免產生大負荷發動機起動瞬間管路擁塞等問題。

如果配備了輔助工具，該測試平臺上還可以進行NVH測評、動力總成適配（如不同的發動機與EDU組合）、整車故障模擬復現排查、匹配標定等其它工作。如發動機停機時間過長，會導致催化轉換器溫度過低使轉換效率下降，停機時間過短又會導致經濟性下降。如果在催化轉換器前、后各增加一路排放數據采集，就可以在試驗臺架上進行優化標定，找到停機時間的最佳平衡點。

3.6 實車測試平臺

新能源汽車實車測試平臺與傳統車測試平臺差異不大，但在高壓電安全、NVH、充電配套等方面需要增加一些輔助設施。同時，由于增加了電機、電池等全新試驗對象，整車數據采集（如振動、溫度）的通道數必須有所增加，盡量全面獲知試驗件狀態，以便進行產品性能分析、改進設計方案和驗證方法。

4 結束語

新能源汽車尚處于產業化初期，其試驗方法仍處于摸索階段，測試工具和測試平臺的功能決定了測試進度、深度和精度，需要用戶和設備供應商聯合開發。本文所述測試平臺是在上汽榮威550插電式混合動力汽車動力總成系統開發過程中建立的，通過測試平臺的開發建設，建立并完善了上汽新能源汽車動力總成系統試驗室，形成了一系列相關試驗驗證標準，2013年底該車型成功上市銷售。

1邢進進.新能源汽車動力總成臺架設計與集成.上海汽車. 2013（11）:7～10.

2朱軍.新能源汽車動力系統控制原理及應用.上海:上海科學技術出版社，2013.

3陳全世.新能源汽車技術創新及標準解析.新能源汽車政策暨產品技術標準與相關法規專題研討會，杭州，2014.

4李孟良.電動汽車示范運行與測試評價.國際電動汽車及關鍵部件測評研討會，常州，2014.

（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年7月21日。

Test System Platform of New Energy Vehicle Pow rtrain

Fan Xiaosong,Shao Hua,Xing Jinjin
（SAICMotor Technical Center）

In this paper,we take Roewe 550PHEV（plug-in hybrid）car as an example and develop the powertrain test platform with different functions according to features and requirement in different test stages of hybrid vehicle powertrain.Powertain configuration and main test stages of Roewe 550PHEV,function requirement,configuration plan, special test equipment,communication interface aswell as precautions are introduced in the paper.

HEV,Powertrain,Test system

混合動力汽車動力總成測試系統

U469.72

A

1000-3703（2014）09-0039-04