純電動汽車驅動電機系統(tǒng)標定方法研究

馬 敬

（湖南獵豹汽車股份有限公司長沙研究院，湖南 長沙 410000）

近年來，電動汽車飛速發(fā)展，人們對電動汽車的性能提出越來越高的要求。驅動電機系統(tǒng)由驅動電機和驅動電機控制器組成，是電動汽車的核心部件，為車輛提供所需的動力，其性能直接決定了車輛的主要性能指標，直接影響車輛的動力性、經(jīng)濟性、可靠性及駕駛性能。因此，驅動電機系統(tǒng)臺架的標定測試以及裝車后的標定測試是非常重要的環(huán)節(jié)，在車輛的開發(fā)過程中具有非常重要的意義。

1 驅動電機系統(tǒng)的功能

驅動電機系統(tǒng)為車輛提供動力來源，擋位、加速踏板開度、制動踏板開度等反映駕駛員意愿的信息通過CAN總線輸送給整車控制器，整車控制器向驅動電機發(fā)出控制指令，驅動電機控制器調整電壓、電流并根據(jù)驅動電機的轉子位置控制驅動電機正反轉、輸出扭矩，實現(xiàn)D擋前進、R擋后退、制動回收能量等功能。驅動電機控制器含有故障診斷電路，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時就會做出相應的保護措施，同時激活一個故障碼發(fā)送給整車控制器，并儲存該故障碼的相關數(shù)據(jù)。同時，驅動電機控制器監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，主要依靠電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等來完成，將轉速、扭矩、溫度、電壓、電流等信息發(fā)送給整車控制器。驅動電機系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

2 驅動電機系統(tǒng)臺架標定及測試

圖1 驅動電機系統(tǒng)功能框圖

基于永磁同步電機臺架標定的主要內容是電機特性標定、傳感器標定、旋轉變壓器零位標定，為了獲得更高的轉速、更大的輸出轉矩，其中電機特性的Id／IqMap的標定工作量巨大，通過標定不同轉速和轉矩下的Id／Iq指令，用于驅動電機的控制。

驅動電機系統(tǒng)屬于法規(guī)件，每一個車用驅動電機都需要進行國家強制性檢驗并進行公告參數(shù)備案。目前，車用驅動電機系統(tǒng)的臺架測試都是按照GB／T 18488.1和GB／T 18488.2的規(guī)定進行的，GB／T 18488.1和GB／T 18488.2詳細規(guī)定了驅動電機系統(tǒng)的技術要求和測試方法，主要進行驅動電機系統(tǒng)電氣特性、效率、轉矩-轉速特性、安全保護功能、環(huán)境適應性、電磁兼容、可靠性測試等試驗項目［1-3］，基本能滿足電動汽車驅動電機系統(tǒng)產(chǎn)品的要求。

3 驅動電機系統(tǒng)裝車后的標定及測試

臺架測試不能完全模擬整車狀態(tài)，尤其是壞路，路面不平度為E級及以下路面，4個輪胎附著力不同，負載突變，控制不好容易失控，對驅動電機系統(tǒng)可靠性是一個巨大的考驗。驅動電機系統(tǒng)裝車后的標定測試主要是驅動電機控制器與整車控制器的參數(shù)調整優(yōu)化，以控制驅動電機達到理想狀態(tài)。

3.1 基于CAN總線的網(wǎng)絡拓撲結構及標定

CAN總線技術已經(jīng)廣泛運用于汽車及其零部件制造，基于CAN總線技術的標定系統(tǒng)主要由標定控制器、USB-CAN通信模塊和主控PC機端的標定平臺軟件組成，PC機端監(jiān)控及標定界面通過USB-CAN從總線上讀取驅動電機控制器的通信報文并能實時修改標定參數(shù)，將程序寫入驅動電機控制器內。汽車控制系統(tǒng)通信配置示意圖如圖2所示，驅動電機控制器的標定框圖如圖3所示。

圖2 基于CAN總線的通信配置示意圖

圖3 驅動電機控制器的標定框圖

3.2 標定項目及方法

1）通信協(xié)議規(guī)范性校正。確定驅動電機控制器CAN總線結點地址、通信速率、報文格式、報文內容等CAN網(wǎng)絡通信協(xié)議是否與設計狀態(tài)一致。

2）確定CAN通信正常。利用標定工具及軟件，使VCU向驅動電機控制器發(fā)送指令，確定電機控制器能接收到VCU的指令并能正常響應，同時VCU也能接收到電機控制器發(fā)送的信息。

3）故障模擬。人為制造可恢復性故障，查看系統(tǒng)能否報出相應的故障碼，做出相應的處理措施并記錄故障數(shù)據(jù)。

4）VCU程序驅動系統(tǒng)參數(shù)的標定。確定VCU當前程序中驅動電機系統(tǒng)電動和發(fā)電狀態(tài)的轉速、扭矩、效率、溫度等標定參數(shù)是否同臺架測試狀態(tài)一致。

5）驅動工況標定。標定低速小扭矩起步、大扭矩加速、中低速交變載荷、中高速交變載荷、低速巡航、高速巡航、坡道起步、大扭矩爬坡等工況，調整驅動電機控制器驅動模式控制策略參數(shù)、驅動電機扭矩的輸出階躍參數(shù)，確定驅動電機控制器的輸出扭矩能完全響應VCU的指令，轉速無異常波動、電機噪聲無異常并能改善電機嘯叫，車身無抖動現(xiàn)象。

6）倒車。掛R擋，電機接收到VCU反轉指令，標定驅動模式控制策略參數(shù)，確定電機無異常嘯叫、轉速無異常波動、車身無抖動現(xiàn)象。

7）能量回收模式。車輛滑行、制動時，接收到VCU發(fā)電指令，MCU能進入發(fā)電模式，綜合考慮整車經(jīng)濟性、駕駛舒適性、電機噪聲標定扭矩階躍參數(shù)、不同SOC下的電機發(fā)電功率。

8） 整車動力性能驗證［4］。按照GB／T 18385的試驗方法驗證爬坡、加速性能、最高車速時扭矩的輸出能力，是否與設計一致。

9）駐坡。驅動電機控制器需有駐坡功能，駐坡時依靠駐坡功能，全過程不進行駐坡制動。車輛駐坡時驅動電機有扭矩輸出，實際處于堵轉模式，標定轉速、扭矩、驅動控制策略參數(shù)、駐坡時間、關注驅動電機系統(tǒng)溫度，確保溜坡距離滿足設計要求，電機系統(tǒng)正常工作，車輛無抖動竄動。

10）壞路測試［5］。驅動電機系統(tǒng)除了能在一般平整路面保證高可靠性外，還需進行壞路標定測試。壞路測試屬于強化試驗，用來驗證零部件的可靠性。壞路路面一般不平整、扭曲、坑洼，路面類型主要有：比利時路、扭曲路、坑洼路、搓板路、混凝土凸塊路、橫枕木路、鹽水路、泥濘路、鑄鐵餅路、石塊路、卵石路、砂石路、瀝青混凝土壞路、水泥混凝土壞路等。汽車在壞路路面上行駛時，輪胎的附著力會瞬間發(fā)生突變，易造成電機控制器失控，出現(xiàn)故障，標定驅動控制策略，確定驅動電機的輸出扭矩能完全響應VCU的指令，不誤報故障，當出現(xiàn)故障時能保護驅動電機系統(tǒng)不出現(xiàn)致命性損壞。

一般情況下，1）～4）項在舉升機上進行，5）～9）項在平整的瀝青混凝土路面進行。

4 結束語

當前電動汽車用驅動電機系統(tǒng)技術要求、測試標準等國家和行業(yè)法規(guī)均是基于零部件的臺架測試，其安裝及測試不能完全模擬整車的狀態(tài)。本文提出了驅動電機系統(tǒng)基于整車的標定方法，該方法經(jīng)過多個項目經(jīng)驗的總結，具有良好的操作性和實際應用性，驅動電機系統(tǒng)經(jīng)過可靠的臺架標定測試和整車標定測試，可以大大提高整車的安全性、可靠性和駕駛舒適性。