重型商用車用電機+AMT半實物臺架測試方法研究

中圖分類號：467 DOI：10.20042/j.cnki.1009-4903.2025.01.006

ResearchonTestMethodofMotorforHeavyCommercialVehicle + AMTSemi-physicalBench

Abstract：Withtecontinuousaplicationofnewenergytechnologiessuchaspureelectricandfuelcellnthefieldofheavycommercial vehicles，theperformanceandcontrolstrategiesoftheorepowersystemneedtobefullyverifiedintheproductdevelopmentstage tomprovetheadaptabitoftheproductothetargetmarketcondions.Curently，thetestbenchesofthenewenergydrivesystem forheavycommercialvehiclesaremostlyusedfortheperformancetestofasingledrivemotorandthesimulationloadingofthe driving motor+AMintherealvehiclecondioncannotbecariedout，whichlimitstheapplcationscoeofthedrivingmotorbenches; ThetraditionalHILtestsystembasedonthenewenergy“threeelectrity”systemmodelforsignallevelfunctionalogictestpower levelperformancetestandcotrolstrategyverificationcannotbecarredout.Throughthepracticeoftheauthotispaperexplores amotor+AMTsemi-physicaltestbench，andrealizes thenewenergyheavycommercialvehicledrivingtotalsuccessrateof working condition simulation testand control strategy verification.

Key words： Drive motor；Operating condition simulation；Test bench frame

0引言

隨著純電動、燃料電池等新能源技術在重型商用車領域的持續深入應用，有必要在產品開發階段對核心動力系統的性能及控制策略進行全面驗證，以提升產品對目標市場工況的適應性。目前，用于重型商用車新能源電驅動系統的試驗臺架大多僅用于單一驅動電機的性能測試，無法模擬實車中驅動電機 + AMT（自動機械式變速器）的工況進行加載測試，限制了驅動電機測試臺架的應用范圍。傳統的HIL（硬件在環）測試系統基于新能源“三電”系統模型進行信號級的功能邏輯測試，但無法進行功率級的新能源“三電”系統功能測試與控制策略驗證。

在實際工作中，通過識別電機 +AMT 臺架工況模擬測試需求，并依據現有設備的功能性能現狀，對傳統驅動電機測試臺架及上位機測控系統進行升級優化。通過采用真實的AMT及TCU（變速器控制器）替代傳統HIL測試系統中的驅動電機及AMT模型，實現了利用測功機臺架進行功率級的動力總成功能性能測試與控制策略驗證。

1系統結構概述

在方案設計階段，首先應考慮應用HIL系統來代替傳統驅動電機上位機測試機柜。同時，將完整的驅動電機 +AMT 測試系統與測功機臺架可靠連接，如圖1所示。確保該測試臺架與傳統驅動電機臺架結構類似，由驅動電機及控制器、AMT、電力測功機、變頻器、電池模擬器、HIL測試系統、整車控制器（VCU）等組成。

驅動電機與AMT動力總成安裝于匹配的工裝底座上，如圖2所示，并與測功機傳動軸相連接。驅動電機控制器（MCU）的直流母線與電池模擬器連接，MCU與TCU的CAN總線接入HIL系統。此外，將VCU集成在HIL系統中，并通過VeriStand測控軟件進行控制和監測。

2實施方案及原理概述

為提升測功機負載對實際工況路譜模擬運行的穩定性及逼真度，基于Matlabsimulink仿真分析軟件建立了臺架測試模型。該模型包含駕駛員模型、控制器模型和車輛模型等功能模塊，如圖3所示。駕駛員模型可以手動或根據預設工況自動進行加速及制動踏板控制。基于實車的“三電”系統結構及關鍵性能參數，建立了動力電池、驅動電機、傳動系統等功能模塊。這些模塊能夠根據當前車輛運行工況輸出驅動電機的轉速扭矩，經過傳動系統計算出變速器輸出軸的轉速。同時，建立了車輛縱向動力學模型，將車重、輪胎半徑、風阻、滾阻等狀態參數設置與實車保持一致，以計算當前運行車速并進行測功機負載控制。

NI公司的Veristand平臺是目前測試試驗行業主流的上位機開發軟件，我們利用Veristand環境進行驅動電機 +AMT 測試系統上位機工程的搭建，實現對測功機與被測電機 +AMＴ的控制。

通過Veristand測控軟件進行CAN總線通道及信號的建立，CAN總線拓撲結構的設置與實車設置保持一致，將測控軟件與模型文件中模擬的各類指令信號與運行參數按照整車通信協議在規定的CAN網絡上進行收發，如圖4所示，確保Veristand測控軟件與整車驅動控制邏輯及信號通訊方式一致。

將車輛模型和駕駛員模型程序文件導入VeriStand上位機測控軟件中，駕駛員模型根據預設工況車速和當前車速自動調節加速及制動踏板開度。VCU接收駕駛員模型踏板信號指令，按照驅動控制策略向MCU發送實時扭矩請求。TCU接收電機轉速、車速信號，并按升降擋控制策略自動調節變速器擋位。同時，車輛模型根據當前工況車速、坡度和變速器當前擋位計算變速器輸出軸轉速，控制測功機模擬工況車速運行，預設實車工況中部分峰值工況點進行優化處理，確保變速器輸出扭矩上限在測功機測量范圍內，從而實現系統按照預設工況進行驅動電機+AMT系統的功能性能與控制策略測試的測試驗證。

3功能模塊設計及優化

3.1被測樣機高低壓上下電功能設計

在實際應用過程中，被測樣機可能包含PDU等高壓控制零部件。在該架構下，測試模型中需將主驅參考電壓取自臺架采集的電機實際電壓，輔機參考電壓則取自DCDC的輸入電壓。為確保高壓上電過程的安全性和有效性，應在主驅與輔機的stateflow模塊中添加退出預充的條件，以防止各使能信號卡在錯誤狀態而無法恢復初始化。模型邏輯圖如5所示。

3.2冷卻循環功能設計優化

為增強臺架系統冷卻控制的安全性，在控制模型中對試驗過程中的水冷控制功能進行優化，如圖6所示。在臺架模擬整車進行高低壓上電的過程中，當模擬鑰匙在ON檔狀態時，水冷系統的強制啟動使能被打開。同時，在強制啟動使能打開的情況下，增加了對水冷流量的監控。當流量低于 時，電機的使能請求被設置為0。此時，發給MCU的電機使能和扭矩請求也全部為0，以確保在高速動態工況響應下，被測樣機系統的冷卻系統能夠可靠運行。

3.3整車模型設計優化

為實現臺架測試的兼容性，并便于上位機系統對驅動電機及電機 +AMT 系統控制模式的快速切換，我們在整車模型中添加了TCUSoftReal全局變量，如圖7所示。在整車模擬過程中，0表示測功機模擬變速器輸入軸轉速，1表示測功機模擬變速器輸出軸轉速。當臺架使用實體變速器時，將TCUSoftReal開關設置為1；當臺架未搭載實體變速器時，將TCUSoftReal開關設置為0。這樣設計便于臺架操作人員在試驗前根據不同的被測對象快速進行控制模式的設置。

3.4驅動電機扭矩限制及優化

測功機有其規定的加載扭矩范圍，當臺架搭載實體變速器時，運行整車工況存在測功機扭矩超限的風險，因此需要對電機的請求扭矩進行限制。

對請求扭矩/扭矩限值（MotTq_TqLimitSet）信號進行限制處理。當VCUSoftReal為1時，上位機測試模型模擬整車工況向MCU發送扭矩請求，此時扭矩限制模塊生效；當VCUSoftReal為0時，上位機測試模型直接將試驗人員輸入的扭矩傳給MCU，如圖8所示。

當VCUSoftReal使能為1時，扭矩限制模塊生效。測功機所允許的最大扭矩除以當前速比得到的值，即為允許臺架發送給MCU的扭矩請求的最大值。當臺架搭載變速器時，TCUSoftReal置為1，此時需將TCU發送的當前速比信號傳給上位機模型；當臺架未搭載變速器時，TCUSoftReal置為0，此時默認速比為1。為防止TCU反饋的速比值為0導致速比運算環節出錯，需將速比與0.5進行取大算法。臺架發給MCU的請求扭矩與該最大值進行取小的算法處理，如圖9所示。

3.5車速計算模塊設計

在車速計算模塊的設計中，需考慮變速器搭載與否的情況。當搭載變速器時，測功機模擬的是變速器輸出軸的轉速，因此，根據測功機轉速（DynoSpd）的值來反算車速時，無需考慮變速器的速比；而當不搭載變速器時，測功機模擬的是變速器輸入軸的轉速，此時根據測功機轉速（DynoSpd）來反算車速，則需要使用變速器模型中的速比進行計算，如圖10所示。

3.6循環工況自動加載設計

在駕駛員模型中設置DriveCycle文件夾，并在該文件夾中添加預設的工況速度譜mat文件。同時，在對應的循環工況m文件中，添加Load對應數據的命令，以載入預設的工況。此外，設計DriveCycleSelect模塊，用于計算循環工況所對應的目標車速、目標加速度及目標坡度。在該模塊中，加入目標坡度計算的選擇分支：當循環工況中包含坡度數據時，Slope的值直接取自循環工況；其余情況下，則使用手動輸入的坡度值，如圖11所示。

3.7自動駕駛員模型優化

油門踏板開度與剎車踏板開度的有效范圍設定為0%～100% 。為了避免問題，必須對自動駕駛員模型中的PID積分環節進行抗飽和處理，如圖12所示。否則，當實際車速低于目標車速且油門踏板開度已達到 100% 時，積分環節會繼續無節制地累加。此后，若目標車速降低，積分環節累積的值會過大，導致系統遲滯現象嚴重，進而使自動駕駛員模型的油門開度調節失效。

4測試效果驗證

依據新能源主銷車型的市場與用戶實際工況，選擇礦用渣土車的循環工況，并搭配相應的驅動電機 +AMT 驅動總成，對該臺架及上位機的功能進行了全面驗證。測試結果顯示，模型對循環工況的跟隨性表現良好，如圖13所示。測功機端采集的變速器輸出軸扭矩值均在規定的限制范圍內，如圖14所示。

參考文獻

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