CN101261190A - 一种混合动力汽车控制器寿命测试***及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力汽车控制器寿命测试***及测试方法，所述的控制器寿命测试***中设有BSG控制器和BSG电机、BSG控制器接口箱、程控电源和辅助电容箱、机械负载所组成的电动模式测试台架和BSG控制器和BSG电机、BSG控制器接口箱、调速电机、功率阻性负载所组成的发电模式测试台架，中央控制计算机通过CAN总线与所述发电模式测试台架和电动模式测试台架中BSG控制器进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中***状态和采集测试结果；BSG控制器被置于高湿度和高低温温度循环的环境中接受寿命测试，BSG控制器的供电电压也将在一个很宽的范围内进行循环波动。这样，通过对BSG控制器一个相对较短时间的测试，能够估算出BSG控制器的潜在工作寿命。
Description
技术领域
本发明涉及汽车控制器测试***，特别涉及一种混合动力汽车控制器寿命测试***及测试方法。
背景技术
目前，高效、节能、环保的清洁汽车就成为汽车行业发展新趋势。为此，混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，缩写HEV)因其兼有电动车的低排放优点与内燃机汽车的高比能量优点而越来越受到关注，成为目前阶段竟相研发的新型车辆之一。混合动力车的一种是弱度混合动力(BSG)，发动机通过皮带与启动/发电电机相连接的车辆，由于其结构相对简单，对原车的改动最小，因此最易实现。其关键部分是将原来单纯的发电机用集发电与电动于一体的电机代替，以实现发动机怠速时停止和自动重新启动发动机的功能，从而达到降低发动机油耗的目的。因此在弱度混合动力车上，电机及混合动力控制器性能将直接影响混合动力汽车动力性和燃油经济性。在控制器设计和生产阶段需要对混合动力控制器的潜在寿命进行测试，这样可以在控制器装车之前，通过对少量的控制器设计验证和生产验证能够分析出其潜在工作寿命，潜在故障和潜在风险在早期就能被发现，降低混合动力车运行的风险。
控制器的寿命测试属于控制器DV(设计验证)测试和PV(生产验证)测试中的非常重要的一项。加速寿命测试是一种常用的控制器寿命测试方法。目前国内外针对混合动力车开发的寿命测试***主要集中在电池寿命测试方面，控制器的寿命测试部分厂商是通过搭载在实验车上来完成。
上述对混合动力汽车控制器的要求，是现有技术需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种混合动力汽车控制器寿命测试***及测试方法，以达到在控制器设计和生产阶段通过严格的寿命测试方法，对混合动力控制器的潜在寿命进行测试和验证，将混合动力控制器产品的风险降到最低。通过加速寿命测试方法，用相对较短的测试时间完成混合控制器的潜在寿命测试和分析的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述的控制器寿命测试***中设有BSG控制器和BSG电机、BSG控制器接口箱、程控电源和辅助电容箱、机械负载所组成的电动模式测试台架和BSG控制器和BSG电机、BSG控制器接口箱、调速电机、功率阻性负载所组成的发电模式测试台架，中央控制计算机通过CAN总线与所述发电模式测试台架和电动模式测试台架中BSG控制器进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中***状态和采集测试结果；所述中央控制计算机通过GBIB接口总线分别与程控电源和辅助电容箱、机械负载电连接、通过RS-485串行通讯总线分别与环境仓控制器、交流调速电机电连接。
本发明中的寿命测试***根据弱混合动力控制器的特性专门设计的一套寿命测试***。本寿命测试***完全模拟真实BSG(皮带驱动启动发电电机)混合动力车上的工作条件而设计的，测试***能够模拟控制器外部工作条件让控制器工作在发电模式和电动模式下，并对被测试控制器的运行状态和失效模式进行记录分析。混合动力控制器寿命测试***按照结构可为三部分：发电模式测试台架，电动模式测试台架和中控计算机及环境仓。在测试***中共有10套BSG控制器同时接收寿命测试，其中5套BSG***工作在发电模式下，5套BSG控制器工作在电动模式下。在测试过程中，这10套BSG控制器被放置在环境仓中，通过电缆与两个台架分别相连。中央控制计算机通过电缆分别控制5套BSG控制器及发电模式台架工作在发电模式下，另外5套BSG控制器及电动模式台架工作在电动模式下，同时控制环境仓进行高低温温度循环和设定恶劣的湿度条件。
一种混合动力汽车控制器寿命测试***，所述程控电源和辅助电容箱依次通过BSG控制器接口箱、BSG控制器与BSG电机的输入端相连，BSG电机输出轴通过皮带轮与机械负载相连接。
一种混合动力汽车控制器寿命测试***，所述机械负载由电控磁滞刹车、主轴、连接法兰、主轴皮带轮所组成，电控磁滞刹车通过连接法兰与主轴同轴连接；主轴皮带轮设在与BSG电机皮带轮对应的位置上。
一种混合动力汽车控制器寿命测试***，所述的BSG电机与机械负载的速比为1∶1。
一种混合动力汽车控制器寿命测试***，所述的发电模式测试台架中BSG控制器通过BSG控制器接口箱接收中央控制计算机发电模式的测控信号；BSG电机通过BSG控制器与功率阻性负载电连接，BSG电机输出轴通过皮带轮与交流调速电机相连接。
一种混合动力汽车控制器寿命测试***，所述的交流调速电机与BSG电机的速比为2.5∶1。
一种混合动力汽车控制器寿命测试***，所述的中央控制计算机的型号为Capax工业计算机。
本发明另一个技术方案是，一种混合动力汽车控制器寿命测试***的测试方法，该方法包含下例步骤；
a)设置步骤：用于通过中央控制计算机设置控制器寿命测试***机械负载、交流调速电机、环境仓控制器、程控电源和辅助电容箱初始工况；
b)启动步骤：中央控制计算机同时发出机械负载、调速电机启动信号，并通过电动模式测试台架中的BSG控制器控制BSG电机工作在电动模式下；通过发电模式测试台架中的BSG控制器控制BSG电机工作在发电模式下；
c)测试步骤1；中央控制计算机根据预先设定好的交流调速电机速度曲线和机械负载的扭矩曲线来分别控制被测BSG控制器工作在发电模式下和电动模式下，以及在两种工作模式下的负载特性，并监测测试过程中BSG控制器的主要特性参数和主要失效模式(发电模式下不能正常发电或者不同转速和负载条件下发电电压不稳；电动模式下，在不同的供电电压下不能正常驱动BSG电机正常启动；以及测试过程中任何信号端口功能丧失等)。
d)测试步骤2：中央控制计算机控制电动模式测试台架中BSG控制器和发电模式测试台架中的BSG控制器，通过BSG控制器接口箱进行输入、输出端口的自我寿命测试，并记录每个BSG控制器输入输出通道的工作状态和失效状态。中央控制计算机通过预先存储的测试序列，对BSG控制器的电动模式、发电模式和控制器的输入输出口进行寿命测试。BSG控制器要接受1000小时的温度/湿度/供电电压的循环测试。
混合动力汽车控制器寿命测试***的测试方法，所述的机械负载初始工况设定最大允许负载限值，交流调速电机初始工况设定最大安全转速，过压和过流保护限值，过温度保护限制等保护参数、环境仓控制器初始工况设定温度和湿度的上下限值、程控电源和辅助电容箱初始工况设定最大允许输出电压和最大允许输出电流值；
混合动力汽车控制器寿命测试***的测试方法，所述的测试序列，包括温度、湿度、供电状态控制序列，电机转速控制序列，发电负载控制序列，控制器供电电压控制序列。
一种混合动力汽车控制器寿命测试***及测试方法，由于采用上述的结构和测试方法，采用中央控制计算机集中控制并监测测试中的所有设备，通过CAN网络与混合动力控制进行通讯实现测试指令的发送和测试状态的反馈，所有的测试指令下达、测试过程中***状态监测和测试结果采集都有中央控制计算机完成。BSG控制器被置于高湿度和高低温温度循环的环境中接受寿命测试，BSG控制器的供电电压也将在一个很宽的范围内进行循环波动。对BSG控制器进行连续不间断的测试，这样，通过对BSG控制器一个相对较短时间的测试，能够估算出BSG控制器的潜在工作寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明一种混合动力汽车控制器寿命测试***结构框图；
图2为图1所示电动模式测试台架结构示意图；
图3为图1所示发电模式测试台架结构示意图；
图4为温度、湿度、供电状态控制序列曲线图；
图5为电机转速控制序列曲线图；
图6为发电负载控制序列曲线图；
图7为控制器供电电压控制序列曲线图；
在图1～图3中，1、电动模式测试台架；2、发电模式测试台架；3、中央控制计算机；4、BSG控制器；5、BSG控制器接口箱；6、BSG电机；7、程控电源和辅助电容箱；8、机械负载；9、环境仓控制器；10、交流调速电机；11、功率阻性负载；12、CAN总线；13、磁滞刹车；14、连接法兰；15、主轴；16、皮带轮；17、主轴皮带轮。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实例的描述，对本发明的具体实施方式，如所涉及的各控制***之间的相互位置及连接关系、各***的作用及工作原理、测试方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，一种混合动力汽车控制器寿命测试***，所述的控制器寿命测试***中设有BSG控制器4和BSG电机6、BSG控制器接口箱5、程控电源和辅助电容箱7、机械负载8所组成的电动模式测试台架1和BSG控制器4和BSG电机6、BSG控制器接口箱5、交流调速电机10、功率阻性负载11所组成的发电模式测试台架2，配有数据采集卡的中央控制计算机3通过CAN总线12与所述发电模式测试台架2和电动模式测试台架1中BSG控制器4进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中***状态和采集测试结果；所述中央控制计算机3通过GBIB接口总线分别与程控电源和辅助电容箱7、机械负载8电连接、通过RS-485串行通讯总线分别与环境仓控制器9、交流调速电机10电连接。
图1中描述了一种混合动力控制器寿命测试***的结构框图及各部分之间的连接关系。混合动力控制器寿命测试***主要由三部分组成，电动模式测试台架1，发电模式测试台架2以及环境仓控制器9。在测试***中共有10套BSG控制器4同时接收寿命测试，其中5套BSG***工作在发电模式下，5套BSG***工作在电动模式下。在测试过程中，这10套BSG控制器4被放置在环境仓中，通过电缆与两个台架分别相连。中央控制计算机3通过电缆分别控制5套BSG控制器及发电模式测试台架2工作在发电模式下，另外5套BSG控制器及电动模式测试台架1工作在电动模式下，同时控制环境仓控制器9控制环境仓进行高低温温度循环和设定恶劣的湿度条件。
中央控制计算机3通过RS-485总线控制环境仓控制器9，并监测环境仓的温度和湿度。在电动模式测试台架1中，中央控制计算机3通过GPIB通用接口总线控制程控电源7和磁滞刹车13的输出阻力扭矩。在发电模式测试台架2中，中央控制计算机3通过RS-485工业串行通讯总线控制交流调速电机10输出不同的转速来驱动BSG电机6运转工作在不同的转速下。同时通过BSG控制器接口箱5控制连接到每个BSG控制器4直流侧的功率阻性负载11的大小来选择发电模式下的负载电流大小。在***中，中央控制计算机3通过BSG控制器接口箱5与BSG控制器4连接实现对BSG控制器4进行电动模式控制，同时控制BSG控制器实现BSG控制器4的输入输出端口自我测试。通过将电动模式测试台架1中BSG控制器与发电模式测试台架2中BSG控制器调换，使BSG控制器4工作在不同的工作模式。
参见图2，程控电源和辅助电容箱7依次通过BSG控制器接口箱5、BSG控制器4与BSG电机6的输入端相连，BSG电机6输出轴通过皮带轮16与机械负载8相连接。所述机械负载8由电控磁滞刹车13、主轴15连接法兰14、主轴皮带轮17所组成，电控磁滞刹车13通过连接法兰14与主轴15同轴连接；主轴皮带轮17设在与BSG电机皮带轮16对应的位置上。在电动模式台架中，5套BSG电机通过一根主轴与一个磁滞刹车相耦合。磁滞刹车能够输出一定的阻力扭矩来模拟BSG电机在混合动力车上启动时/怠速时发动机负载特性。在电动模式测试台1架上，BSG控制器之间和BSG电机之间通过接口箱进行连接；5套BSG***是逐个进行电动模式测试的。中央控制计算机控制磁滞刹车输出一定的阻力扭矩模拟每台BSG电机启动时/发动机怠速时的发动机负载。程控电源和辅助电容箱(辅助电容箱7主要是模拟汽车蓄电池的电容特性，此外就是在BSG电机6启动时缓冲因电流过大导致电源电压衰减)模拟车上蓄电池通过接口箱为BSG控制器直流母线供电，BSG控制器4驱动BSG电机运转，BSG电机通过一根主轴耦合到电控磁滞刹车上对电机运转时的机械能进行消耗。电动模式台架实现模拟BSG控制器电动模式的工作条件。中央控制计算机3通过CAN总线12控制器BSG控制器4与BSG控制器接口箱5共同完成BSG控制器4输入输出端口的寿命测试并把测试结果反馈给中央控制计算机3进行测试结果分析。
参见图3，发电模式测试台架2中BSG控制器4通过BSG控制器接口箱5接收中央控制计算机3发电模式的测控信号；BSG电机6通过BSG控制器4与功率阻性负载11电连接，BSG电机6输出轴通过皮带轮与交流调速电机10相连接。交流调速电机10与BSG电机6的速比为2.5∶1。
发电模式测试台架2将为BSG控制器发电模式测试提供测试的***条件以及模拟车上电气负载特性。发电模式测试台架2中，一台7.5KW调速交流电机10同时拖动5台BSG电机运转发电，这5台BSG电机分别与在环境仓中的5个工作在发电模式下的BSG控制器通过电缆相连接，分别经过BSG控制器4整流后变成直流电，每个BSG控制器4的直流侧输出的直流电分别通过安装在发电模式测试台架2上的可控功率阻性负载消耗掉。中央控制计算机3将通过BSG控制器接口箱5选择连接到每一个BSG控制器直流侧的功率电阻大小，来控制每个工作在发电模式下得BSG控制器直流母线的电气负载特性。在测试过程，中央控制计算机3控制调速交流电机1的转动速度来改变BSG电机6的转动速度，同时控制每套BSG***匹配的功率电阻的阻值来模拟BSG控制器发电模式输出的负载特性。发电模式测试台架2能够模拟在不同的发动机转速和不同的车载电气负载特性对BSG控制器的发电模式功能测试。在对BSG控制进行发电模式测试的同时，中央控制计算机3通过CAN总线12控制器BSG控制器4与BSG控制器接口箱5共同完成BSG控制器4输入输出端口的寿命测试并把测试结果反馈给中央控制计算机3进行测试结果分析。
混合动力汽车控制器寿命测试***的测试方法；该方法包含下例步骤；a)设置步骤：用于通过中央控制计算机3设置控制器寿命测试***机械负载8、交流调速电机10、环境仓控制器9、程控电源和辅助电容箱7初始工况；机械负载8初始工况，设定最大允许负载限值，交流调速电机10初始工况，设定最大安全转速，过压和过流保护限值，过温度保护限制等保护参数、环境仓控制器9初始工况，设定温度和湿度的上下限值、程控电源和辅助电容箱7初始工况，设定最大允许输出电压和最大允许输出电流值。b)启动步骤：中央控制计算机3同时发出机械负载8、交流调速电机10启动信号，并通过电动模式测试台架1中的BSG控制器4控制BSG电机6工作在电动模式下；通过发电模式测试台架2中的BSG控制器4控制BSG电机6工作在发电模式下；c)测试步骤1；中央控制计算机3根据预先设定好的调速电机速度曲线和机械负载8的扭矩曲线来分别控制被测BSG控制器4工作在发电模式下和电动模式下，以及在两种工作模式下的负载特性，并监测测试过程中BSG控制器4的主要特性参数和主要失效模式(发电模式下不能正常发电或者不同转速和负载条件下发电电压不稳；电动模式下，在不同的供电电压下不能正常驱动BSG电机正常启动；以及测试过程中任何信号端口功能丧失等)。；d)测试步骤2：中央控制计算机3控制电动模式测试台架1中BSG控制器4和发电模式测试台架2中的BSG控制器4，通过BSG控制器接口箱5进行输入、输出端口的自我寿命测试，并记录每个BSG控制器4输入输出通道的工作状态和失效状态。参见图4、图5、图6、图7，中央控制计算机通过预先存储的测试序列，所述的测试序列包括温度、湿度、供电状态控制序列，电机转速控制序列，发电负载控制序列，控制器供电电压控制序列对BSG控制器4的电动模式、发电模式和控制器的输入输出口进行寿命测试。BSG控制器4要接受1000小时的温度/湿度/供电电压的循环测试。
本发明中的混合动力控制器寿命测试***，采用中央控制计算机集中控制并监测测试中的所有设备，通过CAN网络与混合动力控制进行通讯实现测试指令的发送和测试状态的反馈，所有的测试指令下达、测试过程中***状态监测和测试结果采集都有中央控制计算机完成。完全模拟混合动力车运行条件。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在发明的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述的控制器寿命测试***中设有BSG控制器(4)和BSG电机(6)、BSG控制器接口箱(5)、程控电源和辅助电容箱(7)、机械负载(8)所组成的电动模式测试台架(1)和BSG控制器(4)和BSG电机(6)、BSG控制器接口箱(5)、交流调速电机(10)、功率阻性负载(11)所组成的发电模式测试台架(2)，中央控制计算机(3)通过CAN总线(12)与所述发电模式测试台架(2)和电动模式测试台架(1)中BSG控制器(4)进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中***状态和采集测试结果；所述中央控制计算机(3)通过GBIB接口总线分别与程控电源和辅助电容箱(7)、机械负载(8)电连接、通过RS-485串行通讯总线分别与环境仓控制器(9)、交流调速电机(10)电连接。
2、根据权利要求1所述的一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述程控电源和辅助电容箱(7)依次通过BSG控制器接口箱(5)、BSG控制器(4)与BSG电机(6)的输入端相连，BSG电机(6)输出轴通过皮带轮(16)与机械负载(8)相连接。
3、根据权利要求1或2所述的一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述机械负载(8)由电控磁滞刹车(13)、主轴(15)连接法兰(14)、主轴皮带轮(17)所组成，电控磁滞刹车(13)通过连接法兰(14)与主轴(15)同轴连接；主轴皮带轮(17)设在与BSG电机皮带轮(16)对应的位置上。
4、根据权利要求1或2所述的一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述的BSG电机(6)与机械负载(8)的速比为1∶1。
5、根据权利要求1所述的一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述的发电模式测试台架(2)中BSG控制器(4)通过BSG控制器接口箱(5)接收中央控制计算机(3)发电模式的测控信号；BSG电机(6)通过BSG控制器(4)与功率阻性负载(11)电连接，BSG电机(6)输出轴通过皮带轮与交流调速电机(10)相连接。
6、根据权利要求5所述的一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述的交流调速电机(10)与BSG电机(6)的速比为2.5∶1。
7、根据权利要求1所述的一种混合动力汽车控制器寿命测试***，其特征在于：所述的中央控制计算机(3)的型号为Capax工业计算机。
8、一种混合动力汽车控制器寿命测试***的测试方法，该方法包含下例步骤；
a)设置步骤：用于通过中央控制计算机(3)设置控制器寿命测试***机械负载(8)、交流调速电机(10)、环境仓控制器(9)、程控电源和辅助电容箱(7)初始工况；
b)启动步骤：中央控制计算机(3)同时发出机械负载(8)、交流调速电机(10)启动信号，并通过电动模式测试台架(1)中的BSG控制器(4)控制BSG电机(6)工作在电动模式下；通过发电模式测试台架(2)中的BSG控制器(4)控制BSG电机(6)工作在发电模式下；
c)测试步骤1；中央控制计算机(3)根据预先设定好的调速电机速度曲线和机械负载(8)的扭矩曲线来分别控制被测BSG控制器(4)工作在发电模式下和电动模式下，以及在两种工作模式下的负载特性，并监测测试过程中BSG控制器(4)的主要特性参数和主要失效模式(发电模式下不能正常发电或者不同转速和负载条件下发电电压不稳；电动模式下，在不同的供电电压下不能正常驱动BSG电机正常启动；以及测试过程中任何信号端口功能丧失等)；
d)测试步骤2：中央控制计算机(3)控制电动模式测试台架(1)中BSG控制器(4)和发电模式测试台架(2)中的BSG控制器(4)，通过BSG控制器接口箱(5)进行输入、输出端口的自我寿命测试，并记录每个BSG控制器(4)输入输出通道的工作状态和失效状态。中央控制计算机通过预先存储的测试序列的对BSG控制器(4)的电动模式、发电模式和控制器的输入输出口进行寿命测试。BSG控制器(4)要接受1000小时的温度/湿度/供电电压的循环测试。
9、根据权利要求8所述的混合动力汽车控制器寿命测试***的测试方法，所述设置步骤，机械负载(8)初始工况，设定最大允许负载限值；交流调速电机(10)初始工况，设定最大安全转速，过压和过流保护限值、过温度保护限制等保护参数；环境仓控制器(9)初始工况，设定温度和湿度的上下限值；程控电源和辅助电容箱(7)初始工况设定最大允许输出电压和最大允许输出电流值。
10、根据权利要求8所述混合动力汽车控制器寿命测试***的测试方法，所述的测试序列，包括温度、湿度、供电状态控制序列，电机转速控制序列，发电负载控制序列，控制器供电电压控制序列。
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