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V404T-012伺服电机渠道商介绍,电动汽车驱动电机控制技术是电动汽车关键技术之一。近年来，现代控制理论的发展、新型大功率电力电子器件的出现以及微机数字控制技术日臻完善，直接促进了电机控制技术的迅速发展。国内外厂商已经研制出适用于各种类型电动汽车的电机控制器(MCU)，如图 1 所示，为几种常用的电动汽车电机控制器。

电动汽车对 MCU 的功率密度、效率、控制性能、可靠性等方面都有很高要求，需要对 MCU 进行**的测试，其中对 MCU 控制性能的测试主要包括：

电机转矩-转速特性及效率

电机及其控制器的过载能力

堵转转矩和堵转电流

再生能量回馈特性

**工作转速与超速

通信功能

电压波动

保护功能

故障诊断

在传统的 MCU 测试中，除了电机之外，还需要使用大功率直流电源、测功机、数据采集等设备，传统的 MCU 测试设备体积大，造价高，需要专门的配套实验室。即使有了测试环境与测试工具，传统的 MCU测试方法还存在以下问题：

需要使用大功率电源并耗费大量电能

测试过程繁琐，耗费大量人力物力

电机及其控制器在极端运行环境下有较大的安全风险 测试重现性较差，无法进行自动化测试使用硬件在环(HIL)测试方法，可以克服传统 MCU 测试过程中的问题，使得 MCU 测试更安全、更**。在大功率电机测试台架测试电机及其控制器之前先用 HIL 设备对电机控制器进行测试验证可以降低大功率测试的风险与成本，缩短测试周期。

MCU 硬件在环测试的基本原理

MCU 硬件在环测试的基本原理是通过 HIL 设备模拟 MCU 所需的传感器信号，同时采集 MCU 发出的控制信号，MCU 与运行在 HIL 设备中的电机模型构成闭环，由此实现 MCU 的硬件在环测试。如图 2 所示，为电动汽车电机控制常用的矢量控制系统，在 HIL 测试时，逆变器、异步电机包括各类传感器以模型的方式在 HIL 设备中实时运行，矢量控制算法包括故障诊断策略在电机控制器中运行，两者通过 IO 板卡相连接，实现闭环运行。

电动汽车驱动电机（包括永磁同步电机、直流无刷电机、永磁同步电机等）是一个非线性、多变量、强耦合的控制对象，图 3 所示为异步电机 T 形等效电路，该模型运算量大，不适用于 HIL 测试；交流电机的矢量变换控制技术利用旋转坐标变换将交流电机等效为一个直流电机，从而使得磁链和转矩可以解耦控制，图 4 右图所示为基于转子磁场定向的异步电机模型。为了实时又精确地模拟电机特性，本方案使用了基于转子磁场定向的异步电机模型，模型考虑了电机参数在电机运行过程中的变化，可以准确地描述电机特性。

MCU 的 PWM 开关频率往往高达 10kHz 甚至几十 kHz，因此，MCU 硬件在环测试的核心在于 PWM驱动信号的准确采样以及电机电流、转矩、磁链等的实时计算。在本方案中，将电机模型分为高速的绕组模型与低速的机械模型两部分。高速的绕组模型采集 PWM 驱动信号，计算得到电机电流、转矩、磁链等，绕组模型在 FPGA 上运行，典型运行周期为 100ns。低速的机械模型根据电机转矩、负载转速等信息计算得到电机转速、温度、车速等，机械模型在实时处理器上运行，典型运行周期为 1ms。

电机模拟 FPGA 板卡基本特性如下：

100ns 的采样时间，可以仿真各类电机

可以仿真 IGBT、MOSFET、IPM 等功率器件

可以仿真瞬态电流与电流纹波

MCU 硬件在环测试典型测试项

1. 电机驱动功能测试

将 MCU 与 HIL 设备相连，利用电机与车辆模型仿真电机驱动车辆起步、加速、匀速行驶的过程，也可利用 HIL 设备的 CAN 节点仿真功能仿真整车控制器向 MCU 发送驱动扭矩指令，测试 MCU 的基本驱动功能，也可仿真电机转矩-转速特性及效率，此过程可通过执行测试脚本自动进行。

2. 电机制动能量回收功能的测试

利用电机与车辆模型仿真车辆缓慢刹车、急刹车等工况，也可利用 HIL 设备的 CAN 节点仿真功能仿真整车控制器向 MCU 发送制动扭矩指令，测试 MCU 的电机制动能量回收功能。

3. 热管理功能测试

通过 HIL 设备控制温度传感器模拟单元的值，采集散热风扇的动作，分析数据，得出散热风扇各项动作时的温度值，判断 MCU 热管理功能是否达到要求。

4. 通信功能测试

利用 HIL 设备的 CAN 节点仿真功能仿真整车控制器、电池管理系统等设备与 MCU 进行 CAN 通信，测试 MCU 的通信功能是否符合要求。

5. 故障诊断测试

通过 HIL 设备仿真直流母线电压超过极限值，观察 MCU 故障及报警状态； 通过 HIL 设备仿真电机温度超过极限值，观察 MCU 故障及报警状态； 通过 HIL 设备仿真电机电流超过极限值，观察 MCU 故障及报警状态； 通过 HIL 设备的故障注入单元断开 MCU 与整车控制器之间的 CAN 总线，观察 MCU 故障及报警状态，判断 MCU 故障诊断功能是否符合要求。

利用 HIL 测试 MCU 的优势：

模拟电机的各种工况，包括极限工况；

模拟复杂的故障模式，快速复现故障模式； 降低大功率测试的风险，降低测试成本；自动化测试并生成测试报告，缩短测试周期； 易于维护和扩展测试能力。

资讯来源：汕头罗克自动化  

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