新能源汽车动力总成测试系统平台

樊晓松 邵华 邢进进

（上海汽车集团股份有限公司技术中心）

新能源汽车动力总成测试系统平台

樊晓松 邵华 邢进进

（上海汽车集团股份有限公司技术中心）

以荣威550PHEV插电式混合动力轿车为例，根据混合动力汽车动力系统的特性和不同测试阶段要求，设计开发了具备不同功能的测试平台。介绍了荣威550PHEV的动力总成架构和主要测试阶段，以及各阶段测试系统平台的功能要求、架构方案、特殊测试设备、通讯接口及注意事项等。

1 前言

随着能源危机、雾霾污染等问题的严重化以及限购限行政策的实施，越来越多的新能源汽车走向市场，其质量、寿命、可靠性和安全性也引起越来越多的关注。为了能在上市前更充分地验证产品性能，分析潜在风险，及时优化改进，必须分阶段进行全面深入的测试验证。测试系统平台是测试工作的物理基础，其实车接近度、驾驶员和环境模拟度决定了测试的程度和精度。相对于传统车辆，新能源汽车动力总成的测试平台有一定程度的特殊性。本文以荣威550PHEV插电式混合动力轿车为例，介绍针对其动力总成在各阶段的测试系统平台。

2 荣威550PHEV动力总成测试简介

2.1 动力总成系统架构

荣威550PHEV的动力总成主要由动力电池包（包括电池管理系统BMS）、电驱动变速器EDU（包括起动发电ISG和驱动TM）、电力电子PEB（包括电机控制器MCU）、整车和变速器控制器HCU、发动机及其控制系统EMS几部分组成，如图1所示。

2.2 动力总成各测试阶段

荣威550PHEV的开发遵循汽车业内的V流程，其动力总成的测试（图2）从零部件级开始逐级上升，先后经过子总成级和动力总成级，直至整车级。虽然大部分测试仍沿用或借鉴传统车辆的标准和规范，但在高压电、NVH和EMC等方面必须根据新产品特性探索新的测试方法，从而对其测试系统平台提出了新要求。

3 各阶段测试系统平台

新能源汽车动力总成各级测试系统所采用的硬件设备与传统车辆测试系统相比，存在一些差异。如，新能源汽车特有的双向充放电设备，既可以在电池测试时用作负载（俗称E-Load电子负载），又可以在台架测试时模拟电池（称为电池模拟器），某些双通道型的充放电设备即可以同时独立使用2个通道（如2个通道各用于一款电池的测试），又可以将2个通道并联起来获得更大的功率，还可以利用1个通道模拟动力电池、另1个通道模拟低压电池进行DC/DC的测试。

传统汽车发动机和变速器的运行相对独立，较容易单独进行测试，而新能源汽车的各控制系统之间存在大量的信号交互，如果只是部分子系统的试验，测试平台必须能模拟与这些子系统有数据交互的其它控制器，根据运行工况的需要收发相应的信号。如进行电驱动系统测试时，既需要模拟整车控制器HCU，根据工况要求和电机实际转速、转矩向电机控制器MCU发送扭矩分配指令，还需要模拟动力电池发送的功率限值等特殊信号，甚至模拟不同SOC下的电压变化。而多数传统试验台只具备信号监测，不具备信号发送功能，即使可以发送信号也只是简单按照信号定义数据库（如CAN-DBC）发送预设的默认值；有些只能按照工况变化进行简单的计算，涉及类似Checksum的复杂通讯校验编码逻辑时，还需要再辅以CANoe等专业通讯节点模拟工具。

3.1 控制系统测试平台

传统车的控制系统大多由供应商开发制造，主机厂的测试以验收为主。新能源汽车控制策略复杂，需要多系统协调，涉及多个供应商共同协作开发。目前很多主机厂采用自主开发模式，测试范围很广，选用的测试设备类型多，测试工作量大，对测试精度要求很高。以荣威550PHEV为例，因其整车和变速器控制器HCU是自主进行应用软件开发，所以从模块在环（Module-in-Loop）、模型在环（Model-in-Loop）、软件在环（Software-in-Loop）到硬件在环（Hardwarein-Loop）等各测试阶段都需要专业的测试工具。

硬件在环HIL测试采用了柔性平台（图3），即可拆成2套相对独立的HIL系统，同时进行单ECU的HIL测试（HCU-HIL、BMS-HIL、MCU-HIL等）和多ECUs的集成HIL测试（通道数覆盖动力总成级需求），也可以合并成一个更大的系统用于整车级HIL测试，如在PT-ECUs基础上增加仪表、ABS等混动直接相关控制器。需要注意的是，BMS-HIL因为要模拟大量电池模块甚至电芯，模拟信号通道数需求非常大；而MCU-HIL因为要模拟电机，则需要特定的高频板卡（频率远高于传统发动机ECU要求）。另外还需要注意的是，发动机和变速器类型基本稳定，相应的模型往往可以直接采用标准模型（成熟的商业模型），只需要根据产品特性修改相关参数配置即可，如将发动机缸数从4改为6、变速器挡位从5挡改为6挡等。而目前各类电池和电机差异却较大，其控制系统的HIL平台必须根据模拟对象特性进行个性化建模。

3.2 动力电池测试平台

动力电池是新能源汽车的核心部件，但目前很少有主机厂自己生产制造电芯，一般根据整车需求设计（容量、接口尺寸等）采购成熟的电芯进行组装或采购整个电池包，因此主机厂的测试工作往往以系统电气性能测试和验收抽样检测为主，一般只需要电子负载和环境舱等设备对电池进行能量、容量、充放电功率、内阻、能量效率、循环寿命、无负载和储存中容量损失等基本性能测试。此外主机厂应具备多通道电芯测试平台（小功率电子负载和环境舱），以用于电芯一致性分析和不同电芯的差异对比，特别是便于进行电池产品的选型。如果需要对电池包内各电芯的一致性进行测试，还应配备多通道的温度和电压的数据采集模块。

3.3 电机驱动系统测试平台

电机驱动系统是新能源电动汽车的核心之一，主机厂需要对其进行一些自主测试，特别是在产品筛选阶段，或电机和电力电子PEB等关键零部件来自不同供应商的情况下。在图4所示的电机驱动系统测试平台上，利用测功机模拟电机负载（扭矩负荷、特定车速等），利用电子负载模拟动力电池（不同SOC、电压、限功率等），配合功率分析仪（交直流电-电转换效率、扭矩转速电-机械转换效率等）、热成像仪等辅助工具，可以进行电机扭矩-转速特性曲线、制动能量回馈、效率、温升、超速、高效区、堵转等各项性能测试。需要注意的是，因为电机的高转速特性，电机与测功机的连接必须严格控制对中度，且最好采用柔性联轴器保护两端（异常情况下联轴器先损坏）。另外电机可双向旋转，所以其测功机需放开防反转锁定。

3.4 电驱动变速器测试平台

电驱动变速器EDU总成测试平台（图5）的主体与传统变速器总成台架相似，利用一个驱动测功机（Drive Prime）模拟发动机，2个负载测功机（Load Dyno.）模拟车轮。由于通过皮带或链条箱等增速机构会导致效率或精度的损失，所以高性能试验一般在驱动测功机与变速器直连的台架上进行，但所需的紧凑型驱动测功机成本较高。

传统变速器只有发动机一个动力源，在变速器台架只需要控制驱动测功机模拟发动机进行加载，同时利用通讯工具监测变速器控制器TCU的状态即可。而EDU内部还集成了2个电机，台架控制系统还必须与真实控制器（HCU和PEB）进行交互，根据测试工况发送相应的指令信号，使得EDU进入特定的模式、扭矩、转速和挡位等。所以与控制器交互的通讯模块和台架控制系统不再是各自独立，必须高度集成才能实现实时和自动测试。

3.5 ePT混动动力总成测试平台

ePT混动动力总成测试是实车试验前的最后一个验证环节，重点考核发动机、变速器（含电机）、电池、电控系统的协同和整体性能。由于采用了真实发动机，其测试平台只需要2个负载测功机（Load Dyno.）来模拟车轮载荷。但因为测试对象较多，需监测的信号较复杂，台架主控需要能够与试验件的电控系统实时交互，以便及时了解试验件状态，控制试验进度和系统安全。图6为ePT混动动力总成自动化测试平台。

通过增加NI和ETAS等第三方辅助工具，可以将一个传统车辆的动力总成试验台升级为ePT混动动力总成自动化测试平台。其中NI工具主要用于信号转换（如将测功机转速转换为车速等）和自动监测，ETAS工具主要用于与被试件系统进行数据交换（向控制器发送指令、监测被控对象的温度和压力等）。图7为应用Labview软件设计的系统操作显示界面。

传统台架的发动机一般只需要配备冷却系统，对于混动台架上的发动机温控设备应具备加热功能，以避免纯电动工况下因发动机停机而导致的水温下降过快（台架温控回路比实车长很多），从而不能按试验规范要求迅速进入下一工况。同时，传统车的台架试验起动后发动机持续运转，而混动台架发动机时停时动，因此其台架燃油供给系统的管路设计必须相应优化，以避免产生大负荷发动机起动瞬间管路拥塞等问题。

如果配备了辅助工具，该测试平台上还可以进行NVH测评、动力总成适配（如不同的发动机与EDU组合）、整车故障模拟复现排查、匹配标定等其它工作。如发动机停机时间过长，会导致催化转换器温度过低使转换效率下降，停机时间过短又会导致经济性下降。如果在催化转换器前、后各增加一路排放数据采集，就可以在试验台架上进行优化标定，找到停机时间的最佳平衡点。

3.6 实车测试平台

新能源汽车实车测试平台与传统车测试平台差异不大，但在高压电安全、NVH、充电配套等方面需要增加一些辅助设施。同时，由于增加了电机、电池等全新试验对象，整车数据采集（如振动、温度）的通道数必须有所增加，尽量全面获知试验件状态，以便进行产品性能分析、改进设计方案和验证方法。

4 结束语

新能源汽车尚处于产业化初期，其试验方法仍处于摸索阶段，测试工具和测试平台的功能决定了测试进度、深度和精度，需要用户和设备供应商联合开发。本文所述测试平台是在上汽荣威550插电式混合动力汽车动力总成系统开发过程中建立的，通过测试平台的开发建设，建立并完善了上汽新能源汽车动力总成系统试验室，形成了一系列相关试验验证标准，2013年底该车型成功上市销售。

1邢进进.新能源汽车动力总成台架设计与集成.上海汽车. 2013（11）:7～10.

2朱军.新能源汽车动力系统控制原理及应用.上海:上海科学技术出版社，2013.

3陈全世.新能源汽车技术创新及标准解析.新能源汽车政策暨产品技术标准与相关法规专题研讨会，杭州，2014.

4李孟良.电动汽车示范运行与测试评价.国际电动汽车及关键部件测评研讨会，常州，2014.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为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

混合动力汽车动力总成测试系统

U469.72

A

1000-3703（2014）09-0039-04