新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)測(cè)試

摘要：闡述、分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的功能作用，通過大眾純電動(dòng)汽車e-golf驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架，進(jìn)行各部分參數(shù)講解和數(shù)據(jù)測(cè)試，運(yùn)用現(xiàn)代檢測(cè)儀器設(shè)備，采用實(shí)地測(cè)試的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和對(duì)比、分析，以保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的完整運(yùn)行性，從而保證車輛正常行駛。同時(shí)，學(xué)習(xí)新能源汽車核心技術(shù)，加強(qiáng)新能源汽車技術(shù)的人才培養(yǎng)，為我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng);數(shù)據(jù)測(cè)試

中圖分類號(hào)：U46;TM30? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-4706（2021）07-0025-04

Function Data Testing of New Energy Vehicle Drive Motor System

CHEN Nana

（Tianjin Vocational College of Mechanics and Electricity，Tianjin? 300350，China）

Abstract：Explain and analyze the function of the drive motor system. Through the Volkswagen pure electric vehicle e-golf drive motor experimental training platform，various parts of the parameter explanation and data testing are carried out，using modern testing equipment and through field testing methods for data collection，comparing and analyzing to ensure the complete operability of the drive motor system，so as to ensure the normal driving of the vehicle. At the same time，learn the core technology of new energy vehicles，strengthen the training of new energy vehicle technology talents，and contribute to the development of new energy vehicle industry in China.

Keywords：pure electric vehicle;drive motor system;data testing

收稿日期：2021-03-15

0? 引? 言

近幾年，新能源純電動(dòng)汽車在技術(shù)上得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，以驚人的速度占據(jù)著全球汽車市場(chǎng)，我們的視野也要由燃油汽車轉(zhuǎn)向以電驅(qū)動(dòng)的汽車。為此，我院緊跟國(guó)家形勢(shì)，開設(shè)新能源汽車技術(shù)專業(yè)，建立新能源汽車技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室，引進(jìn)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，采用理實(shí)一體化教學(xué)方法，進(jìn)行新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)，因此，我們選用了大眾純電動(dòng)e-golf驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架進(jìn)行新能源汽車核心技術(shù)的學(xué)習(xí)，重在對(duì)新能源汽車技術(shù)的人才培養(yǎng)。

然而，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是新能源汽車三大核心部件之一，也是主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)、核心技術(shù)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的性能指標(biāo)。整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種傳感器、開關(guān)信號(hào)、電源部分構(gòu)成，當(dāng)汽車行駛時(shí)，由蓄電池輸出電能通過控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)車輪前進(jìn)或后退，由此可以看出，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的重要性。因此，我們要對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)與測(cè)試，以保證其正常工作，使汽車正常運(yùn)行。

測(cè)試數(shù)據(jù)以大眾純電動(dòng)汽車e-golf驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架為準(zhǔn)。

1? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電機(jī)溫度傳感器數(shù)據(jù)測(cè)試

1.1? 電機(jī)溫度傳感器原理

電機(jī)溫度傳感器是電機(jī)的組成部分，在運(yùn)行時(shí)，電機(jī)線圈溫度值不能超過允許范圍值，溫度傳感器通過監(jiān)控其中一個(gè)線圈內(nèi)的溫度，來反映其他所有線圈的溫度。

電機(jī)溫度傳感器采用NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器制成，可通過熱敏電阻將溫度變量轉(zhuǎn)變成電氣系統(tǒng)可以分析的電阻變量，溫度較高時(shí)熱敏電阻內(nèi)導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性比溫度較低時(shí)好，也就是說電阻隨溫度升高而降低。電機(jī)溫度傳感器工作時(shí)，主要檢測(cè)電機(jī)繞組溫度，并提供信息給MCU，再由MCU通過CAN線傳給VCU，進(jìn)而控制水泵工作、水路循環(huán)、冷卻電子扇工作，以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)工作溫度的目的。如果溫度升高且接近最大允許溫度，則電機(jī)電子控制系統(tǒng)就會(huì)降低電機(jī)功率，這樣可以避免電機(jī)熱過載。

1.2? 電機(jī)溫度傳感器數(shù)據(jù)檢測(cè)

掌握原理之后，我們進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試：

（1）數(shù)據(jù)測(cè)試車型：大眾e-golf純電動(dòng)汽車電機(jī)溫度傳感器。

（2）測(cè)試工具：數(shù)字萬用表。

（3）測(cè)試步驟：

1）設(shè)備通電，打開點(diǎn)火開關(guān)。

2）在驅(qū)動(dòng)電機(jī)臺(tái)架上找到電機(jī)溫度傳感器測(cè)試孔。

3）萬用表校表：將萬用表調(diào)至蜂鳴擋，正負(fù)表筆搭在一起，萬用表顯示“0”，蜂鳴器響，為正?？墒褂脿顟B(tài)。

4）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，紅色表筆P接入正極測(cè)試孔端子，黑表筆N接入負(fù)極測(cè)試孔端子。

5）此時(shí)讀取電機(jī)溫度顯示值為1.78 V。

傳感器電路連接溫度傳感器由電機(jī)電子控制系統(tǒng)提供5 V電壓，熱敏電阻上的任何溫度變化都會(huì)導(dǎo)致電壓信號(hào)變化，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上溫度傳感器電壓值的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)值為1.78 V，如圖1所示，在正常值范圍之內(nèi)（0～5 V之間），電機(jī)工作正常。

2? 加速踏板位置傳感器數(shù)據(jù)測(cè)試

2.1? 加速踏板位置傳感器原理

新能源純電動(dòng)汽車上，整車控制器是驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的控制中心，它對(duì)所有的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并將電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給整車控制器。加速踏板位置傳感器輸出信號(hào)送入電機(jī)控制器，控制牽引電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，并通過減速器、傳動(dòng)軸、差速器、半軸等機(jī)械傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪，使汽車運(yùn)行。

2.2? 加速踏板位置傳感器數(shù)據(jù)檢測(cè)

掌握原理之后，我們進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試：

（1）數(shù)據(jù)測(cè)試車型：大眾e-golf純電動(dòng)汽車加速踏板位置傳感器。

（2）測(cè)試工具：數(shù)字萬用表。

（3）測(cè)試步驟：

1）設(shè)備通電，打開點(diǎn)火開關(guān)。

2）在電機(jī)臺(tái)架上找到加速踏板供電正極測(cè)試孔。

3）萬用表校表：將萬用表調(diào)至蜂鳴擋，正負(fù)表筆搭在一起，萬用表顯示“0”，蜂鳴器響，為正?？墒褂脿顟B(tài)。

4）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，紅色表筆P接入測(cè)試孔正極端子，黑表筆N接入測(cè)試孔負(fù)極端子。

5）此時(shí)讀取加速踏板供電正極顯示值為12.00 V，如圖2所示。

6）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，紅色表筆P接入測(cè)試孔傳感器信號(hào)端子，黑表筆N接入測(cè)試孔負(fù)極端子。

7）踩油門，讀取加速踏板信號(hào)顯示值為3.368 V，并在0 V～ 5 V之間變化，如圖3所示。

8）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，黑色表筆N接入加速踏板供電負(fù)極測(cè)試孔，紅表筆P接入公共搭鐵端測(cè)試孔負(fù)極端子。

9）讀取加速踏板負(fù)極端子顯示值為0.02 V，如圖4所示。

加速踏板位置傳感器電源端供電為12 V，實(shí)測(cè)值為12 V，符合標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值正常;信號(hào)端子測(cè)試數(shù)值為踩下油門踏板時(shí)在0～5 V之間變化，實(shí)測(cè)值符合正常值范圍之內(nèi)，正常;負(fù)極端子根據(jù)測(cè)試值可知，接地正常。

3? 制動(dòng)開關(guān)信號(hào)數(shù)據(jù)測(cè)試

3.1? 制動(dòng)開關(guān)信號(hào)作用

制動(dòng)開關(guān)信號(hào)是車輛識(shí)別駕駛員制動(dòng)意圖的主要依據(jù)。在電動(dòng)汽車中，車輛擋位切換、爬行控制、巡航以及制動(dòng)能量回收等功能都需要依據(jù)制動(dòng)開關(guān)信號(hào)作為判斷條件，制動(dòng)開關(guān)狀態(tài)直接關(guān)系到車輛能否正常行駛。

3.2? 制動(dòng)開關(guān)信號(hào)檢測(cè)

掌握原理之后，我們進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試：

（1）數(shù)據(jù)測(cè)試車型：大眾e-golf純電動(dòng)汽車制動(dòng)開關(guān)。

（2）測(cè)試工具：數(shù)字萬用表。

（3）測(cè)試步驟：

1）設(shè)備通電，打開點(diǎn)火開關(guān)。

2）在電機(jī)臺(tái)架上找到制動(dòng)開關(guān)信號(hào)端測(cè)試孔。

3）萬用表校表：將萬用表調(diào)至蜂鳴擋，正負(fù)表筆搭在一起，萬用表顯示“0”，蜂鳴器響，為正常可使用狀態(tài)。

4）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，紅色表筆P接入制動(dòng)開關(guān)信號(hào)測(cè)試孔，黑表筆N接入測(cè)試孔負(fù)極端子。

5）踩下制動(dòng)踏板，讀取數(shù)值為77.07 V，正常，如圖5所示。

4? CAN通信線H、CAN通信線L檢測(cè)

隨著人們對(duì)現(xiàn)代汽車功能需求的不斷增加、對(duì)可靠性要求的不斷提升，越來越多的電子控制單元ECU被應(yīng)用于汽車控制環(huán)境，而總線技術(shù)將眾多的ECU組建為車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)共享，這樣能夠減少車載線束的布局，實(shí)現(xiàn)整車的智能狀態(tài)控制和智能故障監(jiān)測(cè)。

目前，CAN總線是汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的，它表示控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。

純電動(dòng)汽車中存在著兩條獨(dú)立的總線系統(tǒng)，分別是高速CAN和低速CAN。

高速CAN總線控制連接汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可對(duì)動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行控制和信息傳輸;低速CAN總線可對(duì)車身系統(tǒng)進(jìn)行控制和連接，例如照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)門窗系統(tǒng)、各類傳感器等，并且通過網(wǎng)關(guān)接入高速CAN總線。

4.1? CAN-H測(cè)試

掌握原理之后，我們進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試：

（1）數(shù)據(jù)測(cè)試車型：大眾e-golf純電動(dòng)汽車CAN-H通信線。

（2）測(cè)試工具：數(shù)字萬用表。

（3）測(cè)試步驟：

1）設(shè)備通電，打開點(diǎn)火開關(guān)。

2）在電機(jī)臺(tái)架上找到CAN-H通信線輸入測(cè)試孔。

3）萬用表校表：將萬用表調(diào)至蜂鳴擋，正負(fù)表筆搭在一起，萬用表顯示“0”，蜂鳴器響，為正?？墒褂脿顟B(tài)。

4）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，紅色表筆P接入測(cè)試CAN-H測(cè)試端子，黑表筆N接入負(fù)極測(cè)試端子。

5）讀取數(shù)值為2.43 V，如圖6所示。

4.2? CAN-L測(cè)試

掌握原理之后，我們進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試：

（1）數(shù)據(jù)測(cè)試車型：大眾e-golf純電動(dòng)汽車CAN-L通信線。

（2）測(cè)試工具：數(shù)字萬用表。

（3）測(cè)試步驟：

1）設(shè)備通電，打開點(diǎn)火開關(guān)。

2）電機(jī)臺(tái)架上找到CAN-L通信線輸入測(cè)試孔。

3）萬用表校表：將萬用表調(diào)至蜂鳴擋，正負(fù)表筆搭在一起，萬用表顯示“0”，蜂鳴器響，為正?？墒褂脿顟B(tài)。

4）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，紅色表筆P接入測(cè)試CAN-L端子，黑表筆N接入測(cè)試孔負(fù)極端子。

5）讀取數(shù)值為2.38 V，如圖7所示。

正常情況下，CAN-H標(biāo)準(zhǔn)電壓為2.6 V左右，CAN-L標(biāo)準(zhǔn)電壓為2.4 V左右，實(shí)測(cè)值為正常，數(shù)據(jù)傳輸正常。

5? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器電源檢測(cè)

5.1? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器原理

驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器位于三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的右側(cè)，它用于確定轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的準(zhǔn)確位置。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)信號(hào)輪一起旋轉(zhuǎn)，它將感應(yīng)信號(hào)傳輸給電子供電控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器，它的供電電壓是5 V，該電壓用于在內(nèi)部放大并處理測(cè)得的信號(hào)。

傳感器工作時(shí)，發(fā)送一個(gè)正弦和余弦信號(hào)給電子供電控制系統(tǒng)，電子供電控制系統(tǒng)會(huì)分析相移的變化。因此，電子供電控制系統(tǒng)可以識(shí)別電機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向及其公差。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有一個(gè)對(duì)稱的曲形輪，傳感器生成的信號(hào)電壓反映曲形輪的所有屬性，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的N/S磁極的位置，激活相應(yīng)的U、V、W三個(gè)相，這樣轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就可與定子磁場(chǎng)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此，驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器可以檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置、旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)方向。它有四個(gè)針腳，分別為電源線、信號(hào)端子A、信號(hào)端子B，接地線。

5.2? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器數(shù)據(jù)檢測(cè)

掌握原理之后，我們進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試：

（1）數(shù)據(jù)測(cè)試車型：大眾e-golf純電動(dòng)汽車CAN-H。

（2）測(cè)試工具：數(shù)字萬用表。

（3）測(cè)試步驟：

1）打開點(diǎn)火開關(guān)。

2）在電機(jī)臺(tái)架上找到電機(jī)編碼器電源+測(cè)試孔。

3）萬用表校表：將萬用表調(diào)至蜂鳴擋，正負(fù)表筆搭在一起，萬用表顯示“0”，蜂鳴器響，為正?？墒褂脿顟B(tài)。

4）萬用表擋位選擇到直流電壓擋，紅色表筆P接入測(cè)試孔電源端子，黑表筆N接入測(cè)試孔負(fù)極端子。

5）讀取電機(jī)編碼器電源+，數(shù)值為5.22 V，正常，說明供電與搭鐵線路正常。

5.3? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器D擋和R擋信號(hào)波形

掛入D擋行車，踩下加速踏板，擋位信號(hào)和加速踏板位置信號(hào)送入整車控制器VCU，駕駛員的擋位信息被VCU識(shí)別，并通過CAN線送入驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器MCU，MCU再根據(jù)轉(zhuǎn)子位置，將三相交流電送入永磁同步電機(jī)定子，使定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，因此在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)加大加速踏板行程，電機(jī)控制器IGBT導(dǎo)通頻率上升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增加，獲取最大轉(zhuǎn)矩。

R擋倒車時(shí)，根據(jù)駕駛員的意圖將擋位信號(hào)發(fā)送給VCU，同時(shí)通過CAN線發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器MCU，MCU根據(jù)轉(zhuǎn)子當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)位置，改變?nèi)嘟涣麟妱?dòng)機(jī)的通電順序，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，車輛倒行。

在了解D擋和R擋的行車控制原理后，根據(jù)大眾e-golf實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架，我們要讀取D擋和R擋波形，測(cè)試步驟為：

（1）打開點(diǎn)火開關(guān)。

（2）在電機(jī)臺(tái)架上找到電機(jī)編碼器測(cè)試端測(cè)試孔。

（3）使用示波器測(cè)量電機(jī)位置傳感器信號(hào)波形：紅色表筆P接入測(cè)試孔3號(hào)端子，信號(hào)線A，黑表筆N接入測(cè)試孔4號(hào)端子，接地，此處注意：黑表筆N一定要連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置傳感器4號(hào)針腳接端。調(diào)整示波器到合適量程，如圖8所示。

（4）示波器自動(dòng)校表，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)D擋、R擋波形測(cè)試參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如圖9所示，測(cè)試線安裝于示波器1通道，關(guān)閉2通道，電壓幅值選擇到2.0 V，頻率調(diào)整為500微秒。

（5）分別掛入D擋和R擋，踩下制動(dòng)踏板，讀取示波器波形，波形隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，查看相關(guān)波形，在D擋或R擋行駛時(shí)，兩個(gè)信號(hào)波形略有不同，相比D擋，R擋的波形稍有遲緩。因此，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元根據(jù)兩個(gè)信號(hào)波形的前后順序來識(shí)別驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。波形圖如圖10、圖11所示。

經(jīng)示波器測(cè)試，能夠正確讀取示波器D擋和R擋波形，并且驅(qū)動(dòng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

6? 結(jié)? 論

根據(jù)大眾純電動(dòng)汽車e-golf驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架，我們利用檢測(cè)設(shè)備，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)的檢測(cè)與測(cè)試，從數(shù)據(jù)檢測(cè)情況來看，數(shù)據(jù)正常;由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車行駛的核心部件，它通過內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成能量的轉(zhuǎn)換，將電池的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，進(jìn)而推動(dòng)汽車向前行駛，并要求其系統(tǒng)加減速敏捷，高速行駛穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩范圍合理，工作效率高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，以保證車輛正常行駛。同時(shí)，學(xué)習(xí)和掌握新能源純電動(dòng)汽車核心技術(shù)，培養(yǎng)優(yōu)秀人才，在核心技術(shù)學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)下，未來新能源汽車產(chǎn)業(yè)和核心技術(shù)也將不斷創(chuàng)新升級(jí)，因此，引入優(yōu)秀人才，加快我國(guó)新能源汽車的發(fā)展和轉(zhuǎn)型。

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作者簡(jiǎn)介：陳娜娜（1981.03—），女，漢族，吉林長(zhǎng)春人，講師，本科，研究方向：汽車電子控制技術(shù)、新能源汽車技術(shù)、新能源汽車電機(jī)控制技術(shù)。