一种新能源汽车电驱台架测试装置

本发明涉及新能源汽车动力系统测试装备，更具体地涉及一种融合硬件在环（hil）半实物仿真、电驱功率级台架加载、多源测试数据智能挖掘分析一体化的新能源汽车电驱台架测试装置，适用于三合一/多合一电驱总成、驱动电机、电机控制器（mcu）的性能、可靠性、极限工况、故障诊断联合测试。

背景技术：

1、随着新能源汽车产业快速扩张，电驱动系统作为整车核心动力部件，企业对电驱总成仿真验证、台架耐久测试、控制器策略标定需求持续激增；

2、当前行业主流电驱测试装备分为两类独立设备：纯硬件在环仿真平台、传统电驱测功机台架，二者割裂使用，存在多重固有技术缺陷：

3、设备分离，软硬测试无法同步，测试失真严重：

4、现有hil平台仅实现vcu/bms/mcu信号级仿真，无真实功率负载，只能验证控制逻辑，无法复现电机温升、过载、扭矩损耗等功率级真实工况；传统测功台架仅能完成电机单体加载测试，缺少整车虚拟环境，无法模拟坡道、循环工况、电池电压波动、整车扭矩协调策略，测试数据与实车偏差大，需要大量实车标定弥补，研发成本高、周期长；

5、工况覆盖不全，极限/故障工况测试自动化程度低：

6、传统台架仅支持稳态转速扭矩测试，故障工况、动态极限工况需人工手动修改参数，无法批量生成故障注入用例；现有加载机构多为固定刚性连接，无法模拟实车半轴角度变化、悬架振动带来的动态负载扰动，温升、效率、nvh测试结果失真；

7、测试数据孤岛，无统一数据驱动评估模型：

8、hil仿真数据、台架传感器采集数据、电池模拟工况数据分属三套独立软件，数据格式不互通；仅能人工导出零散数据做简单统计，无法自动挖掘电驱潜在性能衰减、隐性故障，未建立标准化电驱性能数据库，零部件选型、迭代优化缺乏数据支撑；

9、台架模块化差，模型迭代适配性弱：

10、现有台架仿真模型与硬件加载单元解耦，新增电机类型、新控制算法时需重新搭建整套仿真框架，模型校准周期长；传统台架不支持自动校准、模型在线更新，难以适配新一代800v高压电驱、碳化硅控制器测试需求；

11、经检索得出：cn219608423u、cn112114210a仅单独优化测功机加载结构、半轴对中机构、环境温仓，未解决hil半实物仿真与功率级电驱台架深度融合、数据驱动智能诊断、全工况自动化联合测试核心痛点，不存在“仿真建模-半实物在环-功率台架加载-数据挖掘闭环”一体化完整架构。

技术实现思路

1、针对现有技术中 hil 仿真台架与电驱测功设备相互独立、测试工况仿真度低、数据无法互通、极限 / 故障工况自动化测试能力不足、无闭环数据优化体系等缺陷，本发明提供一种新能源汽车电驱台架测试装置，实现虚拟仿真建模、硬件在环半实物交互、电驱功率级加载测试、多源数据智能挖掘、模型在线迭代优化全流程一体化闭环测试，大幅提升测试真实性、自动化程度，降低企业研发与实车测试成本。

2、本发明实现技术目的所采用的技术方案是：一种新能源汽车电驱台架测试装置，其结构包括：整车虚拟仿真建模单元、硬件在环实时交互单元、电驱功率加载测试单元、多维度传感采集单元、数据智能挖掘与故障诊断单元、协同中控调度单元。

3、作为本发明的进一步改进，所述整车虚拟仿真建模单元、硬件在环实时交互单元、电驱功率加载测试单元、多维度传感采集单元、数据智能挖掘与故障诊断单元分别与协同中控调度单元通过ethercat实时总线双向通讯，由协同中控调度单元统一时序同步控制，形成仿真 - 半实物交互 - 功率加载 - 数据挖掘闭环测试架构。

4、作为本发明的进一步改进，所述整车虚拟仿真建模单元包括simulink多域仿真建模子模块、模型自动校准子模块、多工况用例自动生成子模块。

5、作为本发明的进一步改进，所述硬件在环实时交互单元搭载实体整车控制器vcu、电池管理系统bms、电机控制器mcu，设置多路可编程故障注入通道，与整车虚拟仿真建模单元实时交互信号，并向电驱功率加载测试单元下发扭矩控制指令。

6、作为本发明的进一步改进，所述电驱功率加载测试单元包含双向回馈测功加载机组、多自由度柔性传动工装、高低温环境模拟仓、驾驶员模拟子模块；所述多自由度柔性传动工装集成角度微调机构与竖向振动模拟模组，用于模拟实车悬架振动、半轴倾角动态变化。

7、作为本发明的进一步改进，所述多维度传感采集单元分布式布置高频同步采集传感器，实时采集电驱转矩、转速、温度、高压电信号、振动噪声多维度原始数据并上传至数据智能挖掘与故障诊断单元。

8、作为本发明的进一步改进，所述数据智能挖掘与故障诊断单元内置时序数据清洗子模块、数据驱动性能评估模型、隐性故障识别模型、标准化电驱数据库子模块。

9、作为本发明的进一步改进，所述协同中控调度单元内置实时时序同步控制器与安全联锁保护模块，统一同步各单元运行时序，实时监测高压、温度、转速风险并执行安全保护动作。

10、作为本发明的进一步改进，所述simulink多域仿真建模子模块内置动力电池等效模型、400v/800v高压电驱模型、整车动力学模型、vcu/bms 协同控制模型，支持 fmi 标准联合仿真；所述模型自动校准子模块接入多维度传感采集单元实测数据，采用最小二乘算法自动修正仿真模型参数。

11、作为本发明的进一步改进，所述故障注入通道支持母线过压 / 欠压、电流偏移、can 总线丢帧、温度传感器失效、扭矩指令突变故障信号实时注入，批量生成正常工况、极限过载工况、电气故障工况自动化测试用例。

12、作为本发明的进一步改进，所述双向回馈测功加载机组采用对称双测功机布置，具备四象限动态加载能力，低速无扭矩加载盲区，工作能量回馈至电网；所述高低温环境模拟仓温控范围- 40℃~150℃，集成水冷/油冷循环模拟系统，复现电驱整车散热工况。

13、作为本发明的进一步改进，所述多自由度柔性传动工装配套快速对中定位机构，适配二合一、三合一、多合一集成电驱总成，无需更换专用工装；工装伺服角度调节范围±15°，振动激振频率0~50hz。

14、作为本发明的进一步改进，所述时序数据清洗子模块自动剔除电磁、振动干扰产生的异常噪点，统一hil仿真数据、传感器实测数据、故障注入日志数据格式；所述隐性故障识别模型通过对比仿真理论输出值与实测数据偏差，识别电驱轴承磨损、功率器件热老化、减速器间隙增大隐性故障。

15、作为本发明的进一步改进，所述标准化电驱数据库子模块自动存储不同型号电驱全工况测试数据，支持电驱型号、测试工况、性能指标检索，为整车匹配、零部件迭代优化提供数据支撑。

16、作为本发明的进一步改进，所述协同中控调度单元实现毫秒级多设备时序同步；安全联锁保护模块实时监测母线过流、电机超温、测功机超速，触发风险时自动切断高压电源、卸载测功机负载。

17、作为本发明的进一步改进，装置的新能源汽车电驱闭环测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

18、s1 建模校准阶段：整车虚拟仿真建模单元搭建动力电池、电驱、vcu/bms 整车仿真模型，导入台架实测数据完成模型自动校准，生成多组自动化测试工况用例；

19、s2 硬件在环半实物仿真阶段：将实体 vcu、bms、mcu 接入硬件在环实时交互单元，虚拟仿真模型输出整车动态工况信号至实体控制器，按需注入各类故障信号；

20、s3 功率级台架加载测试阶段：实体控制器输出扭矩指令下发至电驱功率加载测试单元，双向测功机组模拟道路动态负载，多自由度柔性工装复现实车力学环境，高低温仓模拟整车温度与散热条件，多维度传感单元同步采集全维度运行数据；

21、s4 数据智能挖掘诊断阶段：数据智能挖掘单元统一清洗多源异构数据，通过性能评估模型量化电驱各项性能指标，隐性故障识别模型53输出故障预警，所有测试数据归档至标准化电驱数据库；

22、s5 模型迭代优化阶段：将实测性能、故障数据反向导入整车虚拟仿真建模单元，在线更新仿真模型参数与 vcu/bms 协同控制策略，循环执行 s2-s4 完成闭环迭代测试。

23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、1.本发明hil 半实物仿真单元与功率级电驱测功台架实时联动架构，打破现有设备信号仿真、功率加载分离壁垒；同步完成 vcu/bms 控制策略标定与电机温升、过载、效率实物测试，仿真环境完全贴合实车整车动力学，测试数据准确度提升 40% 以上，可减少70% 实车标定试验，大幅降低企业研发周期与测试成本。

25、2.本发明搭载可动态调节半轴倾角、悬架振动模拟的柔性传动工装，搭配 - 40℃~150℃高低温环境仓，解决传统刚性台架无法模拟实车动态力学、温度变化的痛点；双向回馈测功机无低速加载盲区，可完整覆盖起步、爬坡、高速、过载、短路全极限工况，温升、效率、nvh 测试结果真实可靠，对比现有固定工装台架测试失真问题形成技术突破。

26、3.本发明集成独立数据智能挖掘单元，统一打通仿真数据、台架传感数据、故障日志数据，构建机器学习驱动的性能评估与隐性故障识别模型，自动挖掘电驱潜在衰减风险；同步建立标准化电驱性能数据库，实现测试数据复用、零部件快速选型；现有台架仅具备基础数据存储功能，无自动化挖掘、故障预判、模型迭代闭环功能。

27、4.本发明的六大单元模块化独立设计，模型单元支持在线更新、工装快速换型，兼容 400v/800v 碳化硅电驱、单 / 双电机、多合一集成电驱；新增测试工况、新型控制器仅需更新仿真模型，无需改造台架硬件，大幅降低设备升级改造成本，适配长期迭代测试需求。

28、5.本发明协同中控单元统一同步所有设备时序，批量自动执行上百组工况、故障测试用例，无需人工值守；高压、超速、超温多重安全联锁，测试安全性显著优于传统分散控制的台架设备。