新能源汽车动态工况EMI测试系统关键技术研究

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新能源汽车作为汽车行业新秀,其零污染、能效高、噪声低的特点使它将比传统内燃机汽车走得更远,EMI测试是新能源汽车关键测试之一,论文以“新能源汽车动态工况EMI测试系统关键技术研究”为题,重点研究基于AVL转鼓系统的新能源汽车动态工况制动力间接测量方法、基于快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)与点频扫查(dot frequency scanning,DFS)新能源汽车动态工况EMI测试方法、基于有限状态机(finite state machine,FSM)的新能源汽车实时EMI测试系统集成技术等关键技术问题,对于提高EMI测试技术与装备水平,促进新兴产业健康发展,具有重要学术价值与实际意义。研究得到广州市科技计划项目(201504010037)资助。论文从新能源汽车EMI测试标准、汽车EMI测试技术、汽车动态工况参数在位检测技术等方面评述国内外研究进展,确定研究内容。主要工作包括:⑴基于SAE J551-5:2012标准稳态工况EMI测试平台,分析新能源汽车动态工况EMI测试技术要求与需求,重点开展新能源汽车动态工况EMI测试系统总体集成设计、关键技术分析。分析指出基于SAE J551-5:2012标准稳态工况EMI测试平台使用单一的频谱分析仪,超外差扫频技术对于动态工况EMI测试幅值精度、频率测试范围与分辨率均可以达到要求,但EMI测试实时性不够;AVL底盘测功机无法测量制动力,仅能达到SAE J551-5:2012标准怠速、巡航下测试EMI要求;EMI测试子系统、转鼓子系统系统相互独立,难以协同工作,原有基于SAE J551-5:2012标准稳态工况EMI测试平台已经无法满足新能源汽车动态工况EMI测试需求。开展新能源汽车动态工况EMI测试系统总体集成方案设计,指出必须解决动态工况制动力间接测量、动态工况实时EMI获取、测试系统集成等关键技术,达到新能源汽车动态工况EMI测试频率测试范围、频率分辨率、实时性、幅值精度要求。分析指出动态工况制动力间接测量技术、动态工况实时EMI获取技术、测试系统集成技术的关键技术与突破点,为后续研究奠定基础。⑵系统研究基于AVL转鼓系统的新能源汽车动态工况制动力间接测量方法。明确基于AVL底盘测功机的动态工况在位检测参数原理框图、以及动态工况在位检测模块流程图,提出基于AVL转鼓系统的新能源汽车动态工况制动力间接测量方法思路,仅需暂时性将标准尺寸的密封螺栓(换油排气用)更换成液压传感器,可以间接测量制动力,具有便利性、实用性的特点;基于液压缸推力公式、制动轮缸传力、车轮与转鼓相对运动等,建立出车轮及转轴力学模型,推导出制动力与车轮线速度的关系,然后分析汽车低速、怠速、高速下制动力模型,进而推导出对应的制动力间接测量公式;研究间接测量数学模型参数标定方法与测量流程,基于制动轮缸均有一个排气螺栓(供初次换油排气之用),容易拆卸,平时可以快速装上直接测量液压传感器测得制动轮缸油压Poil,进而求得汽车制动力FbrakeN,再结合转鼓线速度vroller,就可标定与辩识出准确性较好、具有实际应用价值的C1、C2、C3、C4参数。研究一种简单、快捷的参数标定流程,以便最短的步骤完成不同状态的arollerv获取,快速求得C1、C2、C3、C4;实验结果表明,基于制动轮缸油压的实际测量值计算得到的制动力与制动力间接测量公式的得到的计算值最大相对误差小于1%,制动力间接测量公式的直线方程与基于制动轮缸油压的实际测量值计算进而拟合出的制动力直线方程最大非线性误差小于0.009,制动力间接测量方法具有较高准确性、实用性。⑶系统研究基于FFT与DFS新能源汽车动态工况EMI测试方法。开拓性地提出研究基于FFT与DFS新能源汽车动态工况EMI测试方法,这个方法充分利用FFT的快速性与DFS的精确性,有效地改进FFT、DFS的应用局限,使动态工况EMI测试成为可能;基于加速、滑行减速、制动减速等动态工况所具有的不同特征分析,提出加速、滑行减速、制动减速等动态工况辨识方法,实现任意一组新能源汽车速度、加速度曲线,均可辨识出加速、滑行减速、制动减速等动态工况,实现测量过程车辆动态工况的自动化判别;建立包括幅值最大的特征频点pmax(Umax,fUmax)、特征频点幅值较高区域Π及点数比η、特征频点幅值较高频点分布集中密度系数ρ的新能源汽车动态工况EMI评价关键指标体系,具有综合性、全面性的特点,其中Umax、η、ρ分别是极值指标、整体区域综合评价指标、局部区域评价指标,推导出各个指标的计算公式,阐述各个指标的物理意义。基于FFT与DFS新能源汽车动态工况EMI测试方法,分别应用于广州汽车集团制造的传祺GA5 PHEV及众泰汽车股份有限公司、比亚迪股份有限公司制造的电动试验车,结果证明能测试新能源汽车动态工况下EMI,并具有较高精度,评价指标具有可操作性。使用相同仪器,通过减小FFT扫宽fband从29.85 MHz减小到0.9 MHz,频率分辨率fresolution由37.3 k Hz提升到2.5 k Hz,幅度达14.92倍;精度faccuracy由?57.5 k Hz提升到?3.7 k Hz,幅度达15.54倍,进行DFS点频扫查,幅值精度达±0.36 d B,实现新能源汽车动态工况EMI测试。⑷系统开展基于有限状态机的新能源汽车实时EMI测试系统集成与实验研究。在现有硬件集成基础上,推导出多通道时间戳补偿公式以及多通道同步采集值估算公式,提出基于时间戳补偿的串行采集卡性能提升方法,有效地提升串行采集卡测量数据真实性、实时性性能,具有不更换采集卡,实现简单、通用性好的特点。实际车辆数据采集实验表明,串行采集卡性能提升方法能有效地克服针对原有工控机用阿尔泰PCI 8602串行采集卡获取速度、扭力的不同多通道数据对应时间戳不一致问题;建立基于有限状态机的新能源汽车实时EMI测试系统模型,开展模型可达性分析与优化,开发基于有限状态机的新能源汽车实时EMI测试系统,具体包括新能源汽车实时EMI测试系统平台选择、软件架构与分模块工作流程,以及关键模块、功能实现与调试等等;开展新能源汽车动态工况EMI测试试验,对多款试验车型进行EMI测试与比较,结果表明基于FFT与DFS新能源汽车动态工况EMI测试方法充分利用了FFT的快速性与DFS的精确性特点,能测试新能源汽车动态工况下EMI,具有较高测量精度,极值指标、整体区域综合评价指标、局部区域评价指标具有科学性、可操作性。此外,利用动态工况EMI测试方法,测试加速度、阻力或动力、驱动模式等变化对试验车EMI的影响曲线,为以后开展相关车型EMI测试与改进优化、标准制定打下基础。
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