1 项目背景
近年来电动汽车处于高速发展阶段，电机控制器是电动汽车的主要部件，在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用。电动汽车电机控制器的测试至关重要，由北京中科泛华测控技术有限公司（以下简称泛华测控）设计的电动汽车DM5电机控制器自动测试系统基于“柔性测试”技术，可实现被测件自动传输，系统电路、气路和水路接口与被测件自动对接，支持多种型号及规格的被测产品，实现全过程自动化，同时具备完善的产线流程控制及工厂数据管理功能。此系统适用于电动汽车控制器生产领域的评估、分析及测试。
2 项目介绍
2.1 设备功能介绍
DM5自动测试系统包括绝缘耐压自动测试台和自动功能测试台两部分，绝缘耐压自动测试台主要测试DM5控制器的绝缘耐压性能；自动功能测试台主要测试电机控制器的低压上电测试、高压上电测试、毛刺电流测试、驱动轻载测试、驱动重载测试、电机旋变测试、下电测试等。自动测试系统可完成UUT的全自动测试（含自动接拆线、测试程序调用、软件烧入、测试执行、出厂程序下载校验、冷却系统控制等测试工位所有的作业过程）。
2.2 设备构成
绝缘耐压测试工位和自动功能测试工位之间预留一个被测件的缓存位置，生产线与绝缘耐压测试工位、自动功能测试工位之间采用统一倍速链传递。绝缘耐压测试工位、自动功能测试工位既可作为独立测试工位独立运行，也可接受生产线的控制。具体操作如下：
· 生产线传送带为穿过测试台形式，测试台内部集成倍速链，产线传送带将被测件传送至测试台倍速链，倍速链将被测件送入测试台内部进行相关测试，测试完成后，倍速链将被测件传送至下一个工序。
· 测试台与生产线可以通过DP总线、网络、485通信或数字I/O形式进行连接，通过I/O状态来监控和控制测试台的状态。测试台通过网络形式和RFID形式与产线数据库进行数据交互。
· 测试台可以自动执行或受生产线总体控制，接受订单形式的控制，测试台测试自动调用相应的程序进行测试。
· 测试台可以感知测试台具备的测试接口模块是否与选择的测试程序序列一致，如果不一致，即可及时通知产线操作人员实现夹具的换型。
2.3 设备夹具设计
夹具的结构设计为快换形式，主要考虑用户可能增加的被测件的类型或功能的扩展。夹具设计时采用销孔结构，保证更换时精确定位，所有支持换型的夹具模块均带有辨识模块，基本的辨识模块采用数字I/O编码模式实现，每个模块采用4位数字I/O编码实现，支持做多种模块的更换，模块上面的辨识模块采用DB9连接器母头实现，测试台通过标准线缆连接。
如图1所示。
图1 夹具的结构设计
被测件随着托盘进入倍速链，倍速链通过底部阻挡器阻挡流过托盘，在测试位置通过光电传感器感知托盘的存在，通过限位及定位机构锁定托盘，并通过RFID读出托盘上被测件的序列号及数据信息，测试完成后将数据写入随行托盘夹具的RFID标签中。
测试过程通过气缸将高压、低压及外壳等测点与被测件相连。测试过程通过高压矩阵切换实现高压 壳体与低压点之间，低压 壳体与高压点之间的耐压和绝缘测试。
3 项目实施情况
3.1 电气设计
针对电机控制器的绝缘耐压测试，选用高精度的交/直流耐压测试，绝缘电阻测试仪。泛华测控自主研发了一套独立的高压多路复用开关，规格为1对4，2组，继电器选型为高压真空继电器，最多可实现16个交叉位置点的测试，最大测试电压可以达到10kV。绝缘耐压测试机柜的整体布局图如图2所示。设备的正面左下角预留扩展连接口，模块具备交流电源插座、串口、USB及网口外接接口。
图2 绝缘耐压测试机柜整体布局图
系统功能测试台配备F P G A 卡、C A N 卡、CANScope综合分析仪、GPIB卡、功率分析仪、程控电源，以及泛华测控自主研发的旋变转换板RAIB、PLC控制所有气缸、指示灯、门锁。电气硬件布置在仪器区，操作人员可以从前后门打开进行维修。此外，系统设计冷却水循环机采用压缩机制冷，容积设计为10升。测试时，测试回路连接冷却水接头与被测件，通过电磁阀控制0.15MPa压缩空气进入被测件中，关闭主进气管，利用接近压力开关检测通气回路是否有漏气现象，来确定冷却水接头与被测件接触是否严密，如果严密，冷却管路切换至水冷控制，通冷却水，进行测试，测试完成后，关闭冷却水回路，切换至压缩空气回来，利用低压压缩空气对被测件进行简单除水吹除操作。如果不够严密，通过报警灯通知操作人员存在的问题，操作人员也可设置报警的紧急程度和泄漏量的情况。系统功能测试台电气连接原理图如图3所示。
图3 系统功能测试台电气连接原理图
3.2 旋变测试
电机控制器是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置，它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。
电动汽车中所用的位置，速度传感器都是旋转变压器，旋转变压器是目前国内的专业名称，简称“旋变”，有人把它称作为“解算器”或“分解器”。其目前主要用于角度位置伺服控制系统中，旋变信号也是电机控制器的一个非常重要的测试信号。
旋转变压器的工作原理和普通变压器的工作原理相似，区别在于普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数；而旋转变压器的原边和副边绕组是随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系。旋变就是利用输出的sin和cos信号来计算转角的位置，输出电压和转角关系曲线如图4所示。励磁方和输出方的电压是同频率的，但存在着相位差，正弦相和余弦相在电的时间相位上是同相的，但幅值彼此随转角分别作正弦和余弦函数变化。本系统采用NI USB-7855R卡来模拟电机控制器的旋变信号。经过验证，系统的旋变测试精度高，性能参数如表1所示，完全可以满足目前的需求，达到预期的效果。
图4 旋变两相输出电压和转角的关系曲线
表1 系统旋变性能参数
4 项目意义
本系统支持多品种测试，快速更换夹具，而且夹具具备辨识功能，换型方便快速，采用标准连接器设计，扩展性好，可与生产流水线整线对接，实现UUT全自动测试，可以作为电动汽车电机控制器测试的标准化解决方案，具有较高的行业适应性与推广性。泛华测控在产品研发、设计开发、生产过程中充分发挥标准化工作的作用，确保产品在各阶段的工作质量，以缩短研制周期，降低全过程费用，提高产品的标准化水平和稳定性。
精问彩答
北京中科泛华测控技术有限公司行业销售总监杨标
自动化博览：泛华测控在汽车行业提供的产品覆盖哪些方面？
杨标：泛华测控作为一家电子测试设备解决方案供应商，主要在汽车行业针对汽车传感器测试、汽车动力系统测试（传统汽车动力、电动汽车动力）、汽车控制器测试、汽车执行器测试等方面，为零部件及整车厂商提供测试设备。现有的汽车产品设备达到汽车零部件60%的覆盖率。
自动化博览：泛华测控在汽车行业的解决方案有什么特别之处？
杨标：泛华测控扎根测试行业20年，不仅拥有丰富的测试经验，而且凭借长期服务于众多国内外一流的零部件及整车厂商，对汽车行业的技术需求、市场的前沿发展、上下游的生态状况均有充分理解。同时，泛华测控结合丰富的测试技术与自动化领域经验，研发出多款自动化程度要求颇高的测试系统，如轮速位置传感器测试系统、汽车点火线圈自动测试系统、电动汽车电机控制器测试系统、防夹电机生产线测试系统、手制动阀干式密封测试系统等，这些系统也可作为重要设备用于汽车生产线。
自动化博览：车联网是目前的热门话题，泛华测控如何看待车联网在中国的发展现状？在此方面有何举措？
杨标：2017年，“车联网与智能汽车测试技术”创新联盟在长安大学正式成立，这个举措揭示了车联网在中国的现状以及未来发展的可能性。汽车的智能化趋势是不可逆的，车联网与智能汽车技术的出现，将人、车、路之间的信息高度共享整合，从而优化道路交通资源。泛华测控虽未直接参与到车联网的创造，却成为车联网蓬勃发展中不可或缺的重要环节。
我们作为一家测试企业，服务的对象主要是汽车零部件和整车厂商。一方面我们的技术根据用户需求的变化随之进行相应的调整，另一方面我们也在使测试技术更具智慧，从而指导并帮助客户实现汽车生产、设计过程中产品的智慧性。为了让产线测试更具智慧，泛华的“智慧测试”将通过大量的数据统计、更优化的数据分析算法、更强大的故障诊断方法，为寻找影响产品良品率的原因提供决策性依据。
摘自《自动化博览》6月刊
转载请注明出处
