汽車的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)制本質(zhì)上是一種為汽車提供動(dòng)力的引擎(傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī))，并將動(dòng)力傳遞給變速箱、傳動(dòng)軸最終到達(dá)汽車車輪的系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣化正逐漸改變汽車技術(shù)的未來發(fā)展前景，同時(shí)也受到來自可持續(xù)能源驅(qū)動(dòng)力、提高燃油效率以及符合相關(guān)二氧化碳排放法規(guī)等的影響。

此外，目前關(guān)鍵的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力主要集中于提高操控性能與耐用性，以及一些新的實(shí)用技術(shù)，如因應(yīng)再生煞車而催生的逆變器技術(shù)，可用于為電動(dòng)馬達(dá)供電或?yàn)殡姵爻潆姟?/p>

在動(dòng)力傳動(dòng)任何部份的開發(fā)過程中，與機(jī)械性能相關(guān)的各種電氣信號(hào)和實(shí)體參數(shù)都需要進(jìn)行測(cè)量，才能實(shí)現(xiàn)完整的測(cè)試過程。電氣信號(hào)來自于鏈接高壓電池和逆變器的電力電路，而實(shí)體參數(shù)則發(fā)生在電氣到機(jī)械的轉(zhuǎn)換過程中。為了透徹理解整個(gè)系統(tǒng)性能，必須對(duì)電磁電力轉(zhuǎn)換器和電力電路進(jìn)行測(cè)量，并分析來自CAN等汽車串行總線網(wǎng)絡(luò)上作業(yè)的動(dòng)力傳動(dòng)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。此外，這些測(cè)試必須同時(shí)進(jìn)行，以便達(dá)到整體優(yōu)化的解決方案，而不只是單獨(dú)優(yōu)化某個(gè)組件。

傳統(tǒng)的做法是使用采樣率最高為10，000樣本/秒的數(shù)據(jù)記錄儀或數(shù)據(jù)擷取系統(tǒng)測(cè)量汽車中的電氣和實(shí)體參數(shù)。這種系統(tǒng)通常提供很多信道，讓用戶將多個(gè)傳感器輸出和隔離型輸入通道結(jié)合在一起，測(cè)量電氣系統(tǒng)(經(jīng)常包括浮動(dòng)電壓值)以及溫度、振動(dòng)與對(duì)材料的壓力等實(shí)體參數(shù)。

汽車版ScopeCorder

電氣行動(dòng)性的開發(fā)趨勢(shì)導(dǎo)致電源逆變器日益廣泛使用，加上這些組件支持更高的頻率和更高的電壓，因而目前已經(jīng)出現(xiàn)速度高達(dá)1億樣本/秒(100MS/s)的隔離式測(cè)量要求。這些采樣率以前是由示波器結(jié)合差分探棒實(shí)現(xiàn)的，可讓工程師觀察以更高頻率出現(xiàn)的瞬態(tài)電壓與電流。一個(gè)令人更感興趣的領(lǐng)域是動(dòng)力傳動(dòng)管理系統(tǒng)，它工作在諸如CAN網(wǎng)絡(luò)等汽車串行總線之上，可連續(xù)傳送引擎溫度、轉(zhuǎn)速和壓力值等引擎性能參數(shù)。而要在一次測(cè)量作業(yè)中取得傳動(dòng)管理系統(tǒng)中的電氣信號(hào)、實(shí)體性能參數(shù)和數(shù)據(jù)，將會(huì)帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

為了減少整合這些眾多參數(shù)記錄所需的時(shí)間和工作量，橫河電機(jī)公司開發(fā)出DL850V ScopeCorder Vehicle Edition儀器，在單一可攜式封裝中結(jié)合了高速示與以及傳統(tǒng)數(shù)據(jù)擷取記錄儀的優(yōu)點(diǎn)。ScopeCorder可以擷取和分析可能只持續(xù)幾毫秒的瞬態(tài)事件，也能執(zhí)行長達(dá)30天的完整動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)耐用性測(cè)試。

最新汽車版DL850V ScopeCorder儀器具有信道隔離、信號(hào)調(diào)節(jié)和高信道數(shù)的特點(diǎn)，還結(jié)合了CAN和LIN總線監(jiān)視功能，可協(xié)助用戶譯碼CAN或LIN信號(hào)并監(jiān)測(cè)所傳送的實(shí)體數(shù)據(jù)，如引擎溫度、車輪速度、加速度與壓力。然后將這些值與來自實(shí)際模擬傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。通過結(jié)合多種高壓與電流信號(hào)(以高達(dá)100MS/s采樣)與實(shí)體參數(shù)測(cè)量結(jié)果(如溫度、壓力或振動(dòng)以及經(jīng)譯碼的CAN總線信號(hào))，DL850V可創(chuàng)建單個(gè)完整的測(cè)量文件，如圖1。相較于多臺(tái)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量文件必須經(jīng)過整合才能在PC上進(jìn)行分析的其它方法相比，這種方法可大幅減少分析整個(gè)系統(tǒng)所需的時(shí)間和工作量。

圖1：在DL850V上創(chuàng)建的單個(gè)測(cè)量文件，整合了多種高壓與電流信號(hào)、實(shí)體參數(shù)測(cè)量結(jié)果以及經(jīng)譯碼的CAN總線信號(hào)。

汽車應(yīng)用中的電力電子

在汽車應(yīng)用中的逆變器越來越多地采用速度更快、電壓更高的組件，這就需要具有更高采樣速率的隔離型高耐受電壓測(cè)量功能，并能夠在更長時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)量更多數(shù)量的信號(hào)。像數(shù)字儲(chǔ)存示波器這種傳統(tǒng)的波形測(cè)量?jī)x器在高壓逆變器測(cè)量方面能力非常有限，因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙賳为?dú)隔離的輸入、高壓隔離性能和12或16位高分辨率。其它波形測(cè)量解決方案通常需要具有外部(主動(dòng))信號(hào)調(diào)節(jié)電路才能實(shí)現(xiàn)高壓隔離。

另一方面，DL850 ScopeCorder在其高壓測(cè)量模塊中使用一種被稱為isoPRO的技術(shù)，無需外部主動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備，就能提供100MS/s的采樣率、1kV的隔離性能和12位的分辨率。

isoPRO技術(shù)采用了一種以半導(dǎo)體雷射二極管將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換后的光數(shù)據(jù)通過光纖傳送至儀器。由于半導(dǎo)體雷射二極管的數(shù)據(jù)傳輸速率特別高，通過單一設(shè)備即可傳送大量數(shù)據(jù)，所以隔離區(qū)可以做得非常小。

另外，由于光纖本身是絕緣的，沿著光纖的信號(hào)傳輸距離足以提供適當(dāng)?shù)慕^緣作用，因此即使在1kV高壓情況下也能確保信號(hào)輸入與主單元之間的絕緣距離。利用isoPRO技術(shù)可在尺寸約100×200mm的精巧模塊中封裝具100MS/s、1kV高耐受電壓隔離測(cè)量電路的兩個(gè)信道。

這種技術(shù)的另外一個(gè)好處是可提供優(yōu)質(zhì)的噪聲抑制。因?yàn)楦邏耗孀兤鞯拈_關(guān)速度很快，因此噪聲可被導(dǎo)入測(cè)量路徑。然而在高壓隔離模塊中，優(yōu)質(zhì)的噪聲抑制性能可以帶來良好的共模抑制比(CMMR)，而且對(duì)于IGBT等逆變器和設(shè)備來說，通常能高精確地?cái)X取到常見的浮動(dòng)電壓開關(guān)波形，見圖2。

圖2：使用DL850 ScopeCorder模塊測(cè)量的逆變器信號(hào)脈沖波形。左側(cè)是采樣率為100MS/s的測(cè)量結(jié)果，右邊是使用較早的10MS/s單元測(cè)得的結(jié)果。

機(jī)械/實(shí)體參數(shù)值

引擎測(cè)試臺(tái)是一種用于開發(fā)、表征、測(cè)試引擎與仿真動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)施。一個(gè)復(fù)雜的引擎測(cè)試臺(tái)包含多種傳感器(或變換器)、數(shù)據(jù)擷取功能和致動(dòng)器，可用來控制引擎狀態(tài)。DL850 DscopeCorder有一個(gè)模塊化的結(jié)構(gòu)以及眾多的輸入模塊來監(jiān)測(cè)機(jī)械性能與電氣信號(hào)。變換器將來自引擎的信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸入模塊可以理解的形式──一般是電壓信號(hào)。例如，采用一款轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)量單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的引擎速度。這將產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出或一個(gè)脈沖輸出信號(hào)，然后將這個(gè)信號(hào)發(fā)送到ScopeCorder進(jìn)行脈沖輸出處理，并在顯示器后顯示實(shí)際的加速度圖形──甚至擴(kuò)展繪制出機(jī)械/電氣相位差，見圖3。

圖3：用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度趨勢(shì)的旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)。

通過使用溫度模塊，就可以加以利用熱電耦(通常是K型組件)。這些熱電耦價(jià)廉物美，具有足夠精確度來完成任務(wù)。每個(gè)輸入模塊最多有16個(gè)熱電耦連接至儀器。為了監(jiān)測(cè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組件的振動(dòng)，可以使用帶壓電傳感器的加速度模塊。

圖4：DL850V Vehicle Edition能夠譯碼CAN和LIN總線信息，并在屏幕上同時(shí)顯示模擬值以及電氣或機(jī)械信號(hào)

汽車串行總線

汽車內(nèi)的CAN或LIN網(wǎng)絡(luò)連接至電子控制單元(ECU)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送溫度、車輪轉(zhuǎn)速、加速度和壓力等眾多參數(shù)和控制信號(hào)。汽車串行總線和ECU單元共同組成了動(dòng)力傳動(dòng)管理系統(tǒng)。這意味著在開發(fā)過程中，不僅能測(cè)量來自模擬傳感器的電氣與機(jī)械信號(hào)，還能測(cè)量在汽車串行總線上傳輸?shù)膶?shí)體參數(shù)，作為電氣與模擬傳感器輸出參數(shù)的參考。DL850V Vehicle Edition即能解碼這些CAN和LIN總線信息，并在屏幕上同時(shí)顯示出模擬值以及電氣或機(jī)械信號(hào)。

圖4給出了這樣一個(gè)例子。這個(gè)功能可用于直接映像汽車串行總線上傳送的數(shù)據(jù)與電氣和機(jī)械值之間的關(guān)系，從而可實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)的行為。DL850V支持CAN-dbc文件(由Vector Group開發(fā))和LIN網(wǎng)絡(luò)定義文件，從而允許用戶便于選擇感興趣的CAN和LIN信息。

本文小結(jié)

DL850V ScopeCorder提供了現(xiàn)代數(shù)字示波器的所有測(cè)量與分析工具，包括光標(biāo)、波形參數(shù)計(jì)算、數(shù)學(xué)和DSP通道，以及快速傅利葉變換。它還能作為多信道數(shù)據(jù)擷取單元/記錄儀，在單一設(shè)備中整合電氣、機(jī)械和汽車串行總線測(cè)量功能。在大多數(shù)情況下，用戶能夠立即分析數(shù)據(jù)并取得結(jié)果，而無需脫機(jī)的后處理步驟。