自動車メーカーおよび一次サプライヤ(Tier 1)向け電動パワートレーンのコントロールおよびキャリブレーション

HBK電気パワートレーンテストソリューションは、自動車メーカーと一次サプライヤ(Tier 1)向けの、パワートレーン評価プロセスに関して合理的で実用的なインサイトを迅速かつ効果的に提供する高度なリアルタイムテストおよび計測ツールの統合ソルーションです。当社のクラス最高の電動パワートレーン試験装置は、計測の不確実性を最小限に抑え、ドライブトレーンの効率と性能を最適化する信頼性の高い結果を提供して、最終的に車両の運転性能を向上させます。

Overview

 

パワートレーン全体(通常は電源またはエミュレータからホイールフランジまで)の動作・機能を理解し、最適化するには、 HILシミュレーションを超えて、製造時にコンポーネントの物理テストを実施するエンジニアが必要です。ベンチテストでは、仮想シミュレーションによって提供される設計パラメータを検証し、サブシステム間の相互作用を検証し、システムとその制御を校正します。得られた知見により、エンジニアは大量生産が始まる前にドライブトレーンの効率と性能を最適化することができます。

HBKが提供する電気パワートレーンテストソリューションは、センサ、計器、ソフトウェアを組み合わせたもので、電気自動車(EV)パワートレーンを統合システムとして分析できます。これにより、エンジニアはハイブリッドおよび EVパワートレーンの複雑さに対処し、検証の新たな課題に対応し、評価および最適化に必要なテストおよび分析技術を提供することができます。

同時に、電気自動車開発の経済的現実に対応するために、電気パワートレーン試験ソリューションを設計しました。HBKパワートレーンテスト環境は、自動車のテストエンジニアに迅速なセットアップ、正確で精密なデータによる信頼性の高い分析、効果的なデータ収集、保存、転送、実用的な分析機能、コスト効率の高い ITシステムへの統合、および企業製品開発プロセスを提供します。

迅速な量産環境への移行:HBKは、パワートレーン設計の検証とプロトタイプの検証を行うための柔軟で拡張可能なソリューションをEVエンジニアに提供します。クリックすると、eDriveのパンフレットが新しいタブで開きます。

パワートレーン分析

複雑なハイブリッドおよび電気自動車のパワートレーンを分析用ソリューション

1個のバッテリー、 2個のインバータ、 2個のモータ: Teslaモデル3 は、車両構成の高度化とテストベンチエンジニアの課題を示しています。(クリックすると拡大表示)

電動パワートレーンは、小型車から高性能乗用車まで、軽バンから連繋16 輪まで、オフロードや建設車両用のフォークリフトから油圧ショベルまで、あらゆるスケールの車両に使用されています。

The New Challenges of Electric Powertrain Validation

パワートレーンのテスト中に、主に電力消費を最小限に抑えながらパフォーマンスを最適化することを目的として、さまざまな問題が検討されます:

  • パワートレーンは、各車両に必要な特性を計画した仕様に対応できていますか?
  • 実際のパワートレーンの動作は、シミュレーションによって提供される予測と一致していますか?
  • 異なるサプライヤのサブシステムは、予想どおりに効果的に組み合わせることができますか?
  • 高電圧ドライブトレーンサブシステムは、低電圧コントロールエレクトロニクスと予想通りに連繋しますか?
  • 目標効率パラメータ内で目的の性能を達成するために、サブシステムをどのように調整する必要がありますか?
  • コントロールシステムは、潜在的な車両購入者を納得させるために必要な運転性能を提供していますか?

HBKソリューションの特徴は、過渡時の動的パワーを正確に計測できることです。米国環境保護庁( EPA )テストおよび欧州 WLTP ( Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure )の標準ドライブサイクルを特徴とする負荷ステップ、ランアップ、ランダウンは、 EVパワートレーンにインバータ制御電動モータが使用される理由の1つです。

HBK電動パワートレーンテストソリューションは、電気信号と機械信号の両方を計測し、同時にECU信号とCANバス信号を1回のトレースで捕捉します。入力を出力と比較して効率を計算できます。損失はその原因を明確に追跡でき、他のサブシステムの温度やNVHなどの問題に対するダウンストリームの影響を調べることができます。

HBK電動パワートレーンテストソリューションは、効果的に連携することが実証されているセンサ、機器、ソフトウェアの組み合わせ以上のものです。理解を効率化し、エンジニアが洞察に基づいて行動し、車両をより早く市場に投入できるようにします。

HBK電動パワートレーンテストソリューション

HBK電動パワートレーン試験ソリューションの中核となるのが、 Genesis HighSpeed シリーズのメインフレームです。

これは、機械的信号と電気的信号の両方を計測し、パワーアナライザ、過渡レコーダ、スコープ、およびデータ収集システムのオールインワンとして機能するモジュール式プラットフォームです。

シリーズは 5種類のモデルで構成されています。2種類の高解像タッチスクリーン付きポータブル機器は、ベンチトップでの使用を目的として設計されています。 ラックマウント式の3種類の テザー機器は、PC の有無にかかわらず使用できます。

 


電動パワートレーン解析では、基本構成で1つまたは複数のGN310B パワーアナライザーボード を使用します。各GN310Bは、3つの電源チャンネル(5つの電圧範囲から ± 1500 V DC 、 7 つの電流範囲( ± 75 mA から ± 2 A ))に加え、トルクと速度用の2つのデジタルチャンネルに対応しています。RMS、P、S、S、Q、λ U.、cos、THD、I_alpha、I_beta(およびその他)のリアルタイム計算を行い、全帯域幅電力計算と基本的な電力計算を行います。

トルク計測は、HBKトルクフランジトランスデューサの範囲によって行われます。たとえば、 T40Bは、計測値を公称(定格)トルク範囲のデジタル信号として送信する、ユニバーサルスタンドアロントルクトランスデューサです。 100 Nm、200 Nm、500 Nm、1 kNm、2 kNm、3 kNm、5 kNm、10 kNm。T40Bは、DQ0分析用の時間信号(回転速度)とともにオプションで使用でき、トルクリップル分析を可能にします。

 

最大22.000 rpmの高速回転で優れた精度を実現するため、T12HPトルク・トランスデューサは、計測範囲(デュアル・レンジ・センサなど)を切り替えることなく、100Nm~10.000Nm の計測範囲全体にわたって正確な値を提供します。

メインフレームの空きスロットには、温度や NVHなどの分析範囲を拡張するための追加カードが装備されています。たとえば、ユニバーサルデータ収集カードは8チャネルまたは16チャネルで使用できます。各入力は9種類の異なるセンサタイプをサポートし、動的な機械的テストに最適です。1チャンネルあたり500 KS/sの高速サンプルレートと24ビット高分解能により、マイク、加速度計、熱電対を介して機械的なテスト信号を記録するのに最適なソリューションとなります。

最適なドライブトレーンパフォーマンス分析用のエキスパートインターフェース

ユーザーは、 HBKのPerceptionソフトウェアを使用して電気パワートレーンテストソリューションを制御します。 この s線s連されたソフトウェア環境は、ベンチセットアップからカスタマイズされたレポートの作成まで、ドライブトレーンテストプロセス全体をカバーし、バッテリー(またはエミュレータ)からインバータ、マシン、ドライブシャフト、ホイールフランジまで、テスト対象のパワートレーンの全範囲をカバーします。

このインターフェイスは、エンジニアがパワーアナライザの全機能を簡単に操作できるように、UIの専門家によって設計されています。ユーザーはマウスをクリックするだけで、生データ収集、スコープ、 FFT分析の DAQの機能を切り替えることができます。迅速な視覚化(10秒で最大10GB)とマルチモニター機能により、ユーザーは PCがサポートする数の画面にこの情報を表示できます。

認識ソフトウェアは、高速データ収集(400 MB/s)用に設計されています。また、大量のデータを高速かつ信頼性の高い方法で処理し、かつ同時に処理することもできます。エンジニアは、電気パワートレーン計測の実行中でも保存されたデータにアクセスして視覚化し、リアルタイムでの管理と実験の最適化を行うことができます。

Perception ソフトウェアにより、テストエンジニアはドラッグアンドドロップで、あらゆる現実世界のドライブトレーンを数分でミラーリングできます。 表示には、メーター、スコープ、スペースベクトル、フェーザーなどが含まれます。クリックすると、WebセミナPerception v8 の新機能」が新しいタブで開きます。

定義済みおよびカスタム式のデータベースを使用すると、パフォーマンス分析のために任意の値を迅速に計算できます。

生データの取得とリアルタイムの電力計算を組み合わせることで、技術者はドライブトレイン実験の設計やパラメータが正しく定義されていることを、ライブと画面上で確認できます。この直感的なフィードバックループは、エンジニアの生産性を最大限に高めます。

生データの取得とリアルタイムの電力計算を組み合わせることで、技術者はドライブトレイン実験の設計やパラメータが正しく定義されていることを、ライブと画面上で確認できます。

この直感的なフィードバックループは、エンジニアの生産性を最大限に高めます

Perception の主な特徴は、スペースベクトル変換や dq0 変換(別名 Park 変換)などの高度な解析を含む100を超える事前定義式画使用できるデータベースです。

このデータベースは、ユーザー定義の式を使用してさらに展開したり、その場で作成したり、選択リストのエレメントを組み合わせたりできます。

パーセプションを使用して保存されたデータをバッチ処理することで、エンジニアはテストを再実行する時間と労力をかけずに、検証と証明のための後処理分析を実行できます。

最後に、 Perception では、エンジニアが安全な Linux RAID アレイから、 MATLAB や LabVIEW などの一般的なサードパーティ製ソフトウェアシステムにデータを転送することが可能になります。

ドライブトレーン効率を向上させるためのサーフェスマップの迅速な作成

効率マップは、電動パワートレーンを最適化する標準的な方法です。パワートレーンの動作を複数の速度および負荷条件にわたって完全なシステムとして観察、記録、分析するプロセスは、可能な限り迅速に反復テストループの複数のセットを実行することを意味します。実際には、自動化されたテスト管理が不可欠です。

HBK電動パワートレーンテストソリューションでは、オートメーションは Perception ソフトウェアによって実施されます。設定点の開始点と終了点は、自動化されたテストおよび解析シーケンスと同様に、キーおよびマクロを使用してユーザーによって定義されます。一連のトリガーは、ソフトウェアまたは TTLリモコンを使用して手動で制御できます。実行時に、 Perceptionは数千のセットポイントに対してデータ収集を自動化します。Genesis HighSpeed メインフレームのリアルタイムストレージ機能と、その間にデッドタイムなしでトリガを記録する機能により、生データを取得し、モータマップの結果を計算および視覚化するプロセスを数分で完了できます。このアプローチにより、スタッフの作業が大幅に削減され、各マップの作成にかかる時間が短縮されます。

Perception の新バージョンでは、サーフェスマップの作成を高速化する技術が追加されています。

サイクルベースの記録では、データを選択的に記録できます。

たとえば、温度データは低いサンプルレートで連続的に記録できますが、主要な電気信号の高いサンプルレートは、サーフェスマップに必要なセットポイントでのみ適用されます。

これにより、より密接に焦点を絞ったデータの収集が最適化されます。

  • サイクルベースの記録では、データを選択的に記録できます。たとえば、温度データは低いサンプルレートで連続的に記録できますが、主要な電気信号の高いサンプルレートは、サーフェスマップに必要なセットポイントでのみ適用されます。

  • Auto Range オプションは、電力アナライザによって識別される信号強度に基づいて、信号の最適な範囲を自動的に選択します。たとえば、効率マップを作成する場合、自動範囲はトルクのステップ変更後に適切な範囲を自動的に選択するため、計測の不確実性が最小限に抑えられます。

Perception では、データの計測と取得のプロセスを自動化するだけでなく、データのエクスポート、分析、またはレポート生成を自動化できます。

正確で精密、かつ信頼性の高いデータ

HBK電動パワートレーンテストソリューションを選択するための主要な基準は、正確で精密かつ詳細なデータを提供することで、テスト対象の機械をより深く理解することができます。

  • GN310B Power Analyzer ボードは、クラス最高の電力計測精度を提供します。計測値の 0.015% 、計測範囲の0.02% 。
  • トルクフランジトランスデューサはクラス最高の精度を提供します。 T40Bの精度クラスは 0.05 、 T12HPの精度クラスは 0.02 です。


テスト中の車両をより深く理解することで、EVドライブトレーンを最適化し、これまでにないレベルのパワートレーンコントロールを提供するためのより深い理解を得ることができます

車両開発の経済的現実

開発サイクルのフロントローディング

車両開発の経済性は絶えず変化しています。電動パワートレーンの導入により、いくつかの問題(排気ガス、エンジンノイズ)が解消され、新しい問題点(インバーターのうなり音、ギヤボックスのうなり音)が明らかになりました。以前に存在していた問題(コンポーネントまたはサブシステム間の非互換性、設計、荷重または温度の影響、または製造時のバラツキによる欠陥)が、新しい形式で表示されるようになりました。


自動車OEMや、開発サイクルを事前に対策することで経済的な効率を達成し、市場投入までの時間を短縮することを目指している一次下請け(Tier 1 )はますます増えています。実際の影響は、電動パワートレーンテスト部門が、これらの新しい課題に対処するために手順とテスト方法を採用していることです。HBK電動パワートレーンテストソリューションは、自動車製品開発プロセスにおけるこれらの移行と連携しています。これは、迅速なセットアップ、洞察の迅速化、データ戦略のサポート、製品開発プロセス、職場の安全性に重点を置いています。

迅速なセットアップ

ドライブトレーンテストプロセスを管理する場合、エンジニアは、電気信号と機械信号の両方に対応するセンサ、オートメーション PC 、パワーアナライザ、温度や NVH などの信号に対応する DAQ システム、解析と視覚化のためのソフトウェアなど、さまざまなテストベンチツールを統合する必要があります。センサ、機器、ソフトウェアの間に互換性がないと、スタッフのリソースが不必要に消費されるだけです。

HBK製品は、計測チェーン全体をカバーします。世界最大の上位10社の自動車メーカーはすべて、HBK機器を使用しています。

一方、 HBK製品は相互運用性を考慮して設計、製造されており、センサと機器は設計によって統合されています。「プラグアンドプレイ」アプローチにより、計測チェーンの個々のコンポーネントを簡単に統合できます。HBKから細かなケーブルや消耗品を調達することで、高い信号品質を確保し、スタッフの生産性を保護します。

Perception ソフトウェアも、テストベンチの設定段階からにエンジニアの生産性を向上させるように設計されています:

  • テストベンチコンフィギュレータ機能を使用すると、電源、インバータ、モータの記号を画面にドラッグアンドドロップすることで、構成を作成できます。リアルなドライブトレーンは、数分でミラーリングできます。
  • メーターと表示は、設定時に自動的に作成され、すべての式が自動的に適用されます。テストのセットアップフェーズを簡素化するために、 Perception は接続されているデバイスを自動的に識別します。直感的に操作でき、時間を節約できます。

電動パワートレーンテストソリューションは、最高の精度を実現して信頼性の高い結果を保証する、クラス最高の製品で構成されています。モジュール式の設計とコンポーネントの確実な統合により、「無理のない」設置が保証されます。ソリューションは柔軟性が高く、容易に拡張でき、長期的な投資収益率を保証します。

インサイトのスピードを向上

HBK電動パワートレーンテストソリューションの目的は、エンジニアが電気機械システムの性能、損失、および効率をこれまで以上に迅速かつ正確に理解できるようにすることです。

そのため、HBKは計測技術を適応させて高品質のデータを取得します。例えば、モーターマップの効率的な生成のための静的セットポイントの取得を高速化し、半サイクルでデータを収集して、過渡時に正確なデータを動的に取得します。

効率的なデータの同期と転送

ドライブトレーンの性能を評価する場合、電気信号と機械信号を同時に取得することで時間と労力を節約しながら、コンポーネントの非互換性による不要なエラーを削減できます。HBK電動パワートレーンテストソリューションは、信号の同期化やデータ転送などの効果的なデータ戦略もサポートします。

  • HBK計測チェーン内のデバイスは、 Precision Time Protocol( PTP v2、IEEE 1588-2008 とも呼ばれます)のバージョン2を使用して、イーサネット経由でネットワーク接続された複数のデバイスのクロックを同期します。
  • DAQ が収集した生データ、計測結果、ドライブトレーン動作の分析から得られた知見は、すべて業界標準を介して転送できます。EtherCAT リアルタイム・プロトコル、 CAN FD バス、またはソフトウェア API を介したプラグアンドプレイ転送により、ネットワーク上の分散ポイントに効率的な同期データ・スループットを提供します

Workplace Safety

EVの特性は、お客様のニーズに応じて進化を続けています。顕著な傾向としては、電動パワートレーンの電圧が高くなることが挙げられます。400V から 800V への移行に対する現在の関心は、充電時間の短縮を求める声に大きく左右されているようです。製品開発の意義は、テストベンチ装置がそれに応じて安全性評価を受ける必要があることです。

HBKソリューションの場合:

  • Genesis HighSpeed パワー・アナライザは、最高の過電圧カテゴリに適合し、最大1500 V のレベルで安心して使用できます。
  • 1000V を超えるアプリケーション用の高電圧ディバイダーHVD50RはIEC安全規格61010-031:2002に適合しています。

Services

HBMは、専門家の生産性を可能な限り迅速に高めるために、標準化された個別の知識を提供します。トレーニングセッションは、オンラインで実施することも、顧客の施設またはHBM Academy トレーニングルームで開催することもできます。

トレーニングおよび教育内容は、特定のニーズに合わせてカスタマイズできます。

  • 電力テスト技術
  • 計測不確実性の検討
  • 電磁干渉の処理( EMC )
  • 計測データの収集–計測パラメータの適切な選択
  • 「サイクル検出」によるデータ収集の最適化
  • フィルタとサンプルレート
  • 力とトルクの計測
  • Perception ソフトウェアを使用した高度なカスタム分析