任务3.4 线控驱动系统性能测试-学生手册

任务3.4线控驱动系统性能测试-学生手册【任务导入】在当前汽车行业的快速变革中，智能网联汽车凭借其高效、安全和智能化的交通解决方案正引领着未来的发展潮流。作为智能车辆不可或缺的关键部分，线控驱动系统承担着将电信号转换为机械运动的任务，它直接影响到汽车的动力性、操控稳定性以及乘坐舒适性。为了确保智能网联汽车能够满足日益严格的性能要求并保障行车安全，对线控驱动系统进行全面精确的性能测试显得尤为重要。假设你是某家线控底盘解决方案供应商的测试工程师，需要对线控驱动系统的性能进行全面的测试，你应该如何设计测试方案，如何执行测试计划并对测试结果进行分析呢?提示：此次任务我们将模拟不同驾驶场景和车辆状态，通过提示：此次任务我们将模拟不同驾驶场景和车辆状态，通过上位机控制车辆并采集线控驱动系统的数据，对主要性能指标进行测试和分析。

【学习目标】素质目标培养精益求精、爱岗敬业的职业素养；在任务中引入性能要求及试验方法的相关标准，养成规范化、标准化工作习惯；通过性能测试的任务，培养学生的解决问题能力和团结合作精神。知识目标能解析说明线控驱动系统的性能要求[K37]；能阐述说明线控驱动系统的性能测试试验方法和步骤[K38]。能力目标能使用上位机工具，对线控驱动系统进行性能测试[A34]；能根据测试结果，对线控驱动系统进行性能测试分析[A35]；能根据测试数据正确编写测试报告[A36]。【知识准备】《自动驾驶乘用车线控底盘性能要求及试验方法第1部分：驱动系统》系列团体标准中，除了从接口要求对自动驾驶乘用车线控底盘提出了要求之外，对性能要求和试验方法两方面也提出了要求。一、性能要求1.起步线控驱动系统应支持车辆在不小于10%的坡道上起步行驶，且应支持车辆在坡道上实现不小于20Km/h的速度。2.加速进行前进挡加速试验，线控驱动系统应支持车辆实现不小于3m/s²的最大加速度，对于最大加速能力达不到3m/s²的车辆按其最大加速能力进行。进行倒挡加速试验，线控驱动系统应支持车辆实现不小于1m/s²的最大加速度。3.阶跃激励响应如REF_Ref163554695\h图3-4-1所示，线控驱动系统的扭矩阶跃激励响应性能应满足以下要求。（1）驱动响应延时td（2）驱动执行时间tr不大于500ms。（3）按不同车辆加速度a，线控驱动系统稳态误差ess应满足：1）若0<|a|<1m/s²，则ess不大于0.3m/s²2）若1<|a|<amax，则ess不大于0.53）超调量δ不大于0.5m/s²。（4）按不同轮端扭矩T，线控驱动系统稳态误差ess1）若0<|T|<500N.m，则ess不大于15N.m2）若500N.m<|T|<Tmax，则e3）超调量δ不大于扭矩指令目标值的5%。td——驱动响应延时；tδ——驱动执行过程中最大超调量；ess图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC1车辆阶跃激励下驱动响应图4.正弦激励响应如REF_Ref163554717\h图3-4-2所示，线控驱动系统的正弦激励响应性能应满足以下要求：（1）驱动响应延时tp（2）目标值和实际值的误差值在3%之内。tpT——正弦激励周期；a——加速度或扭矩幅值。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC2车辆正弦激励下驱动响应图5.换挡时间从换挡指令下发到换挡完成，线控换挡执行时间应不大于500ms。二、试验方法1.试验准备（1）车辆条件试验开始前，应按照如下要求进行准备：1）检查驱动轴车轮花纹深度和气压。花纹深度不小于1.6mm，轮胎干燥、整洁，不得夹杂杂物，气压应符合车辆胎压参数的规定。2）车辆应按制造厂的技术要求进行检查及必要的调整，驱动系统预热至正常工作温度状况，冷却液温度应达到正常工作温度。3）对于车辆和驱动系统的正常运行不是必须的设备和部件，如空调、车窗和进气口等，应通过正常的操作关闭。4）燃料或动力电池规格应符合制造厂技术条件规定。5）在试验前，将试验车辆加载到最大设计总质量，增加的载荷应均匀分配到乘客舱及行李舱内。6）测量并记录检测环境的温度、相对湿度和大气压力。（2）场地条件试验路面应为干燥、平整、清洁的沥青路面或混凝土路面，路面附着系数良好，平路路面纵向坡度应不大于1%。（3）环境条件试验环境应满足如下要求：1）环境温度0℃～40℃。2）风速不大于3m/s。（4）试验设备1）数据采集设备试验用数据采集设备应满足以下要求：速度精度不大于0.1Km/h。加速度采集精度不大于0.1m/s²。设备具备与ADC与PBW通信方式同样的软硬件接口。测试设备能实现动态数据的采样及储存，采样和存储的频率不小于100Hz。设备具备ADC与PBW之间通信所采用的软硬件接口，可采集记录表3-3-1和表3-3-2中的信号。2）试验控制设备试验控制设备与车辆通信连接及通信功能均正常。2.试验内容（1）起步性能测试应按照如下步骤进行起步性能测试：安装、调试测试设备，开始信号采集。试验分别在平路、5%坡道和10%坡道三种路面上进行，坡度设置方法参照GB/T18385-2005。车辆处于静止状态、初始挡位为P挡，通过试验控制设备发送制动和D挡指令。换挡成功后，松开制动同时分别按照加速度值为0.2m/s²、0.5m/s²和1m/s²（或与加速度对应的驱动扭矩值）发送驱动指令。到达20Km/h目标车速稳定车速后停止发送指令，并安全减速至停车。车辆完全停稳后，停止信号采集，并保存原始数据。试验至少进行3次，记录试验过程中每次加速时间。处理驱动数据，评价是否满足要求。（2）前进挡加速性能测试1）20Km/h~60Km/h加速测试应按照如下步骤进行加速性能测试：安装、调试测试设备，开始信号采集。车辆在平路上行驶至20Km/h，稳定车速2s后，通过测试控制设备分别按照加速度值为1m/s²、2m/s²和3m/s²（或与加速度对应的驱动扭矩值）发送驱动指令。车辆加速至60Km/h，稳定车速2s后停止发送指令，并安全减速至停车。车辆完全停稳后，停止信号采集，并保存原始数据。试验至少进行3次，记录试验过程中每次加速时间。处理驱动数据，评价是否满足要求。2）60Km/h~80Km/h加速测试应按照如下步骤进行加速性能测试：安装、调试测试设备，开始信号采集。车辆在平路上行驶至60Km/h，稳定车速2s后，通过测试控制设备分别按照加速度值为1m/s²、2m/s²和3m/s²（或与加速度对应的驱动扭矩值）发送驱动指令。车辆加速至80Km/h，稳定车速2s后停止发送指令，并安全减速至停车。车辆完全停稳后，停止信号采集，并保存原始数据。试验至少进行3次，记录试验过程中每次加速时间。处理驱动数据，评价是否满足要求。（3）倒挡加速性能测试应按照如下步骤进行加速性能测试：安装、调试测试设备，开始信号采集。试验在平整道路上进行。车辆处于静止状态、初始挡位为P挡，通过试验控制设备发送制动和R挡指令。换挡成功后，松开制动同时通过测试控制设备分别按照加速度值为0.2m/s²、0.5m/s²和1m/s²（或与加速度对应的驱动扭矩值）发送驱动指令。车速到达15Km/h，稳定车速2s后停止发送指令，并安全减速至停车。车辆完全停稳后，停止信号采集，并保存原始数据。试验至少进行3次，记录试验过程中每次加速时间。处理驱动数据，评价是否满足要求。（4）加减速切换性能测试应按照如下步骤进行加减速切换性能测试：安装、调试测试设备，开始信号采集。车辆在平路上加速至80Km/h，稳定车速2s后，通过测试控制设备分别按照减速度值为1m/s²（或与减速度对应的其他制动控制量）发送减速指令。待车速降低到40Km/h后，停必减速度指令，按照加速度1m/s²（或与加速度对应的驱动扭矩值）发送驱动指令。车辆加速到80Km/h，稳定车速2s后停止发送指令，并安全减速至停车。车辆完全停稳后，停止信号采集，并保存原始数据。分别按以下参数改变2）和3）中减速度和加速度参数数值，重复2）~5）步骤，共计进行9组。减速度参数1m/s²、加速度参数2m/s²。减速度参数1m/s²、加速度参数3m/s²。减速度参数2m/s²、加速度参数1m/s²。减速度参数2m/s²、加速度参数2m/s²。减速度参数2m/s²、加速度参数3m/s²。减速度参数3m/s²、加速度参数1m/s²。减速度参数3m/s²、加速度参数2m/s²。减速度参数3m/s²、加速度参数3m/s²。处理驱动数据，评价是否满足要求。（5）正弦跟随性能测试应按照如下步骤进行正弦跟随性能测试：安装、调试测试设备，开始信号采集。试验在平路上进行。车辆处于静止状态、初始挡位为P挡，通过试验控制设备发送制动和D挡指令。换挡成功后，松开制动同时通过测试控制设备分别按照f（t）=a*sin（2π*t/T）+a发送驱动指令，其中a为目标加速度或者驱动扭矩。测试五个周期后停止发送指令，并安全减速至停车，车辆完全停稳后，停止信号采集，并保存原始数据。该试验分三组进行，每组至少进行3次，其中a、T的取值参照REF_Ref163554978\h表3-4-1。处理驱动数据，评价是否满足要求。表3-4-SEQ表3-4-\*ARABIC1正弦跟随性能测试加速度对应表aT（周期）0.2m/s²0.5s0.5m/s²0.5s1m/s²0.5s0.2m/s²1s0.5m/s²1s1m/s²1s0.2m/s²2s0.5m/s²2s1m/s²2s（6）换挡性能测试应按照如下步骤进行换挡性能测试：安装、调试测试设备，开始信号采集。车辆处于静止状态、初始挡位为P挡，通过测试控制设备发送P-R-N-D换挡指令，观察车辆实际挡位是否切换成功。各个挡位换挡成功后，停止信号采集，并保存原始数据。处理数据，评价是否满足要求。【任务实施】一、测试用例线控驱动系统性能测试的测试用例见REF_Ref163554991\h表3-4-2。表3-4-SEQ表3-4-\*ARABIC2线控驱动系统性能测试的测试用例线控驱动系统性能测试用例测试目的对线控驱动系统的性能指标进行测试，并分析测试结果，评价线控驱动系统的性能。测试条件测试场地道路几何道路长度普通平坦道路直道200m以上车道数湿滑程度裂缝天气温度双向两车道以上干燥无明显裂缝天气晴朗，温度范围0℃～40℃测试步骤123实施准备测试实施测试分析挡位控制测试分析速度控制测试分析速度精度测试分析响应时间测试分析平顺性测试分析期望结果挡位控制速度控制速度误差响应时间平顺性正确执行挡位控制0~15Km/h≤0.1%≤500ms速度控制以1Km/h为单位逐渐递增或递减二、实施准备1.工具设备清单表3-4-SEQ表3-4-\*ARABIC3工具设备清单分类名称数量图例实训设备线控底盘1套测试电脑1套CAN分析仪1套千斤顶1台防护用品工作服1套安全帽1个工作手套1双辅助材料无纺布1张2.检查设备（1）穿戴好工作手套和安全帽，将工具设备等摆放在工位上。（2）检查线控底盘外观是否正常，内部零件是否齐全，线束连接是否正常。（3）用千斤顶举升线控底盘后轮，使后轮离地。（选择在实训室场地测试时需要做此操作）（4）检查测试电脑外观是否正常。（5）检查CAN分析仪外观是否正常无破损。3.连接设备（1）将车辆外接CAN0接口连接到CAN分析仪CAN1通道，如REF_Ref163554734\h图3-4-3所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC3连接CAN分析仪（2）通过拨码开关，将CAN1的终端电阻R1拨到ON的位置，如REF_Ref163554742\h图3-4-4所示，接入终端电阻。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC4接入终端电阻（3）使用USB连接线将CAN分析仪连接到电脑。4.启动设备（1）旋开“12V供电”开关和“急停”开关，并拉起“48V供电”开关，启动车辆，开关如REF_Ref163554752\h图3-4-5所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC5车辆启动开关（2）长按遥控器的电源键（左右各一个，同时长按3秒），如REF_Ref163554760\h图3-4-6所示，启动遥控器。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC6启动遥控器（3）将遥控器最右侧SWD拨杆开关往下拨动，进入遥控驾驶模式，如REF_Ref163554768\h图3-4-7所示。(注意：需将遥控器的拨杆SWB拨到中间位置，关闭转向灯)图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC7进入遥控驾驶模式（4）按下测试电脑的电源开关，启动测试电脑。三、线控驱动系统性能测试实施测试实施时，若测试场地条件不允许的情况下，可以选择在实训室场地进行测试（需举升车辆后轮）。1.启动连接上位机（1）双击测试电脑桌面上的驱动测试上位机图标，如REF_Ref163554775\h图3-4-8所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC8驱动测试上位机（2）单击“打开设备”，再单击“启动CAN”，再单击“开始”，如REF_Ref163554780\h图3-4-9所示，打开上位机。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC9打开上位机2.进入自动驾驶模式（1）单击“观测模式”，切换为控制模式，并使能油门/制动，如REF_Ref163554787\h图3-4-10所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC10切换控制模式（2）按下遥控器后面的“遥控/自动模式切换开关”（如REF_Ref163554793\h图3-4-11所示），进入自动驾驶模式（如REF_Ref163554800\h图3-4-12所示），此时车辆双闪灯闪亮。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC11遥控器“遥控/自动模式切换开关”图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC12自动驾驶模式3.存储文件在数据记录界面单击“存储文件”，如REF_Ref163554812\h图3-4-13所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC13数据记录界面在弹出的“存储文件”对话框，输入文件名，并单击“保存”，如REF_Ref163554822\h图3-4-14所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC14“存储文件”对话框4.设置控制参数如REF_Ref163554831\h图3-4-15所示，选择步长（以步长为3举例），再单击选择“D”挡。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC15设置控制参数5.开始测试在数据记录界面单击“开始记录”，如REF_Ref163554837\h图3-4-16所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC16单击“开始记录”如REF_Ref163554844\h图3-4-17所示，在驱动控制界面依次单击增大按钮，控制车辆前进车速依次按0-3-6-9-12-15-18-21（Km/h）增加。前进挡控制结束后，在挡位控制界面单击“N”挡，待车辆停止后，点击油门开度界面的减小按钮，让油门控制量降到0。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC17油门增大和减小按钮在挡位控制界面单击“R”挡。同样在油门开度界面依次单击增大按钮，控制车辆后退车速依次按0-3-6-9-12-15-18-21（Km/h）增加。倒挡控制结束后，在挡位控制界面单击“N”挡。6.数据加载与回放在数据记录界面中单击“结束记录”，并在数据回放界面单击“加载文件”，如REF_Ref163554852\h图3-4-18所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC18单击“加载文件”在弹出的“打开”对话框，选择前面保存的文件，并单击“打开”，如REF_Ref163554856\h图3-4-19所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC19数据加载在数据加载界面中勾选“速度曲线”，并单击“生成曲线”，如REF_Ref163554861\h图3-4-20所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC20生成速度曲线上位机弹出“静态数据回放”对话框，将鼠标移动到曲线某个位置时，会显示曲线上某一点的数据，包括时间数据和车辆速度数据。如REF_Ref163554869\h图3-4-21所示，该点的时刻是794320ms，该时刻的车辆速度是15Km/h。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC21油门曲线四、线控驱动系统性能测试分析线控驱动系统性能测试分析包括挡位控制测试分析、速度控制测试分析、速度精度测试分析、响应时间测试分析、平顺性测试分析。1.挡位控制测试分析观察油门曲线，曲线按照挡位控制要求，依次准确执行空挡-前进挡-空挡-倒挡-空挡控制（如REF_Ref163554878\h图3-4-22所示），所以挡位控制测试通过。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC22挡位控制测试分析2.速度控制测试分析速度控制的范围是从0~21（Km/h），但如REF_Ref163554886\h图3-4-23所示可知，无论是前进挡还是倒挡，车辆的实际速度范围是0~15（Km/h）。分析得出，此车的最高车速是15Km/h，与设计一致，所以速度控制测试通过。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC23速度控制测试分析3.速度精度测试分析在油门曲线图中，对比实际油门和期望油门的数据，每次控制（车速在15Km/h以内）都能达到一致。例如，如REF_Ref163554900\h图3-4-24所示，期望油门是9Km/h，最终的实际油门刚好是9Km/h。分析得出，速度精度误差0%，小于标准值0.1%，所以速度精度测试通过。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC24速度精度测试分析4.响应时间测试分析在油门曲线图中，记录每次速度控制的时间数据（包括油门控制开始时刻和油门响应开始时刻），并计算响应时间。数据读取方法以车速控制为6Km/h为例，如REF_Ref163554906\h图3-4-25所示。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC25时间数据每次速度控制的响应时间按以下公式计算：响应时间=油门响应开始时刻-油门控制开始时刻从多次的速度控制响应时间中，选取最大值，作为响应时间的测试结果值。以下以某次测试为例说明。记录每次速度控制的时间数据，见REF_Ref163555011\h表3-4-4。表3-4-SEQ表3-4-\*ARABIC4响应时间测试数据记录速度油门控制开始时刻（ms）油门响应开始时刻（ms）响应时间（ms）前进挡3781101781510409678319678347628097850717854794081278722678747524915789039789290251倒挡38054778059174406808258808667409981038481006983141281297881331934115815319815665346根据以上数据分析得出，前进挡的响应时间为409ms，倒挡的响应时间为440ms，均低于标准值500ms，所以响应时间测试通过。5.平顺性测试分析在油门曲线图中，观察每次速度控制是否按照“以1Km/h为单位逐渐递增或递减”标准执行。以下以12Km/h的速度控制为例进行说明。如REF_Ref163554914\h图3-4-26所示，速度控制从9Km/h升到12Km/h，先是升到10Km/h，再升到11Km/h，最后升到12Km/h，所以12Km/h的速度控制平顺性测试通过。图3-4-SEQ图3-4-\*ARABIC2612Km/h的速度控制平顺性测试分析以上操作和分析结束后，再选择其他油门步长参数，重复进行测试和分析。6.编写测试报告线控驱动系统性能测试报告，见REF_Ref16355501