車載電機控制器絕緣耐壓測試系統的設計

肖潔　呂永賓　陳竹　劉壬　謝勇波

摘 要：基于自動化、智能化、平臺化等特性開發的絕緣耐壓測試系統，在產品質量提升、降本增效、兼容性應用等方面起到了良好作用。

關鍵詞：電機控制器 絕緣耐壓 智能化

1 引言

電機控制器是電動汽車的關鍵部件之一，其絕緣耐壓性能直接影響到控制器的設計可靠性與運行安全性，同時影響整車的正常工作[1]。傳統的絕緣耐壓測試系統一般采取人工操作或半自動方式，在人力成本、測試效率、品質保障等方面存在一定的劣勢，包括不同型號控制器的測試兼容。基于上述因素，綜合提質增效、自動智能、測試兼容等要求開發的絕緣耐壓測試系統則顯得極其重要。

2 系統架構組成

系統架構搭建是絕緣耐壓測試系統的設計關鍵。根據控制器的測試需求及智能化、平臺化等技術發展趨勢，測試系統以控制中心為核心管控單元，同時包含電源管理、環境管控、產品識別、工裝調用與連接、絕緣耐壓測試、安全預警、數據分析與處理、故障診斷等功能單元，其架構組成框圖見圖1。

與傳統絕緣耐壓測試系統相比，該系統既可滿足產品的自動裝載、拆卸、型號識別、測試、故障診斷及溫濕度管控等功能，又可兼容多種型號、不同功能控制器的測試，并對測試數據進行統計分析。同時可完全脫離人工操作，在降本增效、質量提升、平臺化應用等方面起到了重要作用[2]。

3 硬件工作原理

3.1 控制中心

一方面采集測試艙內的溫濕度參數和產品信息，為測試工裝調用及指令輸入做鋪墊。另一方面采集DUT（Device under Test，此處指電機控制器）的試驗電壓、絕緣電阻及漏電流等關鍵指標[3]，以及測試系統的電壓、電流，經控制中心分析和處理后，進一步判定DUT的合格與否，同時控制測試程序與系統指令的后續執行及結論輸出。

3.2 環境管控單元

主要檢測與調節測試艙內的環境溫濕度。通過配置小型溫濕度控制器，用于實現溫濕度的快速調節，同時通過專用探頭檢測艙內溫濕度并反饋至控制中心，從而實現對溫濕度的采集與管控。

3.3 產品識別及工裝調用&連接單元

產品識別單元通過圖像識別、激光測距等方式采集DUT的關鍵特征信息，同時與存儲庫內的產品特征進行對比分析，并將識別判定信號反饋回控制中心，進一步協助控制中心啟動工裝調用功能[4]。

工裝調用&連接單元接收到控制指令后，首先啟動工裝調用功能，并核對接收到的產品信息與即將調用的工裝，判定無誤后則自動連接工裝，同時對連接可靠性進行判斷，確保測試程序的正常執行。

3.4 絕緣耐壓測試單元

提供DUT測試所需的高壓等信號，并通過軟件控制進行自動測試[5]，同時采集DUT的耐電壓、漏電流、絕緣電阻等檢測數據，一方面傳遞至控制中心進行測試結果的判定，另一方面用于數據存儲與打印輸出等功能性應用。此單元具有過流、過壓、短路等保護措施，避免測試異常導致DUT或系統受損。

3.5 故障診斷單元

用于檢測和判定DUT外部接口及內部功能單元的異常。當控制中心檢測到DUT故障時，系統自動啟用故障診斷功能，同時反饋至工裝連接單元，進一步有序控制DUT外部各接口的通斷[5]，從而排查和鎖定故障部位。

3.6 數據分析與處理單元

此單元包含兩大功能。一是測試數據的采集、存儲和傳輸，便于產品的可追溯性跟蹤及打印輸出等，具體包括產品、調用工裝及測試等關鍵指標。二是對不同型號的測試數據進行統計分析，其中正常測試數據主要為測試的后續優化提供參考作用，異常數據則用于產品設計改進及工藝提升。

3.7 安全預警單元

有效檢測高壓信號的上電與斷電狀態，同時預防測試過程中人手、異物等誤入，干擾測試或導致人員意外觸電。

4 軟件控制流程

4.1 控制總流程

軟件控制算法主要包含兩大部分。一是對關鍵測試指標的控制與處理，通過采集產品特征、測試參數等信息，分析并判斷DUT的性能狀態，進一步控制系統的后續運行;二是對測試系統的安全管控，通過檢測系統電壓、電流等參數，從而判定其工作狀態，確保不會因過壓、過流等異常而影響系統正常運行[6][7]，控制總流程見圖2。

4.2 關鍵控制子流程

根據產品特性及子流程控制的重要性，工裝調用&連接、自動測試及故障診斷為三大關鍵流程，其中工裝調用&連接、自動測試流程分別見圖3和圖4。

測試平臺采集（2～3）個代表性的DUT特征參數，并與存儲庫中的既有信息進行對比分析，確定DUT與調用工裝匹配無誤后則執行調用指令，同時檢測工裝坐標值來控制其后續的連接動作，從而實現DUT與匹配工裝的可靠連接。

自動測試因DUT型號及測試要求不同而異。測試流程啟動前，系統會再次確認產品信息及工裝連接狀態，同時調用相應的測試軟件。每檢測完一個測試項，系統自動判定測試結果，同時確定下一流程的執行動作[7]。

故障診斷應用于絕緣與耐壓兩個測試環節，主要對DUT異常進行簡單判定與針對性排查。通過有序控制各連接點的通斷，逐一排查并鎖定故障部位。

5 結束語

基于自動智能、測試兼容等特性開發的絕緣耐壓測試系統，在實現多型號電機控制器進行絕緣耐壓測試的基礎上，同時結合硬件電路組成與軟件控制算法，不僅滿足了測試自動化、診斷智能化、平臺兼容化等技術要求[8]，還提升了測試準確性，并起到了降本增效等作用。

參考文獻：

[1]肖潔，陳竹，申冬海，等.新能源汽車電控系統功能測試平臺的開發[J].客車技術與研究，2021（1）：60-62.

[2]趙廷明，周少武，高 軍.智能化多路絕緣耐壓自動測試系統的研究[J].自動化儀表，2007（4）：26-28.

[3]李安國，曹文智，馬曉波，等.整機絕緣耐壓測試中絕緣電阻和耐壓漏電流問題[J].電工技術，2011（6）：63-64.

[4]淡林鴻，朱剛，陳喜國.基于DSP的智能絕緣耐壓測試儀的研制[J].微機計算機信息，2009（32）：141-143.

[5]賀昌勇，王朝志，王 爽.電動汽車DM5電機控制器自動測試系統概述[J].電子測量技術，2017（11）：241-244.

[6]李俊，周驊，穆杰.多通道絕緣耐壓測試系統的軟件設計與實現[J].儀表技術，2017（9）：5-7.

[7]葛穎森.電機電氣安全性能綜合測量與分析系統研制[D].東南大學，2017.

[8]許中原，周燁，穆杰.多通道絕緣耐壓測試系統下位機及硬件設計[J].微型機與應用，2017（19）：38-40.