作为汽车行业的一大趋势，电动汽车正推动几乎所有汽车制造商和供应商开发和测试新型电力驱动装置。主要目标是以较低的整体系统成本实现高效率驱动循环和高扭矩或功率密度。此外，在噪音排放（噪音-振动-粗糙度，NVH声振粗糙度）方面也必须符合特别严格的限制。纯电动汽车目前主要开发电动车桥，用于前车桥和后车桥。电动车桥将电子控制单元（ECU）、逆变器、电机和差动传动结合在一起。混合动力车型主要是将电力驱动装置集成到变速箱壳体中。
驱动器的虚拟设计
车辆驱动可以考虑各种类型的电机：永磁同步电机（PMSM）、他励同步电机、同步磁阻电机和异步电机。使用分析计算法和数值仿真，可以在计算机上虚拟设计和对比各项机型。然而，为快速投放市场，需要尽早测试原型。为了尽可能真实地测试壳体中电机或完整电驱桥来进一步优化软件参数，可以将dSPACE MicroLabBox等快速控制原型系统与通用的电力电子输出级相耦合。为此，M&P Motion Control and Power Electronics GmbH（M&P）开发了一款带有碳化硅（SiC）组件的新型实验功率转换器，该转换器配有适配MicroLabBox的特殊接口。Fraunhofer IWU采用该转换器开发主动降噪过程，并在原型车驱动器上进行测试。通过磁场定向电流控制（FOC）进行干预，以此选择性地消除驱动器的干扰音调噪声分量。
用真实的电流和电压安全操作电气组件
实验功率转换器由两个模块组成，由于有各种接口，可以允许两台机器在最大175 A的相电流下运行，或者在使用实时系统的情况下以最大350 A的相电流运行一台机器。得益于SiC技术，最大开关频率为30 kHz。这样，就在可以在Simulink中完成对控制、调制、热模型等模块的开发和测试工作。然后，在真实驱动系统上使用SiC实验功率转换器，直接在MicroLabBox上测试。该工具链可以在主动降噪软件组件的仿真和测试之间无缝过渡。
此实验功率转换器还可以通过接入额外的硬件完成扩展，例如额外的节流阀或网滤器。这样一来，除了驱动系统，它还可以用于下列应用：
- 电源仿真
- 馈电（AC/DC电源）
- 电池仿真（DC/DC）
电动汽车驱动系统成功投入运行
该系统首次投入使用是用在Fraunhofer IWU声学驱动和传动测试台架（AGPS）上，调试带有PMSM的车辆驱动的磁场定向控制（FOC），包括空间矢量调制和主动降噪。主动降噪可让壳体上的主电机径向加速噪声水平降低约30 dB，从而让复合噪声水平降低约5 dB。特别是电力驱动装置的高频音调噪声成分，会令乘坐者和其他道路使用者感到不快。使用软件可以很有效地减少这部分噪声。
MicroLabBox在测试台架上的表现如何？
MicroLabBox外观设计小巧紧凑，很容易集成到测试台架中。它还有一些非常有价值的电子功能特性，可以更好支持它在测试台架上的应用。其中包括：
- 可与各类测试台组件通信的相关接口
- 控制器软件可快速更新，用以快速验证算法的有效性
- 高精度生成脉冲模式
- 高精度评估传感器信号
功能强大的处理器、快速的FPGA加上直接连接的I/O接口相结合，可提供以高达33µs的采样率下高精度地注入电流谐波（基频或AC电流的整数倍）所需的性能。
作者简介：
Ludwig Schlegel
Ludwig Schlegel是德累斯顿M&P电力电子装置硬件开发主管。
Thomas Windisch博士
Thomas Windisch是德累斯顿Fraunhofer机床和成形技术研究所动力传动系统声学组主管。
