CN101261189A - 一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架及测试方法，所述的测功机通过与逆变器电连接的ISG电机与发动机、齿圈相连接；设在齿圈外侧的转速传感器与仪表控制器相连，台架控制系统分别向混合动力控制系统、发动机管理系统、测功机发出测试控制信号。混合动力控制系统接受来自外部的信号，根据自身的控制策略向发动机管理系统和电机控制系统发出起/停和扭矩需求。台架控制系统(PUMA)根据预先设定好的速度曲线和扭矩曲线来控制测功机的运行，使发动机在预先定义好的工况下运转。电机扭矩和发动机扭矩的分配及电机辅助驱动的扭矩的大小由混合动力控制系统根据发动机转速大小和扭矩需求大小进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及汽车动力总成试验台架，特别涉及一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架及测试方法。
背景技术
90年代以来，各大汽车公司纷纷开始研制混合动力型汽车。自日本丰田公司于1997年率先推出混合动力轿车以来，各大汽车公司包括本田、通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒以及法国雪铁龙等都推出或研制出了产品车或概念样车。
混合动力车并非只停留在概念设计上，而是一款真正意义上的产品车，为了能够对其进行批量生产，则必须对各系统进行试验验证，产品认可。台架试验方案是建立在此目的基础上的。
目前，在国内，基本上都没有能够对混合动力汽车动力总成的耐久性进行有效考核的台架。特别是没有有效的台架能够模拟复杂的道路运行循环工况对混合动力总成进行耐久性考核。
在传统的动力总成耐久性台架试验中，整个动力总成运转在一个比较稳定的工况中，而目前要在传统的动力总成耐久性台架模拟出如NEDC(混合路况)、1015，HFET(模拟市郊或高速公路路况)、FTP(模拟城市路况)这样相对比较复杂的工况，在这些工况中，混合动力总成要循环反复的实现辅助加速、怠速停机/重启、再生制动、巡航充电各种工作模式。要实现这样耐久性考核目标，最主要要面对的问题是在台架控制和动力总成系统控制上做到一致，做到同步。现有的动力总成耐久性台架不能满足上述要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架及测试方法。以达到通过耐久试验台架及测试方法测试包括车辆实际运行中的各种工况，及电机辅助驱动，电机巡航发电，再生制动，怠速停机和启动这五种工况。使得各控制系统间通讯要实时、迅速，要使混合动力汽车动力总成能在各工况间进行准确有效的变换的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架，包括测功机，其特征在于：所述的测功机通过与逆变器电连接的ISG电机与发动机、齿圈相连接；设在齿圈外侧的转速传感器与仪表控制器相连，台架控制系统分别向混合动力控制系统、发动机管理系统、测功机发出测试控制信号；
所述混合动力控制系统通过CAN总线分别与计算机、车身控制器、仪表控制器、与逆变器电连接的电机控制系统、与电池电连接的电池管理系统、与发动机电连接的发动机管理系统实现信号的传输。
混合动力汽车动力总成耐久试验台架，所述的测功机通过飞轮与ISG电机、发动机同轴连接。
混合动力汽车动力总成耐久试验台架，所述的ISG电机还与电机冷却系统相连接。
混合动力汽车动力总成耐久试验台架，所述的测功机输出轴插入飞轮轴承内，其动力输出端面与飞轮一侧端面相连接。
混合动力汽车动力总成耐久试验台架，所述的发动机控制系统与控制油门踏板相连接。
混合动力汽车动力总成耐久试验台架，所述的测功机型号为APA100
混合动力汽车动力总成耐久试验台架，所述的计算机通过CAN总线记录各控制器间交流通讯的数据，并能通过CCP协议记录和标定混合动力系统控制器HCU内存里的数据。
本发明另一个技术方案是，一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架的测试方法，该方法包含下例步骤：
a)设置步骤：用于通过台架控制系统设置试验台架初始工况；
b)启动步骤：1、通过台架控制系统(PUMA)同时发出测功机(1)启动信号，并通过混合动力控制系统(HCU)、发动机管理系统(EMS)发出发动机(4)启动信号，通过混合动力控制系统(HCU)、电机控制系统(MCU)发出ISG电机(3)启动信号，发动机(4)、ISG电机(3)开始运转；2、通过计算机7对混合动力控制系统、电机控制系统发出ISG电机启动信号，ISG电机启动，带动发动机，发动机、ISG电机开始运转；
c)测试步骤1；台架控制系统根据预先设定好的速度曲线和扭矩曲线来控制测功机的运行，并同步输出空档、离合、制动等开关信号给混合动力控制系统，混合动力控制系统通过CAN总线将信号传至发动机管理系统、电机控制系统控制发动机、ISG电机在上述不同工况下的运行；
d)测试步骤2：混合动力控制系统通过CAN总线采集到发动机管理系统的需求扭矩值，根据仪表控制器检测的车速信号，电机控制系统检测的ISG电机的温度信号，根据系统的经济性和动力性，混合动力控制系统进行扭矩分配，发动机管理系统、电机控制系统根据扭矩分配信号对发动机、ISG电机进行相应控制；
e)测试步骤3；根据测试台架测试要求，台架控制系统控制测功机模拟出混合动力汽车在不同路况下实现加速、减速、制动等一系列工况，混合动力控制系统采集车速信号、倒档信号，计算出各工况下的需求，并控制整个混合动力系数实现怠速停机、自动重启、再生制动、ISG电机辅助加速、电机巡航发电等一系列复杂工况。
混合动力汽车动力总成耐久试验台架的测试方法，其特征在于：让整个动力总成循环持续地在混合动力系统工作的工况下运转，比如怠速停机、自动重启、再生制动、ISG电机辅助加速、电机巡航发电等复杂工况。
一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架及测试方法，由于采用上述的结构的测试方法，混合动力控制系统接受来自外部的信号，根据自身的控制策略向发动机管理系统和电机控制系统发出起/停和扭矩需求。台架控制系统(PUMA)根据预先设定好的速度曲线和扭矩曲线来控制测功机的运行，使发动机在预先定义好的工况下运转。电机扭矩和发动机扭矩的分配及电机辅助驱动的扭矩的大小由混合动力控制系统根据发动机转速大小和扭矩需求大小进行控制。通过耐久试验台架及测试方法测试包括车辆实际运行中电机辅助驱动，电机巡航发电，再生制动，怠速停机和启动这五种工况，不仅能够考核整个系统的控制策略，验证其有效性和可靠性，同时还考核了电机系统、电池系统的有效性和耐久性等。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明混合动力汽车动力总成耐久试验台架结构示意图；
图2为混合动力汽车动力总成机械结构示意图；
图3为本发明混合动力汽车动力总成耐久试验台架的测试方法控制方案框图；
图4为图1所示混合动力汽车动力总成耐久试验台架工作流程图；
在图1～图3中，1、测功机；2、电机冷却系统；3、ISG电机；4、发动机；5、转速传感器；6、齿圈；7、计算机；8、逆变器；9、电池；10、CAN总线；11、飞轮；12、飞轮轴承；13、油门踏板。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各控制系统之间的相互位置及连接关系、各系统的作用及工作原理、测试方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，混合动力汽车动力总成耐久试验台架包括发动机4、ISG电机3、电池9、测功机1、四个机械单元，以及EMS(engine management system)发动机管理系统、BMS(battery management srstem)电池管理系统、MCU(motor control unit)电机控制系统、HCU(hybrid control unit)混合动力控制系统、BCM(body controlmodule)车身控制器、ICU(instrument cluster unit)仪表控制器六个控制单元。一个用于记录数据和发出控制信号，修改标定参数作用的计算机7。
混合动力汽车动力总成耐久试验台架，包括测功机1，所述的测功机1通过与逆变器8电连接的ISG电机3与发动机4、齿圈6相连接；设在齿圈6外侧的转速传感器5与仪表控制器ICU相连，台架控制系统PUMA分别向混合动力控制系统HCU、发动机管理系统EMS、测功机1发出测试控制信号；混合动力控制系统HCU通过CAN总线10分别与计算机7、车身控制器BCM、仪表控制器ICU、与逆变器8电连接的电机控制系统MCU、与电池9电连接的电池管理系统BMS、与发动机4电连接的发动机管理系统EMS实现信号的传输。ISG电机3还与电机冷却系统2相连接。台架控制系统(PUMA)根据预先设定好的速度曲线和扭矩曲线来控制测功机1的运行，使发动机4在预先定义好的工况下运转。电机扭矩和发动机扭矩的分配及电机辅助驱动的扭矩的大小由混合动力控制系统HCU根据发动机转速大小和扭矩需求大小进行控制。通过耐久试验台架测试包括车辆实际运行中电机辅助驱动，电机巡航发电，再生制动，怠速停机和启动这五种工况。
参见图2，图2为混合动力汽车动力总成机械结构示意图，所述的测功机1通过飞轮11与ISG电机3、发动机4、齿圈6同轴连接。测功机1输出轴插入飞轮轴承12内，其动力输出端面与飞轮11一侧端面用螺栓相连接。
参见图1、图3、图4，图3为本发明混合动力汽车动力总成耐久试验台架的测试方法控制方案框图；
一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架的测试方法，该方法包含下例步骤：
a)设置步骤：用于通过台架控制系统设置试验台架初始工况；
b)启动步骤：两种启动模式1、通过台架控制系统PUMA同时发出测功机1启动信号，并通过混合动力控制系统HCU、发动机管理系统EMS发出发动机4启动信号，通过混合动力控制系统HCU、电机控制系统MCU发出ISG电机3启动信号，发动机4、ISG电机3开始运转。2、通过计算机7对混合动力控制系统HCU、电机控制系统MCU发出ISG电机3启动信号，ISG电机3启动，带动发动机4，发动机4、ISG电机3开始运转。
c)测试步骤1；台架控制系统PUMA根据预先设定好的速度曲线和扭矩曲线来控制测功机1的运行，并同步输出空档、离合、制动等开关信号给混合动力控制系统HCU，混合动力控制系统HCU通过CAN总线10将信号传至发动机管理系统EMS、电机控制系统MCU控制发动机4、ISG电机3在上述不同工况下的运行。
d)测试步骤2：混合动力控制系统HCU通过CAN总线10采集到发动机管理系统EMS的需求扭矩值，根据仪表控制器ICU检测的车速信号，电机控制系统MCU检测的ISG电机3的温度信号，根据系统的经济性和动力性，混合动力控制系统HCU进行扭矩分配，发动机管理系统EMS、电机控制系统MCU根据扭矩分配信号对发动机4、ISG电机3进行相应控制。
e)测试步骤3；发动机管理系统EMS与控制油门踏板13相连接。根据测试台架测试要求，台架控制系统PUMA控制测功机1模拟出混合动力汽车在不同路况下实现加速、减速、制动等一系列工况，混合动力控制系统(HCU)采集车速信号、倒档信号、空档信号，油门踏板13信号，离合器开关顶部和底部信号、制动踏板信号等，计算出各工况下的需求，并控制整个混合动力系数实现怠速停机、自动重启、再生制动、ISG电机辅助加速、ISG电机巡航发电等一系列复杂工况。
f)判断步骤，判断循环次数是否等于设置步骤设定步骤N，如是返回启动步骤，让整个动力总成循环持续地在混合动力系统工作的工况下运转，比如怠速停机、自动重启、再生制动、ISG电机辅助加速、电机巡航发电等工况。若否，进入结束步骤。
具体地测试参数，如各工况运行的时间，先后次序等，可以根据系统的性质进行特别的考虑。初步设定为一个循环运转60s，一次耐久试验共运行25万次。
Claims (9)
1、一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架，包括测功机(1)其特征在于：所述的测功机(1)通过与逆变器(8)电连接的ISG电机(3)与发动机(4)、齿圈(6)相连接；设在齿圈(6)外侧的转速传感器(5)与仪表控制器(ICU)相连，台架控制系统(PUMA)分别向混合动力控制系统(HCU)、发动机管理系统(EMS)、测功机(1)发出测试控制信号；
所述混合动力控制系统(HCU)通过CAN总线(10)分别与计算机(7)、车身控制器(BCM)、仪表控制器(ICU)、与逆变器(8)电连接的电机控制系统(MCU)、与电池(9)电连接的电池管理系统(BMS)、与发动机(4)电连接的发动机管理系统(EMS)实现信号的传输。
2、根据权利要求1所述的混合动力汽车动力总成耐久试验台架，其特征在于：所述的测功机(1)通过飞轮(11)与ISG电机(3)、发动机(4)、齿圈(6)同轴连接。
3、根据权利要求2所述的混合动力汽车动力总成耐久试验台架，其特征在于：所述的ISG电机(3)还与电机冷却系统(2)相连接。
4、根据权利要求1或2所述的混合动力汽车动力总成耐久试验台架，其特征在于：所述的测功机(1)输出轴插入飞轮轴承(12)内，其动力输出端面与飞轮(11)一侧端面相连接。
5、根据权利要求1或2所述的混合动力汽车动力总成耐久试验台架，其特征在于：所述的发动机管理系统(EMS)与控制油门踏板(13)相连接。
6、根据权利要求1或2所述的混合动力汽车动力总成耐久试验台架，其特征在于：所述的测功机(1)的型号为APA100.
7、根据权利要求1所述的混合动力汽车动力总成耐久试验台架，其特征在于：所述的计算机(7)通过CAN总线(10)，INCA，与各控制器间实时通讯。
8、一种混合动力汽车动力总成耐久试验台架的测试方法，该方法包含下例步骤：
a)设置步骤：用于通过台架控制系统设置试验台架初始工况；
b)启动步骤：1、通过台架控制系统(PUMA)同时发出测功机(1)启动信号，并通过混合动力控制系统(HCU)、发动机管理系统(EMS)发出发动机(4)启动信号，通过混合动力控制系统(HCU)、电机控制系统(MCU)发出ISG电机(3)启动信号，发动机(4)、ISG电机(3)开始运转；2、通过计算机7对混合动力控制系统(HCU)、电机控制系统(MCU)发出ISG电机(3)启动信号，ISG电机(3)启动，带动发动机(4)，发动机(4)、ISG电机(3)开始运转；
c)测试步骤1；台架控制系统(PUMA)根据预先设定好的速度曲线和扭矩曲线来控制测功机(1)的运行，并同步输出空档、离合、制动等开关信号给混合动力控制系统(HCU)，混合动力控制系统(HCU)通过CAN总线(10)将信号传至发动机管理系统(EMS)、电机控制系统(MCU)控制发动机(4)、ISG电机(3)在上述不同工况下的运行；
d)测试步骤2：混合动力控制系统(HCU)通过CAN总线(10)采集到发动机管理系统(EMS)的需求扭矩值，根据仪表控制器(ICU)检测的车速信号，电机控制系统(MCU)检测的ISG电机(3)的温度信号，根据系统的经济性和动力性，混合动力控制系统(HCU)进行扭矩分配，发动机管理系统(EMS)、电机控制系统(MCU)根据扭矩分配信号对发动机(4)、ISG电机(3)进行相应控制；
e)测试步骤3；根据测试台架测试要求，台架控制系统(PUMA)控制测功机(1)模拟出混合动力汽车在不同路况下实现加速、减速、制动等一系列工况，混合动力控制系统(HCU)采集车速信号、倒档信号、空档信号，油门踏板信号，离合器开关顶部和底部信号、制动踏板信号等，计算出各工况下的需求，并控制整个混合动力系数实现怠速停机、自动重启、再生制动、ISG电机辅助加速、ISG电机巡航发电一系列复杂工况。
9、根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于：让整个动力总成循环持续地在混合动力系统工作的工况下运转，比如怠速停机、自动重启、再生制动、ISG电机辅助加速、电机巡航发电一系列复杂工况。
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