CN101349611B - 一种并联式混合动力总成的台架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联式混合动力总成的台架系统，利用该台架系统可以检测混合动力汽车动力总成执行混合动力控制单元HCU对发动机和ISG电机的各种工作模式中扭矩分配的情况，所采用的技术方案是：一种并联式混合动力总成的台架系统，包括测功机、控制系统，测功机的输入轴与被测混合动力总成的输出轴相连，控制系统对测功机和混合动力总成进行控制，其特征在于，在所述混合动力总成中，发动机和ISG电机之间还接入一个扭矩传感器。通过扭矩传感器和测功机，可以验证HCU对扭矩的分配。

Description

一种并联式混合动力总成的台架系统

技术领域

本发明属于汽车试验技术，特别涉及一种并联式混合动力总成的台架和台架系统。

背景技术

90年代以来，日本、美国、欧洲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、D-C以及法国雪铁龙等都推出或研制出了产品或概念样车。专家认为在未来十年内，可能有40％的汽车均采用混合动力技术。由于混合动力汽车中至少包括两个互相偶合的动力源，并且具有多种不同的运行模式，在传统汽车上，因为只有一个发动机为动力源，不涉及到多能源的动力分配问题。而在混合动力汽车中，又增加了一条电驱动路线。由于混合动力多能源总成试验的特殊性，以往发动机直接与测功机相连接的台架试验方案己不能满足试验的要求。传统的发动机试验台架己不能满足调试和检测的要求。

人们为了对混合动力总成进行测试设计出一些混合动力汽车的动力系统进行测试的台架，专利号为02147787.3的中国专利《混合动力电动汽车的多能源台架布置方案》就公布了一种混合动力电动汽车的多能源台架布置方案，该方案的主要内容为：A、发动机通过离合器与变速箱连接，主电机联接在变速箱后端，动力通过变速箱后经过差速器双向输出，通过变速机将双向输出合成到一个轴输出，以实现测功机与动力系统的连接；B、发动机节气门控制器ECUI、ISG控制器ECUZ、AMT控制器ECU3、主电机控制器PMU和电源管理系统BMU都与整车控制器联接后，再由台架控制系统向整车控制器发送和接收信号。

该试验台架方案适合于混合动力汽车多能源动力总成，可以用来验证发动机、电动机、变速箱、ISG(Integrated Starter & Generator起动/发电机)、AMT(Antomated Mechanical Transmission机械式自动变速器)、电池、ECU(Electric Control Unit电控单元)、线束等零部件及系统功能。但是，没有对混合动力整车控制器HCU(Hybrid control unit)的扭矩分配进行有效的测试。同时不适合于对并联式混合动力总成进行检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，为了弥补现有汽车混合动力台架及控制系统的不足，设计一种能对HCU的扭矩分配进行测试的并联式混合动力总成的台架系统。

本发明为解决上述技术问题而采用如下的技术方案：一种并联式混合动力总成的台架系统，包括测功机、扭矩传感器、电池系统、控制系统和带有接受被测混合动力总成的动力，模拟汽车底盘的试验台架。

所述测功机安装在所述的试验台架上，其输入轴与安装在该台架上的被测的包括有发动机和ISG电机的混合动力总成的输出轴相连。

所述的扭矩传感器安装在被测混合动力总成中的发动机和ISG电机之间，其具有将被测信号进行A/D转换的输出接口，该接口接所述控制系统。

所述的电池系统安装在所述的试验台架上，包括电池、逆变器，电池通过逆变器接所述ISG电机。

所述控制系统对所述的测功机和被测混合动力总成中各系统进行控制，包括混合动力汽车控制系统中的混合动力控制单元(HCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制单元(MCU)、发动机管理系统(EMS)、局域控制总线(CAN BUS)和混合动力控制系统监测平台；以下混合动力控制单元、电池管理系统、电机控制单元、发动机管理系统和局域控制总线分别以HCU、BMS、MCU、EMS和CAN BUS表示。

所述HCU通过CAN BUS与BMS、MCU、EMS通信，统一管理BMS、MCU、EMS，通过BMS、MCU、EMS分别管理电池系统、ISG电机、发动机的工作；

所述BMS与电池连接，监测并管理电池的工作状态，通过CAN BUS与HCU通信；

所述MCU与所述逆变器相连，利用CAN BUS与HCU通信，通过控制所述逆变器的输出电流和电压控制电机的工作；

所述EMS与所述发动机相接，利用CAN BUS与HCU通信，管理所述发动机的工作；

所述的混合动力控制系统监测平台与所述测功机、所述扭矩传感器、所述HCU通过通信联系。

本发明的积极效果是，由于在混合动力总成中的发动机曲轴和ISG电机输出轴连接处安装了扭矩传感器，能测量出所述发动机的输出扭矩，同时结合测功机测量的总扭矩可以确知ISG电机的扭矩：

电机的输出扭矩＝系统的输出扭矩—发动机的输出扭矩

电机的扭矩可以是正的，表示电机目前出于驱动状态；电机的输出扭矩也可以是负的，表示此时电机正消耗一定的扭矩用来发电。这样就可以验证HCU对扭矩的分配。

对本发明方案进行优化，有如下方案：

在台架系统中增加一台三相功率分析仪，该三相功率分析仪的信号输入端分别连接于所述逆变器的两端的逆变器直流侧(DC-Link)和三相交流输出端，采集DC-Link的电流和电压，和逆变器输出端的三相交流电的电流和电压，该三相功率分析仪的信号输出端与混合动力控制系统监测平台连接，将三相分析仪测得的结果传送到混合动力监测平台。

另外还可以增加一个外部显示存储系统，该显示存储系统的总线与所述汽车控制系统中的局域控制总线相连。

通过对本发明的优选方式对混合动力总成对混合动力总成进行检测，可以HCU的统一控制下，通过CAN BUS与MCU、EMS、BMS通信，统一给ISG电机发动机进行扭矩分配，使电机工作在输出扭矩的状态、输入扭矩的状态，前者还包括由电机单独驱动汽车和同时启动发动机的状态，后者也包括由发动机带动力电机发电和停车制动时回收能量的状态等，并可通过显示存储器对各状态进行显示和存储，这里的显示存储器可以是智能的，能通过与CAN BUS的通信，对HCU的工作进行管理。对混合动力控制策略的调试与标定，通过该台架可以进行混合动力整车控制系统的策略调试，包括启动/停机、再生制动、发电机模式、驱动助力、电池管理、驱动循环中的能量管理，以及多能源控制系统和各子系统对指令执行和发送的可靠性。可对HCU控制系统Map图的标定。通过该台架可以进行HCU控制系统中数据流的标定，包括电机发电、充电指令，以及发动机的工作扭矩、转速等。可进行混合动力启动性能试验。利用该台架可以评定发动机的低温、中温及热机启动性，其中启动性的优劣取决于启动发动机所需的时间。同时还利用三相分析仪机采集到的直流电流、交流电流、直流电压和交流电压信号进行分析，精确记录电机、电池等的运行状态，计算电机的效率。通过在CAN BUS上串接存储显示系统，一般为一台个人计算机，可以方便地记录和显示混合动力总成在怠架上测试时，HCU、MCU、BMS、EMS的工作状态。

下面结合实施例和附图来进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明并联式混合动力总成台架的电气连接图。

图2为本发明控制系统连接图。

图3为本发明的工作流程图。

具体实施方式

实施例图1为本发明一个优选方式的台架的电气连接图，图中发动机、ISG电机与测功机是机械连接，测功机的型号为APA100，扭矩传感器安装在发动机曲轴与ISG电机输出轴上，为了保证ISG电机的工作，跟ISG电机在汽车中正常工作一样，ISG电机上设置有冷却系统，电池通过逆变器与ISG电机电连接，在逆变器的两端设有一个三相功率分析仪，用来测定电机的工作状态，EMS、BMS、MCU分别与发动机、电池、逆变器相连，用以控制和管理发动机、电池以及ISG电机的工作，EMS、BMS、MCU和HCU是通过CAN BUS总线系统进行通信，在CAN BUS总线上外挂一台笔记本电脑，用以显示和存储总线上的数据，并可通过操作系统与HCU进行人工干预，使动力总成完成各种工作模式的任务。测功机、扭矩传感器、三相功率分析仪通过信号线接混合动力控制系统监测平台，混合动力控制系统监测平台通过通信信号线与EMS相连，在平台上可以检测发动机和ISG电机的功率情况，从外部验证HCU分配管理发动机和ISG电机的扭矩和功率分配情况。

如图2所示，为本发明控制系统连接图，并联式混合动力控制系统主要作用是将发动机和ISG电机的扭矩通过矢量合成，在混合动力总成台架测试中为了实现控制策略的验证及可靠性的测试，需要在发动机和电机之间增加一个扭矩传感器，以测量发动机的输出扭矩。同时为了保证动力总成各控制器与台架中的混合动力控制系统监测平台PUMA之间通讯的同步性，PUMA需要将油门信号同时送给测功机及HCU，PUMA与HCU是通过异步通信进行联系的。HCU与EMS、BMS和MCU通过CAN BUS总线通信，测功机在PUMA的控制下测量动力总成的输出扭矩；总输出扭矩减去发动机的输出扭矩，就可以得出电机的扭矩。电机的扭矩可以是正的，表示电机目前出于驱动状态，电池处于放电状态；电机的输出扭矩也可以是负的，表示此时电机正消耗一定的扭矩用来发电，电池是处于充电状态。同时，通过测量出发动机的转速，结合上面的扭矩，就可以算出发动机的功率和电机的功率。

在本实施例混合动力台架测试中，主要通过控制台架上的油门开度、转速、扭矩中两种来控制整个动力总成的运转，如图3所示：

1、当台架控制系统PUMA进入点火/启动时，PUMA系统需要先判断是否进入启动状态还是进入怠速停机状态，如果是进入启动状态，PUMA控制系统将根据发动机的水温、以及电池的SOC和电机的工作状态来判定是否用大电机启动或者用测功机、发动机的启动电机来启动。

2、如果不是进入启动状态，则判断是否处于怠速停机状态，既判断此时油门是否关闭；如果不是进入怠速停机状态，则判断发动机的转速是否大于等于1000rpm，如果发动机的转速大于1000rpm，而且油门开度的变化量Δα>0，则此时混合动力动力总成进入加速状态，ISG电机进行输出扭矩和发动机的输出扭矩合成总扭矩驱动汽车加速。

3、当发动机的转速大于等于3000rpm时，开始减少油门开度，此时油门开度的变化量Δα<0，动力总成进入减速工况，ISG电机吸收扭矩进行发电，混合动力汽车进入再生制动功率回收工况。

4、当油门开度Δα＝0时，动力总成进入巡航工况。如果发动机的转速小于1000rpm，再判断油门开度Δα是否大于0，如果是，则处于启动状态，此时ISG电机的输出扭矩渐渐减小，直到没有扭矩输出；如果油门开度Δα＝0，则动力总成处于怠速状态；

5、如果油门开度Δα<0，则进行怠速停机的判定，如果满足怠速停机条件(油门松开，SOC足够大，发动机水温大于20℃)，动力总成进入怠速停机状态，否则就是发动机处于启动失效状态。

Claims (3)

1.一种并联式混合动力总成的台架系统，包括测功机、控制系统和带有接受被测混合动力总成的动力、模拟汽车底盘的试验台架，所述测功机安装在所述的试验台架上，其输入轴与安装在该台架上的被测的包括有发动机和ISG电机的混合动力总成的输出轴相连，所述控制系统对所述的测功机和被测混合动力总成中各系统进行控制，其特征在于：还包括一个扭矩传感器和电池系统；一个三相功率分析仪，该三相功率分析仪的信号输入端分别连接于所述逆变器的两端的逆变器直流侧和三相交流输出端，采集逆变器直流侧的电流和电压，和逆变器输出端的三相交流电的电流和电压；

所述的扭矩传感器安装在被测混合动力总成中的发动机和ISG电机之间，其具有将被测信号进行A/D转换的输出接口，该接口接所述控制系统；

所述的电池系统包括电池、逆变器，电池通过逆变器接所述ISG电机；

所述的控制系统包括混合动力汽车控制系统中的混合动力控制单元、电池管理系统、电机控制单元、发动机管理系统、局域控制总线和混合动力控制系统监测平台；

所述混合动力控制单元通过局域控制总线与电池管理系统、电机控制单元、发动机管理系统通信，统一管理电池管理系统、电机控制单元、发动机管理系统，通过电池管理系统、电机控制单元、发动机管理系统分别管理电池系统、ISG电机、发动机的工作；

所述电池管理系统与电池连接，监测并管理电池的工作状态，通过局域控制总线与混合动力控制单元通信；

所述电机控制单元与所述逆变器相连，利用局域控制总线与混合动力控制单元通信，通过控制所述逆变器的输出电流和电压控制电机的工作；

所述发动机管理系统与所述发动机相接，利用局域控制总线与混合动力控制单元通信，管理所述发动机的工作；

所述的混合动力控制系统监测平台与所述测功机、所述扭矩传感器、所述混合动力控制单元通过通信联系。

2.根据权利要求1所述的并联式混合动力总成的台架系统，其特征在于：所述的三相功率分析仪的信号输出端与混合动力控制系统监测平台连接。

3.根据权利要求1或2所述的并联式混合动力总成的台架系统，其特征在于：还具有一外部显示存储系统，该显示存储系统的总线与所述汽车控制系统中的局域控制总线相连。

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