CN101377682B - 一种混合动力汽车控制器寿命测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车控制器测试技术领域，具体涉及一种混合动力汽车控制器寿命测试系统。本测试系统包括置于环境仓中的控制器组以及设置有至少一对同轴安装的混合动力电机的测试台架，测试台架上设有与中央控制计算机为电连接的电气接口箱，中央控制计算机通过电气接口箱控制程控电源与控制器组相连，控制器与混合动力电机电连接并一一对应，其中一台混合动力电机工作在发电模式下，与其同轴相连的另一台混合动力电机工作在电动模式下；中央控制计算机传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果。本发明构造简单且节省了测试系统的动力源，还节约了能源，降低了测试成本。

Description

一种混合动力汽车控制器寿命测试系统
技术领域
本发明属于汽车控制器测试技术领域，具体涉及一种混合动力汽车控制器寿命测试系统。
背景技术
混合动力汽车(HEV)因其兼有电动车的低排放优点与内燃机汽车的高比能量优点而越来越受到关注，成为目前阶段竟相研发的新型车辆之一。混合动力汽车控制器的性能将直接影响混合动力汽车的性能和燃油经济性，汽车控制器的寿命也将直接影响混合动力的整车使用寿命。因此在控制器装车之前，通过对控制器的寿命测试和取样分析等手段预估出其潜在工作寿命，提早发现潜在故障和潜在风险，对降低混合动力汽车运行的风险具有重大的现实意义。
以往的寿命测试方式一般采用把控制器直接安装在混合动力样车上直接进行长时间测试，这种方式不但测试数据不能时时纪录，而且每次操作只能对电动模式或发电模式中的一种进行测试，测试过程繁琐且测试成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力汽车控制器寿命测试系统，其不但可以时刻记录测试数据，而且每次测试均可以对控制器的两种模式进行测试，测试过程简单且测试成本低。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种混合动力汽车控制器寿命测试系统，包括中央控制计算机，本测试系统还包括置于环境仓中的控制器组以及设置有至少一对同轴安装的混合动力电机的测试台架，测试台架上设有与中央控制计算机为电连接的电气接口箱，中央控制计算机通过电气接口箱控制程控电源与控制器组相连，控制器与混合动力电机电连接并一一对应，其中一台混合动力电机工作在发电模式下，与其同轴相连的另一台混合动力电机工作在电动模式下；
中央控制计算机通过电缆和通讯总线与所述的控制器进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果；
中央控制计算机还通过通讯总线控制环境仓内的温度和湿度，以及控制电气接口箱中的各种接线端口。
由上述技术方案可知，本发明中中央控制计算机集中控制并监测测试系统中的所有设备，中央控制计算机通过各种通讯总线实现测试指令的发送和测试状态的反馈，控制器置于温、湿度均可控的环境仓中，且程控电源的供电电压也将在一个较宽的范围内波动，因此为控制器的测试提供了良好的条件。由于混合动力电机为成对的同轴安装，且一个工作在电动模式下，另一个工作在发电模式下，此时工作在电动模式下的混合动力电机可以带动工作在发电模式下的混合动力电机转动并发电，因此本发明构造简单且节省了测试系统的动力源，还节约了能源，降低了测试成本。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的背对背的系统结构示意图；
图3是能量再循环装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，两台混合动力电机30同轴安装，每一个电机30均和一个与之相对应的控制器60电连接，中央控制计算机通过电缆和各种通讯总线与测试系统的每个设备进行通讯，发送测试指令并接受回馈的测试数据，保证测试的顺利进行和进行测试结果的数据分析。
同轴连接的混合动力电机30在控制器60的控制下，其中一个运行在电动模式下，另一个运行在发电模式下，这种同轴连接方式不但可以使得控制器60和混合动力电机30的两种运行模式同时可以得到测试，从而加快了测试速度，还利用电动模式下的混合动力电机30作为发电模式下的混合动力电机30的动力源，既减少了测试部件，又节省了测试能量的消耗，显著地降低了生产和测试运行成本。
如图1所示，中央控制计算机10通过CAN总线与被测试的混合动力整车控制器60进行通讯，指令并控制电动模式下的电机和发电模式下的电机按照事先设定好的扭矩-速度曲线进行循环运行，为被测试的控制器60提供不同的电机速度-扭矩负载特性；与此同时，中央控制计算机10通过RS-232串行总线按照事先设定好的温度/湿度循环特性曲线控制环境仓20内的温度和湿度，为控制器60的测试提供必要的温度和湿度条件；所述的中央控制计算机10通过GPIB总线控制程控电源按照事先设定好的输出电压特性曲线输出电压，为控制器60的测试提供必要的电压测试条件。
如图1所示，所述的程控电源包括高压程控电源50a和低压程控电源50b，高压程控电源50a通过公共直流母线与同轴安装的混合动力电机30各自的控制器60直接相连，低压程控电源50b为控制器60的低压系统供电。
所述的高压程控电源50a与所述的控制器组之间设置有使高压程控电源50a为控制器组单向供电的能量再循环装置100。
在本寿命测试系统中，控制器60是成对进行测试的，也即每两个控制器60为一组，其中一个工作在电动模式下，另外一个工作在发电模式下。在测试台架上的两个同轴连接的混合动力电机30，一个工作在电动模式下，另外一个工作在发电模式下，分别作为混合动力整车控制器60的不同模式下的电机负载；在测试过程中，电动模式下的混合动力整车控制器60通过三相电缆与测试台架上的电动模式下的电机30相联，发电模式下的混合动力整车控制器60通过三相电缆与测试台架上的发电模式下的电机30相联，如图1所示；两个混合动力整车控制器60的直流母线直接相连并构成二者的公共直流母线，高压程控电源50a经能量再循环装置100后再通过公共直流母线与同轴安装的混合动力电机30各自的控制器60直接相连，这就构成了本测试系统中的背对背的电气系统结构和机械系统结构。
如图2所示，所谓的背对背结构主要是指两个混合动力电机30背对背的安装在同一根转轴31上，两个电机30任何时候都是同速旋转，转轴31的一端设置有飞轮32，此飞轮32设置在转轴31的端部并旋转时，不会产生偏心等运动状况，而且由于飞轮32具有一定的转动惯量，有利于对混合动力电机30和控制器60的测试；此外系统中的电动模式下的控制器60及电机30和发电模式下的控制器60及电机30从电气上也是一种背对背结构。
在本测试系统工作时，中央控制计算机10控制高压程控电源50a输出高压直流电，通过能量再循环装置100给混合动力整车控制器60的公共直流母线供电，此时中央控制计算机10通过CAN总线控制电动模式下的混合动力整车控制器60按照预先设定好的速度/扭矩曲线特性去驱动测试台架上的电动模式电机30，电动模式下的电机30旋转同时又带动同轴的发电模式下的电机30以相同的速度进行转动，发电模式下的电机30的转动可以通过发电模式下的混合动力整车控制器60整流发电，发出来的直流电会直接送到两个控制器60的公共直流母线上，这部分发出来的电能直接回馈到电动模式下的混合动力整车控制器60的直流母线端，为电动模式下的混合动力整车控制器60和电动模式下的电机30提供一部分电能，构成了一套能量循环利用的测试系统。
系统中的能量再循环装置100，主要作用是允许高压程控电源50a单方向为控制器60供电，而发电模式下的电机30发出来的电能不会回流到高压程控电源50a上，从而对高压程控电源50a起到保护作用，同时保证发电模式下的电机30发出来的电能最大限度的回馈到电动模式下的控制器60和电机30上，从而降低整个测试系统的能耗。
作为本发明的优选方案，所述的能量再循环装置100包括晶体管T1和电容器C1，晶体管T1的发射极一边与所述的控制器60的正极相连，另一边依次通过二极管D1的负极、正极与高压程控电源50a的正极相连；晶体管T1的基极依次通过电阻R1和二极管D2的正极、负极与高压程控电源50a的正极相连；晶体管T1的集电极通过电阻R2分别与高压程控电源50a的负极以及控制器60的负极相连；电容器C1的两端分别与控制器60的正极和负极相连。
本文中我们定义位于高压程控电源50a的一端为能量再循环装置100的输入端，发电模式下的控制器60的一端为能量再循环装置100的输出端，如图3所示，当能量再循环装置100的输入端的电压比输出端的电压高时，所述的单向二级管D1保证了电流仅能从输入端流向输出端，而反方向的电流则会被截止；当输入端与输出端之间的电压相等时，则能量再循环装置100中没有电流流动；当输出端的电压比输入端的电压高时，能量再循环装置100中的晶体管T1导通，使得输出端的电压施加在功率电阻R2上，晶体管T1、功率电阻R2以及电容器C1构成的支路将起到调节输出端电压的作用。
由上述可知，当发电模式下的电机30发出来的电压过高时，且超过能量再循环装置100输入端的电压的某一定值时，能量再循环装置100会自动把输出端的电压调节至某一恒定值，此恒定值接近能量再循环装置100的输入端的电压。因此可以实现发电模式下的电机30发出来的电能最大限度的回馈到电动模式下的控制器60和电机30上，从而降低整个测试系统的能耗。
控制器60和混合动力电机30的运行有两种模式，一种为发电模式，另一种为电动模式，而电动模式又细分为速度模式和扭矩模式。在本测试系统中，处于电动模式状态下的控制器60和混合动力电机30既可以选择速度模式，也可以选择扭矩模式；模式选定以后，控制器60便会按照预先设定好的速度或扭矩曲线特性去驱动测试台架上的电动模式电机30运转并展开测试。
作为本发明进一步的优选方案，如图1所示，所述的混合动力电机30通过控制器60与可控负载90为电连接，可控负载90与电气接口箱40为电连接。
处于发电模式下的控制器60输出的直流电可以通过安装在测试台架上的可控负载90消耗掉，中央控制计算机10通过电气接口箱40选择连接到控制器直流侧的可控负载90的电阻大小，从而可以控制并测试工作在发电模式下的控制器60的电气负载特性。
所述的寿命测试系统中控制器60的温度/湿度/供电电压/负载交变的测试时间至少为1000小时。
上述时间的测试相当于控制器60在车上正常使用9年的时间，从而可以使本系统的测试结果有一个可以评判的基准，同时也使人们对控制器60在汽车的使用寿命期间的整体状况有了清楚的了解。
作为本发明更进一步的优选方案，所述的高压程控电源50a与所述的控制器组之间设置有安全保护继电器51，安全保护继电器51与电气接口箱40为电连接。
作为本发明的优选方案，所述的寿命测试系统中还设置有受中央控制计算机10控制的电机冷却系统70和控制器热交换系统80。
上述电机冷却系统70和控制器热交换系统80可以使混合动力电机30以及控制器60运行在较好的状态条件下，从而有助于本测试系统的顺利实施。所述的中央控制计算机10通过RS-485串行总线对电机冷却系统70和控制器热交换系统80进行控制。
作为本发明进一步的优选方案，所述的混合动力电机30上设置有超速保护装置31，超速保护装置31与安全保护继电器51为电连接。
超速保护装置31有助于进一步保护混合动力电机30的稳定运行。
综上所述，在本测试系统中，中央控制计算机10担任系统的上位机，负责发出各种测试指令，并负责对系统种各种状态参数进行检测和对比，混合动力整车控制器60在系统中是被测试对象，同时也是系统中的下位机，主要执行来自中央控制计算机10的各种操作指令，同时能够把自身监测到的状态反馈给中央控制计算机10。中央控制计算机10能够根据系统的状态，任意选择任何数量的测试台架及相匹配的一对控制器60接受寿命测试，也可以把任意一个有故障的测试台架和相匹配的一对控制器60从测试系统隔离出来，不影响其他控制器60和测试台架进行正常测试。
如前所述，中央控制计算机10不仅通过电缆和各种通讯总线控制环境仓20、控制器60、混合动力电机30、电机冷却系统70以及控制器热交换系统80，为测试提供各种外部条件，中央控制计算机10还通过电气接口箱40，对控制器60、大功率可控负载90、安全保护继电器51等装置的各种端口进行驱动控制。同时中央控制计算机10通过各种通讯接口和各种信号采集单元，对系统中各种状态进行监测，并采集纪录必要的测试数据。以上各种测试条件按照一定的规律同时运行，能够模拟混合动力整车控制器60实际运行的各种外围条件，共同构成了一套混合动力整车控制器的寿命测试系统，实现对混合动力整车控制器的潜在寿命进行测试。

Claims (9)

1.一种混合动力汽车控制器寿命测试系统，包括中央控制计算机(10)，其特征在于：本测试系统还包括置于环境仓(20)中的控制器组以及设置有至少一对同轴安装的混合动力电机(30)的测试台架，测试台架上设有与中央控制计算机(10)为电连接的电气接口箱(40)，中央控制计算机(10)通过电气接口箱(40)控制程控电源与控制器组相连，控制器(60)与混合动力电机(30)电连接并一一对应，其中一台混合动力电机(30)工作在发电模式下，与其同轴相连的另一台混合动力电机(30)工作在电动模式下；
中央控制计算机(10)通过电缆和通讯总线与所述的控制器(60)进行通讯，传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果；
中央控制计算机(10)还通过通讯总线控制环境仓(20)内的温度和湿度，以及控制电气接口箱(40)中的各种接线端口；
所述的程控电源包括高压程控电源(50a)和低压程控电源(50b)，高压程控电源(50a)通过公共直流母线与同轴安装的混合动力电机(30)各自的控制器(60)直接相连，低压程控电源(50b)为控制器(60)的低压系统供电。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的中央控制计算机(10)通过CAN总线与所述的控制器(60)进行通讯，通过RS-232总线与环境仓(20)进行通讯，通过GPIB总线对程控电源进行控制。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的寿命测试系统中还设置有通过RS-485总线与中央控制计算机(10)相连接的电机冷却系统(70)和控制器热交换系统(80)。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的混合动力电机(30)通过控制器(60)与可控负载(90)为电连接，可控负载(90)与电气接口箱(40)为电连接。
5.根据权利要求1所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的寿命测试系统中控制器(60)的温度/湿度/供电电压/负载交变的测试时间至少为1000小时。
6.根据权利要求1所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的高压程控电源(50a)与所述的控制器组之间设置有使高压程控电源(50a)为控制器组单向供电的能量再循环装置(100)。
7.根据权利要求1所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的高压程控电源(50a)与所述的控制器组之间设置有安全保护继电器(51)，安全保护继电器(51)与电气接口箱(40)为电连接。
8.根据权利要求1或5所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的混合动力电机(30)上设置有超速保护装置(31)，超速保护装置(31)与安全保护继电器(51)为电连接。
9.根据权利要求6所述的混合动力汽车控制器寿命测试系统，其特征在于：所述的能量再循环装置(100)包括晶体管和电容器，晶体管的发射极一边与所述的控制器(60)的正极相连，另一边依次通过二极管D1的负极、正极与高压程控电源(50a)的正极相连；其基极依次通过电阻R1和二极管D2的正极、负极与高压程控电源(50a)的正极相连；其集电极通过电阻R2分别与高压程控电源(50a)的负极以及控制器(60)的负极相连；电容器的两端分别与控制器(60)的正极和负极相连。
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