CN102620941B - 一种电动车辆检测及其再生制动能量定量研究试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车辆检测及其再生制动能量定量研究试验台，包括被测车模和数据采集与控制系统；所述被测车模包括动力电池、电机控制器、电机、动力离合器、变速箱、动力制动器、驱动轴、车轮、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置，电能再生装置、路况模拟装置；所述被测车模的电机控制器、电机、动力离合器、动力制动器、驱动轴、车轮、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置、路况模拟装置、电能再生装置均与数据采集与控制系统电连接。本发明具有以下优点：结构简单合理，既能检测电动汽车的性能，又能检测电动汽车在制动过程中的再生制动能量的能力，对电动车辆的设计具有实用价值。

Description

一种电动车辆检测及其再生制动能量定量研究试验台

技术领域

本发明涉及一种既能检测电动汽车的性能，又能检测电动汽车在制动过程中的再生能源的能力的电动车辆检测及其再生制动能量定量研究试验台。

背景技术

电动车辆的范围很广，包括了电动汽车。发展电动汽车是我国汽车产业升级与跨越的突破口，同时对保障能源安全、实施节能减排具有重要意义。电动汽车除了绿色环保外，还有另外一个突出的优点：在汽车实施制动时，电机由原电动机变成发电机，利用汽车制动过程中的部分能量驱动发电机发电，从而再生新的电能予以存储或使用。在电能再生的同时，发电机作为负载，给电动汽车提供了部分制动力，是个两全其美的事情。所以配备了能源再生装置的电动汽车具有良好市场前景，这已经成为国内外研究开发的热点。为了开发出性能优秀的、带有制动再生电能的电动汽车，研究电动汽车的传动与制动系统的性能，定量分析研究电动汽车的制动再生电能量很关键，除了理论上的研究外，实验室的试验台更加重要。在现有的电动汽车试验装置中，基本上都侧重于电动汽车部件试验，其不足之处：忽略了对制动再生电能的检测，或者由于实验装置落后，得到的检测结果距离实际太远，失去了对设计工作的指导意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种对设计工作具有指导作用的，既能检测电动汽车的性能，又能检测电动汽车在制动过程中的再生能源的能力的电动车辆检测及其再生制动能量定量研究试验台。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：所述试验台包括被测车模和数据采集与控制系统；所述被测车模包括动力电池、电机控制器、电机、动力离合器、变速箱、动力制动器、驱动轴、车轮、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置，电能再生装置、路况模拟装置；所述被测车模的电机控制器、电机、动力离合器、动力制动器、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置、路况模拟装置、电能再生装置均与数据采集与控制系统电连接。

所述车辆惯性模拟装置包括组合式的飞轮和转速转矩传感器；所述飞轮安装在变速箱和动力制动器之间；所述转速转矩传感器与变速箱的输出轴连接，转速转矩传感器的信号输出端与数据采集与控制系统电连接，选配不同质量的飞轮，模拟出电动车行驶时的惯性。

所述制动模拟装置包括电机、电机控制器、制动踏板、制动步进电机、调速电机、磁粉离合器、变速器、动力制动器构成四套机构：制动踏板和制动步进电机构成表达驾驶员意图的制动指示机构；电机在电动车制动时在电机控制器的配合下由电动机转变为发动机构成电制动机构；调速电机、磁粉离合器、变速器和车轮构成驱动轮制动机构；动力制动器构成从动轮制动机构；制动步进电机、调速电机、磁粉离合器、动力制动器均与数据采集与控制系统电连接，变速器与车轮连接，制动步进电机的输出轴与制动踏板的转动轴连接，动力制动器连接在飞轮与驱动轴 之间；数据采集与控制系统根据制动指示机构的信号，将制动力优先考虑电制动机构前提下、剩余的制动力合理分配给驱动轮制动机构和从动轮制动机构。

所述加速模拟装置包括加速踏板和加速步进电机，加速踏板和加速步进电机均与数据采集与控制系统电连接，加速步进电机的转动轴与加速踏板的转动轴连接，数据采集与控制系统传输加速指令给加速步进电机，加速步进电机的输出轴转动并带动加速踏板转动，模拟出驾驶员的加速意图和特性及参数。

所述路况模拟装置包括调速电机、磁粉离合器、变速器，变速器和车轮连接，调速电机和磁粉离合器均与数据采集与控制系统电连接；数据采集与控制系统控制调速电机的启动、停止、加速或者减速，同时，数据采集与控制系统调节磁粉离合器的电流改变其扭矩传递的比例；所述调速电机运行时，其扭矩通过磁粉离合器以0-100%的比例传递给变速器，模拟出不同附着系数的路面；所述动力制动器能够模拟出电动车行驶时的滚动阻力和坡度阻力，以及制动时从动轮的地面制动力。

所述电能再生装置包括电机、直直转换器、电机控制器、超级电容、动力电池，电机控制器、直直转换器、超级电容、动力电池均与数据采集与控制系统电连接，直直转换器与电机控制器和超级电容电连接；在制动工况时，所述数据采集与控制系统通过电机控制器将电机）从电动机变换成发电机，发出的电能通过电机控制器和直直转换器传输到超级电容或/和动力电池存储，然后超级电容再将电能传输给电机或/和动力电池。

所述动力离合器采用电磁离合器；所述动力制动器采用磁粉制动器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：结构简单合理，既能检测电动汽车的性能，又能检测电动汽车在制动过程中的再生能源的能力，对电动车辆的设计具有实用价值。

附图说明

附图1为本发明一实施例构造示意图。

图中：1-加速踏板，2-电机，3-加速步进电机，4-数据采集与控制系统，5-制动踏板，6-制动步进电机，7-调速电机，8-磁粉离合器，9-变速器，10-车轮，11-驱动轴，12-动力制动器，13-飞轮，14-转速转矩传感器，15-变速箱，16-动力离合器，17- 直直转换器，18-电机控制器，19-超级电容，20-动力电池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参照附图，所述试验台主要分为被测车模和数据采集与控制系统4两大部分。

1、被测车模：

所述被测车模包括动力电池20、电机控制器18、电机2、动力离合器16、变速箱15、动力制动器12、驱动轴11、车轮10、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置，电能再生装置、路况模拟装置；所述被测车模的电机控制器18、电机2、动力离合器16、动力制动器12、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置、路况模拟装置、电能再生装置均与数据采集与控制系统4电连接。

（1）车辆惯性模拟装置：所述车辆惯性模拟装置包括组合式的飞轮13和转速转矩传感器14；所述飞轮13安装在变速箱15和动力制动器12之间；所述转速转矩传感器14与变速箱15的输出轴连接，转速转矩传感器14的信号输出端与数据采集与控制系统4电连接，选配不同质量的飞轮13，模拟出电动车行驶时的惯性。

（2）制动模拟装置：所述制动模拟装置包括电机2、电机控制器18、制动踏板5、制动步进电机6、调速电机7、磁粉离合器8、变速器9、动力制动器12构成四套机构：制动踏板5和制动步进电机6构成表达驾驶员意图的制动指示机构；电机2在电动车制动时在电机控制器18的配合下由电动机转变为发动机构成电制动机构；调速电机7、磁粉离合器8、变速器9和车轮10构成驱动轮制动机构；动力制动器12构成从动轮制动机构；制动步进电机6、调速电机7、磁粉离合器8、动力制动器12均与数据采集与控制系统4电连接，变速器9与车轮10连接，制动步进电机6的输出轴与制动踏板5的转动轴连接，动力制动器12连接在飞轮13与驱动轴11之间；数据采集与控制系统4根据制动指示机构的信号，将制动力优先考虑电制动机构前提下、剩余的制动力合理分配给驱动轮制动机构和从动轮制动机构。

（3）加速模拟装置：所述加速模拟装置包括加速踏板1和加速步进电机4，加速踏板1和加速步进电机3均与数据采集与控制系统4电连接，加速步进电机3的转动轴与加速踏板1的转动轴连接，数据采集与控制系统4传输加速指令给加速步进电机3，加速步进电机3的输出轴转动并带动加速踏板1转动，模拟出驾驶员的加速意图和特性及参数。

（4）路况模拟装置：所述路况模拟装置包括调速电机7、磁粉离合器8、变速器9，变速器9和车轮10连接，调速电机7和磁粉离合器8均与数据采集与控制系统4电连接；数据采集与控制系统4控制调速电机7的启动、停止、加速或者减速，同时，数据采集与控制系统4调节磁粉离合器8的电流改变其扭矩传递的比例；所述调速电机7运行时，其扭矩通过磁粉离合器8以0-100%的比例传递给变速器9，模拟出不同附着系数的路面；所述动力制动器12能够模拟出电动车行驶时的滚动阻力和坡度阻力，以及制动时从动轮的地面制动力。

（5）电能再生装置：

所述电能再生装置包括电机2、直直转换器17、电机控制器18、超级电容19、动力电池20，电机控制器18、直直转换器17、超级电容19、动力电池20均与数据采集与控制系统4电连接，直直转换器17与电机控制器18和超级电容19电连接；在制动工况时，所述数据采集与控制系统4通过电机控制器18将电机2从电动机变换成发电机，发出的电能通过电机控制器18和直直转换器17传输到超级电容19或/和动力电池20存储，然后超级电容19再将电能传输给电机2或/和动力电池20。

所述动力离合器16采用电磁离合器；所述动力制动器12采用磁粉制动器。

2、数据采集与控制系统4：为本发明试验台的核心，安装专用软件后，既发出试验指令，又实时采集各种传感器的信号进行处理，采用现有技术的技术和产品，包括计算机、专用软件和相应的传感器采集装置。

在实施例中，所述加速踏板1、电机2、加速步进电机3、制动踏板5、制动步进电机6、调速电机7、磁粉离合器8、变速器9、车轮10、驱动轴11、磁粉制动器、组合式的飞轮13、转速转矩传感器14、变速箱15、电磁离合器、直直转换器17、电机控制器18、超级电容19、动力电池20均采用现有技术的或者产品。

工作原理：分为行驶和制动两类工况。

行驶工况：检测电动车辆的行驶性能。

按下数据采集与控制系统4的行驶按钮，在数据采集与控制系统4的控制下，电机控制器18将电机2与动力电池4接通，接合动力离合器16，松开动力制动器12，电机2转动，电机2的动力经过动力离合器16、变速箱15、飞轮13、驱动轴10传递到两个对称布置在驱动轴10两侧的车轮10。车轮10旋转，电动车处于行驶状态。然后，安装在数据采集与控制系统4中的程序启动加速模拟装置，即：数据采集与控制系统4启动加速步进电机3，加速步进电机3带动加速踏板1转动，模拟驾驶员加大油门，加速踏板1转动产生不同的角速度和角加速度，模拟出驾驶员加速缓急的意图。飞轮13为组合式惯性飞轮，不同的组合代表不同的汽车惯量，能够模拟出加速阻力。动力制动器12能够模拟滚动阻力、空气阻力和坡度阻力。驱动轴11含有差速机构，把动力分配给两个车轮10。转速转矩传感器14的转速信号以一定的比例关系代表车轮转速，其转矩信号就是汽车行驶时的总阻力力矩。数据采集与控制系统4包括计算机和专用软件，按照事先设定的工况及其有关模拟参数，程序启动试验后，能够记录实时数据，最后给出检测结果。

制动工况：检测电动车辆的制动性能以及再生发电的定量测试。

接行驶工况，按下数据采集与控制系统4的制动按钮，指令电机控制器18给电机2切断电源，电机控制器18将电机2由电动机变换成发电机，同时，启动制动步进电机6工作，制动步进电机6带动制动踏板5转动产生的角速度和角加速度，模拟出驾驶员制动轻重缓急的意图, 数据采集与控制系统4根据设定的程序和参数，采取电制动，或电制动和机械联合制动方式。电机控制器18接通发电机与直直转换器17的通路到超级电容19或/和动力电池20，一旦发电机产生电能，电能经过电机控制器18、直直转换器17存储到超级电容19或/和动力电池20，有电能产生就产生再生电制动力。

在不同的制动意图下，制动过程有以下情况发生：

 只需要电制动即可，即：再生电制动力就能够满足制动要求，此时，电机2在发电的同时产生制动所需的力矩。

② 需要联合制动，即：再生电制动力不能满足制动要求时，直流调速电机7通过磁粉离合器8至变速箱9给车轮10提供反向力矩来补充所需的制动力，这部分制动力是根据电-机或液制动力分配策略确定，即：数据采集与控制系统4能够计算出磁粉离合器8的分担的制动力为多少。由于磁粉离合器8输出转矩与激磁电流有良好的线性关系，磁粉离合器8的输出力矩可以通过控制激磁电流的大小来确定。动力制动器12模拟从动轮的地面制动力。

数据采集与控制系统4包括计算机和专用软件按照事先设定的程序启动试验，并记录实时数据，最后给出检测结果。

在上述两个工况下，本试验台通过路况模拟装置模拟出不同路面状况：

（1）所述路况模拟装置的调速电机7和磁粉离合器8均与数据采集与控制系统4电连接；数据采集与控制系统4控制调速电机7的启动、停止、加速或者减速，同时，数据采集与控制系统4调节磁粉离合器8的电流改变其扭矩传递的比例；调速电机7和变速器9之间安装磁粉离合器8，变速器9安装在车轮10上；所述调速电机7运行时，数据采集与控制系统4调节磁粉离合器8的电流，使调速电机7的扭矩通过磁粉离合器8以0-100%的比例传递给变速器9和车轮10，模拟出不同附着系数的路面。

（2）所述动力制动器12还能够模拟出电动车行驶时的滚动阻力和坡度阻力。

Claims (8)

1.一种电动车辆检测及其再生制动能量研究试验台，所述试验台包括被测车模和数据采集与控制系统（4）；所述被测车模包括动力电池（20）、电机控制器（18）、电机（2）、动力离合器（16）、变速箱（15）、动力制动器（12）、驱动轴（11）、车轮（10）、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置，电能再生装置、路况模拟装置；所述被测车模的电机控制器（18）、电机（2）、动力离合器（16）、动力制动器（12）、车辆惯性模拟装置、制动模拟装置、加速模拟装置、路况模拟装置、电能再生装置均与数据采集与控制系统（4）电连接；其特征在于：所述车辆惯性模拟装置包括组合式的飞轮（13）和转速转矩传感器（14）；所述飞轮（13）安装在变速箱（15）和动力制动器（12）之间；所述转速转矩传感器（14）与变速箱（15）的输出轴连接，转速转矩传感器（14）的信号输出端与数据采集与控制系统（4）电连接，选配不同质量的飞轮（13），模拟出电动车行驶时的惯性。

2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于：所述制动模拟装置包括电机（2）、电机控制器（18）、制动踏板（5）、制动步进电机（6）、调速电机（7）、磁粉离合器（8）、变速器（9）、动力制动器（12）构成四套机构：制动踏板（5）和制动步进电机（6）构成表达驾驶员意图的制动指示机构；电机（2）在电动车制动时在电机控制器（18）的配合下由电动机转变为发动机构成电制动机构；调速电机（7）、磁粉离合器（8）、变速器（9）和车轮（10）构成驱动轮制动机构；动力制动器（12）构成从动轮制动机构；制动步进电机（6）、调速电机（7）、磁粉离合器（8）、动力制动器（12）均与数据采集与控制系统（4）电连接，变速器（9）与车轮（10）连接，制动步进电机（6）的输出轴与制动踏板（5）的转动轴连接，动力制动器（12）连接在飞轮（13）与驱动轴 （11）之间；数据采集与控制系统（4）根据制动指示机构的信号，将制动力优先考虑电制动机构前提下、剩余的制动力合理分配给驱动轮制动机构和从动轮制动机构。

3.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于：所述加速模拟装置包括加速踏板（1）和加速步进电机（3），加速踏板（1）和加速步进电机（3）均与数据采集与控制系统（4）电连接，加速步进电机（3）的转动轴与加速踏板（1）的转动轴连接，数据采集与控制系统（4）传输加速指令给加速步进电机（3），加速步进电机（3）的输出轴转动并带动加速踏板（1）转动，模拟出驾驶员的加速意图和特性及参数。

4.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于：所述路况模拟装置包括调速电机（7）、磁粉离合器（8）、变速器（9），变速器（9）和车轮（10）连接，调速电机（7）和磁粉离合器（8）均与数据采集与控制系统（4）电连接；数据采集与控制系统（4）控制调速电机（7）的启动、停止、加速或者减速，同时，数据采集与控制系统（4）调节磁粉离合器（8）的电流改变其扭矩传递的比例；所述调速电机（7）运行时，其扭矩通过磁粉离合器（8）以0-100%的比例传递给变速器（9），模拟出不同附着系数的路面；所述动力制动器（12）能够模拟出电动车行驶时的滚动阻力和坡度阻力，以及制动时从动轮的地面制动力。

5.根据权利要求3所述的试验台，其特征在于：所述路况模拟装置包括调速电机（7）、磁粉离合器（8）、变速器（9），变速器（9）安装在车轮（10）上，调速电机（7）和磁粉离合器（8）均与数据采集与控制系统（4）电连接；数据采集与控制系统（4）控制调速电机（7）的启动、停止、加速或者减速，同时，数据采集与控制系统（4）调节磁粉离合器（8）的电流改变其扭矩传递的比例；所述调速电机（7）运行时，其扭矩通过磁粉离合器（8）以0-100%的比例传递给变速器（9），模拟出不同附着系数的路面；所述动力制动器（12）能够模拟出电动车行驶时的滚动阻力和坡度阻力，以及制动时从动轮的地面制动力。

6.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于：所述电能再生装置包括电机（2）、直直转换器（17）、电机控制器（18）、超级电容（19）、动力电池（20），电机控制器（18）、直直转换器（17）、超级电容（19）、动力电池（20）均与数据采集与控制系统（4）电连接，直直转换器（17）与电机控制器（18）和超级电容（19）电连接；在制动工况时，所述数据采集与控制系统（4）通过电机控制器（18）将电机（2）从电动机变换成发电机，发出的电能通过电机控制器（18）和直直转换器（17）传输到超级电容（19）或/和动力电池（20）存储，然后超级电容（19）再将电能传输给电机（2）或/和动力电池（20）。

7.根据权利要求3所述的试验台，其特征在于：所述电能再生装置包括电机（2）、直直转换器（17）、电机控制器（18）、超级电容（19）、动力电池（20），电机控制器（18）、直直转换器（17）、超级电容（19）、动力电池（20）均与数据采集与控制系统（4）电连接，直直转换器（17）与电机控制器（18）和超级电容（19）电连接；在制动工况时，所述数据采集与控制系统（4）通过电机控制器（18）将电机（2）从电动机变换成发电机，发出的电能通过电机控制器（18）和直直转换器（17）传输到超级电容（19）或/和动力电池（20）存储，然后超级电容（19）再将电能传输给电机（2）或/和动力电池（20）。

8.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于：所述动力离合器（16）采用电磁离合器；所述动力制动器（12）采用磁粉制动器。

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