CN103645439A - 电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统，包括驾驶员与道路工况模拟子系统、电源子系统、数据采集与分析处理子系统以及轮边电机驱动子系统。驾驶员与道路工况模拟子系统主要用于模拟驾驶员操作以及实际道路工况，并根据汽车整车动力学特性为所研究的电动汽车轮边电机驱动系统提供负载和动作指令；电源子系统为所研究的电动汽车轮边电机驱动系统提供高压直流电能以及各子系统控制单元所需要的低压直流电能；数据采集与分析处理子系统用于其他三个子系统工作状态的监测、数据采集与分析处理；轮边电机驱动子系统是试验研究系统的试验研究对象。本发明实现了电动汽车轮边电机驱动系统的高精度测试和动力协调控制，具有很高的创新性。

Description

电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统，该系统属于电动汽车驱动控制技术研发领域。

背景技术

电动汽车因其节能与环保的优点，成为当前汽车技术和汽车工业可持续发展的研究重点。目前电动汽车主要由单电机进行驱动控制，单电机驱动控制方式相对简单，容易实现；但是，单电机驱动存在明显的缺点，如电机单体的功率比较大，高效率工作区域不能满足整车需要，安装方式受车辆结构制约等。

轮边电机驱动是一种比较先进的驱动方式，它舍弃了传统的减速器、离合器、传动桥等机械传动部件，将电机直接或通过减速器间接安装在车轮上，在动力配置、传动结构、操控性能、能源利用等方面具有独特的技术优势，主要表现在：轮边电机直接驱动车轮，简化了传动机构，使传动效率得以提高；轮边电机的驱动力能够直接控制，操作方便灵活，可以通过合理控制车轮的驱动力实现电子差速，进而提高整车操纵稳定性；此外，轮边电机驱动系统属于多电机驱动系统，可以使整车在动力系统控制、制动能量回馈等方面得到进一步优化。由此可见，轮边电机驱动系统在电动汽车整车结构、整车动力学控制等方面具有明显的优势。而轻量化、集成化、高性能的轮边电机驱动系统将是未来比较理想的一种电动汽车驱动系统。

轮边电机驱动系统布置比较灵活，可以作为轮边电机装配在电动汽车的两个前轮、或两个后轮、或四个车轮，相应的使电动汽车成为前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动，无论是那种驱动方式，都要求两个或四个轮边电机能够实现协调同步控制。轮边电机驱动系统的协调同步控制是当前轮边电机驱动系统研发的重点，也是区别于单电机驱动系统的一项关键技术。也正是因此，与单电机驱动系统相比，利用实车进行实际道路试验来对轮边电机驱动系统进行研究的方法具有试验精度低、研究成本高、可重复性差等严重不足。由此，在实验室里对轮边电机驱动控制系统进行实际道路负载模拟，进而对轮边电机驱动系统进行协调同步控制研究就显得十分重要。目前对电动汽车轮边驱动技术的研究比较少，大部分试验研究系统都是针对单电机，而单电机的试验系统无法满足双电机或多电机对同步协调控制的精确要求。本发明开发了一种适用电动汽车轮边电机驱动控制系统的试验研究系统，不仅能够测试双轮边电机驱动系统的性能，优化轮边驱动系统控制策略，同时还可以模拟驾驶员的驾驶意图以及实际道路工况，因此本发明对电动汽车轮边电机驱动系统的技术研发具有极其重要的意义和价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车轮边电机驱动控制系统的试验研究系统，能够应用于多轮边电机驱动系统相关技术的试验研究。

为达到上述目的，本发明涉及的电动汽车轮边电机驱动系统的试验研究系统可以分为四个子系统：驾驶员与道路工况模拟子系统、电源子系统、数据采集与分析处理子系统以及轮边电机驱动子系统。

该试验研究系统各子系统的情况如下：

驾驶员与道路工况模拟子系统：

包括两台动态测功机及其控制器、一个驾驶操作机构、两台变速器。两台变速器分别通过机械轴和齿轮的啮合与一台测功机的机械输出轴相连接；驾驶操作机构包括油门踏板、制动踏板、挡位组合开关、钥匙开关组成，其中油门踏板和制动踏板的信号为0-5V模拟信号，通过AD转换可以输入到测功机控制器，挡位组合开关和钥匙开关为数字信号，可以直接输入到测功机控制器。测功机可以根据驾驶操作机构的动作状态理解试验人员的操作意图从而实现对驾驶员的驾驶意图的模拟，也可以根据编写好的软件流程直接对驾驶员的驾驶意图进行模拟。此外，测功机及其控制器也可以对实际道路工况进行模拟从而通过减速器为轮边电机提供相应的负载。

电源子系统：

电源子系统包括一个高压直流电源和一个低压直流电源。高压直流电源的输出电压可以调整，同时可以模拟电动汽车蓄电池组的伏安特性，该电源为轮边电机驱动系统提供高压直流电能；低压直流电源的输出电压为24V，为试验研究系统的所有控制单元提供控制所需电源。

数据采集与分析处理子系统：

由CAN通讯网络、主计算机、数据采集分析装置组成。其中CAN通讯网络可以完成驾驶员与道路工况模拟子系统、电源子系统、轮边电机驱动子系统三个子系统与数据采集与分析处理子系统的数据传递；主计算机完成数据的采集、处理分析和存储；数据采集分析装置由分布在电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统中的电压传感器、电流传感器、温度传感器、转矩转速传感器以及功率分析仪组成，可以完成试验过程中各系统工作状态的采集和分析。

轮边电机驱动子系统：

包括两台轮边电机及其控制器。其中两台轮边电机机械轴直接与驾驶员与道路工况模拟子系统的变速器相连，两台轮边电机的交流电能输入端通过电力电缆分别与电机控制器的交流电能输出端相连，电机控制器的直流电能输入端通过电力电缆与电源子系统的高压直流电源输出端相连。

综上所述，本试验研究系统的四个子系统之间存在如下的功能和逻辑关系：驾驶员与道路工况模拟子系统对实际道路工况、驾驶员进行模拟，一方面担当轮边电机驱动子系统的机械负载，另一方面担当“驾驶员”的角色。电源子系统为整个试验研究系统提供正常工作所需要的高压直流电能和控制用的低压直流电能，电源子系统与其他三个子系统存在电气连接。数据采集与分析处理子系统和其他三个子系统之间是数据、信号和运行状态的采集和被采集的关系，它的工作主要是对其他三个子系统的工作情况进行采集、监测和记录，不会对其他三个子系统的工作产生任何影响。轮边电机驱动子系统是试验研究系统的研究对象，它一方面通过机械转动轴与驾驶员与道路工况模拟子系统相连接，另一方面通过电力电缆与电源子系统相连接。这四个子系统功能之间这样的逻辑关系使本试验研究系统具备了功能上的完整性。

本发明与普通的单电机测试系统不同，实现了对轮边电机驱动系统进行试验研究的功能，具有很高的创新性。它可以对轮边电机驱动系统的控制策略、效率和其他性能进行测试和评价，同时也能开展轮边电机驱动系统协调控制等关键技术的研究。

附图说明

图1电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统功能结构框图

图2电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统的组成框图

图3驾驶员与道路工况模拟子系统原理框图

图4数据采集与分析处理子系统原理框图

具体实施方式

参照附图，下面详细叙述本发明的具体实施方式。

如图1，给出了电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统功能结构框图。整个试验研究系统可以分为四个子系统：驾驶员与道路工况模拟子系统、电源子系统、数据采集与分析处理子系统以及轮边电机驱动子系统。图中的连线表示各子系统之间的交互信息的类型和各子系统之间的连接方式。从图中可以看出，驾驶员与道路工况模拟子系统与轮边电机驱动子系统通过机械轴进行连接，同时驾驶员与道路工况模拟子系统为轮边电机驱动子系统提供反映“驾驶员”驾驶意图的控制信号，轮边电机控制器根据此控制信号对轮边电机的输出转矩、转速进行控制。电源子系统通过与其他三个子系统具有电气连接，为其他三个子系统提供正常工作所需要的电能。数据采集与分析处理子系统和其他三个子系统之间是数据、信号和运行状态的采集和被采集的关系，通过信号线与其他三个子系统相连。

如图2，给出了电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统的组成结构，详细地表示了试验研究系统的构成，以及各设备在系统中的布局。从图中可以看出，驾驶员与道路工况模拟子系统中两台测功机及其控制器、两台减速器是相互独立的，无耦合关系。数据采集与分析处理子系统中的两台转速转矩传感器、两台功率分析仪是相互独立的，无耦合关系。作为被试验研究的对象，两台轮边电机及其控制器是相互独立的，无耦合关系。因此本发明既可以同时对两套轮边电机及其控制器进行试验研究，也可以根据研究需要单独对一台轮边电机及其控制器进行试验研究。

如图3，给出了驾驶员与道路工况模拟子系统的原理框图，表示了该子系统的原理结构。从图中可以看出，驾驶操作机构输出油门踏板、制动踏板、挡位组合开关以及钥匙开关信号给测功机控制器，测功机控制器依此完成对驾驶员驾驶意图的模拟，同时控制测功机的动作以及轮边电机驱动子系统的工作。

如图4，给出了数据采集与分析处理子系统原理框图，表示了该子系统的原理结构。从图中可以看出，数据采集与处理计算机对数据的采集来源有四种，测功机控制器的数据信号是模拟量和数字量信号，功率分析仪与计算机通过GPIB接口进行数据通讯，转速和转矩传感器的输出数据是模拟量信号，而计算机对两台轮边电机控制器的数据采集是通过CAN总线实现的。

Claims (3)

1.一种电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统，其特征在于，包括驾驶员与道路工况模拟子系统、电源子系统、数据采集与分析处理子系统以及轮边电机驱动子系统；

驾驶员与道路工况模拟子系统用来模拟“驾驶员”的角色，向试验对象--轮边电机驱动子系统发出驾驶意图信号，同时模拟实际道路工况，为轮边电机驱动子系统提供负载；

电源子系统为所研究的电动汽车轮边电机驱动系统提供高压直流电能以及各子系统控制单元所需要的低压直流电能；

数据采集与分析处理子系统用于其他三个子系统工作状态的监测、数据采集与分析处理；

轮边电机驱动子系统是试验研究系统的试验研究对象，由两台永磁同步电机及其电机控制器组成，电机控制器接收驾驶员与道路工况模拟子系统发出的指令信号，并控制永磁同步电机按指令进行工作。

2.根据权利要求书1所述电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统，其特征在于，驾驶员与道路工况模拟子系统除模拟实际道路工况并作为轮边电机驱动子系统外，还向轮边电机控制器分别发出挡位、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号、网络使能信号、转向信号等，从而使轮边电机驱动子系统执行驱动、制动、前进、倒车、驻车、电子差速、能量回馈等多种动作。

3.根据权利要求书1所述电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统，其特征在于，数据采集与分析处理子系统的组成由CAN通讯网络、主计算机、数据采集分析装置组成。其中CAN通讯网络可以完成驾驶员与道路工况模拟子系统、电源子系统、轮边电机驱动子系统三个子系统与数据采集与分析处理子系统的数据传递；主计算机完成数据的采集、处理分析和存储；数据采集分析装置由分布在电动汽车轮边电机驱动系统试验研究系统中的电压传感器、电流传感器、温度传感器、转矩转速传感器以及功率分析仪组成，可以完成试验过程中各系统工作状态的采集和分析。

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