CN104006972A - 一种电动汽车再生制动试验加载机构和加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及再生制动惯性试验台类装置，特别是涉及一种电动汽车再生制动试验加载机构和加载方法。本发明在再生制动惯性试验台制动时，将电机转速信号输入ECU，ECU根据电机转速计算所需加载轴荷，然后换算成步进电机的旋转角度进而控制节流阀的流量；同时控制电磁换向阀换向进而控制液压缸的位移；从而实现对前后轴垂向载荷的自动加载。

Description

一种电动汽车再生制动试验加载机构和加载方法

技术领域

    本发明涉及再生制动惯性试验台类装置，特别是涉及一种电动汽车再生制动试验加载机构和加载方法。

背景技术

整个世界正面临着更严重的能源与环境压力，使得新能源汽车的研究形成了一个世界性的潮流；电动车以其无污染、低能耗的特点成为当今汽车工业发展的新方向，但是续驶里程短是其产业化发展的最大障碍；再生制动是电动车的一大优势，采用再生制动技术可以将车辆原本以机械摩擦制动消耗的能量部分回收再利用，能够有效地提高能量利用率和延长续驶里程；因此，再生制动系统成为研究的重要课题之一；用再生制动试验台模拟电动汽车实际制动工况，可以节约开发成本，缩短开发时间和减少实车试验的危险性等；车辆在道路上实际制动过程中，地面制动力会对整车质心产生俯仰力矩，使制动时车辆前轴载荷增大，后轴载荷减小。中国专利CN103487263A公开了一种电动汽车再生制动惯性试验台加载机构，该发明涉及一种可以模拟实车道路制动过程中前后车轮垂向载荷变化的机械装置，包括驱动系统、受载车轮、对滚轮，机架和设置在机架上的加载机构。该加载机构可以根据不同模拟对象车的轴距和质心高度参数，通过调节杠杆铰链平面与车轮和对滚轮接触平面的相对高度，可以精确模拟实车道路制动过程中前后轴垂向载荷的变化情况。该加载方式为手动加载，不能模拟实车道路制动过程中前后轴垂向载荷的连续变化情况。基于该加载机构，本文提出一种电动汽车再生制动试验加载方法，该方法可以根据整车参数及加载机构制动过程时的电机转速通过调压系统自动调节前后轴垂向载荷的变化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有再生制动惯性试验台前后轴垂向载荷加载的不足而提供一种电动汽车再生制动试验加载方法。

所述加载机构包括加载部分和调压系统。

所述加载部分包括机架、驱动半轴、对滚轮、受载轮、减速器、受载前轮加载轴承座、受载前轮加载杠杆和受载后轮加载杠杆，受载前轮加载轴承座通过螺栓固定在受载前轮加载杠杆上，受载前轮加载杠杆通过加载杠杆铰链固定在机架上；受载后轮加载杠杆通过加载杠杆铰链固定在机架上；驱动半轴与减速器连接，加载部分为现有技术，可参考中国专利CNCN103487263A。

所述调压系统包括电机、液压缸、电磁换向阀、节流阀、步进电机、ECU、溢流阀、液压泵、电动机和油箱；所述液压缸包括第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸。第一液压缸和第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸分别布置在对滚轮和受载轮的两侧，液压缸下端通过液压缸铰链固定在机架上，液压缸活塞杆一端与液压缸内的活塞连接，另一端通过液压缸活塞杆铰链固定在前轮或后轮的加载杠杆上；所述电磁换向阀包括第一电磁换向阀和第二电磁换向阀；所述节流阀包括第一节流阀和第二节流阀；所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；第一液压缸与第四液压缸通过油管与第一电磁换向阀连接，第一电磁换向阀通过油管与第一节流阀连接，第一步进电机与第一节流阀机械连接在一起；第二液压缸与第三液压缸通过油管与第二电磁换向阀连接，第二电磁换向阀通过油管与第二节流阀连接，第二步进电机与第二节流阀机械连接在一起；第一电磁换向阀与第二电磁换向阀通过油管连接在油箱上；第一步进电机、第二步进电机、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀与电机电联接到ECU上；第一节流阀与第二节流阀通过油管连接到液压泵与溢流阀上；液压泵与溢流阀通过油管并联连接到油箱上；所述电动机与液压泵机械连接；所述电机与减速器机械连接。

再生制动惯性试验台工作在制动状态时，调压系统根据电机转速得到前后轴载荷的变化部分，通过控制液压缸活塞杆在垂直方向作直线往复运动实现对前后轴载荷的连续垂向加载。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

根据电动汽车电机不同的转速，ECU可以调节步进电机的转角进而控制节流阀的流量，同时控制电磁换向阀换向从而调节液压缸的位移，实现对再生制动惯性试验台前后轴垂向载荷的自动加载。   

附图说明

       图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的受载前轮受力分析图。

图3是本发明的受载后轮受力分析图。

       图4是实车道路匀速行驶受力分析图。

图5是实车道路制动受力分析图。

       图6是调压系统结构示意图。

   图1中：1、第一液压缸；2、液压缸铰链；3、第二液压缸；4、液压缸活塞杆；5、右对滚轮；6、液压缸活塞杆铰链；7、右受载后轮；8、右受载前轮；9、电机；10、受载前轮加载轴承座；11、第三液压缸；12、第四液压缸；13、受载后轮制动器；14、受载后轮加载杠杆；15、机架；16、左对滚轮；17、左受载后轮；18、左受载前轮；19、驱动半轴；20、减速器；21、受载前轮制动器；22、受载前轮加载杠杆铰链；23、受载前轮加载杠杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明方法作进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示的再生制动惯性试验台加载部分包括：右对滚轮5；右受载后轮7；右受载前轮8；受载前轮加载轴承座10；受载后轮制动器13；受载后轮加载杠杆14；机架15；左对滚轮16；左受载后轮17；左受载前轮18；前轴19；减速器20；受载前轮制动器21；受载前轮加载杠杆铰链22；受载前轮加载杠杆23。

如图5所示的调压系统包括：油箱；电动机；液压泵；溢流阀；第一步进电机；第一节流阀；ECU；第二步进电机；第二节流阀；第一电磁换向阀；第二电磁换向阀；第一液压缸1；液压缸铰链2；第二液压缸3；液压缸活塞杆4；液压缸活塞杆铰链6；第三液压缸11；第四液压缸12和电机9。

第一液压缸1和第二液压缸3分别位于右对滚轮5和右受载轮的两侧，第一液压缸1和第二液压缸3下端分别通过液压缸铰链2固定在机架15上；第一液压缸1和第二液压缸3的活塞杆4一端分别与第一液压缸1和第二液压缸3内的活塞连接，另一端分别通过液压缸活塞杆铰链6固定在右受载前轮8和右受载后轮7的加载杠杆23、14上。

同理，第三液压缸11和第四液压缸12分别位于左对滚轮16和左受载轮的两侧，第三液压缸11和第四液压缸12下端分别通过液压缸铰链2固定在机架15上；第三液压缸11和第四液压缸12的活塞杆4一端分别与第三液压缸11和第四液压缸12内的活塞连接，另一端分别通过液压缸活塞杆铰链6固定在左受载后轮17和左受载前轮18的加载杠杆14、23上。

本发明方法具体为实施方式为：当再生制动惯性试验台开始工作时，电动机驱动液压泵，液压泵从油箱中吸入油液，形成压力油提供给第一节流阀与第二节流阀；与液压泵并联的溢流阀调节系统压力，在系统中起安全保护作用；ECU通过内部程序计算得出受载前后轮加载杠杆的载荷为                                                ,进而换算成第一步进电机与第二步进电机所需转过的角度，ECU将这一信号分别传输到第一步进电机与第二步进电机，第一步进电机进行旋转控制第一节流阀的流量，第二步进电机进行旋转控制第二节流阀的流量；同时，ECU控制第一电磁换向阀与第二电磁换向阀换向；第一电磁换向阀换向使得第一液压缸活塞杆和第二液压缸活塞杆向下移动进而给再生制动惯性试验台前轴进行垂向加载；第二电磁换向阀使得第二液压缸活塞杆和第三液压缸活塞杆向下移动进而给再生制动惯性试验台后轴进行垂向加载。

再生制动惯性试验台工作后，电机与减速器组成的驱动系统通过前轴带动受载前轮旋转，受载前轮带动前轮对滚轮，前轮对滚轮与后轮对滚轮同轴连接，后轮对滚轮带动受载后轮旋转，受载前后轮对滚轮起模拟实车前后轮在路面上滚动的作用，受载轮上均装有制动器；再生制动惯性试验台处于制动状态时，对滚轮制动力会对受载车轮产生力矩，使制动时前轴垂向载荷增大，后轴垂向载荷减小；此时，制动信号传输到ECU，ECU根据电机转速信号计算前后轴载荷的变化部分，进而把前轮加载杠杆的载荷与后轮加载杠杆的载荷分别换算成第一步进电机与第二步进电机所需转过的角度，然后分别把这两个信号传输到第一步进电机和第二步进电机，进而控制第一节流阀与第二节流阀的流量；同时，ECU控制第一电磁换向阀与第二电磁换向阀换向；第一电磁换向阀换向使得第一液压缸活塞杆和第二液压缸活塞杆向下移动增加前轴加载杠杆上的载荷进而给再生制动惯性试验台前轴进行垂向连续加载；第二电磁换向阀使得第二液压缸活塞杆和第三液压缸活塞杆向上移动减少后轴加载杠杆上的载荷进而给再生制动惯性试验台后轴进行垂向连续加载。

本发明方法的原理具体依据如下：

如图1所示，当再生制动惯性试验台工作时，根据传动关系，受载前轮的转速为：

；                                                             ①

-电机转速；

-受载前轮转速；

-减速器传动比。

受载前轮的线速度（即实车的车速）为：

；                                                      ②

-受载前轮角速度；

-受载前轮半径；

结合式①②可得。

如图4所示，为地面对前轮的法向反作用力，为地面对后轮的法向反作用力，、为地面制动力；当汽车匀速行驶时，根据力矩平衡原理，前轮地面法向反作用力为：

；

后轮地面法向反作用力为：

。

如图5所示，当汽车制动时，根据力矩平衡原理，前轮地面法向反作用力为：；

后轮地面法向反作用力为：

；

令，称为制动强度，则可求得地面法向反作用力为：

；

；

综上，实车道路制动过程中前后轴载荷变化的部分为： 

。

-汽车质量；

-汽车重力；

-汽车减速度；

-汽车质心高度；

-汽车质心到前轴中心线的距离；

-汽车质心到后轴中心线的距离；

L-轴距。

当再生制动惯性试验台工作且未制动时，由图2与图3所示，根据力矩平衡关系，前后轮加载杠杆的载荷为：

；

将代入上式可得。

-受载车轮旋转中心到受载车轮加载杠杆铰链的距离；

-受载车轮加载杠杆铰链轴线到受载车轮旋转中心距离；

-对滚轮给前轮的法向反作用力。

再生制动惯性试验台在模拟实车道路制动时，受载前轮加载杠杆的载荷为：

；

后轮加载杠杆的载荷为：

。

    本发明的优选实施方式，在再生制动惯性试验台制动时，将电机转速信号输入ECU，ECU根据电机转速计算所需加载轴荷，然后换算成步进电机的旋转角度进而控制节流阀的流量；同时控制电磁换向阀换向进而控制液压缸的位移；从而实现对前后轴垂向载荷的自动加载。

Claims (6)

1.一种电动汽车再生制动试验加载机构，包括加载部分和调压系统，所述加载部分包括机架、驱动半轴、对滚轮、受载轮、减速器、受载前轮加载轴承座、受载前轮加载杠杆和受载后轮加载杠杆，受载前轮加载轴承座通过螺栓固定在受载前轮加载杠杆上，受载前轮加载杠杆通过加载杠杆铰链固定在机架上；受载后轮加载杠杆通过加载杠杆铰链固定在机架上；驱动半轴与减速器连接，其特征在于：所述调压系统包括电机、液压缸、电磁换向阀、节流阀、步进电机、ECU、溢流阀、液压泵、电动机和油箱；所述液压缸包括第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸；第一液压缸和第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸分别布置在对滚轮和受载轮的两侧，液压缸下端通过液压缸铰链固定在机架上，液压缸活塞杆一端与液压缸内的活塞连接，另一端通过液压缸活塞杆铰链固定在前轮或后轮的加载杠杆上；所述电磁换向阀包括第一电磁换向阀和第二电磁换向阀；所述节流阀包括第一节流阀和第二节流阀；所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；第一液压缸与第四液压缸通过油管与第一电磁换向阀连接，第一电磁换向阀通过油管与第一节流阀连接，第一步进电机与第一节流阀机械连接在一起；第二液压缸与第三液压缸通过油管与第二电磁换向阀连接，第二电磁换向阀通过油管与第二节流阀连接，第二步进电机与第二节流阀机械连接在一起；第一电磁换向阀与第二电磁换向阀通过油管连接在油箱上；第一步进电机、第二步进电机、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀与电机电联接到ECU上；第一节流阀与第二节流阀通过油管连接到液压泵与溢流阀上；液压泵与溢流阀通过油管并联连接到油箱上；所述电动机与液压泵机械连接；所述电机与减速器机械连接。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车再生制动试验加载机构，其特征在于：所述受载轮由左右受载前轮和左右受载后轮组成，所述对滚轮由左对滚轮和右对滚轮组成，第一液压缸和第二液压缸分别位于右对滚轮和右受载轮的两侧，第一液压缸和第二液压缸下端分别通过液压缸铰链固定在机架上；第一液压缸和第二液压缸的活塞杆一端分别与第一液压缸和第二液压缸内的活塞连接，另一端分别通过液压缸活塞杆铰链固定在右受载前轮和右受载后轮的加载杠杆上。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车再生制动试验加载机构，其特征在于：所述受载轮由左右受载前轮和左右受载后轮组成，所述对滚轮由左对滚轮和右对滚轮组成，第三液压缸和第四液压缸分别位于左对滚轮和左受载轮的两侧，第三液压缸和第四液压缸下端分别通过液压缸铰链固定在机架上；第三液压缸和第四液压缸的活塞杆一端分别与第三液压缸和第四液压缸内的活塞连接，另一端分别通过液压缸活塞杆铰链固定在左受载后轮和左受载前轮的加载杠杆上。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车再生制动试验加载机构的加载方法，其特征在于按照如下步骤进行：

当再生制动惯性试验台开始工作时，电动机驱动液压泵，液压泵从油箱中吸入油液，形成压力油提供给第一节流阀与第二节流阀；与液压泵并联的溢流阀调节系统压力，在系统中起安全保护作用；ECU通过内部程序计算得出受载前后轮加载杠杆的载荷为                                                ,进而换算成第一步进电机与第二步进电机所需转过的角度，ECU将这一信号分别传输到第一步进电机与第二步进电机，第一步进电机进行旋转控制第一节流阀的流量，第二步进电机进行旋转控制第二节流阀的流量；同时，ECU控制第一电磁换向阀与第二电磁换向阀换向；第一电磁换向阀换向使得第一液压缸活塞杆和第二液压缸活塞杆向下移动进而给再生制动惯性试验台前轴进行垂向加载；第二电磁换向阀使得第二液压缸活塞杆和第三液压缸活塞杆向下移动进而给再生制动惯性试验台后轴进行垂向加载；

再生制动惯性试验台工作后，电机与减速器组成的驱动系统通过驱动半轴带动受载前轮旋转，受载前轮带动前轮对滚轮，前轮对滚轮与后轮对滚轮同轴连接，后轮对滚轮带动受载后轮旋转，受载前后轮对滚轮起模拟实车前后轮在路面上滚动的作用，受载轮上均装有制动器；再生制动惯性试验台处于制动状态时，对滚轮制动力会对受载车轮产生力矩，使制动时前轴垂向载荷增大，后轴垂向载荷减小；此时，制动信号传输到ECU，ECU根据电机转速信号计算前后轴载荷的变化部分，进而把前轮加载杠杆的载荷与后轮加载杠杆的载荷分别换算成第一步进电机与第二步进电机所需转过的角度，然后分别把这两个信号传输到第一步进电机和第二步进电机，进而控制第一节流阀与第二节流阀的流量；同时，ECU控制第一电磁换向阀与第二电磁换向阀换向；第一电磁换向阀换向使得第一液压缸活塞杆和第二液压缸活塞杆向下移动增加前轴加载杠杆上的载荷进而给再生制动惯性试验台前轴进行垂向连续加载；第二电磁换向阀使得第二液压缸活塞杆和第三液压缸活塞杆向上移动减少后轴加载杠杆上的载荷进而给再生制动惯性试验台后轴进行垂向连续加载。

5.如权利要求4所述的一种电动汽车再生制动试验加载机构的加载方法，其特征在于：所述；-汽车重力、-受载车轮旋转中心到受载车轮加载杠杆铰链的距离；-受载车轮加载杠杆铰链轴线到受载车轮旋转中心距离。

6.如权利要求4所述的一种电动汽车再生制动试验加载机构的加载方法，其特征在于：；；

；-减速器传动比、L-轴距、-受载前轮半径、-汽车质量、-电机转速、t为时间；-汽车质心高度。