CN104236927A - 轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，包括控制系统、数据采集系统、电气系统、供能系统和4套单轮台架；其中每套单轮台架分别包括测试系统、被测系统和台架支撑结构；测试系统包括测功电机、增速器、扭矩传感器和扰性联轴器，增速器上集成了测试换档执行机构；被测系统包括减速器和被测轮毂电机；减速器与扰性联轴器连接；台架支撑结构包括底座，底座上设有测试系统支撑部分和被测系统支撑部分；四个测试系统通过CAN总线形成一个测试系统网络，四个被测系统通过CAN总线形成一个被测系统网络。本发明能够完成轮毂电机四轮独立驱动电动汽车动力系统的联调基本性能试验，也能对单个轮毂电机单独进行性能测试试验。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车试验测试领域，尤其涉及一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架。
背景技术
轮毂电机四轮独立驱动电动汽车必将是未来电动汽车发展的必然方向之一，具有布置简单、低底盘、驱动方式多样性、驱动力矩大、可控性强等优点。轮毂电机是一个将驱动、制动、减速装置集成在一起的动力装置，主要用于四轮独立驱动车辆。轮毂电机四轮独立驱动电动汽车可以实现多种运动形式，如原地转弯、楔形运动，使得其控制策略较为复杂、控制精度较高，但与传统的内燃机四轮独立驱动的车辆存在一定的差异性。对于越野工况，由于地形和路面的复杂性，使得对越野工况的研究更为复杂，而轮毂电机四轮独立驱动电动汽车具有良好的越野性能，使其应用的车辆方向之一。
目前，轮毂电机四轮独立驱动电动汽车主要出于理论研究阶段，而一般采用实车进行试验，使得试验成本较高，且不具备多次利用性和重复性。因此，需要设计单独的试验台架来完成对轮毂电机四轮独立驱动的性能进行测试，同时还要能够对四台轮毂电机进行联调，模拟一般路面工况和越野工况。在此基础上，对不同工况下的轮毂电机四轮驱动系统的控制策略进行初步验证试验。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，能够完成轮毂电机四轮独立驱动系统的各种性能测试和四轮独立驱动联调试验以及各种控制策略的验证试验。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：它包括控制系统、数据采集系统、电气系统、供能系统和4套单轮台架；其中每套单轮台架分别包括测试系统、被测系统和台架支撑结构；
测试系统包括依次连接的测功电机、增速器、第一法兰盘、扭矩传感器、第二法兰盘、轴承座、第三法兰盘和扰性联轴器，增速器上集成了测试换档执行机构；被测系统包括相互连接的减速器和被测轮毂电机；减速器与扰性联轴器连接；
台架支撑结构包括底座，底座由可升降的支撑垫块支撑，底座上设有测试系统支撑部分和被测系统支撑部分；其中测试系统支撑部分包括支撑架和支撑焊合，支撑架底部通过滑块与底座滑动连接，支撑架用于支撑从左到右依次连接的测功电机、增速器、第一法兰盘、扭矩传感器、第二法兰盘、轴承座、第三法兰盘和扰性联轴器，测功电机的左侧底部通过支撑焊合固定在支撑架上，测试系统支撑部分外部设有防护罩，只露出扰性联轴器的右端口；被测系统支撑部分设置在测试系统支撑部分的右边，包括升降支撑块总成，均通过滑块与底座滑动连接，滑动方向与支撑架一致；
控制系统包括测功电机控制器、测功控制单元、被测轮毂电机控制器和被测整车控制器，其中测功控制单元通过测功电机控制器控制测功电机，被测整车控制器通过被测轮毂电机控制器控制被测轮毂电机，测功控制单元还用于控制测试换档执行机构；
数据采集系统用于采集试验所需的所有参数并反馈给控制系统中相应的部分；
电气系统用于给以上系统进行供电，包括低压供电电路和高压供电电路；
供能系统用于给试验台架提供电能，包括动力电池及电池管理系统(BMS)和逆变器(电源)组成。
按上述方案，所述的测功控制单元通过CAN总线与测功电机控制器连接，四台测功控制单元通过CAN总线相互连接，形成一个测试系统网络。
按上述方案，所述的被测整车控制器通过CAN总线与四台被测轮毂电机控制器连接，同时BMS通过CAN总线接入，形成一个被测系统网络。
按上述方案，它还包括两台上位机，分别与测试系统网络和被测试系统网络通过CAN总线连接。
按上述方案，每个测试系统配有一个冷却系统，由测功控制单元控制；每个被测系统配有一个冷却系统，由被测整车控制器控制。
按上述方案，所述的数据采集系统包括外接电流和电压传感器，用于对被测轮毂电机、被测电机控制器和减速器进行动力输出特性、匹配进行分析。
按上述方案，所述的底座为一个由底板、垫板、横衬和纵衬构成的矩形盒体，其中垫板与所述的支撑垫块连接，纵衬上开有通视孔，底板上设有截面为“凸”形的开槽，开槽与所述的滑块匹配。
按上述方案，它还包括附件设备，附件设备包括电子油门踏板、方向盘转角信号模拟装置、打气泵、充电机中的一种或几种。
本发明的有益效果为：
1、本发明能够完成轮毂电机四轮独立驱动电动汽车动力系统的联调基本性能试验，也能对单个轮毂电机单独进行性能测试试验；通过上位机在四台测功控制单元(ECU)中植入相同或不同的阻力矩模拟程序，能够模拟一般工况和部分越野工况下的实时路面负载，在此基础上验证不同工况下的控制策略，对轮毂电机及其控制器和被测整车控制器(VCU)进行初步标定。
2、通过CAN总线，将试验台架形成测试系统和被测试系统两大独立系统；供能部分通过CAN总线将母线电压和母线电流反馈给被测试系统网络；增速器具备四个档位，可通过测功控制单元(ECU)实现自动换挡，增大了被测试部分力矩和转速的范围；两台上位机分别用于控制测试系统网络和被测试系统网络，通过CAN总线交换数据，在上位机上利用软件实现对测功控制单元(ECU)、被测整车控制器(VCU)的控制以及数据的采集、显示、保存。
3.试验台架基于电机对拖式原理，能耗较低，降低了母线电流；供能系统采用动力电池和逆变器(电源)，能够满足长时间的台架测试运行要求。
4、台架安装简便，对场地要求低，被测部件的安装也简单方便；台架还能完成对轮边电机四轮独立驱动电动汽车和电动桥式后轮驱动电动汽车的性能试验测试。
附图说明
图1为本发明一实施例中电气系统原理示意图；
图2为本发明一实施例中信号传递连接示意图；
图3为本发明一实施例中单轮台架测试系统机械结构示意图；
图4为本发明一实施例中单轮台架被测系统机械结构示意图；
图5为本发明一实施例中滑块结构示意图；
图6为本发明一实施例图3中底座细节示意图；
图7为本发明一实施例图4中升降支撑块总成的细节示意图；
图8为本发明一实施例图4中升降支撑块总成的另一细节示意图；
图9为本发明一实施例中整体机械结构示意图；
图10为本发明一实施例中单轮路面负载模拟模块示意图；
图11为本发明一实施例进行工况模拟及联调性能试验的测试原理示意图；
图12为本发明一实施例进行轮毂电机四轮独立驱动性能试验的测试原理图。
1-测功电机-1；2-测功电机控制器-1；3-高压配电柜-1；4-高压配电柜-3；5-测功电机控制器-3；6-测功电机-3；7-增速器-3；8-联轴器；9-减速器-3；10-被测轮毂电机-3；11-被测轮毂电机-4；12-减速器-4；13-联轴器；14-增速器-4；15-测功电机-4；16-测功电机控制器-4；17-高压配电柜-4；18-高压配电柜-2；19-测功电机控制器-2；20-测功电机-2；21-增速器-2；22-联轴器；23-减速器-2；24-被测轮毂电机-2；25-被测轮毂电机-1；26-减速器-1；27-挠性联轴器；28-增速器-1；29-ECU-1；30-ECU-3；31-24V蓄电池；32—DC/DC变换器；33-被测轮毂电机控制器-3；34-高压管理系统；35-被测轮毂电机控制器-1；36-被测轮毂电机控制器-2；37-被测轮毂电机控制器-4；38-VCU；39-BMS；40-ECU-4；41-逆变器(电源)；42-动力电池；43-ECU-2；44-冷却系统-8；45-冷却系统-7；46-冷却系统-6；47-冷却系统-5；48-扭矩传感器；49-换挡执行机构-1；50-冷却系统-1；51-冷却系统-3；52-换挡执行机构-3；53-油门踏板信号；54-扭矩传感器；55-上位机-1；56-上位机-2；57-方向盘转角信号；58-扭矩传感器；59-换挡执行机构-4；60-冷却系统-4；61-冷却系统-2；62-换挡执行机构-2；63-扭矩传感器；64-支撑垫块；65-第一底座；66-立板；67-联接板；68-支撑焊合；69-测功电机三相线；70-防护罩下盖；71-防护罩上盖；72-第一连接端面；73-第二连接端面；74-支架；75-第一法兰盘；76-第二法兰盘；77-轴承座；78-第三法兰盘；79-上联接板；80-下联接板；81-槽形立板；82-第四法兰盘；83-连接盘；84-轮毂电机三相线；85-升降支撑块总成；86-滑块；87-通视孔；88-纵衬；89-底板；90-垫板；91-横衬；92-开槽；93-上固定圈；94-螺杆；95-支撑滑块；96-左侧壁；97-下固定圈；98-底块；99-调节螺母；100-上盖；101-右侧壁；102支撑柱；103-固定滑块；104-第二底座；105-第三底座；106-第四底座；107-整车悬架；108-第五底座；109-第六底座；110-第一套测试系统；111-第一防护罩；112-第一套被测系统；113-第二套被测系统；114-第二防护罩；115-第二套测试系统；116-第三套测试系统；117-第三防护罩；118-第三套被测系统；119-第四套被测系统；120-第四防护罩；121-第四套测试系统；122-温度传感器；123-温度传感器；124-温度传感器；125-转速传感器；126-减速比；127-档位比；128-转速传感器；129-转速传感器；130-电流传感器；131-车速转换单元；132-阻力矩模拟模块；133-温度传感器；134-电压传感器(三相交流)；135-电流传感器(直流母线)；136-电流传感器(三相交流)；137-电压传感器(直流母线)；138-单路路面负载模拟模块-被测轮毂电机-1；139-单路路面负载模拟模块-被测轮毂电机-2；140-单路路面负载模拟模块-被测轮毂电机-3；141-单路路面负载模拟模块-被测轮毂电机-4；142-电流传感器(母线电流)；143-电压传感器(母线电压)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：它包括控制系统、数据采集系统、电气系统、供能系统和4套单轮台架；其中每套单轮台架分别包括测试系统、被测系统和台架支撑结构；
测试系统包括依次连接的测功电机1、增速器28、第一法兰盘75、扭矩传感器48、第二法兰盘76、轴承座77、第三法兰盘78和扰性联轴器27，增速器28上集成了测试换档执行机构49；被测系统包括相互连接的减速器26和被测轮毂电机25；减速器26与扰性联轴器27连接；
台架支撑结构包括底座65，底座65由可升降的支撑垫块64支撑，底座65上设有测试系统支撑部分和被测系统支撑部分；其中测试系统支撑部分包括支撑架和支撑焊合68，支撑架底部通过滑块86与底座65滑动连接，支撑架用于支撑从左到右依次连接的测功电机1、增速器28、第一法兰盘75、扭矩传感器48、第二法兰盘76、轴承座77、第三法兰盘78和扰性联轴器27，测功电机的左侧底部通过支撑焊合68固定在支撑架上，测试系统支撑部分外部设有防护罩(70、71)，只露出扰性联轴器27的右端口；被测系统支撑部分设置在测试系统支撑部分的右边，包括升降支撑块总成85，均通过滑块86与底座65滑动连接，滑动方向与支撑架一致；
控制系统包括测功电机控制器(2、5、16、19)、测功控制单元(29、30、40、43)、被测轮毂电机控制器(33、35、36、37)和被测整车控制器38，其中测功控制单元(29、30、40、43)通过测功电机控制器(2、5、16、19)控制测功电机(1、6、15、20)，被测整车控制器38通过被测轮毂电机控制器(33、35、36、37)控制被测轮毂电机(10、11、24、25)，测功控制单元(29、30、40、43)还用于控制测试换档执行机构(49、52、59、62)；
数据采集系统用于采集试验所需的所有参数并反馈给控制系统中相应的部分；
电气系统用于给以上系统进行供电，包括低压供电电路和高压供电电路；
供能系统用于给试验台架提供电能，包括动力电池42及电池管理系统(BMS)39和逆变器(电源)41。
所述的测功控制单元(29、30、40、43)通过CAN总线与测功电机控制器(2、5、16、19)连接，四台测功控制单元(29、30、40、43)通过CAN总线相互连接，形成一个测试系统网络。
所述的被测整车控制器38通过CAN总线与四台被测轮毂电机控制器(33、35、36、37)连接，同时BMS39通过CAN总线接入，形成一个被测系统网络。
它还包括两台上位机(55、56)，分别与测试系统网络和被测试系统网络通过CAN总线连接。
每个测试系统配有一个冷却系统(50、51、60、61)，由测功控制单元(29、30、40、43)控制；每个被测系统配有一个冷却系统(44、45、46、47)，由被测整车控制器38控制。
所述的数据采集系统包括各种外接电流和电压传感器，用于对被测轮毂电机、被测电机控制器和减速器进行动力输出特性、匹配进行分析。
所述的上位机可以通过应用软件在四台测功控制单元中植入相同或不同的阻力矩模拟程序，用于模拟一般工况和部分越野工况下的实时路面负载。
所述的底座65为一个由底板89、垫板90、横衬91和纵衬88构成的矩形盒体，其中垫板90与所述的支撑垫块64连接，纵衬88上开有通视孔87，底板89上设有截面为“凸”形的开槽92，开槽92与所述的滑块86匹配。
试验台架还包括附件设备，例如电子油门踏板53、方向盘转角信号模拟装置、打气泵、充电机等。
如图1所示，本发明一实施例轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架中电气系统包括高压供电回路和低压供电回路。在高压供电回路中，逆变器电源41或动力电池42将直流高压电能供给高压管理系统34，高压管理系统再将直流电能分配给轮毂电机控制器(33、35、36、37)、高压配电柜(3、4、17、18)、DC/DC变换器32；轮毂电机控制器(33、35、36、37)将直流电能转化为三相交流电能供给相应的4个被测轮毂电机(10、25、24、11)；每台高压配电系统(3、4、17、18)再将直流电能供给测功电机控制器(2、5、16、19)，测功电机控制器(2、5、16、19)将直流电能转换为三相交流电能供给相应的测功电机(1、6、15、20)；DC/DC变换器32将直流高压变换成低压27VDC，用于给24V蓄电池31充电。当测功电机(1、6、15、20)或被测轮毂电机(10、25、24、11)处于发电状态时，所发的三相交流电经过测功电机控制器(2、5、16、19)或被测轮毂电机控制器(33、35、36、37)逆变后，转化为直流电能，经过高压管理系统34可以反馈给动力电池42或逆变器(电源)41。
在低压供电回路中，24V蓄电池将低压电能供给高压管理系统34，高压管理系统34再将低压电能供给被测轮毂电机控制器(33、35、36、37)、高压配电柜(3、4、17、18)、VCU38、BMS39、及被测试系统中的冷却系统(44、45、46、47)；每台高压配电柜(3、4、17、19)将低压电能分配给相应的测功电机控制器(2、5、16、19)、ECU(29、30、40、43)、测试系统冷却系统(50、51、60、61)。
如图2所示，本发明一实施例轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架中各个电气部件之间包括各种信号传递。在测试系统中，每套测功电机总成具备相同的电气信号连接；ECU(29、30、40、43)与测功电机控制器(2、5、16、19)之间通过CAN总线和硬线两种方式连接，ECU(29、30、40、43)可以通过CAN总线或硬线控制测功电机控制器(2、5、16、19)，测功电机控制器(2、5、16、19)通过CAN线或硬线反馈信号给ECU(29、30、40、43)，两者之间有信号交互；扭矩传感器(48、54、58、63)所测扭矩模拟量反馈给相应ECU(29、30、40、43)；ECU(29、30、40、43)控制相应的换挡执行机构(49、52、59、62)的换挡动作，换挡执行机构(49、52、59、62)将相应的档位比127反馈给相应的ECU(29、30、40、43)；ECU(29、30、40、43)控制相应的高压配电柜(3、4、17、18)中接触器开闭，高压配电柜(3、4、17、18)将采集直流输入电流值反馈给ECU(29、30、40、43)；ECU(29、30、40、43)通过相应的温度传感器(122、123)采集相应测功电机(1、6、15、20)和测功电机控制器(2、5、16、19)的温度来控制冷却系统(50、51、60、61)的开关；增速器(28、7、14、21)将测得轴端转速反馈给测功电机控制器(2、5、16、19)；测功电机(1、6、15、20)接受测功电机控制器(2、5、16、19)的控制，并将测得信号反馈给测功电机控制器(2、5、16、19)；四台ECU(29、30、40、43)通过CAN总线与上位机-1(PC)55相连接，形成一个完整的测试系统网络。
在被测试系统中，被测轮毂电机控制器(35、33、37、36)控制被测轮毂电机(25、10、11、24)，被测轮毂电机(25、10、11、24)将测得信号反馈给被测轮毂电机控制器(35、33、37、36)；四台被测轮毂电机控制器(35、33、37、36)与VCU38通过CAN总线连接，VCU38控制四台被测轮毂电机控制器(35、33、37、36)，被测轮毂电机控制器(35、33、37、36)将测得信号反馈给VCU38，两种之间有信号交互；BMS39通过CAN总线与VCU38连接，将测得母线电流和母线电压反馈给VCU38，逆变器(电源)41也通过CAN总线将母线电压和母线电流反馈给VCU38；VCU38控制高压管理系统34中接触器闭合，高压管理系统34将采集相应信号反馈给VCU38；VCU38通过温度传感器(124、133)测得被测轮毂电机(25、10、11、24)和被测轮毂电机控制器(35、33、37、36)的温度来控制冷却系统(44、45、46、47)的开关；上位机-2(PC)56通过CAN总线与VCU38连接，形成一个完整的被测试系统网络。
本实施例中，优先的，冷却系统(44、45、46、47、50、51、60、61)均由冷却风扇和冷却水泵组成，换挡执行机构(49、52、59、62)采用气动换挡。
如图3所示，为本发明一实施例中单轮台架测试系统机械结构示意图，包括第一底座65，第一底座65由可升降的支撑垫块64支撑，第一底座65上设有测功电机支撑部分；其中
测功电机支撑部分包括支撑架和支撑焊合68，支撑架底部通过滑块86与第一底座65滑动连接，支撑架用于支撑从左到右依次连接的测功电机1、增速器28、第一法兰盘75、扭矩传感器48、第二法兰盘76、轴承座77、第三法兰盘78和扰性联轴器27，测功电机1的左侧底部通过支撑焊合68固定在支撑架上，测功电机支撑部分外部设有防护罩，只露出扰性联轴器27的右端口；
本实施例中，优先的，支撑架包括支架74、上联接板79、下联接板80、槽形立板81、立板66和联接板67，立板66通过螺栓和滑块86固定在第一底座65上，联接板67通过螺栓固定在立板66上，支撑焊合68和支架74均通过螺栓固定在联接板67上；三块相同的槽形立板81通过螺栓和滑块86固定在第一底座65上，下联接板80通过螺栓固定在槽形立板81上，上联接板79通过螺栓与下联接板80相连接；测功电机1与增速器28通过第一连接端面72和第二连接端面73集成在一起，增速器28输出轴端通过第一法兰盘75与扭矩传感器48相连，扭矩传感器48另一端通过第二法兰盘76与轴承座77相连接，轴承座77和扰性联轴器27之间通过第三法兰盘78相连接；扰性联轴器27另一端与被第四法兰盘82相连接；测功电机1尾部通过支撑焊合68固定和支撑，增速器28两边通过支架74固定和支撑，保证了测功电机1和增速器28两者安装牢靠；扭矩传感器48和轴承座77均通过螺栓固定在上联接板79上；整个测功电机支撑部分由第一防护罩下盖70将四周罩住，上面与第一防护罩上盖71配合，将整个测功电机支撑部分和测功电机等罩在里面，只将扰性联轴器27另一端露出，提高了台架的安全性能，第一防护罩下盖70和第一防护罩上盖71周边均开有散热装置，如散热片和散热孔；测功电机1通过测功电机三相线69与测功电机控制器2进行高压电连接。
如图4所示，为本发明一实施例中单轮台架被测系统机械结构示意图，包括第二底座104，第二底座104由可升降的支撑垫块64支撑，第二底座104上设有被测轮毂电机支撑部分；其中
两台被测轮毂电机(24、25)和被测减速器(23、26)对置放置；被测轮毂电机25和我被测减速器26集成在一起，被测减速器26另一端与连接盘83连接，连接盘83另一端与第四法兰盘82连接；第四法兰盘82与绕性联轴器27相连接，实现被测系统和测试系统的机械连接；被测轮毂电机25通过固定滑块103与升降支撑块总成85相连；升降支撑块总成85通过滑块86固定在第二底座104上；被测轮毂电机25通过轮毂电机三相线84与被测轮毂电机控制器35实现高压电连接。
本实施例中，所述的底座(65、104、105、106、108、109)如图6所示，为一个由底板89、垫板90、横衬91和纵衬88构成的矩形盒体，其中垫板90与所述的支撑垫块64连接，纵衬88上开有通视孔87，底板89上设有截面为“凸”形的开槽92，开槽92与所述的滑块86(如图5所示)匹配。本实施例中，纵衬88和横衬91通过焊接固定在底板89四周，纵衬88在安装支撑垫块64处开有通视孔87，用于调整支撑垫块64的高度，保证试验台架整体的水平；垫板90通过焊接固定在纵衬88和横衬91的下面，垫板90在安装支撑垫块64处开有圆形孔；底板89开有等间距的“凸”形的开槽92，滑块86位于开槽92中，因此通过选择不同的开槽92可以改变横向距离，轴向距离直接通过滑块86的安装位置调整，可调整轴向距离是连续可变的，且可调范围较大；在底板89和开槽92上涂有润滑油，使得安装时移动快捷方便。
本实施例中，升降支撑块总成41如图7和图8所示，所述的升降支撑块总成由上固定圈93、螺杆94、支撑滑块95、左侧壁96、下固定圈97、底块98、上盖100、右侧壁101、支撑柱102组成。其中底块98、左侧壁96、右侧壁101和上盖100构成一个框形结构；下固定圈97固定在底块98上，上固定圈93固定在上盖100上，螺杆94两端分别通过上下固定圈97、93限位，并且螺杆94顶部有一段外露在上盖100之外并固定有调节螺母99；支撑滑块95套在螺杆94上并通过螺纹与螺杆94连接，固定滑块103通过螺栓与支撑滑块95固定，支撑柱102设置在固定滑块103和支撑滑块95之间，支撑柱102两端分别固定在底块98和上盖100上，支撑滑块95和固定滑块103对应的设有用于固定被测部件的变直径的通孔，用于与被测试部件连接；底块98通过滑块86与底板89滑动连接。
将升降支撑块总成安装在底板89上时，首先滑块86带动底块98滑动。优选的，还可以在底块98上设置与“凸”形的开槽92垂直的长通孔，使得升降支撑块总成可以横向和纵向两个方向进行滑动，滑动到固定位置时，采用螺栓将其固定。
使用时，拧动调节螺母99，使得螺杆94旋转，从而带动支撑滑块95上下运动，与支撑滑块95连接的固定滑块103也上下运动，最终使得被测轮毂电机(25、24、11、10)也上下运动，支撑滑块95的可调高度与螺杆94的攻丝长度相等，其可调高度较大。支撑柱102设置在支撑滑块95和固定滑块103之间，能够使得支撑滑块95和固定滑块103始终朝向固定一侧，而不会随着螺杆94旋转。
如图9所示，为本发明一实施例中整体机械结构示意图，每套测试系统(110、115、116、121)固定在一个单独的底座(65、105、106、109)上；第一套测试系统112和第二套测试系统113共用第二底座104，第三套测试系统118和第四套测试系统119共用第四底座106；每套测试系统(110、115、116、121)和被测系统(112、113、118、119)机械连接部分通过防护罩(111、114、117、120)罩在里面。提高试验台架的安全性能；车辆悬架107所示位置用于试验台架测试四轮轮毂电机驱动系统带有悬架时的安装位置，测试悬架对被测轮毂电机总成驱动影响。
如图10所示，本发明实施例的轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架单轮路面负载模拟示意图。图中以轮毂电机-125的路面负载模拟模块说明四台轮毂电机(25、10、11、24)的路面负载模拟原理，其他三台被测轮毂电机(10、11、24)路面负载模拟与此相同。测试系统中，测功电机控制器2通过温度传感器122和电流传感器130测得的测功电机控制器2的温度和输入直流电流值反馈给ECU29；测功电机1通过温度传感器123和转速传感器128测得的电机转子转速和电机定子温度馈给ECU29；增速器28轴端的转速传感器129测得转速反馈给车速转换单元131和ECU29，ECU29通过测功电机1转子转速和增速器28轴端转速控制换挡执行机构49进行换挡，换挡执行机构49将挡位比127反馈给阻力矩模拟模块132和ECU29；阻力矩模拟模块132通过输入车速转换单元131估算的车速、挡位比127、减速比128估算各个车轮模拟负载阻力，扭矩传感器48将测得实时轴端输出扭矩反馈给ECU29，用以检测估算需求阻力值与实际输出阻力值，形成阻力矩模拟闭环控制，提高各个车轮阻力矩模拟精度。
被测试系统中，轮毂电机25通过温度传感器124和转速传感器125测得电机定子温度和电机转子转速反馈给被测轮毂电机控制器35，被测轮毂电机控制器35通过温度传感器133、电压传感器(三相交流)134、电压传感器(直流母线)135、电流传感器(三相交流)136、电流传感器(直流母线)137测得控制器温度、输入直流电流和电压、输出三相电流和电压均通过自身转化为数字量。
在本发明实施例中，单轮路面模拟模块中，ECU29留有CAN总线接口1，被测轮毂电机控制器35留有CAN总线接口2。
如图11所示，本发明实施例轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架进行工况模拟及联调性能试验的测试原理示意图。该测试原理图主要用于模拟轮毂电机四轮独立驱动电动汽车在不同工况下的各个车轮的实时路面负载，进而验证在此工况下的整车控制策略，进而对轮毂电机(25、10、11、24和VCU38进行初步标定，同时可以通过油门踏板信号53和方向盘转角信号来模拟驾驶员实际路面驾驶、电动汽车在起动工况下动力系统状态。本试验台架能够模拟的一般工况有直线行驶、转弯行驶、最高车速、最大爬坡度、车辆起步等，越野工况有对接路面、对开路面、单轮或多轮腾飞、单轮或多轮失效、雪地路面等。如图4所示的单轮路面负载模拟模块，单路路面负载模拟模块-轮毂电机-1138、单路路面负载模拟模块-轮毂电机-2139单路路面负载模拟模块-轮毂电机-3140、单路路面负载模拟模块-轮毂电机-4141中ECU(29、43、30、40)同CAN总线1与上位机-1(PC)55练成一体，形成测试系统网络，上位机-1(PC)55实现对ECU(29、43、30、40)的控制、编程、数据保存、记录、显示。
单路路面负载模拟模块-轮毂电机-1138、单路路面负载模拟模块-轮毂电机-2139、单路路面负载模拟模块-轮毂电机-3140、单路路面负载模拟模块-轮毂电机-4141中轮毂电机控制器(35、36、33、37)通过CAN总线-2，与VCU38连接在一起，两者之间进行数据传递；电流传感器(母线电流)142和电压传感器(母线电压)143将采集的动力电池42电压和电流反馈给BMS39，BMS通过CAN总线2与VCU38连成一体；逆变器(电源)41将稳定的电压值和实时母线电流通过CAN总线2反馈给VCU38；方向盘转角信号57和油门踏板信号53直接输入VCU38，用于模拟实车路面运行；上位机-2(PC)56与VCU38之间通过CAN总线连接，上位机-2(PC)56实现对VCU38的控制、编程、数据保存、记录、显示。
在本发明实施例中，测试系统网络和被测试系统网络由两台上位机(PC)(55、56)控制，两者通过转速实现闭环控制，用于模拟不同车轮在不同工况下的实时路面负载阻力，以此来调试整车控制策略。
如图12所示，本发明实施例轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架进行轮毂电机四轮独立驱动性能试验的测试原理图。该测试原理主要用于测试四台轮毂电机及其控制器进行联调性能试验、匹配试验、效率试验、一致性试验、瞬态和动态响应比较试验等。在测试系统中，通过ECU(29、30、40、43)使得测功电机控制(2、5、16、19)控制测功电机(1、6、15、20)处于转矩控制模式下；通过上位机-1(PC)55给定四个ECU(29、30、40、43)四个相同或不同的目标转矩使得测功电机(1、6、15、20)输出相应力矩；扭矩传感器(48、54、58、63)将所测得增速器(18、7、14、23)轴端转矩反馈给ECU(29、30、40、43)，用于比较给定目标转速，进而形成输出转矩闭环控制。在此过程中，ECU(29、30、40、43)还能用于控制换挡执行机构(49、52、59、62)的换挡动作执行。
在被测试系统中，VCU38使得轮毂电机控制器(35、33、37、36)控制轮毂电机(25、10、11、24)处于转述控制模式下；通过上位机-2(PC)56给定四个不同或相同的目标转速使得轮毂电机(25、10、11、24)工作在相应转速下；轮毂电机(25、10、11、24)将实时转速反馈给VCU38，用于比较目标转速，进而实现转速闭环控制。在测试中，增速器(28、7、14、21)与减速器(26、9、12、23)通过联轴器(27、8、13、22)连接在一起，使得测试系统和被测试系统两者的输出力矩和速度耦合在一起。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：它包括控制系统、数据采集系统、电气系统、供能系统和4套单轮台架；其中每套单轮台架分别包括测试系统、被测系统和台架支撑结构；
测试系统包括依次连接的测功电机、增速器、第一法兰盘、扭矩传感器、第二法兰盘、轴承座、第三法兰盘和扰性联轴器，增速器上集成了测试换档执行机构；被测系统包括相互连接的减速器和被测轮毂电机，减速器与扰性联轴器连接；
台架支撑结构包括底座，底座由可升降的支撑垫块支撑，底座上设有测试系统支撑部分和被测系统支撑部分；其中测试系统支撑部分包括支撑架和支撑焊合，支撑架底部通过滑块与底座滑动连接，支撑架用于支撑从左到右依次连接的测功电机、增速器、第一法兰盘、扭矩传感器、第二法兰盘、轴承座、第三法兰盘和扰性联轴器，测功电机的左侧底部通过支撑焊合固定在支撑架上，测试系统支撑部分外部设有防护罩，只露出扰性联轴器的右端口；被测系统支撑部分设置在测试系统支撑部分的右边，包括升降支撑块总成，均通过滑块与底座滑动连接，滑动方向与支撑架一致；
控制系统包括测功电机控制器、测功控制单元、被测轮毂电机控制器和被测整车控制器，其中测功控制单元通过测功电机控制器控制测功电机，被测整车控制器通过被测轮毂电机控制器控制被测轮毂电机，测功控制单元还用于控制测试换档执行机构；
数据采集系统用于采集试验所需的所有参数并反馈给控制系统中相应的部分；
电气系统用于给控制系统、数据采集系统、测试系统和被测系统进行供电，包括低压供电电路和高压供电电路；
供能系统用于给电气系统提供电能，包括动力电池及电池管理系统和逆变器。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：所述的测功控制单元通过CAN总线与测功电机控制器连接，四台测功控制单元通过CAN总线相互连接，形成一个测试系统网络。
3.根据权利要求2所述的一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：所述的被测整车控制器通过CAN总线与四台被测轮毂电机控制器连接，同时电池管理系统通过CAN总线接入，形成一个被测系统网络。
4.根据权利要求3所述的一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：它还包括两台上位机，分别与测试系统网络和被测试系统网络通过CAN总线连接。
5.根据权利要求1所述的一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：每个测试系统配有一个冷却系统，由测功控制单元控制；每个被测系统配有一个冷却系统，由被测整车控制器控制。
6.根据权利要求1所述的一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：所述的数据采集系统包括外接电流和电压传感器，用于对被测轮毂电机、被测电机控制器和减速器进行动力输出特性、匹配进行分析。
7.根据权利要求1所述的一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：所述的底座为一个由底板、垫板、横衬和纵衬构成的矩形盒体，其中垫板与所述的支撑垫块连接，纵衬上开有通视孔，底板上设有截面为“凸”形的开槽，开槽与所述的滑块匹配。
8.根据权利要求1所述的一种轮毂电机四轮独立驱动多功能性能试验台架，其特征在于：它还包括附件设备，附件设备包括电子油门踏板、方向盘转角信号模拟装置、打气泵、充电机中的一种或几种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Fu Xiang Inventor after: Wu Sen Inventor after: Long Chengbing Inventor after: Huang Bin Inventor after: Liu Shuai Inventor after: Wang Honglei Inventor after: Wang Yugang Inventor after: Chu Shaowei Inventor after: Wan Jiaqi Inventor before: Fu Xiang Inventor before: Wu Sen Inventor before: Long Chengbing Inventor before: Huang Bin Inventor before: Liu Shuai Inventor before: Wang Honglei Inventor before: Wang Yugang Inventor before: Chu Shaowei |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240116 Address after: 325000 West of Building 2, A1, No. 129 Yangren Road, Yangyi Street, Lucheng District, Wenzhou City, Zhejiang Province Patentee after: Wenzhou Purui Automotive Industry Group Co.,Ltd. Address before: 430070 Hubei Province, Wuhan city Hongshan District Luoshi Road No. 122 Patentee before: WUHAN University OF TECHNOLOGY |