CN107505141B - 新能源汽车动力总成的测试设备和测试方法 - Google Patents

新能源汽车动力总成的测试设备和测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车动力总成及其测试设备和测试方法。所述测试设备包括:水涡流测功机;测功电机,所述测功电机的输出轴通过第一联轴器与所述水涡流测功机相连,且所述测功电机的输入轴通过第二联轴器与被测的动力总成相连;控制系统,所述控制系统包括主控制器、与所述主控制器通信连接的电力测功控制器和水力测功控制器,电力测功控制器与测功电机控制器、以及被测动力总成通信连接,水力测功控制器与水涡流测功机通信连接;供电系统,所述供电系统为测功电机供电并回收电能。根据本发明实施例的测试设备,采用水力和电力混合进行测试,可以满足动力总成全工况的测试,且成本低、系统要求低。

Description

新能源汽车动力总成的测试设备和测试方法
技术领域
本发明涉及汽车检测领域,尤其是涉及一种新能源汽车动力总成的测试设备和测试方法。
背景技术
随着石油资源枯竭、环境污染加剧,以电动汽车和混合动力汽车为主的新能源汽车日益普及,由于新能源汽车动力及传动系统比传统燃油车复杂,尤其是混合动力汽车其动力由两种或以上动力源组成且带有复杂的自动变速机构,为了确保动力系统部件的协调工作,这些部件往往以动力总成的形式出现。
对于传统燃油车,一般采用发动机、变速箱单独设计、标定、测试后进行整车测试验证的模式即可满足使用需求,而新能源汽车的复杂性决定了这种模式无法满足整车的需求,动力总成一体化设计、标定、测试成为新能源汽车开发和生产必要的组成环节。
针对发动机和整车底盘的测功机一般采用水力、电涡流和电力三种,水力和电涡流无法满足新能源汽车制动回馈工况的测试,电力测功机虽然能够满足全工况的测试,但测试新能源汽车动力总成所需的大功率电力测功机成本高、体积大、对电力系统要求高且需要其他辅助设备配合,国内只有为数不多的厂家采用,且使用效果较差。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种新能源汽车动力总成的测试设备,该测试设备在在原有水力测功或电涡流测功的基础上经过改进,实现水力电力混合测功或电涡流电力混合测功可以解决上述问题。
本发明还提出了一种采用上述测试设备的测试方法。
根据本发明第一方面实施例的一种新能源汽车动力总成测试设备,用于对新能源汽车的动力总成进行测试,其中所述测试设备包括:水涡流测功机;测功电机,所述测功电机的输出轴通过第一联轴器与所述水涡流测功机相连,且所述测功电机的输入轴通过第二联轴器与被测的动力总成相连;控制系统,所述控制系统包括主控制器、与所述主控制器通信连接的电力测功控制器和水力测功控制器,所述电力测功控制器与用于控制所述测功电机的测功电机控制器、以及所述被测动力总成通信连接,所述水力测功控制器与所述水涡流测功机通信连接;供电系统,所述供电系统为所述测功电机供电并回收电能。
根据本发明实施例的新能源汽车动力总成测试设备,将水力和电力混合进行检测,解决了原有水涡流或电涡流测功机无法测试新能源汽车动力总成能量制动回馈及换挡过程动力缺失的问题,同时解决了电力测功机成本高、体积大及使用环境要求高的缺陷,并为原有实验室改造和新建的大功率新能源动力总成实验室提供切实可行的方案。
根据本发明的一个实施例,所述主控制器与所述电力测功控制器、所述水力测功控制器采用主从式通信连接,其中所述主控制器负责采集目标扭矩和目标转速信息并控制扭矩的分配,所述水力测功控制器负责控制所述水涡流测功机的输出扭矩和转速,所述电力测功控制器通过所述测功电机控制器控制所述测功电机的输出扭矩和转速并将所述被测动力总成的数据上传给所述主控制器。
可选地,所述主控制器与所述电力测功控制器之间通过CAN通信连接,所述主控制器与所述水力测功控制器之间通过RS232通信连接。
根据本发明的一个实施例,所述供电系统包括:高压控制盒,所述高压控制盒连接至所述测功电机控制器;动力电池,所述动力电池通过所述高压控制盒连接至测功电机控制器,所述测功电机控制器控制所述测功电机;当被测动力总成输出功率小于水涡流测功机阻力时电池输出电能,驱动测功电机做功,当被测动力总成输出功率大于水涡流测功机阻力时,所述测功电机将部分机械能转化为电能为所述动力电池充电。
可选地,所述动力电池与所述电力测功控制器通过CAN通信连接,且所述测功电机控制器与所述电力测功控制器通过CAN通信连接。
根据本发明的一个实施例,所述电力测功控制器与所述被测动力总成通过CAN通信连接。
根据本发明的一个实施例,所述第二联轴器与所述被测动力总成中变速机构的输出轴相连,当所述被测动力总成运行时,被测动力总成中的发动机、电机的动力通过变速机构传递至所述第二联轴器,水涡流测功机提供部分阻力,所述测功电机提供阻力或动力。
根据本发明实施例的测试设备,针对新能源动力系统采用水力和电力混合进行测试,可以满足动力总成全工况的测试,且成本低、系统要求低。
根据本发明第二方面实施例的一种新能源汽车动力总成的测试方法,包括以下步骤:
S1、开始运行时,调入预先存入的整车参数及路况参数;
S2、采集电力测功控制器和水力测功控制器采集的水涡流测功机与测功电机的相关信息、以及动力电池的荷电信息,并根据设定的工作模式计算需求阻力矩的大小;
S3、检测所述动力总成是否处于空挡状态;
S4、所述步骤S3中判断得到所述动力总成正常工作且处于空挡状态时,主控制器向电力测功控制器发送预先根据整车参数和路况参数计算出来的最小角加速度指令,电力测功控制器计算出测功电机目标扭矩后通过测功电机控制器控制测功电机输出扭矩;
S5、所述步骤S3中判断得到所述动力总成处于工作档位时,主控制器根据动力电池荷电状态,确定惩罚因子并分配水力测功和电力测功扭矩输出。
根据本发明的一个实施例,步骤S5还包括以下步骤:
S51、检测动力电池荷电状态SOC;
S52、步骤S51中检测到所述动力电池的SOC较低时,惩罚因子数值加大,控制水涡流测功机提供较小的阻力,测功电机分担大部分阻力,测功电机发电与电动工况的比例变大,累计发电量增加,使所述SOC上升;
S53、步骤S51中检测到当动力电池SOC较高时,惩罚因子数值减小,控制水涡流测功机提供较大的阻力,测功电机分担小部分阻力或提供部分动力补偿被测动力系统和水涡流测功机扭矩差,测功电机发电与电动工况的比例变小,累计用电量增加,使所述SOC下降。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是根据本发明实施例的测试设备与被测动力总成的结构连接图;
图2是图1所示的测试设备与被测动力总成的电气连接图;
图3是根据本发明实施例的测试方法的流程图。
附图标记:
水涡流测功机1、测功电机2、测功电机控制器21、三相动力线22、控制系统3、主控制器31、电力测功控制器32、水力测功控制器33、供电系统43、高压控制盒41、动力电池42、第一联轴器5、第二联轴器6、被测动力总成200、整车控制器VCU201、变速箱控制器TCU202、电机控制器MCU203、发动机控制器ECU204;电池管理系统BMS205。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图3描述根据本发明第一方面实施例的新能源汽车动力总成测试设备,用于对新能源汽车的动力总成进行测试,例如具有换挡机构和多动力源构成的混合动力汽车动力总成。
为了描述方便,在下面的描述中均以AMT同轴并联动力总成为测试对象。被测AMT同轴并联动力总成工作模式包括:纯电驱动、纯发动机驱动、混合动力、制动回馈四种模式,除纯发动机驱动模式外的其他三种模式均具有能量回馈工况,测功系统即需要消耗动能,又需要提供动能。
如图1所示,根据本发明实施例的新能源汽车动力总成测试设备,包括:水涡流测功机1、测功电机2、控制系统3和供电系统43。
如图1所示,测功电机2的输出轴通过第一联轴器5与水涡流测功机1相连,且测功电机2的输入轴通过第二联轴器6与被测的动力总成的变速箱输出轴相连。从结构上看,被测新能源汽车动力总成200一般由一个发动机(混合动力)、1-2个电动机、变速机构(AMT、CVT、ECVT等)、供电(动力电池、超级电容等)组成。第二联轴器6与被测动力总成200中变速机构的输出轴相连,当动力总成运行时,发动机、电机的动力通过变速机构传递至所述测试设备的第二联轴器,水涡流测功机提供部分阻力,其余部分由测功电机提供,根据不同工况需要测功电机可提供阻力也可提供动力。
控制系统3包括主控制器31、与主控制器31通信连接的电力测功控制器32和水力测功控制器33,电力测功控制器32与用于控制测功电机2的测功电机2控制器、以及被测动力总成200通信连接,水力测功控制器33与水涡流测功机1通信连接。供电系统43为测功电机2供电并回收电能。
根据本发明实施例的新能源汽车动力总成测试设备,将水力和电力混合进行检测,解决了原有水涡流或电涡流测功机无法测试新能源汽车动力总成能量制动回馈及换挡过程动力缺失的问题,同时解决了电力测功机成本高、体积大及使用环境要求高的缺陷,并为原有实验室改造和新建的大功率新能源动力总成实验室提供切实可行的方案。
根据本发明的一个实施例,如图2所示,主控制器31与电力测功控制器32、水力测功控制器33采用主从式通信连接,其中主控制器31负责采集目标扭矩和目标转速信息并控制扭矩的分配,水力测功控制器33负责控制水涡流测功机1的输出扭矩和转速,电力测功控制器32通过测功电机2控制器控制测功电机2的输出扭矩和转速并将被测动力总成200的数据上传给主控制器31。
可选地,主控制器31与电力测功控制器32之间通过CAN通信连接,主控制器31与水力测功控制器33之间通过RS232通信连接。也就是说,主控制器31分别通过RS232接口和CAN总线接口与水力测功控制器32和电力测功控制器33通信。具体而言,所述主控制器可根据预先设定的路谱信息、负荷大小或设置的工作点,通过动态协调所述水涡流测功机和所述测功电机的输出扭矩,模拟整车的惯性及各种坡道阻力、风阻和路阻。
根据本发明的一些实施例,如图2所示,供电系统43包括高压控制盒41和动力电池42,高压控制盒41连接至测功电机2控制器,高压控制盒41主要实现高压电池供电线路的通断、过流保护、漏电保护的功能。动力电池42通过高压控制盒41连接至测功电机控制器21给测功电机2供电并回收电能,测功电机控制器21控制测功电机2。
当被测动力总成200输出功率小于水涡流测功机1阻力时电池输出电能,驱动测功电机2做功,当被测动力总成200输出功率大于水涡流测功机1阻力时,测功电机2将部分机械能转化为电能为动力电池42充电。
在一些具体的实施例中,如图2所示,动力电池42与电力测功控制器32通过CAN通信连接,且测功电机控制器21与电力测功控制器32通过CAN通信连接,电力测功控制器32与被测动力总成200也通过CAN通信连接。更具体地,如图2所示,将上述通信连接以如下顺序标记:电力测功控制器32与被测动力总成200之间通过第一CAN连接线连接,图中标记为CAN1;动力电池42与电力测功控制器32通过第二CAN连接线通信连接,图中标记为CAN2,同时,将测功电机控制器21与动力电池42并联且也通过第二CAN连接线与电力测功控制器32连接。也就是说,动力电池42既通过高压控制盒41与测功电机控制器21连接,也与测功电机控制器21并联后直接与电力测功控制器32通过第二CAN连接线连接。
根据本发明实施例的测试设备,针对新能源动力系统采用水力和电力混合进行测试,可以满足动力总成全工况的测试,且成本低、系统要求低。
根据本发明第二方面实施例的一种新能源汽车动力总成的测试方法,包括以下步骤:
S1、开始运行时,调入预先存入的整车参数及路况参数;
S2、采集电力测功控制器32和水力测功控制器33采集的水涡流测功机1与测功电机2的相关信息、以及动力电池42的荷电信息,并根据设定的工作模式计算需求阻力矩的大小;
S3、检测动力总成是否处于空挡状态;
S4、步骤S3中判断得到动力总成正常工作且处于空挡状态时,主控制器31向电力测功控制器32发送预先根据整车参数和路况参数计算出来的最小角加速度指令,电力测功控制器32计算出测功电机2目标扭矩后通过测功电机2控制器控制测功电机2输出扭矩;
S5、步骤S3中判断得到动力总成处于工作档位时,主控制器31根据动力电池42荷电状态,确定惩罚因子并分配水力测功和电力测功扭矩输出。
具体而言,如图2和图3所示,主控制器31可根据预先设定的路谱信息、负荷大小或设置的工作点,通过动态协调水涡流测功机1和测功电机2的输出扭矩,模拟整车的惯性及各种坡道阻力、风阻和路阻。换句话说,主控制器31根据预先设定的整车参数:重量、主减速比、轮径、摩擦阻力系数、风阻系数、迎风面积、坡道信息等结合采集来的被测动力总成200转速、扭矩计算出应当提供的阻力的大小,并根据当前水涡流测功机1和测功电机2的转速、扭矩状态,结合动力电池42的SOC情况,计算出阻力的分配方式。
随后,主控制器31通过RS232接口向水力测功控制器33传送目标扭矩指令,通过CAN总线接口向电力测功控制器32传送水涡流测功机1当前扭矩、目标角加速度和最小角加速度指令。根据本发明实施例的控制方法中测功电机2采用基于转速反馈的扭矩控制模式,根据目标转速与实际转速之差、实际转速变化率动态调整输出转矩,使实际转速跟随目标转速变化。
水力测功控制器33根据目标扭矩调整水涡流测功机1的水门大小,使水涡流测功机1工作在设定的负载扭矩点上。更具体地,如图2所示,主控制器31通过RS232接口将扭矩需求发送给水力测功控制器33,水力测功控制器33驱动位于水涡流测功机1内部的执行电机,带动蝶阀转动,调整水流的大小,实现调整水涡流测功机1提供的负载阻力矩的功能。
电力测功控制器32根据目标转速加速度指令和当前的实际转速、角加速度、扭矩计算目标扭矩的大小,通过测功电机控制器21控制测功电机2的输出扭矩调整转速,在被测动力总成200输出动力突然减小(AMT换挡或离合器分离)时,为提高响应速度,在没有接到主控制器31指令时,按照上一时刻的最小角加速度指令执行。电力测功控制器32通过另一路CAN总线CAN1采集被测动力总成200数据,并通过CAN3转发给主控制器31。
更具体地,如图2所示,主控制器31通过CAN总线接口CAN3向电力测功控制器32发送目标角加速度指令,电力测功控制器32计算出测功电机2目标扭矩,通过CAN2发送给测功电机控制器21,测功电机控制器21调整三相动力线22的电流控制测功电机2的输出扭矩。电力测功控制器32通过CAN1与被测动力总成200中的整车控制器VCU201、变速箱控制器TCU202、电机控制器MCU203、发动机控制器ECU 204、电池管理系统BMS205通信,采集被测动力总成200的工况信息和故障信息,经过处理后通过CAN3转发给主控制器31。电力测功控制器32通过CAN2与为测功电机2供电的动力电池42通信,并将动力电池42数据处理后通过CAN3转发给主控制器31。
在本发明的一些实施例中,步骤S5还包括以下步骤:
S51、检测动力电池42荷电状态SOC;
S52、步骤S51中检测到动力电池42的SOC较低时,惩罚因子数值加大,控制水涡流测功机11提供较小的阻力,测功电机22分担大部分阻力,测功电机22发电与电动工况的比例变大,累计发电量增加,使SOC上升;
S53、步骤S51中检测到当动力电池42SOC较高时,惩罚因子数值减小,控制水涡流测功机11提供较大的阻力,测功电机22分担小部分阻力或提供部分动力补偿被测动力系统和水涡流测功机11扭矩差,测功电机22发电与电动工况的比例变小,累计用电量增加,使SOC下降。
根据本发明实施例的控制方法,通过主控制器31对水涡流测功机11采用扭矩控制模式,水涡流测功机12输出扭矩大小根据被测动力总成200的工况自动设定,并可以根据动力电池42的SOC(state of charge,荷电状态)的变化进行补偿。
下面参考图2和图3对根据本发明其中一个实施例的动力总成200测试设备和方法进行具体描述。
在测功设备上电且主控制器31、水力测功控制器33、电力测功控制器32软件正常运行后,主控制器31将预先存入的整车参数及路况参数调入,并根据设定的工作模式计算需求阻力矩的大小。
当被测动力总成200正常工作且处于换挡状态时,主控制器31向电力测功控制器32发送预先根据整车参数和路况参数计算出来的最小角加速度指令,电力测功控制器32计算出测功电机2目标扭矩后通过测功电机控制器21控制测功电机2输出扭矩。
当被测动力总成200处于工作档位时,动力电池42的电量平衡作为重点考虑的性能指标之一,主控制器31根据动力电池42荷电状态(SOC),确定惩罚因子并分配水力测功和电力测功扭矩输出,具体来说,当动力电池42SOC较低时,惩罚因子数值加大,水力测功机提供较小的阻力,电力测功机分担大部分阻力,电力测功机发电与电动工况的比例变大,累计发电量增加,使SOC上升;反之,当动力电池42SOC较高时,惩罚因子数值减小,水力测功机提供较大的阻力,电力测功机分担小部分阻力或提供部分动力补偿被测动力系统和水力测功机扭矩差,电力测功机发电与电动工况的比例变小,累计用电量增加,使SOC下降。
当被测动力总成200处于驱动工况时,水力测功机利用其负载功率大的特点提供主要负载扭矩,电力测功机利用其瞬态响应快、可四象限运行的特点作为动力调整装置,提高测功系统的瞬态响应能力。
当被测动力总成200处于能量回馈制动状态时,水力测功机停止工作,电力测功机工作在电动工况,向被测动力总成200输出动能。
系统动态工作时,由于水力测功机响应速度慢、主控制器31数据处理能力有限、可靠性相对较低,电力测功控制器32承担主要数据通信和测功电机2的控制工作,且当主控制器31出现异常的情况下,电力测功控制器32可根据预先导入的路谱和负载信息独立运行。
根据本发明第三方面实施例的一种新能源汽车动力总成200,采用根据本发明第一方面实施例的测试设备进行测试。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种新能源汽车动力总成测试设备,用于对新能源汽车的动力总成进行测试,其特征在于,所述测试设备包括:
水涡流测功机;
测功电机,所述测功电机的输出轴通过第一联轴器与所述水涡流测功机相连,且所述测功电机的输入轴通过第二联轴器与被测的动力总成相连;
控制系统,所述控制系统包括主控制器、与所述主控制器通信连接的电力测功控制器
和水力测功控制器,所述电力测功控制器与用于控制所述测功电机的测功电机控制器、以及所述被测动力总成通信连接,所述水力测功控制器与所述水涡流测功机通信连接;
供电系统,所述供电系统为所述测功电机供电并回收电能。
2.根据权利要求1所述的测试设备,其特征在于,所述主控制器与所述电力测功控制器、所述水力测功控制器采用主从式通信连接,其中所述主控制器负责采集目标扭矩和目标转速信息并控制扭矩的分配,所述水力测功控制器负责控制所述水涡流测功机的输出扭矩和转速,所述电力测功控制器通过所述测功电机控制器控制所述测功电机的输出扭矩和转速并将所述被测动力总成的数据上传给所述主控制器。
3.根据权利要求2所述的测试设备,其特征在于,所述主控制器与所述电力测功控制器之间通过CAN通信连接,所述主控制器与所述水力测功控制器之间通过RS232通信连接。
4.根据权利要求1所述的测试设备,其特征在于,所述供电系统包括:
高压控制盒,所述高压控制盒连接至所述测功电机控制器;
动力电池,所述动力电池通过所述高压控制盒连接至测功电机控制器,所述测功电机
控制器控制所述测功电机;
当被测动力总成输出功率小于水涡流测功机阻力时电池输出电能,驱动测功电机做功,当被测动力总成输出功率大于水涡流测功机阻力时,所述测功电机将部分机械能转化为电能为所述动力电池充电。
5.根据权利要求4所述的测试设备,其特征在于,所述动力电池与所述电力测功控制器通过CAN通信连接,且所述测功电机控制器与所述电力测功控制器通过CAN通信连接。
6.根据权利要求1所述的测试设备,其特征在于,所述电力测功控制器与所述被测动力总成通过CAN通信连接。
7.根据权利要求1所述的测试设备,其特征在于,所述第二联轴器与所述被测动力总成中变速机构的输出轴相连,当所述被测动力总成运行时,被测动力总成中的发动机、电机的动力通过变速机构传递至所述第二联轴器,水涡流测功机提供部分阻力,所述测功电机提供阻力或动力。
8.一种新能源汽车动力总成的测试方法,其特征在于,所述测试方法采用权利要求1-7中任一项所述的测试设备,所述测试方法包括以下步骤:
S1、开始运行时,调入预先存入的整车参数及路况参数;
S2、采集电力测功控制器和水力测功控制器采集的水涡流测功机与测功电机的相关信息、以及动力电池的荷电信息,并根据设定的工作模式计算需求阻力矩的大小;
S3、检测所述动力总成是否处于空挡状态;
S4、所述步骤S3中判断得到所述动力总成正常工作且处于空挡状态时,主控制器向电力测功控制器发送预先根据整车参数和路况参数计算出来的最小角加速度指令,电力测功控制器计算出测功电机目标扭矩后通过测功电机控制器控制测功电机输出扭矩;
S5、所述步骤S3中判断得到所述动力总成处于工作档位时,主控制器根据动力电池荷电状态,确定惩罚因子并分配水力测功和电力测功扭矩输出。
9.根据权利要求8所述的测试方法,其特征在于,步骤S5还包括以下步骤:
S51、检测动力电池荷电状态SOC;
S52、步骤S51中检测到所述动力电池的SOC较低时,惩罚因子数值加大,控制水涡流测功机提供较小的阻力,测功电机分担大部分阻力,测功电机发电与电动工况的比例变大,累计发电量增加,使所述SOC上升;
S53、步骤S51中检测到当动力电池SOC较高时,惩罚因子数值减小,控制水涡流测功机提供较大的阻力,测功电机分担小部分阻力或提供部分动力补偿被测动力系统和水涡流测功机扭矩差,测功电机发电与电动工况的比例变小,累计用电量增加,使所述SOC下降。
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