CN108287078A - 一种双电机电动拖拉机试验台及其试验控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电机电动拖拉机试验台及其试验控制方法，由上位机通过逻辑门电路识别指令符，控制试验台以指令符对应的试验模式工作，所述试验台的试验模式包括动力电池组试验模式、驱动电机试验模式、驱动系统试验模式、动力输出轴试验模式和整机试验模式。本发明提供的双电机电动拖拉机试验台，能够对所开发电动拖拉机的不同模块进行试验分析，对电动拖拉机的开发就有重要意义；本发明还提供了不同模式的控制方法，通过上位机识别指令符控制试验台试验模式，实现试验过程的自动控制。

Description

一种双电机电动拖拉机试验台及其试验控制方法

技术领域

本发明涉及车辆开发技术领域，具体涉及双电机电动拖拉机的开发。

背景技术

随着石油资源日益减少和石油资源的使用对环境带来的严重影响，节能与环保已经成为全世界范围内需要面对的问题。同时，由于世界范围内车辆保有量的不断增加，所以开发新能源车辆对解决节能与环保问题有着深刻意义。新能源车辆是指开发新的能源形式来代替石油，以此从根本上解决石油消耗带来的问题。目前，国内外研发主要集中在使用锂电池作为新的能源来取代石油能源。锂电池具有能量密度大并且循环寿命长等优点，成为最理想的取代能源。截止到目前为止，国内对新能源车辆的开发业已取得了重大突破。国内自主开发的电动公交车、电动客车，已经量产投放；国内自主汽车品牌也已经相继开发出了电动汽车，但是国内有关电动拖拉机相关技术研发相对较少。

试验台技术对车辆开发具有重要的作用，因此对电动拖拉机试验台的开发可以为电动拖拉机的发展打下坚实的基础。传统拖拉机试验台是建立在以发动机为动力系统的基础上，无法对电动拖拉机开发使用。电动拖拉机与电动汽车工况有很大的差别，电动拖拉机需要完成犁耕、旋耕等作业工况，并且电动汽车试验台不具备动力输出轴相关设备。所以开发与电动拖拉机相匹配的试验台已经刻不容缓。电动拖拉机以动力电池组-电动机为动力系统，相关评价指标与传统拖拉机大不相同，传动系统的控制以及评价也不尽相同，因此电动拖拉机试验台及试验控制方法的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种双电机电动拖拉机试验台及其试验控制方法，以便于对双电机电动拖拉机的开发。

为解决上述技术问题，本发明所采用技术方案是：一种双电机电动拖拉机试验台，包括能够检测动力电池组放电特性并模拟动力电池组放电特性对外供电的电池模拟器，电池模拟器依次通过继电器K₃和电池组开关与动力电池组相连接；

所述试验台还包括用于控制驱动电机工作状态的驱动电机控制器，驱动电机控制器依次通过继电器K₁和电池组开关与动力电池组相连接；驱动电机控制器依次通过继电器K₁和继电器K₃与电池模拟器相连接；所述试验台还包括用于检测驱动电机输出轴转速和转矩的第一转速转矩传感器以及分动箱、第一负载电机、传动系统、车轮、用于模拟整车负载及整车惯量的负载装置，分动箱第二输出轴与第一负载电机相连接，分动箱第一输出轴和传动系统相连接，传动系统与车轮相连接，车轮与负载装置相接触；

所述试验台还包括用于控制PTO电机工作状态的PTO电机控制器，PTO电机控制器依次通过继电器K₂和电池组开关与动力电池组相连接；PTO电机控制器依次通过继电器K₂和继电器K₃与电池模拟器相连接；所述试验台还包括用于检测PTO电机输出轴转速和转矩的第二转速转矩传感器以及第二负载电机，第二负载电机与PTO电机输出轴通过联轴器相连接。

所述的传动系统包括离合器和变速箱，分动箱第一输出轴上或离合器输入轴上设有第三转速转矩传感器，离合器输出轴上或变速箱输入轴上设有第四转速转矩传感器，变速箱输出轴上设有第五转速转矩传感器。

所述的电池组开关为继电器K₄。

所述的负载装置为双滚筒测功机，车轮与双滚筒测功机中的滚筒相接触。

一种如上任一项所述试验台的试验控制方法，由上位机通过逻辑门电路识别指令符，控制试验台以指令符对应的试验模式工作，所述试验台的试验模式包括动力电池组试验模式、驱动电机试验模式、驱动系统试验模式、动力输出轴试验模式和整机试验模式；

当上位机识别到动力电池组试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关接通、继电器K₁断开、继电器K₂断开，上位机控制电池模拟器使动力电池组以所开发电动拖拉机的额定电流设定值进行放电，并控制放电时长，上位机采集放电参数生成放电特性曲线，根据放电特性曲线判断动力电池组能否满足所开发电动拖拉机在额定放电电流工作；上位机控制电池模拟器使动力电池组以所开发电动拖拉机的额定电流设定值的2-3倍进行短时间5-10min放电，上位机采集放电参数判断动力电池组能否满足所开发电动拖拉机在驱动电机或PTO电机的启动或堵转时的使用要求；

当上位机识别到驱动电机试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关断开、继电器K₁接通、继电器K₂断开，分动箱输入轴与分动箱第二输出轴相连接，电池模拟器模拟动力电池组的放电特性为驱动电机供电，使驱动电机工作，同时，上位机以步长Δt对第一负载电机控制器输入控制信号，第一负载电机控制器控制第一负载电机输出设定负载转矩，上位机采集第一转速转矩传感器的转速转矩信号判断在步长Δt内驱动电机输出转矩在设定负载转矩下是否达到设定值；

当上位机识别到驱动系统试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关断开、继电器K₁接通、继电器K₂断开，分动箱输入轴与分动箱第一输出轴相连接，电池模拟器模拟动力电池组的放电特性为驱动电机供电，使驱动电机工作，通过传动系统带动车轮转动，同时，上位机以步长Δt1控制负载装置输出负载，检验在步长Δt1内驱动系统能否稳定工作；

当上位机识别到动力输出轴试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关断开、继电器K₁断开、继电器K₂接通，电池模拟器模拟动力电池组的放电特性为PTO电机供电，使PTO电机以恒定转速工作，同时，上位机以步长Δt2对第二负载电机控制器输入控制信号，第二负载电机控制器控制第二负载电机输出负载转矩，上位机采集第二转速转矩传感器转速转矩信号判断在步长Δt1内PTO电机输出转矩是否达到设定值；

当上位机识别到整机试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃断开、电池组开关接通、继电器K₁接通、继电器K₂接通，分动箱输入轴与分动箱第一输出轴相连接，动力电池组为驱动电机和PTO电机供电，负载装置和第一负载电机以相同步长Δt3输出负载，检验在步长Δt3内整机能否稳定工作。

有益效果：本发明提供的双电机电动拖拉机试验台，能够对所开发电动拖拉机的不同模块进行试验分析，对电动拖拉机的开发就有重要意义；本发明还提供了不同模式的控制方法，通过上位机识别指令符控制试验台试验模式，实现试验过程的自动控制。

附图说明

图1是本发明试验台的连接关系示意图；

图2是本发明试验控制模式流程示意图；

附图标记：1、动力电池组，2、电池模拟器，3、驱动电机控制器，4、驱动电机，5、第一转速转矩传感器，6、第一负载电机，7、第三转速转矩传感器，8、离合器，9、第四转速转矩传感器，10、变速箱，11、车轮，12、负载装置，13、第五转速转矩传感器，14、分动箱，15、第二负载电机，16、联轴器，17、第二转速转矩传感器，18、PTO电机，19、PTO电机控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，以下实施例中所述的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅为从名称上对部件进行区分，不具有特殊含义；实施例中“Δt”、“Δt1”、“Δt2”、“Δt3”是为了便于对相同步长的描述，即符号相同的代表步长相同，由于四种符号出现在不同试验模式，四者之间依具体情况确定是否相同。

在电动拖拉机开发时，通常是根据所开发的电动拖拉机面临的工作环境进行开发，对电动拖拉机的动力系统、传动系统、负载能力等进行设定，并将这些设定具体设定到各个部件中，因此需要通过试验确定所选用部件是否能够达到要求，并且通常会在试验过程中确定各部件的实际性能(与设定值不一定相同)，本发明的目的就是提供一种试验台及试验控制方法。

实施例1

参考图1，一种双电机电动拖拉机试验台，包括能够检测动力电池组1放电特性并模拟动力电池组1放电特性对外供电的电池模拟器2，电池模拟器2依次通过继电器K3和继电器K₄(即电池组开关)与动力电池组1相连接；

所述试验台还包括用于控制驱动电机4工作状态的驱动电机控制器3，驱动电机控制器3依次通过继电器K₁和继电器K₄与动力电池组1相连接；驱动电机控制器3依次通过继电器K₁和继电器K₃与电池模拟器2相连接；所述试验台还包括用于检测驱动电机4输出轴转速和转矩的第一转速转矩传感器5以及分动箱14、第一负载电机6、离合器8(试验时，离合器8处于接合状态)、变速箱10、车轮11、用于模拟整车负载及整车惯量的双滚筒测功机(即负载装置12，双滚筒测功机是现有技术中用滚动模拟整车负载、飞轮模拟整车惯量的测功机)，分动箱14具有空档(无动力输出)、D1档(第一输出轴输出动力，本实施例中传动比为1:1)和D2档(第二输出轴输出动力，本实施例中传动比为1:1)三个档位，分动箱14第二输出轴与第一负载电机6相连接，分动箱14第一输出轴和离合器8输入轴相连接，分动箱14第一输出轴上或离合器8输入轴上设有第三转速转矩传感器7，离合器8输出轴与变速箱10输入轴相连接，离合器8输出轴上或变速箱10输入轴上设有第四转速转矩传感器9，变速箱10输出轴上设有第五转速转矩传感器13，变速箱10输出轴与车轮11相连接，车轮11与双滚筒测功机中的滚筒相接触；

所述试验台还包括用于控制PTO电机18工作状态的PTO电机控制器19，PTO电机控制器19依次通过继电器K₂和继电器K₄与动力电池组1相连接；PTO电机控制器19依次通过继电器K₂和继电器K₃与电池模拟器2相连接；所述试验台还包括用于检测PTO电机18输出轴转速和转矩的第二转速转矩传感器17以及第二负载电机15，第二负载电机15与PTO电机18输出轴通过联轴器16相连接。

实施例2

参照图2以及表1、表2，如实施例1所述双电机电动拖拉机试验台的试验控制方法，由上位机通过逻辑门电路识别指令符，控制试验台以指令符对应的试验模式工作，上位机以一定的步长控制相应负载输出转矩，同时采集试验元件工作信息，判断试验元件是否达到工况，从而判定是否对负载工况进行调节；指令符由五位逻辑数字组成，从最低位到最高位分别依次对应控制动力电池组试验模式、驱动电机试验模式、驱动系统试验模式、动力输出轴试验模式和整机试验模式五种试验模式的工作状态，每位上可以是“0”或“1”，上位机从指令符最低位开始识别，识别到“1”则对应试验模式工作，识别到“0”则对应试验模式不工作并开始识别下一位；

动力电池组试验目的是得到动力电池组在不同放电倍率下放电特性曲线，检验动力电池组能否满足所开发电动拖拉机动力要求；当上位机识别到动力电池组试验模式对应的指令符“00001”时，上位机控制继电器K₃接通、继电器K₄接通、继电器K₁断开、继电器K₂断开，上位机控制电池模拟器2，使电池模拟器2控制动力电池组1以所开发电动拖拉机的额定电流设定值进行放电，并控制放电时长，上位机采集放电参数生成放电特性曲线(动力电池组BMS系统将放电过程中SOC、温升、单体电池压差等变化反馈给上位机进行分析，得到放电时间与SOC关系曲线)，根据放电特性曲线判断动力电池组(1)能否满足所开发电动拖拉机在额定放电电流工作，若动力电池组1在额定电流设定值放电时能够正常工作，则记录以上参数数据，上位机控制电池模拟器2使动力电池组1以所开发电动拖拉机的额定电流设定值的2-3倍进行短时间5-10min放电，上位机采集放电参数(温升等)判断动力电池组1能否满足所开发电动拖拉机在驱动电机或PTO电机的启动或堵转时的使用，若能够满足要求，则记录以上参数数据；若动力电池组1不能满足上诉要求，则对动力电池组1进行修正，重新试验；

驱动电机工作特性试验目的是对电动机机械特性进行验证，使电动拖拉机常在工况区域位于电动机效率map图高效率区，以提高整机工作效率；电动机控制器选用标准，使电动拖拉机在不同工况下工作，电动机控制器控制电动机在电动机机械特性运转区域工作(电动机机械特性运转区域分为恒转矩区、恒功率区、高速区)；上位机对功率分析仪和转速转矩传感器采集的信息分析，得到驱动电动机效率map图以及不同负载下驱动电动机机械特性曲线；对效率map图分析，电动拖拉机作业工况是否在高效率区域，当电动拖拉机作业工况集中在驱动电动机低效率区域时，则所选用驱动电动机不满足电动拖拉机使用，更换所选用驱动电动机型号；驱动电动机机械特性曲线反应电动机控制器是否能对电动机合理控制，可以通过改变电动机控制器控制策略，得到符合电动拖拉机工作所需；当上位机识别到驱动电机试验模式对应的指令符“00010”时，上位机控制继电器K₃接通、继电器K₄断开、继电器K₁接通、继电器K₂断开，分动箱14处于D2档位，即分动箱14输入轴与分动箱14第二输出轴相连接，电池模拟器2模拟动力电池组1的放电特性为驱动电机4供电，使驱动电机4工作，同时，上位机以计时器信息和驱动电机4转矩设定值信息输入到第一负载电机6控制器，第一负载电机6控制器控制第一负载电机6输出设定负载转矩，上位机采集第一负载电机6输出转矩和计时器信息并输入到驱动电机控制器3，驱动电机控制器3控制驱动电机4输出转矩，上位机在一个控制步长Δt内采集计时器信息和第一转速转矩传感器5信号，判断驱动电机4输出转矩是否达到设定值，若达到，上位机记录生成驱动电机工作数据以及曲线，若未达到则调整第一负载电机6输出负载转矩设定值；

驱动系统工作效率试验目的是为了校验电动拖拉机在受到纵向负载(即行驶土壤摩擦阻力和犁耕)工况下土壤阻力等，以及校验电动拖拉机驱动系统传动效率是否能满足开发电动拖拉机需求；当上位机识别到驱动系统试验模式对应的指令符“00100”时，上位机控制继电器K₃接通、继电器K₄断开、继电器K₁接通、继电器K₂断开，分动箱14输入轴与分动箱14第一输出轴相连接，电池模拟器2模拟动力电池组1的放电特性为驱动电机4供电，使驱动电机4工作，通过传动系统带动车轮11转动，同时，上位机控制负载装置12(输出轴转矩模拟整车所受纵向负载，飞轮装置模拟整车行驶时的整车惯量)以步长Δt1输出负载，车轮与负载装置12滚筒转速相同，检验在步长Δt1内驱动系统能否稳定工作；动力电池组BMS系统采集动力电池组电压、电流等信息反馈到上位机；功率分析仪采集输入到驱动电动机电压和电流，反馈到上位机得到系统输入功率；车轮转速转矩传感器采集在一定工况下车轮转速和转矩，反馈到上位机，得到驱动系统输出功率；从而上位机以一定步长计算分析驱动系统在一定工况下驱动效率；

动力输出轴特性试验的目的是为了测试动力输出轴可以满足所要求负载条件下稳定工作；拖拉机动力输出轴的转速按照国家标准GB1592-86有两种转速要求，即540r/min和1000r/min；PTO电动机控制器控制PTO电动机的稳定转速在国标要求之间切换；动力输出轴工作负载是由负载电机提供；负载电机与PTO电动机反转连接，负载电机控制器控制负载电机以特定转矩工作；当上位机识别到动力输出轴试验模式对应的指令符“01000”时，上位机控制继电器K₃接通、继电器K₄断开、继电器K₁断开、继电器K₂接通，电池模拟器2模拟动力电池组1的放电特性为PTO电机18供电，使PTO电机18以恒定转速工作，同时，上位机以步长Δt2对第二负载电机15控制器输入控制信号，第二负载电机15控制器控制第二负载电机15输出设定负载转矩，上位机采集第二转速转矩传感器17转速转矩信号判断在步长Δt1内PTO电机18输出转矩是否达到设定值，若达到，上位机记录试验数据，若未达到，调整负载转矩设定值，重新试验；

整车试验目的是对整车性能进行校验；根据所开发设计电动拖拉机设计要求，校验电动拖拉机设计参数，如整车续航里程、最大工作负载等；同时对电动拖拉机各模块控制系统控制策略验证分析；电动拖拉机整车试验负载是由双滚筒装置和PTO负载电动机同时提供，双滚筒装置模拟整车纵向负载，PTO负载电动机模拟整车工作时旋耕工况所受负载；当上位机识别到整机试验模式对应的指令符“10000”时，上位机控制继电器K₃断开、继电器K₄接通、继电器K₁接通、继电器K₂接通，分动箱14输入轴与分动箱14第一输出轴相连接，动力电池组1为驱动电机4和PTO电机18供电，负载装置12和第一负载电机6以相同步长输出负载，检验整机能否稳定工作；电动拖拉机整车试验所得结果可以满足所开发设计要求，则整车试验完成；如果试验结果不满足整车所开发要求，以上述对电动拖拉机各个模块试验控制方法进行排除分析。

表1、上位机指令符说明：

上位机指令符	试验台工作模式
		00001	动力电池组试验模式
00010	驱动电机试验模式
		00100	驱动系统试验模式
01000	动力输出轴试验模式
		10000	整机试验模式
00000	试验终止

表2、电动拖拉机试验台多功能控制图表：

表格中：“√”表示元件闭合或者处于工作状态；“×”表示元件断开或处于非工作状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双电机电动拖拉机试验台，其特征在于：包括能够检测动力电池组（1）放电特性并模拟动力电池组（1）放电特性对外供电的电池模拟器（2），电池模拟器（2）依次通过继电器K₃和电池组开关与动力电池组（1）相连接；

所述试验台还包括用于控制驱动电机（4）工作状态的驱动电机控制器（3），驱动电机控制器（3）依次通过继电器K₁和电池组开关与动力电池组（1）相连接；驱动电机控制器（3）依次通过继电器K₁和继电器K₃与电池模拟器（2）相连接；所述试验台还包括用于检测驱动电机（4）输出轴转速和转矩的第一转速转矩传感器（5）以及分动箱（14）、第一负载电机（6）、传动系统、车轮（11）、用于模拟整车负载及整车惯量的负载装置（12），分动箱（14）第二输出轴与第一负载电机（6）相连接，分动箱（14）第一输出轴和传动系统相连接，传动系统与车轮（11）相连接，车轮（11）与负载装置（12）相接触；

所述试验台还包括用于控制PTO电机（18）工作状态的PTO电机控制器（19），PTO电机控制器（19）依次通过继电器K₂和电池组开关与动力电池组（1）相连接；PTO电机控制器（19）依次通过继电器K₂和继电器K₃与电池模拟器（2）相连接；所述试验台还包括用于检测PTO电机（18）输出轴转速和转矩的第二转速转矩传感器（17）以及第二负载电机（15），第二负载电机（15）与PTO电机（18）输出轴通过联轴器（16）相连接。

2.如权利要求1所述的一种双电机电动拖拉机试验台，其特征在于：所述的传动系统包括离合器（8）和变速箱（10），分动箱（14）第一输出轴上或离合器（8）输入轴上设有第三转速转矩传感器（7），离合器（8）输出轴上或者变速箱（10）输入轴上设有第四转速转矩传感器（9），变速箱（10）输出轴上设有第五转速转矩传感器（13）。

3.如权利要求1所述的一种双电机电动拖拉机试验台，其特征在于：所述的电池组开关为继电器K₄。

4.如权利要求1所述的一种双电机电动拖拉机试验台，其特征在于：所述的负载装置（12）为双滚筒测功机，车轮（11）与双滚筒测功机中的滚筒相接触。

5.一种如权利要求1-4任一项所述试验台的试验控制方法，其特征在于：由上位机通过逻辑门电路识别指令符，控制试验台以指令符对应的试验模式工作，所述试验台的试验模式包括动力电池组试验模式、驱动电机试验模式、驱动系统试验模式、动力输出轴试验模式和整机试验模式；

当上位机识别到动力电池组试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关接通、继电器K₁断开、继电器K₂断开，上位机控制电池模拟器（2）使动力电池组（1）以所开发电动拖拉机的额定电流设定值进行放电，并控制放电时长，上位机采集放电参数生成放电特性曲线，根据放电特性曲线判断动力电池组（1）能否满足所开发电动拖拉机在额定放电电流工作；上位机控制电池模拟器（2）使动力电池组（1）以所开发电动拖拉机的额定电流设定值的2-3倍进行短时间5-10min放电，上位机采集放电参数判断动力电池组（1）能否满足所开发电动拖拉机在驱动电机或PTO电机的启动或堵转时的使用要求；

当上位机识别到驱动电机试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关断开、继电器K₁接通、继电器K₂断开，分动箱（14）输入轴与分动箱（14）第二输出轴相连接，电池模拟器（2）模拟动力电池组（1）的放电特性为驱动电机（4）供电，使驱动电机（4）工作，同时，上位机以步长∆t对第一负载电机控制器输入控制信号，第一负载电机控制器控制第一负载电机（6）输出设定负载转矩，上位机采集第一转速转矩传感器（5）的转速转矩信号判断在步长∆t内驱动电机（4）输出转矩在设定负载转矩下是否达到设定值；

当上位机识别到驱动系统试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关断开、继电器K₁接通、继电器K₂断开，分动箱（14）输入轴与分动箱（14）第一输出轴相连接，电池模拟器（2）模拟动力电池组（1）的放电特性为驱动电机（4）供电，使驱动电机（4）工作，通过传动系统带动车轮（11）转动，同时，上位机以步长∆t1控制负载装置（12）输出负载，检验在步长∆t1内驱动系统能否稳定工作；

当上位机识别到动力输出轴试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃接通、电池组开关断开、继电器K₁断开、继电器K₂接通，电池模拟器（2）模拟动力电池组（1）的放电特性为PTO电机（18）供电，使PTO电机（18）以恒定转速工作，同时，上位机以步长∆t2对第二负载电机控制器输入控制信号，第二负载电机控制器控制第二负载电机（15）输出设定负载转矩，上位机采集第二转速转矩传感器（17）转速转矩信号判断在步长∆t1内PTO电机（18）输出转矩是否达到设定值；

当上位机识别到整机试验模式对应的指令符时，上位机控制继电器K₃断开、电池组开关接通、继电器K₁接通、继电器K₂接通，分动箱（14）输入轴与分动箱（14）第一输出轴相连接，动力电池组（1）为驱动电机（4）和PTO电机（18）供电，负载装置（12）和第一负载电机（6）以相同步长∆t3输出负载，检验在步长∆t3内整机能否稳定工作。