CN108414244A - 一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架及其试验方法。模拟试验台架，包括模拟驾驶舱，测功电机，力矩传感器和转速传感器。模拟过程中，驱动电机产生驱动力，经变速器和驱动桥，在驱动桥轮端力矩传感器测得整车驱动力矩T，根据轮胎滚动半径和驱动力矩T，计算得到整车驱动力F＝T/R，根据道路阻力模拟公式计算该驱动力能够使汽车产生的车速V，车速V换算成轮端转速n，轮端测功电机控制转速达到n。本发明在试验台架上进行汽车动力总成试验，可代替绝大多数路测，可及早发现汽车开发过程中可能出现的控制策略问题、机械噪声问题、电池续航问题等，可大大缩短整车动力系统开发调试周期，降低整车企业研发成本。

Description

一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架及其试验方法

技术领域

本发明属于汽车动力总成试验技术领域，尤其涉及一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架及其试验方法。

背景技术

电动汽车动力总成包括汽车驱动电机、电机控制器(MCU)、电动汽车整车控制器(VCU)、变速器及变速器控制器(TCU)、电池、管理电池的电池管理系统(BMS)、传动轴、驱动桥、制动系统。

汽车动力总成实车模拟试验是指将汽车动力总成部分安装到试验台架上，模拟动力总成安装到实车后在道路上测试的工作情况。目前汽车动力总成试验基本是分拆成独立的部分单独进行试验，比如单独进行电机试验、变速器试验、驱动桥试验。然而对各个部分单独试验，无法在汽车动力总成装车前知晓整车的动力情况，无法及早测试整车控制策略、变速器换挡策略、电动汽车续航里程、电动汽车能量管理、加速性能、机械噪声等。汽车动力总成实车模拟给予实车模型和实车动力总成部件，在汽车开发阶段就可以测试出动力总成装车后在道路上行驶的工作情况，避免了装车后才发现问题增加开发周期，提升整车开发效率，节省开发成本。

发明内容

本发明提供了一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架及其试验方法。能够在台架上模拟出电动汽车动力总成各部分安装到实车后在道路上试验的工作情况，本发明可带来如下有益效果：在试验台架上进行汽车动力总成试验，可代替绝大多数路测，可及早发现汽车开发过程中可能出现的控制策略问题、机械噪声问题、电池续航问题等，可大大缩短整车动力系统开发调试周期，降低整车企业研发成本。

本发明采用的技术方案：

一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架，包括模拟驾驶舱、两台测功电机和控制系统；电动汽车动力总成输出端通过传动轴与测功机电机相连接，传动轴中间安装有测试动力总成输出力矩的非接触式力矩传感器，测功电机尾部安装有测试测功电机转速的转速传感器；试验台架包含汽车模拟驾驶舱，模拟驾驶舱包括加速踏板、制动踏板、换挡杆、手刹、方向盘、点火装置、显示屏、座椅；加速踏板、制动踏板、换挡杆、手刹、点火装置这几个电信号连接到电动汽车整车控制器(VCU)；

所述电动汽车动力总成结构部分包括汽车驱动电机、变速器、传动轴、驱动桥、制动器和驱动驱动电机的电池；所述驱动电机与变速器输入端相连接，变速器输出端经传动轴与驱动桥输入端相连接，驱动桥的输出端经传动轴分别与两台测功电机的输入端连接；所述制动器设置在驱动桥的两个输出端上；

所述控制系统包括控制驱动电机的MCU、VCU、控制变速器自动换挡的TCU、管理电池的BMS；所述VCU为控制核心，通过通信接口分别与MCU、TCU、BMS进行信息交互；所述VCU分别接收模拟驾驶舱的加速踏板信号、制动踏板信号、换挡杆信号、手刹信号和点火装置信号，经内部处理后，发送控制信息到MCU，MCU控制驱动电机输出驱动力矩。

所述模拟驾驶舱还包括设置在方向盘前端的显示屏，所述显示屏显示动力总成输出力矩、车速、以及油门和制动信息。

电动汽车动力总成实车模拟试验模拟方法，包括如下步骤：

1)踩下加速踏板，加速踏板信号输出到VCU，VCU控制汽车电机产生驱动力，经变速器和驱动桥，测功电机端力矩传感器实测得到整车驱动力矩T；

2)根据驱动力矩T和汽车轮胎滚动半径R计算得到汽车总的驱动力F＝T/R；

3)根据道路模拟公式(其中A、B、C为车辆滑行系数；V为车辆速度；M为车辆质量；g为重力加速度；为坡度；a为汽车加速度，计算得到这个时刻汽车目标车速V；

4)根据此刻目标车速V和汽车轮胎滚动半径R，计算汽车轮胎目标转速n＝V/(3.6*2*R*π)，控制测功电机转速达到目标值n；

5)按照设定的时间周期重复步骤2)到步骤4)进行汽车动力总成实车模拟试验。

以上步骤模拟了动力总成装到实车后在实际道路上行驶的工作过程。

电动汽车动力总成实车模拟过程中，变速器换挡由TCU自动完成；

实际车辆在道路上行驶，轮胎是安装在驱动桥输出端的，动力总成传递的力矩，通过轮胎传递驱动力到地面。而在台架上，不需要安装轮胎，通过测功电机直接连接到驱动桥输出端，直接模拟汽车的驱动力，驱动力通过引入的轮胎半径参与计算。在台架上模拟动力总成安装到实车上的测试，需要汽车的一些模型，包括以上的A、B、C系数、质量M以及轮胎滚动半径R都是被模拟对象的模型的参数。

汽车动力总成可选择安装真实的制动器在驱动桥两个输出端，在进行汽车动力总成实车模拟试验过程中，踩下制动踏板，制动器产生真实的制动力，驱动力和制动力叠加后由负载端力矩传感器直接测量到。可导入制动踏板输出电压与实际制动力之间的关系数据，根据实测制动踏板电压获取制动力F’，此时步骤2)中汽车总的驱动力F＝T/R-F’。

开车时，转动方向盘后，车辆转弯，两个轮胎转速是不同的。已知方向盘角度与两个轮胎转速比例关系数据，模拟驾驶舱方向盘安装有角度传感器，根据实测角度值，得到两个轮端转速比例关系两个轮端转速n1和n2分别由下面公式计算得到。

控制两个测功电机转速分别为n1,n2以实现汽车转弯模拟。

本发明能够准确在试验台架上模拟汽车动力安装到实车后的工作情况。本发明可带来如下有益效果：可在试验台架上验证整车控制策略、验证变速器换挡策略、验证汽车加速能力、电动汽车能量回收策略、提早发现动力总成匹配问题、噪声问题。能够及早在台架上发现动力总成的问题，缩短开发周期，避免了装车后再验证效果，可提升效率，节省整车厂研发周期和成本。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为汽车动力总成试验台架结构示意图；

图2为模拟驾驶舱侧视结构示意图；

图3为模拟驾驶舱俯视结构示意图；

图4为控制系统示意图；

其中：1.测功电机；2.力矩传感器；3.转速传感器；4.驱动桥；5.驱动电机；6.变速器；7.传动轴；8.电池；9.模拟驾驶舱；91.换挡杆；92.方向盘；93.点火装置；94.显示屏；95.制动踏板；96.加速踏板；97.座椅；98.手刹；10.制动器。

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定的实施例对本发明作进一步的阐述。但是应该理解，这些描述只是示例的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架，包括模拟驾驶舱9、两台测功电机1和控制系统；电动汽车动力总成输出端通过传动轴7与测功机电机相连接，传动轴7中间安装有测试动力总成输出力矩的非接触式力矩传感器2，测功电机1尾部安装有测试测功电机1转速的转速传感器3；如图2、3所示，模拟驾驶舱9包括加速踏板96、制动踏板95、换挡杆91、手刹98、方向盘92、点火装置93、显示屏94、座椅97；加速踏板96、制动踏板95、换挡杆91、手刹98、点火装置93这几个电信号连接到电动汽车整车控制器(VCU)；

如图1所示，电动汽车动力总成结构部分包括汽车驱动电机5、变速器6、传动轴7、驱动桥4、制动器10和驱动驱动电机5的电池8；驱动电机5与变速器6输入端相连接，变速器6输出端经传动轴7与驱动桥4输入端相连接，驱动桥4的输出端经传动轴7分别与两台测功电机1的输入端连接；制动器10设置在驱动桥4的两个输出端上；

控制系统包括控制驱动电机5的MCU、VCU、控制变速器6自动换挡的TCU、管理电池8的BMS；VCU为控制核心，通过通信接口分别与MCU、TCU、BMS进行信息交互；VCU分别接收模拟驾驶舱9的加速踏板96信号、制动踏板95信号、换挡杆91信号、手刹98信号和点火装置93信号，经内部处理后，发送控制信息到MCU，MCU控制驱动电机5输出驱动力矩。

如图1、4所示，VCU为控制核心，VCU接收驾驶舱内的加速踏板96、制动踏板95、档位、钥匙等信号，通过CAN通信接口发送控制指令到MCU，MCU接收指令后，控制电动汽车驱动电机5输出力矩，汽车电机驱动力矩经过变速器6和驱动桥4，将力矩传递到两个轮端，轮端通过传动轴7与测功电机1相连接，测功电机1施加负载力。测功电机1与轮端通过传动轴7相连接，传动轴7中间安装有非接触式力矩传感器2，测功电机1尾部安装有转速传感器3；力矩传感器2实时测量动力总成总的驱动扭矩，转速传感器3用于测量电机转速，根据轮胎滚动半径和电机转速和换算得到汽车车速。

具体试验方法步骤是：

1)挂上档位，踩下加速踏板96，汽车电机输出驱动力，经变速器6和驱动桥4，在两个测功电机1端力矩传感器2实测得到整车驱动力矩T；

2)根据驱动力矩T和汽车轮胎滚动半径R计算得到汽车总的驱动力F＝T/R；

3)根据道路模拟公式(其中A、B、C为车辆滑行系数；V为车辆速度；M为车辆质量；g为重力加速度；为坡度；a为汽车加速度)，计算得到当前汽车目标车速V；

5)根据V和汽车轮胎滚动半径R，计算测功电机1转速n＝V/(3.6*2*R*π)，控制测功电机1转速达到目标值n；

6)重复步骤2)到步骤5)实现动力总成实车模拟；

在汽车动力总成未安装真实制动器10的情况下，可导入制动器10模型到台架控制系统中，制动模型为制动踏板95输出电压与制动力的关系数据。在进行汽车动力总成实车模拟试验过程中，踩下制动踏板95，驾驶舱控制器采集制动踏板95电压，并用通信方式传输到试验台架控制系统，试验台架控制系统根据制动电压、制动电压与制动力关系数据得到当前制动力F’，此时步骤3)中动力总成驱动力F＝T/R-F’；

7)已知方向盘92角度与两个轮胎转速比例关系数据，模拟驾驶舱9方向盘92安装有角度传感器，根据实测角度值，得到两个轮端转速比例关系两个轮端转速n1和n2分别由下面公式计算得到。

控制两个测功电机1转速分别为n1,n2以实现汽车转弯模拟。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架，其特征在于，

包括模拟驾驶舱、两台测功电机、测试动力总成输出力矩的力矩传感器、测试测功电机转速的转速传感器和控制系统；

所述电动汽车动力总成包括汽车驱动电机、变速器、传动轴、驱动桥、制动器和驱动驱动电机的电池；所述驱动电机与变速器输入端相连接，变速器输出端经传动轴与驱动桥输入端相连接，驱动桥的输出端经传动轴分别与两台测功电机的输入端连接；所述制动器设置在驱动桥的两个输出端上；

所述模拟驾驶舱包括加速踏板、制动踏板、换挡杆、手刹、方向盘、点火装置和座椅；

所述控制系统包括控制驱动电机的MCU、VCU、控制变速器自动换挡的TCU、管理电池的BMS；所述VCU为控制核心，通过通信接口分别与MCU、TCU、BMS进行信息交互；所述VCU分别接收模拟驾驶舱的加速踏板信号、制动踏板信号、换挡杆信号、手刹信号和点火装置信号，经内部处理后，发送控制信息到MCU，MCU控制驱动电机输出驱动力矩。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架，其特征在于，所述力矩传感器设置在测功电机与驱动桥之间，所述转速传感器设置在测功电机的尾部。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架，其特征在于，所述模拟驾驶舱还包括设置在方向盘前端的显示屏，所述显示屏显示动力总成输出力矩、车速、以及油门和制动信息。

4.一种电动汽车动力总成实车模拟试验台架的模拟方法，包括如下步骤：

1)踩下加速踏板，加速踏板信号输出到VCU，VCU经过MCU控制汽车驱动电机产生驱动力，经变速器和驱动桥,力矩传感器实测得到整车驱动力矩T；

2)根据驱动力矩T和汽车轮胎滚动半径R计算得到汽车总的驱动力F＝T/R；

3)根据道路模拟公式其中A、B、C为车辆滑行系数，V为车辆速度，M为车辆质量，g为重力加速度，为坡度，a为汽车加速度；计算得到这个时刻汽车目标车速V；

4)根据此刻目标车速V和汽车轮胎滚动半径R，计算汽车轮胎目标转速n＝V/(3.6*2*R*π)，控制测功电机转速达到目标值n；

5)按照设定的时间周期重复步骤2)到步骤4)进行电动汽车动力总成实车模拟试验。

5.如权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，电动汽车动力总成实车模拟过程中，变速器换挡由TCU自动控制完成。

6.如权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，在进行汽车动力总成实车模拟试验过程中，踩下制动踏板，制动器产生制动力，驱动力和制动力叠加后由动力总成输出端力矩传感器直接测量。

7.如权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，汽车动力总成模拟试验过程中，导入制动踏板输出电压与实际制动力之间的关系数据，根据实测制动踏板电压获取制动力F’，此时步骤2)中汽车总的驱动力F＝T/R-F’。

8.如权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，已知方向盘角度与转速比例关系数据，模拟驾驶舱方向盘安装有角度传感器，根据实测角度值，得到两个轮端转速比例关系两个轮端转速n1和n2分别由下面公式计算得到，

控制两个测功电机转速分别为n1,n2以实现汽车转弯模拟。