CN108692948A - 车辆油耗测试系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆油耗测试系统,其包括:台架,其包括至少两个测功机和至少两个逆变器,并且混合动力总成设置在台架上,测功机连接到混合动力总成的输出端,并且逆变器分别连接到各个测功机上;以及台架控制系统,其包括主控制计算机、实时控制模块和数据采集系统;台架还包括多个传感器,它们设置为感测混合动力总成和至少两个测功机的输出转速和/或扭矩,并且与实时控制模块联接。本发明还包括一种用于车辆油耗测试系统的控制方法。本发明的车辆油耗测试系统和方法能够在整车试制未完成的情况下对混合动力车辆动力总成的油耗和排放等进行测试,同时还具有测试精度高、稳定性好、灵活性好等优点。
Description
车辆油耗测试系统和控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及车辆测试领域,并且更具体而言,涉及一种基于混合动力车辆动力总 成的车辆油耗测试系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 车辆研发中通常需要对车辆进行整车运行油耗测试和排放测试。因此,本领域中 已存在用于上述目的的整车油耗及排放测试系统。常规整车油耗及排放系统一般地是将整 车的车轮安置在转鼓台架上。然后,一方面,驾驶员通过操作油门踏板、制动踏板和换挡杆 来跟踪着行驶曲线进行车辆的模拟驾驶。另一方面,整车油耗及排放测试系统向与转鼓连 接的测功机发送控制指令,从而模拟道路阻力来进行运行测试,以感测整车的油耗和排放。 己知的是,测功机通常处于转矩控制模式下。
[0003] 因此,在现有技术中,油耗和排放试验通常必须在整车试制完成之后才能进行。然 而,这样的限制正在变得越来越无法满足现代车辆开发流程的需求。特别是在混合动力车 辆的开发中,所期望的是在开发周期的前期就获得与整车的油耗和排放有关的数据,以便 用于验证整车性能并且根据测试结果来对控制策略和整车结构进行优化和调整。现有的整 车油耗及排放测试系统无法满足这样的要求。
[0004] 为了解决上述问题,在混合动力车辆的开发中,本领域技术人员常将负载测功机 连接到车辆动力总成上来进行整车油耗模拟测试,并且采用飞轮组合或电力测功机来模拟 整车的惯量。飞轮组合可提供较好的稳定性,但需要针对不同的车辆进行拆卸和安装,因此 具有较差的柔性。而电力测功机通常通过控制转矩来模拟惯性阻力,已知的是,惯性阻力与 转速的加速度有关。由于转速的加速度是转速的微分,故在转速上的变化会导致转矩的大 幅度波动,影响电力测功机输出,进而影响整个系统的测试稳定性和精度。
[ooos]因此,所期望的是设计一种车辆油耗测试系统,其至少能够克服上述问题中的至 少一个。
发明内容
[0006]本发明的一个目的在于提供一种车辆油耗测试系统,其能够用于混合动力车辆动 力总成的油耗和排放测试,并且能够克服上述问题中的至少一个。本发明的另一个目的在 于提供一种用于该车辆油耗测试系统的控制方法。
[0007] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的: 一种车辆油耗测试系统,其中,其包括: 台架,其包括至少两个测功机和至少两个逆变器,并且混合动力总成设置在台架上,至 少两个测功机连接到混合动力总成的输出端,并且至少两个逆变器分别连接到至少两个测 功机中的一个上; >车辆油耗测试系统还包括台架控制系统,其包括主控制计算机、实时控制模块和数据 采集系统,并且主控制计算机构造为与实时控制模块和数据采集系统联接,实时控制模块 构造为与至少两个逆变器联接;以及 台架还包括多个传感器,多个传感器设置为感测混合动力总成和至少两个测功机的输 出转速和/或扭矩,并且多个传感器与实时控制模块联接来传输感测到的输出转速和/或扭 矩。
[0008] 备选地,实时控制模块包括PID驾驶员模型模块和整车模型模块,其中,PID驾驶员 模型模块根据来自至少两个测功机的输出转速以及理想转速来计算出油门踏板开度和制 动踏板开度,并且将油门踏板开度和制动踏板开度传输至整车模型模块,整车模型模块还 获得混合动力总成的输出扭矩,以便计算出各个车轮的计算转速并传输至至少两个逆变 器。
[0009] 备选地,整车模型模块包括控制模块、车身模块和多个车轮模块,其中,控制模块 构造为计算出用于各个车轮的机械制动扭矩,并且多个车轮模块构造为根据机械制动扭 矩、半轴的实时扭矩和当前车速来计算出用于各个测功机的控制转速和各个车轮的纵向 力,并且车身模块构造为根据各个车轮的纵向力和其他阻力来计算当前车速。
[0010] 备选地,多个车轮模块至少包括左前车轮模块、左后车轮模块、右后车轮模块和右 前车轮模块,其中,左后车轮模块和右后车轮模块分别根据左后轮制动力和右后轮制动力 来计算左后轮纵向力和右后轮纵向力,并且左前车轮模块根据左前轮机械制动扭矩、实时 扭矩和当前车速来计算左前轮纵向力和至少两个测功机中的一个的控制转速,并且右前车 轮模块根据右前轮机械制动扭矩、实时扭矩和当前车速来计算右前轮纵向力和至少两个测 功机中的另一个的控制转速。
[0011] 备选地,混合动力总成包括混合动力控制器、发动机、与发动机联接的发动机控制 器、与发动机的输出端联接的ISG电机、与ISG电机联接的电机控制器、与ISG电机的输出端 连接的变速器、以及与变速器连接的变速器控制器,并且混合动力控制器联接到发动机控 制器、变速器控制器和电机控制器上,并且混合动力控制器从实时控制器获得油门踏板开 度和制动踏板开度。
[0012] 备选地,台架还包括电池模块,其至少包括电池模拟器、油路系统和油耗仪;电池 模块联接到数据采集系统上。
[0013] 备选地,多个传感器为转速扭矩传感器。
[00M]备选地,各个模块和装置之间采用下列连接方式中的至少一种来联接:TCP/IP连 接、CAN总线、EtherCAT总线和Prof ibus总线。
[0015] —种用于上述车辆油耗测试系统的车辆油耗测试控制方法,其包括下列步骤: 设置步骤,其选择台架工作模式和循环路况; 启动步骤,其包括向车辆油耗测试系统通电,检查系统状态; 第一测试步骤,其包括使至少两个测功机模拟车轮的转速,感测至少两个测功机的转 速,计算油门踏板和制动踏板的开度并发送至混合动力控制器,混合动力控制器随后控制 发动机和ISG电机的工作来模拟各种工况; 第二测试步骤,其包括将感测到的混合动力总成的输出端的实时扭矩传输至实时控制 模块,以便由实时控制模块计算出在该实时扭矩下的车轮转速,并且将相应的控制指令发 送至与各个测功机联接的各个逆变器;以及 判断步骤,其判断测试循环是否完成,如果完成则保存数据并停机。
[0016]上述车辆油耗测试控制方法,备选地,第二测试步骤包括计算至少两个测功机的 控制转速。
[0017]本发明的有益效果在于:提供了一种车辆油耗测试系统及其控制方法,使得能够 在整车试制未完成的情况下对混合动力车辆动力总成的油耗和排放等进行测试,并且能够 利用动力总成来实时模拟整车的行驶工况,同时还具有测试精度高、稳定性好、灵活性好等 优点。
附图说明
[0018] 以下将接合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述,但是本领域技术 人员将领会的是,这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的,并且因此不应当作 为对本发明范围的限定。此外,除非特别指出,附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组 成或构造并且可能进行了夸张性显示,并且附图也并非一定是按比例绘制的。
[0019] 图1是本发明的一个实施例的车辆油耗测试系统的构造示意图。
[0020] 图2是图1所示实施例的部分构造示意图。
[0021] 图3是图2所示实施例的整车模型模块的计算方法的示意图。
具体实施方式
[0022]以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员将领会的是, 这些描述仅为描述性的、示例性的,并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。
[0023]首先,需要说明的是,在本文中所提到的顶部、底部、朝上、朝下等方位用语是相对 于各个附图中的方向来定义的,它们是相对的概念,并且因此能够根据其所处于的不同位 置和不同的实用状态而变化。所以,不应将这些或其他方位用语理解为限制性用语。
[0024] 此外,还应当指出的是,对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征,或 在附图中示出或隐含的任意单个技术特征,仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续 进行组合,从而获得未在本文中直接提及的本发明的其他实施例。
[0025] 此外,在不同的附图的,相同的参考标号表示相同或大致相同的部件。并且各个箭 头代表信号传递和/或电连接。
[0026] 本领域技术人员已知的是,PXI是PCI extensions for Instrumentation的缩写, 也即面向仪器系统的PCI扩展。PID是Proport ion Integration Differentiation的缩写, 也即比例、积分、微分。HCU是Hybrid Control Unit的缩写,也即混合动力控制器。ECU是 Engine Control Unit的缩写,也即发动机控制器。MCU是Motor Control Unit的缩写,也即 电机控制器。ISG是Integrated Starter/Generator的缩写。EtherCAT为太网络通讯协议。 Profibus是Process Field Bus的缩写,也即过程现场总线。CAN是Controller Area Network的缩写,也即控制器局域网络。TCP/IP是Transmission Control Protocol / Internet Protocol的缩写,也即传输控制协议/因特网互联协议。
[0027]图1是本发明的一个实施例的车辆油耗测试系统的构造示意图。其中,车辆油耗测 试系统100包括台架控制系统1和台架2。台架控制系统1包含主控制计算机11、实时控制器 (优选地为PXI实时控制器)12和数据采集系统(优选地为PXI数据采集系统)13。实时控制器 12和数据采集系统13优选地分别通过TCP/IP网络通信连接14、15来联接到主控制计算机11 上。台架2包含与第一测功机(又称为左测功机)207及第二测功机(又称为右测功机)209联 接的混合动力总成200。其中,混合动力总成2〇〇包含HCU 2〇l、E⑶203、发动机2〇2、ISG电机 204、MCU 205、变速器206等。本领域技术人员将领会的是,变速器206还可包含TCU (Transmission Control Unit,即变速器控制器)模块。
[0028] 优选地,HCU 201联接到MCU 205、ECU 203和TCU上,ECU 203对发动机2〇2进行控 制,并且MCU 205对ISG电机204进行控制。并且变速器206联接在ISG电机204与第一测功机 207及第二测功机209之间。第一测功机207及第二测功机2〇9分别与第一逆变器2〇8及第二 逆变器210联接。此外,台架2上还设置有电池模拟器214、油路系统215和油耗仪216。其中, 电池模拟器214优选地与MCU 205联接。
[0029] 在图1中示出的优选实施例中,一方面,实时控制器12优选地通过EtherACT总线 217和218来分别连接到第一逆变器208及第二逆变器210上,以便能够向第一逆变器208及 第二逆变器210发送与左右车轮的转速相关的转速控制指令。此外,实时控制器12还优选地 通过CAN总线来联接到HCU 201上,以便能够向HCU 201发送踏板控制指令(即与踏板开度有 关的指令)以及指示当前车速的信号。在第一测功机207及第二测功机209的输出端处分别 设置有第一转速扭矩传感器211和第二转速扭矩传感器212,并且在变速器206的输出端处 设有第三转速扭矩传感器213。第一转速扭矩传感器211、第二转速扭矩传感器212和第三扭 转速矩传感器213分别通过Profibus总线219来联接到实时控制器12上,以便向实时控制器 12传输信号。 另一方面,电池模拟器214、油路系统215和油耗仪216优选地通过CAN总线220来连接到 数据采集系统13上,以便能够将电池模拟器的参数等信号传输至数据采集系统13。
[0030] 图2是图1所示实施例的部分构造示意图,其中详细图示了实时控制器12中进行的 控制逻辑。如所示,实时控制器12包括PID驾驶员模型模块16和整车模型模块170PID驾驶员 模型模块16优选地从主控计算机11获得与循环路况的理想车速相对应的理想转速G)Ideal。 此外,PID驾驶员模型模块16还优选地从第一转速扭矩传感器211和第二转速扭矩传感器 212获得它们所感测到的第一测功机(又称为左测功机)207及第二测功机(又称为右测功 机)209的转速《A_aijJP«A_ai_R。根据上述的各个输入,PID驾驶员模型模块16将能够将 理想车速与各个测功机的实际转速进行比较,以便计算出油门踏板开度(ACC_Pedal)和制 动踏板开度(Brake_Pedal)。在经过平滑处理后,油门踏板开度(ACC_Pedal)和制动踏板开 度(Brake_Pedal) —方面发送至整车模型模块17,另一方面还作为踏板控制指令通过CAN总 线发送至混合动力控制器201。
[0031]混合动力控制器201构造为根据接收到的油门踏板开度(ACC_Pedal)和制动踏板 开度(Brake_Pedal)、当前车速和当前的电池荷电状态(State of Charge,缩写为S0C)来进 行扭矩分配,以控制发动机202和ISG电机204的运行,来模拟实现怠速停机、再生制动、ISG 电机辅助加速、巡航发电等各种复杂的工况。
[0032] 整车模型模块17不仅从PID驾驶员模型模块16接收油门踏板开度(ACC_Pedal)和 制动踏板开度(Brake_Pedal),而且还从第三转速扭矩传感器213实时地获得混合动力总成 200输出端的扭矩Lut。在获得上述输入信息的情况下,整车模型模块17能够计算出在该扭 矩驱动情况下的左右车轮的转速 ^ Setpoint 一L和 〇 Setpoint—R, 并且左右车轮的转速分别通过 EtherCAT总线217和218来发送至与第一测功机(又称为左测功机)207及第二测功机(又称 为右测功机)209分别相关联的第一逆变器208及第二逆变器210,以使得第一测功机(又称 为左测功机)207及第二测功机(又称为右测功机)209能够具有与计算出的左右车轮的转速 相对应的输出。
[0033]图3是图2所示实施例的整车模型模块17的计算方法的示意图。其中,整车模型模 块17包括控制模块302、车身模块307和多个车轮模块。控制模块302构造为从电池模块301 获得当前的电池荷电状态(S0C),并且从PDI驾驶员模型模块16获得油门踏板开度(Acc_ Pedal)和制动踏板开度(Brake_Pedal),以便对制动力进行分配来计算出车辆前后轮的机 械制动扭矩和回收制动扭矩。
[0034]多个车轮模块包含左前车轮模块303、左后车轮模块304、右后车轮模块305和右前 车轮模块306。其中,左后车轮模块304和右后车轮模块305分别构造为根据左后车轮制动扭 矩和右后车轮制动扭矩来计算出左后轮纵向力和右后轮纵向力。可以理解的是,从第三转 速扭矩传感器213实时地获得混合动力总成200输出端的扭矩T〇ut成为图3中的实测扭矩 (TQUt_L)和实测扭矩(Tcmt_R)。左前车轮模块303根据左前轮机械制动扭矩、当前的车速和实 测扭矩(Tout+L)(表示回收制动力)来计算出左前轮纵向力和左车轮计算转速《Setpclint_L,并 且如图2中所示,左车轮计算转速coSetpQint_L将被发送至第一逆变器208。类似地,右前车轮 模块304根据右前轮机械制动扭矩、当前的车速和实测扭矩(ToutjO (表示回收制动力)来计 算出右前轮纵向力和右车轮计算转速c〇SetP^nt_R,并且如图2中所示,右车轮计算转速 〇 Setpoint. _^将被发送至第二逆变器210。
[0035]在车身模块307处,车身模块307将根据左后轮纵向力、右后轮纵向力、左前轮纵向 力、右前轮纵向力和其他阻力来计算在实测扭矩作用下的当前车速。其中,其他阻力包括但 不限于迎风阻力、坡道阻力和滚动阻力等。
[0036] 本发明还涉及一种用于上述车辆油耗测试系统的控制方法。其包括下列步骤: 设置步骤,包括选择台架的工作模式(例如设置为手动或自动)、选择循环路况等; 启动步骤,包括使车辆油耗测试系统的各个模块通电,检测系统通讯、安全开关以及各 个传感器和控制模块的状态是否正常; 第一测试步骤,使用台架控制系统1来控制混合动力总成200,尤其是控制HCU 201其具 体操作可参见上文结合图2所公开的内容; 第二测试步骤,利用检测结果反馈来控制各个测功机,以进行混合动力总成200的油耗 测试操作,其具体操作可参见上文结合图2和图3所公开的内容; 判断步骤,包括判断测试循环是否完成,如果完成,则保存实验数据,并且使混合动力 总成200和各个测功机停机。
[0037]本领域技术人员可领会的是,在本发明的优选实施例中选用不同的总线来进行不 同的数据传送。然而,这样的设计并非限制性的,并且其中的某一总线可以采用本发明的说 明书中提到或未提到的其他类型的总线或数据传送方式(包括但不限于无线传输等)来代 替。
[0038]本领域技术人员还将领会的是,在运行过程中,上述车辆油耗测试系统1〇〇通过控 制油门踏板的状态来使混合动力总成2〇0驱动各个测功机,进而跟随行驶曲线。各个测功机 构造为模拟车轮及负载的阻力,并且处于转速控制模式下。车辆油耗测试系统1〇〇还构造为 实时地测量混合动力总成200的输出轴的扭矩,并且利用整车模型来计算在实测的轴扭矩 作用卜的半轮转速,并且将计算出的车轮转速发送至与各个测功机联接并构造为控制各个 测功机的逆变器。一方面,如果轴扭矩过大,则测功机的转速会超过目标转速,使得油门踏 板的开度降低,从而降低轴扭矩。另一方面,如果轴扭矩过小,则测功机的转速会低于目标 转速,使得油n踏板的开度增加,从而增大了轴扭矩。
[0039]通过上述控制方法,在计算过程中不会出现微分项,从而有效地减轻了传动轴扭 矩上的剧烈波动,提高了系统的稳定性和测量精度。
[0040]与现有技术相比,由于本发明中的各个测功机采用的是转速控制,可以避免测功 机在动力中断时发生飞转失速的情况。
[0041]尽管在图示的实施例中,第一测功机207和第二测功机209分别构造为模拟左前车 轮和左后车轮的运动,但本领域技术人员将领会的是,各个测功机也可构造为模拟其他车 轮的运动,此时,PID驾驶员模型模块和整车模型模块将作出相应的修改和调整。
[0042]本领域技术人员还将领会的是,尽管在图示的实施例中采用了两个测功机和两个 逆变器的配置,但本发明的构思不限于此,而是还可以采用其他数目的配置。例如,可采用 多于或少于两个测功机和两个逆变器的配置,以便使得本发明的车辆油耗测试系统能够在 开发不同的车辆中使用。例如,在四轮驱动或全轮驱动的车辆开发中,可能需要配置四个或 四个以上的测功机和逆变器来进行模拟试验。此时,PID驾驶员模型和/或整车模型将进行 相应的调整。显然,这样的调整和修改将落入本发明的保护范围内。
[0043] 本说明书参考附图来公开本发明,并且还使本领域技术人员能够实施本发明,包 括制造和使用任何装置或系统、选用合适的材料以及使用任何结合的方法。本发明的范围 由请求保护的技术方案限定,并且包含本领域技术人员想到的其他示例。只要此类其他示 例包括并非不同于请求保护的技术方案字面语言的结构元件,或此类其他示例包含与请求 保护的技术方案的字面语言没有实质性区别的等价结构元件,则此类其他示例应当视为处 于由本发明的权利要求书请求保护的技术方案所确定的保护范围内。
Claims (10)
1. 一种车辆油耗测试系统,其特征在于,其包括: 台架,其包括至少两个测功机和至少两个逆变器,并且混合动力总成设置在所述台架 上,所述至少两个测功机连接到所述混合动力总成的输出端,并且所述至少两个逆变器分 别连接到所述至少两个测功机中的一个上; 所述车辆油耗测试系统还包括台架控制系统,其包括主控制计算机、实时g制模块和 数据采集系统,并且所述主控制计算机构造为与所述实时控制模块和所述数据采集系统联 接,所述实时控制模块构造为与所述至少两个逆变器联接;以及 所述台架还包括多个传感器,所述多个传感器设置为感测所述混合动力总成和所述至 少两个测功机的输出转速和/或扭矩,并且所述多个传感器与所述实时控制模块联接来传 输感测到的输出转速和/或扭矩。
2. 根据权利要求1所述的车辆油耗测试系统,其特征在于,所述实时控制模块包括PID 驾驶员模型模块和整车模型模块,其中,所述PID驾驶员模型模块根据来自所述至少两个测 功机的输出转速以及理想转速来计算出油门踏板开度和制动踏板开度,并且将油门踏板开 度和制动踏板开度传输至所述整车模型模块,所述整车模型模块还获得所述混合动力总成 的输出扭矩,以便计算出各个车轮的计算转速并传输至所述至少两个逆变器。
3. 根据权利要求2所述的车辆油耗测试系统,其特征在于,所述整车模型模块包括控制 模块、车身模块和多个车轮模块,其中,所述控制模块构造为计算出用于各个车轮的机械制 动扭矩,并且所述多个车轮模块构造为根据机械制动扭矩、半轴的实时扭矩和当前车速来 计算出用于所述各个测功机的控制转速和各个车轮的纵向力,并且所述车身模块构造为根 据各个车轮的纵向力和其他阻力来计算当前车速。
4. 根据权利要求3所述的车辆油耗测试系统,其特征在于,所述多个车轮模块至少包括 左前车轮模块、左后车轮模块、右后车轮模块和右前车轮模块,其中,所述左后车轮模块和 所述右后车轮模块分别根据左后轮制动力和右后轮制动力来计算左后轮纵向力和右后轮 纵向力,并且所述左前车轮模块根据左前轮机械制动扭矩、实时扭矩和当前车速来计算左 前轮纵向力和所述至少两个测功机中的一个的控制转速,并且所述右前车轮模块根据右前 轮机械制动扭矩、实时扭矩和当前车速来计算右前轮纵向力和所述至少两个测功机中的另 一个的控制转速。
5. 根据权利要求1所述的车辆油耗测试系统,其特征在于,所述混合动力总成包括混合 动力控制器、发动机、与所述发动机联接的发动机控制器、与所述发动机的输出端联接的 ISG电机、与所述ISG电机联接的电机控制器、与所述ISG电机的输出端连接的变速器、以及 与所述变速器连接的变速器控制器,并且所述混合动力控制器联接到所述发动机控制器、 所述变速器控制器和所述电机控制器上,并且所述混合动力控制器从所述实时控制器获得 油门踏板开度和制动踏板开度。
6. 根据权利要求5所述的车辆油耗测试系统,其特征在于,所述台架还包括电池模块, 其至少包括电池模拟器、油路系统和油耗仪;所述电池模块联接到所述数据采集系统上。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的车辆油耗测试系统,其特征在于,所述多个传感器 为转速扭矩传感器。
8. 根据权利要求1-6中任一项所述的车辆油耗测试系统,其特征在于,所述各个模块和 装置之间采用下列连接方式中的至少一种来联接:TCP/IP连接、CAN总线、EtherCAT总线和 Prof ibus 总线。
9. 一种用于根据权利要求l-8中任一项所述的车辆油耗测试系统的车辆油耗测试控制 方法,其特征在于,其包括下列步骤: 设置步骤,其选择台架工作模式和循环路况; 启动步骤,其包括向所述车辆油耗测试系统通电,检查系统状态; 第一测试步骤,其包括使至少两个测功机模拟车轮的转速,感测所述至少两个测功机 的转速,计算油门踏板和制动踏板的开度并发送至混合动力控制器,混合动力控制器随后 控制发动机和ISG电机的工作来模拟各种工况; 第二测试步骤,其包括将感测到的混合动力总成的输出端的实时扭矩传输至实时控制 模块,以便由所述实时控制模块计算出在该实时扭矩下的车轮转速,并且将相应的控制指 令发送至与各个测功机联接的各个逆变器;以及 判断步骤,其判断测试循环是否完成,如果完成则保存数据并停机。
10. 根据权利要求9所述的车辆油耗测试控制方法,其特征在于,所述第二测试步骤包 括计算所述至少两个测功机的控制转速。
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