CN108918156B - 一种液力缓速器式模拟加载系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液力缓速器式模拟加载系统，包括：用于测量缓速器输入轴转矩转速的扭矩传感器、用于给发动机施加负载的液力缓速器,用于改变传动比的变速器，用于传递运动和扭矩的分动器，用于液力缓速器和发动机冷却散热的冷却系统，用于改变风扇转速以及冷却系统水流量的液压系统，用于控制液力缓速器的液力缓速器ECU，用于控制冷却系统和液压系统的冷却液压系统ECU，用于采集三轴加速度、坡度倾角等车辆运行状态的信息采集系统，用于控制车辆电子控制系统的整车控制器。本发明通过对液力缓速器以及冷却液压系统的闭环控制算法，保证了不同试验工况下对模拟负荷的加载精度和系统稳定性，以及实现对模拟载荷的无极调控。

Description

一种液力缓速器式模拟加载系统

技术领域

本发明涉及汽车模拟实验技术，尤其涉及一种液力缓速器式模拟加载系统。

背景技术

随着车辆以及道路的快速发展，重型车辆的行驶平均车速逐年升高。行车制动系统中的摩擦片式制动装置越来越不能适应长时间、高强度的工作需要。液力缓速器作为汽车辅助制动装置的一种，近年来逐渐应用到载重汽车和大、中型客车上。对于液力缓速器及其控制系统，国外在理论研究和实际应用方面已经比较成熟，我国一些科研院校也在进行相关产品开发以及关键技术的研究工作。

基于现代汽车性能和可靠性试验要求，需要对发动机进行性能匹配试验，以保证汽车的动力性能可以满足各种工况需求。目前，国内普遍采用负荷拖车的方式进行模拟加载，其原理是利用试验车拖动模拟负荷车进行试验，或者电涡流加载装置。

通过负荷拖车的试验方式，成本较高、机动性和操作稳定性差且容易对试验车制动系统造成磨损；电涡流缓速器虽然在中低速时有着较好的转矩特性，但是有效转矩较小、无法满足模拟加载量，且受温度影响较大，无法保证长时间有效工作。

本发明将液力缓速器作为发动机载荷模拟装置，利用液力缓速器的缓速制动，将发动机输出的大部分机械能转换为缓速器中传动液内能，通过热能形式耗散；同时液力缓速器也能适应绝大部分环境温度以及海拔地势要求，可以满足发动机移动测试平台的要求。本发明开发了基于CAN总线的模拟加载电控系统，以模拟汽车行驶时的行驶阻力以及负载工况,对汽车传动系统性能进行全方位考核。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种液力缓速器式模拟加载系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液力缓速器式模拟加载系统，包括：

用于测量缓速器输入轴转矩转速的扭矩传感器、用于给发动机施加负载的液力缓速器,用于改变传动比的变速器，用于传递运动和扭矩的分动器，用于液力缓速器和发动机冷却散热的冷却系统，用于改变风扇转速以及冷却系统水流量的液压系统，用于控制液力缓速器的液力缓速器ECU，用于控制冷却系统和液压系统的冷却液压系统ECU，用于采集三轴加速度、坡度倾角等车辆运行状态的信息采集系统，用于控制车辆电子控制系统的整车控制器；

所述扭矩传感器、液力缓速器、变速器、分动器、冷却系统依次连接；

所述整车控制器与CAN总线连接，所述冷却系统、液压系统、液力缓速器ECU、冷却液压系统ECU、信息采集系统、信息采集系统ECU分别与CAN总线连接；

所述整车控制器用于根据模拟加载模式向液力缓速器发送控制信号，具体如下：

1)整车控制器接收进入模拟加载的激励信号，整车控制器控制液压冷却系统启动；

2)通过CAN总线接收系统各网络节点ECU的传感器信息；

3)若模拟加载模式为档位控制，由驾驶员操作换挡杆，此时整车控制器选取预设的档位对应目标电流值，并根据缓速器水温和油温信号对目标电流进行修正，对修正后的目标电流根据缓速器比例阀电流信号偏差进行PID控制，控制缓速器比例阀开度以保持液力缓速器以恒定充液率工作；

比例阀目标电流与实际电流二者构成控制偏差，利用PID控制器对液力缓速器比例阀开度进行控制，以使液力缓速器以恒充液率控制模式工作。

若模拟加载模式为恒扭矩控制，根据驾驶员选择的路面附着系数、通过传感器采集的三轴加速度信号以及陀螺仪信号(或模拟坡度)计算目标力矩，然后根据缓速器水温和油温信号对目标力矩进行修正，通过转矩信号偏差进行PID控制，根据控制信号控制缓速器比例阀开度以保持液力缓速器以恒扭矩工作。

通过2G加速度传感器采集的x方向、y方向、z方向的加速度，以及倾角传感器采集的x倾角和y倾角(或模拟坡度)计算目标力矩

缓速器目标力矩与实际力矩二者构成控制偏差，利用PID控制器对液力缓速器制动力矩进行控制，以使液力缓速器以恒扭矩控制模式工作。

按上述方案，所述缓速器ECU采集比例阀电流信号、缓速器油温信号、缓速器冷却水温信号并发送到CAN网络。

按上述方案，所述冷却系统包括水箱、水泵、散热器和风扇；所述散热器与风扇焊接固定，所述散热器与车体纵向线倾斜45°布置

按上述方案，所述整车控制器还根据通过CAN总线接收的液压系统油箱温度信息，利用闭环控制算法调节液压自冷比例阀，进而对油箱温度进行反馈调节；根据通过CAN总线接收的液力缓速器工作油温信号，整车控制器通过闭环控制算法调节水泵比例阀，进而对冷却系统水流量进行反馈调节；通过CAN网络中缓速器出口水温信号，整车控制器通过闭环控制算法调节风扇比例阀，进而对风扇转速进行分级调速。

本发明产生的有益效果是：

1.通过对液力缓速器以及冷却液压系统的闭环控制算法，保证了不同试验工况下对模拟负荷的加载精度和系统稳定性，以及实现对模拟载荷的无极调控。

2.通过对风扇转速以及水流量的闭环控制，可控制缓速器的工作油温保持稳定，进而更好地控制制动力矩保持稳定。

3.提供多种控制策略供驾驶员选择，可满足汽车各种工况下模拟荷载需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的液力缓速器模拟加载系统CAN总线通讯示意图；

图3是本发明实施例的液力缓速器模拟加载系统电控系统示意图；

图4是本发明实施例的液力缓速器模拟加载系统控制逻辑程序框图；

图5是本发明实施例的液力缓速器模拟加载系统液压控制模块示意图；

图6是本发明实施例的液力缓速器模拟加载系统应急及报警示意图；

图7是本发明实施例的液力缓速器模拟加载系统上位机界面示意图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，液力缓速器模拟加载系统，装置部分主要包括整车控制器(CompactRIO)1、发动机2、扭矩传感器3、液力缓速器4、变速器5、分动器6、冷却系统7、液压系统8、信息采集系统10、信息采集系统ECU11、冷却液压系统ECU12、液力缓速器ECU13、工控机15、工业平板19，线束部分包括ECU线束9、CAN总线传输线(14)和局域网通讯线18，并且安装了模拟加载系统工作所需要的一些外围器件，包括换挡手柄、应急开关以及报警装置。

如图2，本发明模拟加载系统通过CAN网络实现整车控制器节点与扭矩传感器ECU节点、冷却液压系统ECU节点、缓速器ECU节点以及信息采集系统ECU节点的实时通讯。

如图3所示，本发明的控制系统以整车控制器为核心，通过扭矩传感器、信息采集系统、信息采集系统ECU、冷却液压系统ECU和液力缓速器ECU配合完成。整车控制器从CAN总线接收各节点ECU发送的传感器信号，并利用控制算法得到控制量，然后通过CAN总线发送到目标地址(ECU)以控制执行器动作。

其控制方法具体如下：

如图4所示，本发明的缓速器模拟加载系统工作过程如下。在车辆启动前，驾驶员需要打开模拟加载总开关以及对加载模式的选择。若选择恒扭矩模式，则需选择路面附着系数。如需在水平路面模拟上坡工况，则需要选择模拟坡度，注意该模拟坡度比陀螺仪信号采集坡度信号优先级高。在车辆行驶时，整车控制器检测是否挂入空档、是否踩下离合器踏板、是否踩下加速踏板、是否踩下制动踏板。

若模拟加载模式选择档位控制，驾驶员需要操作换挡杆，此时整车控制器选取相应的目标电流值，并通过缓速器水温和油温信号对目标电流进行修正，通过缓速器比例阀电流信号偏差进行PID控制，控制缓速器比例阀开度以保持缓速器恒定充液率工作。

若模拟加载模式选择恒扭矩控制，驾驶员则无需操作换挡杆，此时根据驾驶员选择的路面附着系数、三轴加速度信号以及陀螺仪信号(或模拟坡度)计算目标力矩，并通过缓速器水温和油温信号对目标力矩进行修正，通过转矩信号偏差进行PID控制，控制缓速器比例阀开度以保持缓速器恒扭矩工作。

如图5所示，本发明液压系统控制模块从CAN总线接收液压系统油温信号。在加载系统总开关开启时，当油温低于T1时，则开启油箱电加热器；当油温高于T1时，整车控制器将油温偏差输入PID控制器控制冷却比例阀开度，然后通过CAN总线发送到目标地址(ECU)以控制执行器动作。冷却系统控制模块从CAN总线接收传感器信号：缓速器油温和缓速器出口水温。整车控制器将缓速器油温偏差输入PID控制器控制水流量比例阀开度，将缓速器入口水温偏差输入至PID控制器控制风扇比例阀开度，然后通过CAN总线发送到目标地址(ECU)以控制执行器动作。

如图6所示，本发明设有故障报警灯以及应急开关。故障报警灯包括加载系统报警灯和冷却液压系统报警灯。当发动机输出转矩、发动机转速、缓速器输出转矩、当前车速或者当前加速度发生异常时，加载系统报警灯闪烁，驾驶员应及时进行换挡操作，根据实际情况加减档，一般情况下是需要减档减速以增加发动机的转矩输出。若驾驶员通过简单的加减档、加减速不能使报警灯熄灭，此时应关闭加载系统总开关，并减速停车，通过参数记录首先对发动机、变速箱以及液力缓速器进行检修；当缓速器油温、缓速器出口水温、液压系统油箱温度或者液压系统压力异常时，冷却液压系统报警灯闪烁，此时驾驶员应立即关闭加载系统总开关，并减速停车。通过参数记录对液力缓速器以及冷却液压系统进行分析、维修。在驾驶员按下应急开关时，关闭发动机以及缓速器开关阀，以应对紧急状况。故障报警灯和应急开关均通过NI板卡进行检测和执行。

如图7所示，本发明还设有工业平板，方便驾驶员操作以及查看模拟加载系统运行状况。上位机界面主要分为三大面板，包括操作面板、整车系统以及模拟加载系统。操作面板主要用于驾驶员控制，包括加载系统总开关、加载模式选择开关、路面附着系统选择按钮、水平路面模拟上坡工况选择按钮；整车系统面板主要用于整车工况的显示，包括发动机输出扭矩、发动机转速、坡度、车速、加速度以及档位的显示；模拟加载面板主要用于模拟加载系统工况的显示，包括液力缓速器异常指示灯、冷却液压系统异常指示灯、缓速器扭矩、缓速器充液率、缓速器工作油温、缓速器出口水温、散热器风扇转速、水泵转速以及液压系统压力。通过工控机，可实现对模拟加载系统的数据存储、处理以及显示。

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 (3)

1.一种液力缓速器式模拟加载系统，其特征在于，包括：

用于测量缓速器输入轴转矩转速的扭矩传感器、用于给发动机施加负载的液力缓速器，用于改变传动比的变速器，用于传递运动和扭矩的分动器，用于液力缓速器和发动机冷却散热的冷却系统，用于改变风扇转速以及冷却系统水流量的液压系统，用于控制液力缓速器的液力缓速器ECU，用于控制冷却系统和液压系统的冷却液压系统ECU，用于采集三轴加速度和坡度倾角在内的车辆运行状态的信息采集系统，用于控制车辆电子控制系统的整车控制器；

所述扭矩传感器、液力缓速器、变速器、分动器、冷却系统依次连接；

所述整车控制器与CAN总线连接，所述冷却系统、液压系统、液力缓速器ECU、冷却液压系统ECU、信息采集系统、信息采集系统ECU分别与CAN总线连接；

所述整车控制器用于根据模拟加载模式向液力缓速器发送控制信号，具体如下：

1)整车控制器接收进入模拟加载的激励信号，整车控制器控制液压冷却系统启动；

2)通过CAN总线接收系统各网络节点ECU的传感器信息；

3)若模拟加载模式为档位控制，由驾驶员操作换挡杆，此时整车控制器选取预设的档位对应目标电流值，并根据缓速器水温和油温信号对目标电流进行修正，对修正后的目标电流根据缓速器比例阀电流信号偏差进行PID控制，控制缓速器比例阀开度以保持液力缓速器以恒定充液率工作；

即比例阀目标电流与实际电流二者构成控制偏差，利用PID控制器对液力缓速器比例阀开度进行控制，以使液力缓速器以恒充液率控制模式工作；

若模拟加载模式为恒扭矩控制，根据驾驶员选择的路面附着系数、通过传感器采集的三轴加速度信号以及陀螺仪信号计算目标力矩，然后根据缓速器水温和油温信号对目标力矩进行修正，通过转矩信号偏差进行PID控制，根据控制信号控制缓速器比例阀开度以保持液力缓速器以恒扭矩工作；

即根据缓速器目标力矩与实际力矩二者构成控制偏差，利用PID控制器对液力缓速器制动力矩进行控制，以使液力缓速器以恒扭矩控制模式工作；

所述整车控制器还根据通过CAN总线接收的液压系统油箱温度信息，利用闭环控制算法调节液压自冷比例阀，进而对油箱温度进行反馈调节；根据通过CAN总线接收的液力缓速器工作油温信号，整车控制器通过闭环控制算法调节水泵比例阀，进而对冷却系统水流量进行反馈调节；通过CAN网络中缓速器出口水温信号，整车控制器通过闭环控制算法调节风扇比例阀，进而对风扇转速进行分级调速。

2.根据权利要求1所述的液力缓速器式模拟加载系统，其特征在于，所述液力缓速器ECU采集比例阀电流信号、缓速器油温信号、缓速器冷却水温信号并发送到CAN网络。

3.根据权利要求1所述的液力缓速器式模拟加载系统，其特征在于，所述冷却系统包括水箱、水泵、散热器和风扇；所述散热器与风扇焊接固定，所述散热器与车体纵向线倾斜45°布置。

Images