CN109932928A - 半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，包括半消声室，半消声室内设有被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统和噪声监测系统，半消声室外设有两个AVL风冷电力测功机、测功机测控系统、电池模拟器和台架电控单元；台架电控单元分别与测功机测控系统、被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统连接；AVL风冷电力测功机与被测功率分流混合动力系统的输出端连接；测功机测控系统分别与电池模拟器、两个AVL风冷电力测功机连接。与现有技术相比，本发明不仅可开展对功率分流混合动力系统集成控制策略的开发、验证和优化，还可对被测动力系统运行的噪声进行测试与评价，具有扩展性好、开发周期短和成本低等优点。

Description

半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台

技术领域

本发明涉及一种动力系统硬件在环仿真试验装置，尤其是涉及一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台。

背景技术

功率分流混合动力系统由行星排耦合机构、发电机、电动机、发动机、蓄电池、湿式制动器或离合器等组成。功率分流式混合动力汽车兼具串联式混合动力汽车和并联式混合动力汽车的特点和优势，它通过行星排功率分流装置将发动机输出功率与电机功率耦合后传递至车轮。功率分流混合动力系统具有多种模式，能够适应复杂的行驶工况，通过协调电机转矩将发动机调节到最优工作点，使车辆具有良好的排放和油耗性能。

如何减少模式切换过程中整车的冲击度和噪声是混合动力系统控制的难点，而对于功率分流混合动力系统的模式切换特别是从纯电动切换到混合动力模式，涉及到湿式制动器的分离与结合过程以及对发电机、电动机和发动机的转矩协调控制，控制难度大。因此，搭建一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，用于开展对被测动力系统整车控制策略的开发、验证和优化，并监测被测动力系统的噪声性能是十分必要的。

中国专利公开号为CN103713624A的专利公开了功率分流混合动力系统模式切换硬件在环仿真试验台，该方案包括PC机、整车控制器、AutoBox实时仿真系统和实车执行机构系统组。该方案能够验证功率分流混合动力系统模式切换控制策略并提高策略的开发效率，然而，该方案中整车模型运行在AutoBox实时仿真系统中并不能完全模拟变速箱特性；此外，该发明没有考虑到被测动力系统运行时的噪声因素，且不能更换被测对象，难以实现通用化和系列化。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，包括半消声室，所述半消声室内设有被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统和噪声监测系统，所述半消声室外设有AVL风冷电力测功机、测功机测控系统、电池模拟器和台架电控单元；所述台架电控单元分别与测功机测控系统、被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统连接；所述AVL风冷电力测功机设有两个，且分别与所述被测功率分流混合动力系统的输出端连接；所述测功机测控系统还分别与所述电池模拟器、两个AVL风冷电力测功机连接；所述电池模拟器还分别与所述被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统连接。

优选的，所述被测功率分流混合动力系统包括功率分流专用混合动力变速箱和分别与功率分流专用混合动力变速箱连接的发动机模拟电机、油泵电机、驱动电机控制器、制动器驱动电磁阀和后桥总成，所述功率分流专用混合动力变速箱的输入端连接所述发动机模拟电机，所述功率分流专用混合动力变速箱的输出端通过后桥总成分别连接两个AVL风冷电力测功机，所述AVL风冷电力测功机与后桥总成之间设有转速转矩传感器，所述发动机模拟电机与发动机模拟电机控制器连接，所述油泵电机与油泵电机控制器连接，所述台架电控单元分别与所述驱动电机控制器和制动器驱动电磁阀连接。

优选的，所述功率分流专用混合动力变速箱内置双行星排机构、动力切换元件制动器、MG1电机和MG2电机，所述驱动电机控制器包括MG1电机控制器和MG2电机控制器，并分别与所述MG1电机和MG2电机连接。

优选的，所述发动机模拟电机和功率分流专用混合动力变速箱之间通过弹性联轴器连接。

优选的，所述台架电控单元包括相互连接的整车控制器和PC机，所述整车控制器与所述发动机模拟电机控制器、驱动电机控制器、测功机测控系统、台架冷却系统、油泵电机控制器、制动器驱动电磁阀连接。

优选的，所述PC机中设有整车控制策略模型，并通过CAN通信方式将整车控制策略模型下载到整车控制器中，所述PC机通过所述整车控制器对系统状态量进行实时测量监控并对整车控制策略模型进行实时标定。

优选的，所述整车控制器运行整车控制策略模型，通过CAN总线通信获取发动机模拟电机控制器、测功机测控系统、MG1电机控制器、MG2电机控制器及油泵电机控制器反馈的转速和转矩信号，并根据这些信号判断整车运行状态；所述整车控制器分别计算所述发动机模拟电机、MG1电机和MG2电机的需求转矩，并分别发送相应的转矩指令到发动机模拟电机控制器、MG1电机控制器和MG2电机控制器。

优选的，所述测功机测控系统集成了测功机控制器，所述测功机控制器分别与2个AVL风冷电力测功机连接，所述测功机测控系统能够根据道路和车辆参数计算道路阻力矩，并通过测功机控制器向AVL风冷电力测功机发送转速或转矩指令。

优选的，所述台架水冷系统包括相互连接的冷却系统和冷却系统控制器，所述冷却系统控制器分别与测功机测控系统、电池模拟器和台架电控单元连接；所述冷却系统包括水泵和散热器，所述水泵的一端与冷却对象通过水管连接，另一端与散热器通过水管连接，所述水泵用于将水管中的冷却液在冷却对象与散热器之间流通。

优选的，所述半消声室的背景噪声为16dB，截止频率为25Hz且实测误差小于±3dB。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中的测功机测控系统能够根据道路参数和车辆参数计算道路阻力矩，并通过测功机控制器向测功机发送转速或转矩指令，模拟车辆实际道路行驶工况或道路阻力矩，可以开展对功率分流混合动力系统集成控制策略的开发、验证和优化，也可以对功率分流混合动力系统在不同运行工况下的可靠性进行测试，扩大了本仿真试验台的适用范围，实用性强，仿真效果好，功能全面。

2、本发明采用的半消声室墙体可以隔绝半消声室外测功机运行的振动和噪声，提高了仿真结果的准确性；搭建的半消声室环境中，通过噪声监测系统能够准确测量半消声室环境中被测动力系统的噪声，可对被测动力系统运行时的噪声性能进行测试与评价。

3、本发明具有良好的通用性和可扩展性，方便被测动力系统更换，适用于不同类型动力系统测试和控制策略开发与验证，具有扩展性好、开发周期短和成本低等优点。

附图说明

图1为本发明的结构和信号流程图；

图2为本发明中功率分流混合动力变速箱的结构示意图；

图3为实施例中混合动力系统双行星排改进拉维娜的结构示意图；

图4为实施例中混合动力系统双行星排改进拉维娜的侧面示意图。

图中标注：1、测功机测控系统，2、台架电控单元，3、PC机，4、整车控制器，5、测功机控制器，6、电池模拟器，7、AVL风冷电力测功机，8、转速转矩传感器，9、后桥总成，10、MG1电机控制器，11、MG2电机控制器，12、油泵电机控制器，13、发动机模拟电机控制器，14、发动机模拟电机，15、功率分流专用混合动力变速箱，16、MG1电机，17、MG2电机，18、油泵电机，19、B1制动器，20、B2制动器，21、双行星排机构，22、制动器驱动电磁阀，23、弹性联轴器，24、穿墙轴，25、冷却系统，26、冷却系统控制器，27、噪声监测系统，28、半消声室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本申请提出一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，包括半消声室28，半消声室28内设有被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统和噪声监测系统27，半消声室28外设有AVL风冷电力测功机7、测功机测控系统1、电池模拟器6和台架电控单元2。台架电控单元2分别与测功机测控系统1、被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统连接。本试验台设有两个220KW的AVL风冷电力测功机7，分别与被测功率分流混合动力系统的输出端连接。测功机测控系统1还分别与电池模拟器6、两个AVL风冷电力测功机7连接。电池模拟器6还分别与被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统连接。

半消声环境关键在于半消声室28的墙体由吸音材料构成，用于隔绝消声室外AVL风冷电力测功机7运行的振动和噪声。本实施例中搭建的半消声室28环境的实际指标为：背景噪声为16dB，截止频率为25Hz且实测误差小于±3dB。噪声监测系统27能够准确地测量消声室环境中被测动力系统的噪声，可对功率分流混合动力系统实际运行的噪声性能进行测试与评价。

被测功率分流混合动力系统包括功率分流专用混合动力变速箱15和分别与功率分流专用混合动力变速箱15连接的发动机模拟电机14、油泵电机18、驱动电机控制器、制动器驱动电磁阀22和后桥总成9。发动机模拟电机14的输出轴通过弹性联轴器23与功率分流专用混合动力变速箱15的输入行星架连接。功率分流专用混合动力变速箱15的输出齿圈通过后桥总成9与AVL穿墙轴24连接，穿墙轴24穿过半消声室28的墙体与半消声室28外的两个AVL风冷电力测功机7相连，AVL风冷电力测功机7与后桥总成9之间设有高精度的转速转矩传感器8。发动机模拟电机14与发动机模拟电机控制器13连接，油泵电机18与油泵电机控制器12连接，台架电控单元2分别与驱动电机控制器和制动器驱动电磁阀22连接。

功率分流专用混合动力变速箱15内置双行星排机构21、动力切换元件制动器、MG1电机16和MG2电机17，如图2所示。动力切换元件制动器包括B1制动器19和B2制动器20。驱动电机控制器包括MG1电机控制器10和MG2电机控制器11，并分别与MG1电机16和MG2电机17连接。本实施例中，双行星排机构21具体采用改进拉维娜结构，如图3、图4所示。

台架水冷系统可对发动机模拟电机14、MG1电机控制器10和MG2电机控制器11进行散热和冷却。台架水冷系统包括相互连接的冷却系统25和冷却系统控制器26，冷却系统控制器26分别与测功机测控系统1和台架电控单元2通过CAN连接，与电池模拟器之间强电连接。冷却系统25包括水泵和散热器，水泵的一端与冷却对象(电机和控制器)通过水管连接，另一端与散热器通过水管连接，水泵用于将水管中的冷却液在冷却对象与散热器之间流通。

台架电控单元2包括通过USBCAN适配器相互连接的整车控制器4和PC机3。台架电控单元2直接控制制动器驱动电磁阀22的开闭。整车控制器4通过高速CAN与发动机模拟电机控制器13、驱动电机控制器、测功机测控系统1、冷却系统控制器26、油泵电机控制器12、制动器驱动电磁阀22等进行通讯与数据交换。

PC机3利用基于Matlab/Simulink平台建立功率分流混合动力系统的整车控制策略模型，然后通过RTW转换为C代码，与底层驱动C代码相衔接后整体进行编译，最后再利用CAN方式将编译生成的整车控制策略模型最终机器码下载到整车控制器4中。PC机3包含CANape软件和Meca软件以及在PC机3中搭建的图形化监控界面。CANape采用CAN通信方式，对系统状态量进行实时测量监控。Meca通过标准协议实现上下位机之间的通信，采用基于CCP协议的CAN通信方式对整车控制策略进行实时标定。

整车控制器4运行整车控制策略模型，并通过CAN总线通信获取发动机模拟电机控制器13、测功机测控系统1、MG1电机控制器10、MG2电机控制器11以及油泵电机控制器12反馈的转速和转矩信号，并根据这些信号判断整车运行状态。整车控制器4计算发动机模拟电机14需求转矩、MG1电机16需求转矩、MG2电机17需求转矩，然后通过CAN总线与发动机模拟电机控制器13、MG1电机控制器10和MG2电机控制器11通信，并发送相应的转矩指令至相应的执行器。

本实施例中，测功机测控系统1采用PUMA系统，PUMA系统通过CAN总线与台架电控单元2通信连接，向台架电控单元2反馈输出端的转速转矩信号。测功机测控系统1集成了测功机控制器5，测功机控制器5分别与2个AVL风冷电力测功机7连接。测功机测控系统1能够根据道路和车辆参数计算道路阻力矩，并通过测功机控制器5向AVL风冷电力测功机7发送转速或转矩指令，模拟车辆实际道路行驶工况或道路阻力矩。

电池模拟器6与发动机模拟电机控制器13、油泵电机控制器12、MG1电机控制器10、MG2电机控制器11及测功机控制器5之间通过强电连接。电池模拟器6具有电网回馈功能，作为电力测功机的电源或负载使用。

通过本试验台，可开展半消声室28环境下功率分流混合动力系统硬件在环仿真试验，完成对功率分流混合动力系统集成控制策略的开发、验证和优化，还可对功率分流混合动力系统在不同运行工况下的可靠性能进行测试，实现对功率分流混合动力系统运行的噪声性能进行测试与评价。

Claims (10)

1.一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，包括半消声室(28)，所述半消声室(28)内设有被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统和噪声监测系统(27)，所述半消声室(28)外设有AVL风冷电力测功机(7)、测功机测控系统(1)、电池模拟器(6)和台架电控单元(2)；所述台架电控单元(2)分别与测功机测控系统(1)、被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统连接；所述AVL风冷电力测功机(7)设有两个，且分别与所述被测功率分流混合动力系统的输出端连接；所述测功机测控系统(1)还分别与所述电池模拟器(6)、两个AVL风冷电力测功机(7)连接；所述电池模拟器(6)还分别与所述被测功率分流混合动力系统、台架水冷系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述被测功率分流混合动力系统包括功率分流专用混合动力变速箱(15)和分别与功率分流专用混合动力变速箱(15)连接的发动机模拟电机(14)、油泵电机(18)、驱动电机控制器、制动器驱动电磁阀(22)和后桥总成(9)，所述功率分流专用混合动力变速箱(15)的输入端连接所述发动机模拟电机(14)，所述功率分流专用混合动力变速箱(15)的输出端通过后桥总成(9)分别连接两个AVL风冷电力测功机(7)，所述AVL风冷电力测功机(7)与后桥总成(9)之间设有转速转矩传感器(8)，所述发动机模拟电机(14)与发动机模拟电机控制器(13)连接，所述油泵电机(18)与油泵电机控制器(12)连接，所述台架电控单元(2)分别与所述驱动电机控制器和制动器驱动电磁阀(22)连接。

3.根据权利要求2所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述功率分流专用混合动力变速箱(15)内置双行星排机构(21)、动力切换元件制动器、MG1电机(16)和MG2电机(17)，所述驱动电机控制器包括MG1电机控制器(10)和MG2电机控制器(11)，并分别与所述MG1电机(16)和MG2电机(17)连接。

4.根据权利要求2述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述发动机模拟电机(14)和功率分流专用混合动力变速箱(15)之间通过弹性联轴器(23)连接。

5.根据权利要求2所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述台架电控单元(2)包括相互连接的整车控制器(4)和PC机(3)，所述整车控制器(4)与所述发动机模拟电机控制器(13)、驱动电机控制器、测功机测控系统(1)、台架冷却系统、油泵电机控制器(12)、制动器驱动电磁阀(22)连接。

6.根据权利要求5所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述PC机(3)中设有整车控制策略模型，并通过CAN通信方式将整车控制策略模型下载到整车控制器(4)中，所述PC机(3)通过所述整车控制器(4)对系统状态量进行实时测量监控并对整车控制策略模型进行实时标定。

7.根据权利要求6所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述整车控制器(4)运行整车控制策略模型，通过CAN总线通信获取发动机模拟电机控制器(13)、测功机测控系统(1)、MG1电机控制器(10)、MG2电机控制器(11)及油泵电机控制器(12)反馈的转速和转矩信号，并根据这些信号判断整车运行状态；所述整车控制器(4)分别计算所述发动机模拟电机(14)、MG1电机(16)和MG2电机(17)的需求转矩，并分别发送相应的转矩指令到发动机模拟电机控制器(13)、MG1电机控制器(10)和MG2电机控制器(11)。

8.根据权利要求1所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述测功机测控系统(1)集成了测功机控制器(5)，所述测功机控制器(5)分别与2个AVL风冷电力测功机(7)连接，所述测功机测控系统(1)能够根据道路和车辆参数计算道路阻力矩，并通过测功机控制器(5)向AVL风冷电力测功机(7)发送转速或转矩指令。

9.根据权利要求1所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述台架水冷系统包括相互连接的冷却系统(25)和冷却系统控制器(26)，所述冷却系统控制器(26)分别与测功机测控系统(1)、电池模拟器(6)和台架电控单元(2)连接；所述冷却系统(25)包括水泵和散热器，所述水泵的一端与冷却对象通过水管连接，另一端与散热器通过水管连接，所述水泵用于将水管中的冷却液在冷却对象与散热器之间流通。

10.根据权利要求1所述的一种半消声室环境下功率分流混合动力系统在环仿真试验台，其特征在于，所述半消声室(28)的背景噪声为16dB，截止频率为25Hz且实测误差小于±3dB。