CN110441072A - 一种混合动力车制动能量回收的测试和评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车制动能量回收测试及评价方法，测试系统包括上位机、数据采集系统、CAN总线接口、车速传感器、测试车辆、底盘测功机，测试方法包括测试车辆道路滑行阻力；设定底盘测功机参数；测试车辆在底盘测功机上的不同减速度工况；测试车辆高压蓄电池的电流、电压，计算制动能量回收效率；计算不同行驶工况的减速度概率分布，建立制动能量回收评价方程。本发明基于单一减速工况测试，实现对混合动力汽车制动能量回收的测试及快速评价，具有操作简单、重复性强的特点。

Description

一种混合动力车制动能量回收的测试和评价系统及方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车制动能量回收技术领域，尤其是涉及一种混合动力车制动能量回收的测试和评价系统及方法。

背景技术

车辆在制动过程中，车辆动能中的一部分通过制动系统转化为热能释放到环境中，不能被有效利用。而对于混合动力汽车，通过制动能量回收系统能够将制动过程的部分能量转化为电能存储在蓄电池中，在车辆加速或者驱动时，该部分能量通过电机转化为机械能被再次利用。对于混合动力汽车制动能量回收评价指标主要为制动能量回收率，即制动过程回收的电能与可回收的能量的比值。

目前对于制动能量回收的测试主要是针对特性的法规循环工况(如NEDC工况)，通过计算循环工况中各减速段的回收电能与可回收能量的比值，该方法需要对测试循环工况的减速过程进行提取，计算过程复杂，尤其是对于车速变化频繁工况(如WLTC工况)，不利于减速工况的提取；另外，要测试制动能量回收效率需要进行完整的循环工况测试，试验流程繁琐；对于当前评价制动能量回收率只是针对单一的循环工况或者减速工况，该工况与实际道路工况存在一定差异，测试不能体现车辆的实际制动能量回收性能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种混合动力车制动能量回收的测试系统，，针对目前能量回收评价体系多是基于单一工况的不足，通过快捷的试验方法和建立综合制动能量回收评价方程，实现对混合动力汽车制动能量回收的测试及快速评价。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种混合动力车制动能量回收的测试系统，包括上位机、数据采集系统、CAN总线接口、车速传感器、测试车辆、以及底盘测功机，所述车速传感器设置在底盘测功机上，通过数据线连接数据采集系统，所述测试车辆的电池通过CAN总线接口连接数据采集系统，所述数据采集系统通过数据线连接上位机；

所述上位机用于存储试验过程的全部数据，计算测试结果；

所述底盘测功机用于开展制动工况的测试；

所述数据采集系统用于读取电池电流和电压值以及车速信号，并将数据传输给上位机。

本发明的另一目的在于提出一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，具体方案是这样实现的：

一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，包括如下步骤：

(1)测试车辆道路滑行阻力；

(2)设定底盘测功机参数；

(3)测试车辆在底盘测功机上的不同减速度工况；

(4)读取CAN总线中电池的电流、电压，计算制动能量回收效率；

(5)计算不同行驶工况的减速度概率分布，建立制动能量回收评价方程。

进一步的，所述步骤(1)中，车辆以不低于125km/h的初速度空挡滑行，记录车速与时间对应关系，根据滑行能量变化法计算得到车辆道路滑行阻力F＝f₀+f₁v+f₂v²，

式中，f₀代表与速度无关的常数项阻力；f₁代表与速度一次项有关的阻力；f₂代表与速度二次项有关的阻力。

进一步的，所述步骤(2)包括：

(21)车辆在底盘测功机上再现道路滑行过程，设定底盘测功机加载阻力F'＝f₀'+f₁'v+f₂'v²；

(22)设定底盘测功机旋转质量与道路滑行试验质量保持一致；

(23)设定底盘测功机中制动工况：初速度v₁＝130km/h，并以v₁等速行驶5s，末速度v₂＝0；设定减速度从0.05g～0.3g，间隔0.05g，共6个减速工况，其中，g为重力减速度(9.81m/s²)。

进一步的，所述步骤(3)中，在底盘测功机上，车辆达到热机状态，挂D挡，通过控制制动踏板，按照底盘测功机设定的减速工况进行制动试验，每个工况重复3次。

进一步的，所述步骤(4)中包括：

(41)读取CAN总线电池直流端的电流I_i和电压U_i；

(42)根据公式计算车辆的总制动能量E₀，其中，v₁为测试车辆的初速度，v₂为测试车辆的末速度，m为测试车辆的整车整备质量；δ为旋转质量换算系数；

(43)根据公式计算制动过程车辆克服滑行阻力所需要的能量E₁，

式中t₁为开始制动的时刻；t₂为末速度为0的时刻；

(44)根据公式E₂＝E₀-E₁计算理论可回收的制动能量；

(45)根据公式计算实际回收的电能E₃，

式中，t₁为开始制动的时刻；t₂为制动结束的时刻；

(46)根据公式计算制动能量回收率η；

(47)采用Grubbs检验剔除异常值；

(48)得到不同减速度工况下的制动能量回收率η_i。

进一步的，所述步骤(5)包括：

(51)测试工况涉及NEDC、WLTC、FTP75、JC08、US06、SC03、Highway7个法规循环工况，以及实际道路工况，共计8种工况(j＝8)；

(52)计算不同减速度在测试工况中出现的概率密度

(53)计算同一减速度在不同法规工况下的概率密度的平均值W_i作为该减速度工况下制动能量回收率的权重系数；

(54)根据工况数据计算不同减速度制动回收率的权重系数W_i；

(55)根据不同制动工况下的能量回收效率η_i和权重系数W_i，建立车辆综合制动能量回收评价方程，公式如下：

相对于现有技术，本发明所述的一种混合动力车制动能量回收的测试和评价系统及方法具有以下优势：

本发明在底盘测功机上测试不同减速度工况下的制动能量回收效率，通过对不同法规工况和用户实际工况的制动减速度进行统计分析，已明确了不同减速度的概率密度，并将此概率密度作为当前减速度工况下测试制动回收效率的权重系数，车辆综合制动能量回收效率为各制动工况的回收效率与对应的权重系数乘积的和。对混合动力制动能量回收效率的评价更准确、更全面，且试验操作简便，实现了对制动能量回收的快速评价。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的混合动力汽车制动能量回收的测试流程；

图2为本发明提供的混合动力汽车制动能量回收测试系统示意图；

图3为本发明提供的不同减速度在循环工况中的概率分布情况。

附图标记说明：

1-上位机；2-数据采集系统；3-CAN总线接口；4-车速传感器；5-测试车辆；6-底盘测功机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，本发明提供一种混合动力车制动能量回收的测试系统，包括上位机、数据采集系统、CAN总线接口、车速传感器、测试车辆、以及底盘测功机，所述车速传感器设置在底盘测功机上，通过数据线连接数据采集系统，所述测试车辆的电池通过CAN总线接口连接数据采集系统，所述数据采集系统通过数据线连接上位机；

所述上位机用于存储试验过程的全部数据，计算测试结果；

所述底盘测功机用于开展制动工况的测试；

所述数据采集系统用于读取电池电流和电压值以及车速信号，并将数据传输给上位机。

如图1所示，本实施例提供了一种混动汽车制动能量回收测试评价方法，包括如下步骤:

A：测试车辆道路滑行阻力；

B：设定底盘测功机参数；

C:测试车辆在底盘测功机上的不同减速度工况；

D：通过CAN总线获取高压蓄电池的电流、电压值，计算制动能量回收效率；

E：计算不同行驶工况的减速度概率分布，建立制动能量回收评价方程。

本实施例所述步骤A中，道路滑行阻力的测量方法为车辆以不低于125km/h的初速度空挡滑行，记录车速与时间对应关系，根据滑行能量变化法计算得到。道路滑行阻力计算公式由标准GB18351.3-2005得到，如下：

F＝f₀+f₁v+f₂v²；

式中，f₀代表与速度无关的常数项阻力(如道路摩擦力等)；f₁代表与速度一次项有关的阻力(如传动系阻力)；f₂代表与速度二次项有关的阻力(如风阻等)。

本实施例所述步骤B中，需要车辆在底盘测功机上再现道路滑行过程，首先设定底盘测功机加载阻力F'＝f₀'+f₁'v₂+f₂'v²，总阻力与测得的道路滑行阻力一致；其次设定底盘测功机旋转质量与道路滑行试验时的质量一致；最后设定底盘测功机中制动工况：初速度v₁＝130km/h，并以v₁等速行驶10s，末速度v₂＝0；设定减速度从0.05g～0.3g，间隔0.05g，共6个减速工况，其中，g为重力减速度(9.81m/s2)。

本实施例所述步骤C中，在底盘测功机上，车辆需要挂D挡，以100km/h的速度进行20min的热机。热机完成后让车辆初速度保持在130km/h，然后通过控制制动踏板，按照在所述步骤B中设定的减速工况进行制动试验，8种制动工况每个至少重复3次。

为保证测试数据的有效性，每个减速工况进行3次重复试验，对每个减速工况测得制动能量回收率采用Grubbs检验法进行重复性的评价，以此判断是否存在异常值。

设在某一减速工况下3次试验测得的测量值为x₁、x₂、x₃，根据公式得到3次试验的算数平均值；根据公式计算样本标准差；根据公式计算Grubbs临界值。

取检出水平α＝0.05，由Grubbs表可以查出临界值G_0.95(3)＝1.153。如果G₃＜G_0.95(3)，则判断为无异常值，否则剔除异常值x₁。

本实施例所述步骤D中，读取并记录在每个制动工况下高压蓄电池的试验数据，包括直流端的电流I_i和电压U_i；根据测试车辆的初速度v₁和末速度v₂计算车辆的总制动能量E₀，总制动能量为汽车平移质量产生的动能与旋转质量产生的动能之和，通常为了简化计算，一般引入旋转质量换算系数δ来将旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力。通常混动汽车取δ＝1.0～1.1，混动汽车由于有高压蓄电池进行储能，其旋转质量可以只考虑车轮，其他传动装置的影响很小，本实验车型的δ＝1.06。计算公式如下：

式中m为测试车辆的整车整备质量；δ为旋转质量换算系数；v₁为测试车辆的初速度，为130km/h，如果实际车速与设定初速度有偏差则以实际速度为主；v₂为测试车辆的末速度，一般为0。

根据步骤A算得的道路滑行阻力，可以进一步计算出制动过程中测试车辆克服道路阻力所需要的能量E₁，计算公式如下：

式中t₁为开始制动的时刻；t₂为末速度为0的时刻。

根据总制动能量和克服道路阻力做的功，可以计算出理论上能够回收的制动能量，测试车辆总的制动能量去掉道路阻力损耗的部分便是理论上能够回收的制动能量E₂，计算公式为E₂＝E₀-E₁。

混动车辆在进行制动能量回收时是通过传动系统带动发电机工作，电机工作产生的电流流向蓄电池完成能量的回收。根据测得的蓄电池端电压和电流，可以计算实际回收的制动能量E₃，计算公式如下：

式中，t₁为开始制动的时刻；t₂为末速度为0的时刻。

根据实际与理论回收的制动能量之比计算制动能量回收率

将在0.05g的减速工况下算得的能量回收率计作η₁，然后依次顺序计算不同减速度工况下的制动能量回收率η_i(i＝6)。

本实施例所述步骤E中计算不同行驶工况的减速度概率分布的过程如下：

①提取测试工况涉及NEDC、WLTC、FTP75、JC08、US06、SC03、Highway7个法规循环工况，以及实际道路工况，共计8种工况(j＝8)；

②计算不同减速度在测试工况中出现的概率密度

③计算同一减速度在不同法规工况下的概率密度的平均值W_i作为该减速度工况下制动能量回收率的权重系数；

④根据工况数据计算出的不同减速度制动回收率的权重系数如下：W_i＝[0.00220.0091 0.0157 0.0716 0.1466 0.7548]^T；

⑤根据不同制动工况下的能量回收效率η₁和权重系数W_i，建立车辆综合制动能量回收评价方程，公式如下：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种混合动力车制动能量回收的测试系统，其特征在于：包括上位机、数据采集系统、CAN总线接口、车速传感器、测试车辆、以及底盘测功机，所述车速传感器设置在底盘测功机上，通过数据线连接数据采集系统，所述测试车辆的电池通过CAN总线接口连接数据采集系统，所述数据采集系统通过数据线连接上位机；

所述上位机用于存储试验过程的全部数据，计算测试结果；

所述底盘测功机用于开展制动工况的测试；

所述数据采集系统用于读取电池电流和电压值以及车速信号，并将数据传输给上位机。

2.一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)测试车辆道路滑行阻力；

(2)设定底盘测功机参数；

(3)测试车辆在底盘测功机上的不同减速度工况；

(4)读取CAN总线中电池的电流、电压，计算制动能量回收效率；

(5)计算不同行驶工况的减速度概率分布，建立制动能量回收评价方程。

3.根据权利要求2所述的一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，其特征在于：所述步骤(1)中，车辆以不低于125km/h的初速度空挡滑行，记录车速与时间对应关系，根据滑行能量变化法计算得到车辆道路滑行阻力F＝f₀+f₁v+f₂v²，

式中，f₀代表与速度无关的常数项阻力；f₁代表与速度一次项有关的阻力；f₂代表与速度二次项有关的阻力。

4.根据权利要求2所述的一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，其特征在于：所述步骤(2)包括：

(21)车辆在底盘测功机上再现道路滑行过程，设定底盘测功机加载阻力F'＝f₀'+f₁'v+f₂'v²；

(22)设定底盘测功机旋转质量与道路滑行试验质量保持一致；

(23)设定底盘测功机中制动工况：初速度v₁＝130km/h，并以v₁等速行驶5s，末速度v₂＝0；设定减速度从0.05g～0.3g，间隔0.05g，共6个减速工况，其中，g为重力减速度(9.81m/s²)。

5.根据权利要求2所述的一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在底盘测功机上，车辆达到热机状态，挂D挡，通过控制制动踏板，按照底盘测功机设定的减速工况进行制动试验，每个工况重复3次。

6.根据权利要求2所述的一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，其特征在于：所述步骤(4)中包括：

(41)读取CAN总线电池直流端的电流I_i和电压U_i；

(42)根据公式计算车辆的总制动能量E₀，其中，v₁为测试车辆的初速度，v₂为测试车辆的末速度，m为测试车辆的整车整备质量；δ为旋转质量换算系数；

(43)根据公式计算制动过程车辆克服滑行阻力所需要的能量E₁，

式中t₁为开始制动的时刻；t₂为末速度为0的时刻；

(44)根据公式E₂＝E₀-E₁计算理论可回收的制动能量；

(45)根据公式计算实际回收的电能E₃，

式中，t₁为开始制动的时刻；t₂为制动结束的时刻；

(46)根据公式计算制动能量回收率η；

(47)采用Grubbs检验剔除异常值；

(48)得到不同减速度工况下的制动能量回收率η_i。

7.根据权利要求2所述的一种混合动力车制动能量回收的测试和评价方法，其特征在于：所述步骤(5)包括：

(51)测试工况涉及NEDC、WLTC、FTP75、JC08、US06、SC03、Highway7个法规循环工况，以及实际道路工况，共计8种工况(j＝8)；

(52)计算不同减速度在测试工况中出现的概率密度

(53)计算同一减速度在不同法规工况下的概率密度的平均值W_i作为该减速度工况下制动能量回收率的权重系数；

(54)根据工况数据计算不同减速度制动回收率的权重系数W_i；

(55)根据不同制动工况下的能量回收效率η_i和权重系数W_i，建立车辆综合制动能量回收评价方程，公式如下：