CN111323242A - 一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，包括试验台，试验台上设有机电耦合系统、驱动机构、制动机构、道路阻力矩模拟机构，驱动机构包括模拟发动机驱动部和模拟电动机驱动部，模拟发动机驱动部包括依次同轴连接的第一调速电机、发动机动力输出轴、第一转矩转速传感器；模拟电动机驱动部包括第二调速电机、电动机输出轴、驱动齿轮、从动齿轮；制动机构包括制动轴、制动盘、制动器；通过道路阻力矩模拟机构对制动轴施加扭矩来模拟道路阻力矩。本发明优点：可以满足用户实验要求，模拟混合动力汽车自动启停、能量回收、动力辅助、航行和滑行等工况实现发动机、电动机单独输入及共同输入。
Description
技术领域
本发明涉及汽车动力系统测试装置技术领域，更具体地说是一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台。
背景技术
混合动力汽车是内燃机与电动机两种动力混合驱动的车辆，这种混合是通过机电耦合系统的动力耦合作用实现的。混合动力汽车的P2构型中，其机电耦合系统安装在发动机后变速箱之前，用于切断和传递发动机、电动机的动力。在起步、加速、制动、停车等不同工况下，实现动力的传输与切断。动力传输性能是评价机电耦合系统性能的重要指标，研究在不同工况下的动力传输情况对掌握机电耦合系统性能以及改进机电耦合系统设计具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，以期针对并联混动机电耦合系统在不同工况下的动力传输性能进行测试，从而为提高产品质量提供依据。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，包括试验台，所述试验台上设有安装架，被测试的机电耦合系统转动支承在安装架上，所述机电耦合系统包括同轴设置的发动机动力输入轴和动力输出轴，所述机电耦合系统内部的各个离合器外圈通过连接架连接在一起，所述试验台上还设有驱动机构、制动机构、道路阻力矩模拟机构以及信号采集机构，
所述驱动机构包括模拟发动机驱动部和模拟电动机驱动部，所述模拟发动机驱动部包括第一调速电机、发动机动力输出轴，所述第一调速电机的输出轴、发动机动力输出轴、第一转矩转速传感器与发动机动力输入轴依次同轴连接；所述模拟电动机驱动部包括第二调速电机、电动机输出轴、驱动齿轮、从动齿轮，所述第二调速电机的输出轴与电动机输出轴同轴连接，所述驱动齿轮固定套装在电动机输出轴外，所述从动齿轮固定套装在机电耦合系统的连接架外且与发动机动力输出轴同轴设置，所述驱动齿轮与从动齿轮相啮合；
所述制动机构包括制动轴、制动盘、制动器，所述机电耦合系统的动力输出轴通过第二转矩转速传感器与制动轴依次同轴连接，所述制动盘固定套装在制动轴上，通过制动器与制动盘配合实现制动盘的制动，进而实现制动轴的制动；
所述道路阻力矩模拟机构与制动轴的外端相连接，通过道路阻力矩模拟机构对制动轴施加扭矩来模拟道路阻力矩。
所述信号采集机构包括第一转矩转速传感器和第二转矩转速传感器，所述第一转矩转速传感器设置在发动机动力输出轴末端，用于实时测量发动机动力输出轴输出的转速与转矩；第二转矩转速传感器设置在机电耦合系统的动力输出轴末端，用于实时测量机电耦合系统输出的转速与转矩。
进一步的，所述机电耦合系统包括有分离离合器、变速箱奇数挡离合器、变速箱偶数挡离合器，所述分离离合器用于接合或分离由模拟发动机驱动部传来的动力，所述变速箱奇数挡离合器用于控制奇数档位，所述变速箱偶数挡离合器用于控制偶数档位，变速箱奇数挡离合器输出轴为与发动机动力输入轴同轴的实心轴，变速箱偶数挡离合器输出轴为同轴空套在变速箱奇数挡离合器输出轴外的空心轴，变速箱奇数挡离合器输出轴的轴端凸出于变速箱偶数挡离合器输出轴的轴端，变速箱奇数挡离合器输出轴的轴端设有第一单向轴承且与第一单向轴承的内圈固定连接，变速箱偶数挡离合器输出轴的轴端设有第二单向轴承且与第二单向轴承的内圈固定连接，第一单向轴承的外圈与第二单向轴承的外圈通过连接套连接在一起，所述动力输出轴固定在第一单向轴承的外圈上且与变速箱奇数挡离合器输出轴同轴设置。
进一步的，所述机电耦合系统内的各个离合器通过外部的液压供油系统来进行供油，所述液压供油系统包括油箱、变量泵、二位三通电磁阀、三位四通电磁阀、主供油管路、两个分支供油管路，所述主供油管路上设置变量泵，所述主供油管路一端与油箱相连接、另一端并联连接两个分支供油管路，所述二位三通电磁阀的进口、三位四通电磁阀的进口分别连接在两个分支供油管路的末端，所述机电耦合系统内设有分离离合器油道、变速箱奇数挡离合器油道、变速箱偶数挡离合器油道，所述二位三通电磁阀的出口通过管路与分离离合器油道相连接，所述三位四通电磁阀的两个出口分别通过管路与变速箱奇数挡离合器油道、变速箱偶数挡离合器油道一一对应的相连接。
进一步的，所述道路阻力矩模拟机构为电涡流加载器，所述电涡流加载器与制动轴同轴连接。
进一步的，所述第一转矩转速传感器与发动机动力输入轴之间还设有中间轴，通过中间轴实现第一转矩转速传感器与发动机动力输入轴之间的同轴连接，所述机电耦合系统通过中间轴和变速箱偶数挡离合器输出轴转动支承在安装架上。
进一步的，所述第二调速电机设置在安装架的顶部，所述电动机输出轴在远离第二调速电机的一端转动支承在安装架上。
进一步的，所述发动机动力输出轴上固定套装有储能飞轮，所述储能飞轮外设有保护罩。
进一步的，所述制动器包括制动支架，所述制动支架内设密闭的空腔，所述空腔内设有上下对称的两个制动活塞，两个制动活塞相对的一侧为内侧，两个制动活塞的内侧分别设有摩擦片支架，两个摩擦片支架之间设有回位弹簧，两个摩擦片支架内侧分别设有呈弧形的摩擦片，两个摩擦片从上下方向包裹住制动盘，通过两个制动活塞伸缩，从而带动两个摩擦片靠近或远离制动盘，实现对制动盘的制动控制。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明提供的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其将被测试的机电耦合系统的电动机驱动部分置于系统外部，并将模拟电动机驱动部设置为包括第二调速电机、电动机输出轴、驱动齿轮、从动齿轮，该模拟电动机驱动部通过从此齿轮与机电耦合系统的连接架实现连接；相对于传统的电动机驱动部分位于机电耦合系统内部的结构，此种外置的模拟电动机驱动部结构对电动机驱动部分的控制更加灵活自由、控制范围更广，可以按不同的工况，实现发动机、电动机分开输入或共同输入，能实现各种工况下机电耦合系统的性能测试。
2、本发明提供的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其在被测试机电耦合系统的动力输入轴和动力输出轴处均设置有转矩转速传感器，用于实时检测输入和输出转速和转矩，在测试机电耦合系统动力传输性能的同时，还可以对比分析混合动力汽车不同工况下的发动机及电动机转速转矩。
3、本发明提供的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其设置了飞轮储能机构与道路阻力矩模拟机构，使机电耦合系统更接近真实的工作状态，提高了测试的准确性。
4、本发明提供的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其将液压供油系统置于机电耦合系统外部，能实现对机电耦合系统的各个离合器状态的自由控制，从而实现各种工况下机电耦合系统的性能测试。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的机电耦合系统部分的结构示意图。
图3是本发明的制动器的结构示意图。
图4是本发明的液压供油系统的结构示意图。
图中，1试验台；2安装架；3发动机动力输入轴；4动力输出轴；5连接架；6机电耦合系统；7分离离合器；8变速箱奇数挡离合器；9变速箱偶数挡离合器；10变速箱奇数挡离合器输出轴；11变速箱偶数挡离合器输出轴；12第一单向轴承；13第二单向轴承；14连接套；15油箱；16变量泵；17二位三通电磁阀；18三位四通电磁阀；19主供油管路；20分支供油管路；21分离离合器油道；22变速箱奇数挡离合器油道；23变速箱偶数挡离合器油道；24第一调速电机；25发动机动力输出轴；26第一转矩转速传感器；27储能飞轮；28保护罩；29第二调速电机；30电动机输出轴；31驱动齿轮；32从动齿轮；33中间轴；34制动轴；35制动盘；36制动支架；37制动活塞；38摩擦片支架；39回位弹簧；40摩擦片；41电涡流加载器；42联轴器；43溢流阀；44变速箱奇数挡离合器操纵机构；45变速箱偶数挡离合器操纵机构；46分离离合器操纵机构；47第二转矩转速传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图4，本实施例公开了一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，包括试验台1，试验台1上设有安装架2，被测试的机电耦合系统6转动支承在安装架2上，机电耦合系统6包括同轴设置的发动机动力输入轴3和动力输出轴4，机电耦合系统6内部的各个离合器外圈通过连接架5连接在一起，试验台1上还设有驱动机构、制动机构、道路阻力矩模拟机构。
机电耦合系统6包括有分离离合器7、变速箱奇数挡离合器8、变速箱偶数挡离合器9，分离离合器7用于接合或分离由模拟发动机驱动部传来的动力，变速箱奇数挡离合器8用于控制奇数档位，变速箱偶数挡离合器9用于控制偶数档位，变速箱奇数挡离合器输出轴10为与发动机动力输入轴3同轴的实心轴，变速箱偶数挡离合器输出轴11为同轴空套在变速箱奇数挡离合器输出轴10外的空心轴，变速箱奇数挡离合器输出轴10的轴端凸出于变速箱偶数挡离合器输出轴11的轴端，变速箱奇数挡离合器输出轴10的轴端设有第一单向轴承12且与第一单向轴承12的内圈固定连接，变速箱偶数挡离合器输出轴11的轴端设有第二单向轴承13且与第二单向轴承13的内圈固定连接，第一单向轴承12的外圈与第二单向轴承13的外圈通过连接套14连接在一起，动力输出轴4固定在第一单向轴承12的外圈上且与变速箱奇数挡离合器输出轴10同轴设置。
机电耦合系统6内的各个离合器通过外部的液压供油系统来进行供油，液压供油系统包括油箱15、变量泵16、二位三通电磁阀17、三位四通电磁阀18、主供油管路19、两个分支供油管路20、溢流阀43，主供油管路19上设置变量泵16，主供油管路19一端与油箱15相连接、另一端并联连接两个分支供油管路20，二位三通电磁阀17的进口、三位四通电磁阀18的进口分别连接在两个分支供油管路20的末端，机电耦合系统6内设有分离离合器油道21、变速箱奇数挡离合器油道22、变速箱偶数挡离合器油道23，二位三通电磁阀17的出口通过管路与分离离合器油道21相连接，三位四通电磁阀18的两个出口分别通过管路与变速箱奇数挡离合器油道22、变速箱偶数挡离合器油道23一一对应的相连接。其中，二位三通电磁阀17的出口为A口，三位四通电磁阀18的两个出口分别为B口、C口，B口、与变速箱奇数挡离合器油道22相连通，C口与变速箱偶数挡离合器油道23相连通。液压供油系统通过二位三通电磁阀17来控制液压油是否进入分离离合器油道21，进而由分离离合器操纵机构46推动分离离合器7接合或分离；通过三位四通电磁阀18来控制液压油是否进入变速箱奇数挡离合器油道22或变速箱偶数挡离合器油道23，进而由变速箱奇数挡离合器操纵机构44推动变速箱奇数挡离合器8接合或分离、由变速箱偶数挡离合器操纵机构45推动变速箱偶数挡离合器9接合或分离。
驱动机构包括模拟发动机驱动部和模拟电动机驱动部，模拟发动机驱动部包括第一调速电机24、发动机动力输出轴25、第一转矩转速传感器26，第一调速电机24的输出轴、发动机动力输出轴25、第一转矩转速传感器26与发动机动力输入轴3依次同轴连接，发动机动力输出轴25上固定套装有储能飞轮27，储能飞轮27外设有保护罩28。模拟电动机驱动部包括第二调速电机29、电动机输出轴30、驱动齿轮31、从动齿轮32，第二调速电机29的输出轴与电动机输出轴30同轴连接，驱动齿轮31固定套装在电动机输出轴30外，从动齿轮32固定套装在机电耦合系统6的连接架5外且与发动机动力输出轴25同轴设置，驱动齿轮31与从动齿轮32相啮合。第二调速电机29设置在安装架2的顶部，电动机输出轴30在远离第二调速电机29的一端通过轴承转动支承在安装架2上。
第一转矩转速传感器26与发动机动力输入轴3之间还设有中间轴33，通过中间轴33实现第一转矩转速传感器26与发动机动力输入轴3之间的同轴连接，机电耦合系统6通过中间轴33和变速箱偶数挡离合器输出轴11转动支承在安装架2上。
制动机构包括制动轴34、制动盘35、制动器，机电耦合系统6的动力输出轴4通过第二转矩转速传感器47与制动轴34依次同轴连接，制动盘35固定套装在制动轴34上，通过制动器与制动盘35配合实现制动盘35的制动，进而实现制动轴34的制动。
制动器包括制动支架36，制动支架36内设密闭的空腔，空腔内设有上下对称的两个制动活塞37，两个制动活塞37相对的一侧为内侧，两个制动活塞37的内侧分别设有摩擦片支架38，两个摩擦片支架38之间设有回位弹簧39，两个摩擦片支架38内侧分别设有呈弧形的摩擦片40，两个摩擦片40从上下方向包裹住制动盘35，通过两个制动活塞37伸缩，从而带动两个摩擦片40靠近或远离制动盘35，实现对制动盘35的制动控制。
道路阻力矩模拟机构为电涡流加载器41，电涡流加载器41与制动轴34的外端同轴连接，通过电涡流加载器41对制动轴34施加扭矩来模拟道路阻力矩。
其中，各个相连接的轴之间均通过联轴器42实现连接。
本实施例的工作过程为：
在实验时，首先确定实验工况，调整电涡流加载器41的电流以施加相应的扭矩来模拟道路阻力矩。然后工控机通过驱动第一调速电机24和第二调速电机29以所需要的发动机和电动机转速与转矩转动，第一调速电机24的动力依次通过发动机动力输出轴25、第一转矩转速传感器26、中间轴33传递至被测试机电耦合系统6的发动机动力输入轴3，第二调速电机29的动力通过相啮合的驱动齿轮31、从动齿轮32传递给被测试机电耦合系统6。待转速稳定，根据所实验工况，由工控机控制液压供油系统动作，变量泵16启动，控制二位三通电磁阀17处于右位，液压油通过二位三通电磁阀17的A口进入分离离合器油道21，分离离合器操纵机构46推动分离离合器7接合。由工控机控制三位四通电磁阀18处于左位，液压油通过三位四通电磁阀18的B口进入变速箱奇数挡离合器油道22，变速箱奇数挡离合器操纵机构44推动变速箱奇数挡离合器8接合，所传出的扭矩由于第一单向轴承12的作用，扭矩只会通过第一单向轴承12外圈最终传递到动力输出轴4，而不会影响到变速箱偶数挡离合器9。待完全接合后，工控机控制二位三通电磁阀17处于左位、三位四通电磁阀18处于中位。同时控制制动器给制动轴34加载制动。待被测试机电耦合系统6停止转动时，可以另选工况继续进行下一组实验。在测试过程中，两个转矩转速传感器实时测量第一调速电机24输出的转速与转矩、以及被测试机电耦合系统6输出的转速与转矩，并将测得的实时数据传递给工控机，结合第二调速电机29本身的转速与转矩，输出界面有整个动力总成的转矩特性和速度特性、模拟发动机的转矩特性和速度特性及模拟电动机的转矩特性和速度特性。
本实施例将电动机驱动部分置于机电耦合系统6的外部，可以满足用户实验要求，实现发动机和电动机的分开输入或共同输入。可以模拟混合动力汽车的自动启停电动机运行，发动机可以快速启动、能量回收发动机、电动机均关闭，电动机将动能转化为电能、动力辅助发动机、电动机均运行、航行发动机关闭，电动机运行和滑行发动机、电动机均关闭等各种工况。
以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，包括试验台(1)，所述试验台(1)上设有安装架(2)，被测试的机电耦合系统(6)转动支承在安装架(2)上，所述机电耦合系统(6)包括同轴设置的发动机动力输入轴(3)和动力输出轴(4)，所述机电耦合系统(6)内部的各个离合器外圈通过连接架(5)连接在一起，其特征在于：所述试验台(1)上还设有驱动机构、制动机构、道路阻力矩模拟机构以及信号采集机构，
所述驱动机构包括模拟发动机驱动部和模拟电动机驱动部，所述模拟发动机驱动部包括第一调速电机(24)、发动机动力输出轴(25)，所述第一调速电机(24)的输出轴、发动机动力输出轴(25)、第一转矩转速传感器(26)与发动机动力输入轴(3)依次同轴连接；所述模拟电动机驱动部包括第二调速电机(29)、电动机输出轴(30)、驱动齿轮(31)、从动齿轮(32)，所述第二调速电机(29)的输出轴与电动机输出轴(30)同轴连接，所述驱动齿轮(31)固定套装在电动机输出轴(30)外，所述从动齿轮(32)固定套装在机电耦合系统(6)的连接架(5)外且与发动机动力输出轴(25)同轴设置，所述驱动齿轮(31)与从动齿轮(32)相啮合；
所述制动机构包括制动轴(34)、制动盘(35)、制动器，所述机电耦合系统(6)的动力输出轴(4)通过第二转矩转速传感器(47)与制动轴(34)依次同轴连接，所述制动盘(35)固定套装在制动轴(34)上，通过制动器与制动盘(35)配合实现制动盘(35)的制动，进而实现制动轴(34)的制动；
所述道路阻力矩模拟机构与制动轴(34)的外端相连接，通过道路阻力矩模拟机构对制动轴(34)施加扭矩来模拟道路阻力矩。
所述信号采集机构包括第一转矩转速传感器(26)和第二转矩转速传感器(47)，所述第一转矩转速传感器(26)设置在发动机动力输出轴(25)末端，用于实时测量发动机动力输出轴(25)输出的转速与转矩；第二转矩转速传感器(47)设置在机电耦合系统(6)的动力输出轴(4)末端，用于实时测量机电耦合系统(6)输出的转速与转矩。
2.如权利要求1所述的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其特征在于：所述机电耦合系统(6)包括有分离离合器(7)、变速箱奇数挡离合器(8)、变速箱偶数挡离合器(9)，所述分离离合器(7)用于接合或分离由模拟发动机驱动部传来的动力，所述变速箱奇数挡离合器(8)用于控制奇数档位，所述变速箱偶数挡离合器(9)用于控制偶数档位，变速箱奇数挡离合器输出轴(10)为与发动机动力输入轴(3)同轴的实心轴，变速箱偶数挡离合器输出轴(11)为同轴空套在变速箱奇数挡离合器输出轴(10)外的空心轴，变速箱奇数挡离合器输出轴(10)的轴端凸出于变速箱偶数挡离合器输出轴(11)的轴端，变速箱奇数挡离合器输出轴(10)的轴端设有第一单向轴承(12)且与第一单向轴承(12)的内圈固定连接，变速箱偶数挡离合器输出轴(11)的轴端设有第二单向轴承(13)且与第二单向轴承(13)的内圈固定连接，第一单向轴承(12)的外圈与第二单向轴承(13)的外圈通过连接套(14)连接在一起，所述动力输出轴(4)固定在第一单向轴承(12)的外圈上且与变速箱奇数挡离合器输出轴(10)同轴设置。
3.如权利要求2所述的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其特征在于：所述机电耦合系统(6)内的各个离合器通过外部的液压供油系统来进行供油，所述液压供油系统包括油箱(15)、变量泵(16)、二位三通电磁阀(17)、三位四通电磁阀(18)、主供油管路(19)、两个分支供油管路(20)，所述主供油管路(19)上设置变量泵(16)，所述主供油管路(19)一端与油箱(15)相连接、另一端并联连接两个分支供油管路(20)，所述二位三通电磁阀(17)的进口、三位四通电磁阀(18)的进口分别连接在两个分支供油管路(20)的末端，所述机电耦合系统(6)内设有分离离合器油道(21)、变速箱奇数挡离合器油道(22)、变速箱偶数挡离合器油道(23)，所述二位三通电磁阀(17)的出口通过管路与分离离合器油道(21)相连接，所述三位四通电磁阀(18)的两个出口分别通过管路与变速箱奇数挡离合器油道(22)、变速箱偶数挡离合器油道(23)一一对应的相连接。
4.如权利要求1所述的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其特征在于：所述道路阻力矩模拟机构为电涡流加载器(41)，所述电涡流加载器(41)与制动轴(34)同轴连接。
5.如权利要求2所述的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其特征在于：所述第一转矩转速传感器(26)与发动机动力输入轴(3)之间还设有中间轴(33)，通过中间轴(33)实现第一转矩转速传感器(26)与发动机动力输入轴(3)之间的同轴连接，所述机电耦合系统(6)通过中间轴(33)和变速箱偶数挡离合器输出轴(11)转动支承在安装架(2)上。
6.如权利要求5所述的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其特征在于：所述第二调速电机(29)设置在安装架(2)的顶部，所述电动机输出轴(30)在远离第二调速电机(29)的一端转动支承在安装架(2)上。
7.如权利要求1所述的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其特征在于：所述发动机动力输出轴(25)上固定套装有储能飞轮(27)，所述储能飞轮(27)外设有保护罩(28)。
8.如权利要求1所述的一种并联混动机电耦合系统性能及控制模拟试验台，其特征在于：所述制动器包括制动支架(36)，所述制动支架(36)内设密闭的空腔，所述空腔内设有上下对称的两个制动活塞(37)，两个制动活塞(37)相对的一侧为内侧，两个制动活塞(37)的内侧分别设有摩擦片支架(38)，两个摩擦片支架(38)之间设有回位弹簧(39)，两个摩擦片支架(38)内侧分别设有呈弧形的摩擦片(40)，两个摩擦片(40)从上下方向包裹住制动盘(35)，通过两个制动活塞(37)伸缩，从而带动两个摩擦片(40)靠近或远离制动盘(35)，实现对制动盘(35)的制动控制。
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