CN111649945B - 混合动力总成功率流耦合效率测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力总成功率流耦合效率测试系统，其包括：主控制模块、电源、变频模块、发动机模拟电机、发动机输入转速转矩传感器、发电机、主驱动电机、动力总成输出转速转矩传感器、测功电机和功率分析仪；所述主控模块用于控制所述测试系统，所述主控模块包括上位机控制器和下位机控制器，所述上位机控制器与下位机控制器通信连接；所述变频模块用于接收所述主控模块的命令，并根据所述命令改变所述测试系统中电机的工作频率。本发明将试验测试运行控制参数进行集中管理，使试验测试工况的设置快捷方便，可为基于效率最优的整车控制策略提供基础数据，提升混合动力车辆的性能。

Description

混合动力总成功率流耦合效率测试系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源混合动力汽车领域，尤其涉及一种新能源混合动力总成功率流耦合效率测试系统与方法。

背景技术

新能源混合动力车辆和传统内燃机车辆最大的区别在于其动力系统不同，混合动力车辆需将内燃机和电机的动力进行耦合后输出，因而混合动力总成系统是新能源车辆传动系统的关键核心部件之一，其品质直接决定混合动力系统能否满足车辆的设计需求，影响整车性能。混合动力总成系统在新能源车辆行驶过程中，相对于传动车辆变速器传动系统，存在以下几种特有的工作模式：单动力源的功率输出或多动力源的功率联合输出；当发动机输出超过工况需求时，实现动力的分解，提供动力给电机发电；在车辆制动或减速工况时，实现制动能量回收，将制动机械能转化为可储存的电能。上述几种特有的工作模式使得混合动力总成系统内部的功率流向多样化，系统内部能量传递路径情况发生根本变化，能量转换效率根据不同的行驶工况也存在较大的差异，此外，动力耦合器在不同的输入转速、转矩下也存在不同的功率损失。按单个功率输入部件(发动机、电机等)能量转换效率最大化设计的整车能量管理策略在实际行驶过程中，整车的动力传动系统能量转换效率并不处于最高效率区间，而目前的单一动力源(发动机驱动或电机驱动)传动系统传递效率试验难以解释这些问题，因而迫切需要研究针对混合动力总成系统的能量传递效率的试验方法和系统。目前，混合动力总成试验系统一般由发动机、车用电机控制器、测功机等主要部件组成，不同型号的混合动力总成需要配置不同的发动机和车用电机控制器，成本高，周期长。另外，这些部件的控制总线形式和通讯协议各不相同，实现试验参数的集中统一控制困难，设定试验工况操作复杂。

因此，亟需一种控制总线形式和通讯协议相同、试验参数易于集中统一且操作简单的混合动力总成功率流耦合效率测试系统及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种混合动力总成功率流耦合效率测试系统及方，其特征在于：包括：主控制模块、电源、变频模块、发动机模拟电机、发动机输入转速转矩传感器、发电机、主驱动电机、动力总成输出转速转矩传感器、测功电机和功率分析仪；

所述主控模块用于控制所述测试系统，所述主控模块包括上位机控制器和下位机控制器，所述上位机控制器与下位机控制器通信连接；

所述变频模块用于接收所述主控模块的命令，并根据所述命令改变所述测试系统中电机的工作频率，所述变频模块包括与发动机模拟电机匹配的发动机模拟电机变频器、与发电机匹配的发电机变频器、与主驱动电机匹配的主驱动电机变频器和与测功电机匹配的测功电机变频器；

所述发动机模拟电机输出端与发动机输入转速转矩传感器机械联接，并机械联接至混合动力总成发电机输入端，所述混合动力总成输出端与动力总成输出转速转矩传感器机械联接，并机械联接至测功电机输入端；

所述功率分析仪用于读取所述主驱动电机、所述发电机、所述发动机输入转速转矩传感器和动力总成输出转速转矩传感器的测试数据，并根据所述测试数据确定混合动力总成不同工况下功率流的耦合传递效率。

进一步，所述发动机模拟电机变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器和测功电机变频器均为工业通用变频器。

进一步，所述发动机模拟电机变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器、测功电机变频器、发动机模拟电机和测功电机均通过直流母线与电源连接。

相应地，本发明还提供一种混合动力总成功率流耦合效率测试方法，适用于权利要求1至3任一所述测试系统，其特征在于：所述测试方法具体包括以下步骤：

S1：确定混合动力总成的驱动模式，所述驱动模式包括纯电动驱动模式、发动机驱动模式、联合驱动模式、制动能量回收模式和停车充电模式；

S2：根据步骤S1确定的驱动模式，设置发动机模拟变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器、测功电机变频器、发动机模拟电机、发电机、主驱动电机、测功电机的参数，使所述参数组合与步骤S1的驱动模式匹配；

S3：确定混合动力总成耦合传递效率，通过功率分析仪和转速转矩传感器测得不同功率流传递路径下混合动力总成耦合传递效率。

进一步，所述步骤S2包括：

纯电动驱动模式时，发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发动机输入端制动；发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发动机模拟电机、发电机、主驱动电机、测功电机。

进一步，所述步骤S2还包括：

发动机驱动模式时，发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发电机、主驱动电机、发动机模拟电机、测功电机。

进一步，所述步骤S2还包括：

联合驱动模式时，发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发电机、发动机模拟电机、主驱动电机、测功电机。

进一步，所述步骤S2还包括：

制动能量回收模式时，发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发动机输入端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动端制动；发电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置制动转矩；测功电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；

其中，电机启动先后顺序为发动机模拟电机、主驱动电机、测功电机、发电机。

进一步，所述步骤S2还包括：

停车充电模式时，主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动端制动；测功电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成输出端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；发电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置制动转矩；

其中，电机启动先后顺序为主驱动电机、测功电机、发动机模拟电机、发电机。

本发明的有益技术效果：本发明采用工业通用变频器和电机模拟发动机功率输入，采用工业通用变频器取代车用电机控制器，实现了混合动力总成功率流耦合效率试验测试系统；此外，采用统一的控制总线形式和通讯协议，易于试验参数的集中统一控制，设定试验工况简单方便，可设置出混合动力总成各种行车模式下的功率流传递路径，进行混合动力总成功率流耦合传递效率的测定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1表示本发明混合动力总成功率流耦合效率测试系统的较佳实施方式的结构框图。

图2表示图1中控制系统通讯组态的原理图。

图3表示在纯电动驱动模式下的功率流工况设置与效率测试的示意图。

图4表示在发动机驱动模式下的功率流工况设置与效率测试的示意图。

图5表示在联合驱动模式下的功率流工况设置与效率测试的示意图。

图6表示在制动能量回收模式下的功率流工况设置与效率测试的示意图。

图7表示在停车充电模式下的功率流工况设置与效率测试的示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：

本发明提供的一种混合动力总成功率流耦合效率测试系统，其特征在于：包括：如图1所示，主控制模块、电源、变频模块、发动机模拟电机、发动机输入转速转矩传感器、发电机、主驱动电机、动力总成输出转速转矩传感器、测功电机和功率分析仪；

所述主控模块用于控制所述测试系统，所述主控模块包括上位机控制器和下位机控制器，所述上位机控制器与下位机控制器通信连接；所述上位机控制器作为人机交互端，发送控制指令到下位机控制器，下位机控制器通过变频器控制发动机模拟电机、混合动力总成主驱动电机和发电机、测功电机的使能、模式、制动、转速、转矩运行参数，形成混合动力总成不同功率流耦合工况。

所述变频模块用于接收所述主控模块的命令，并根据所述命令改变所述测试系统中电机的工作频率，所述变频模块包括与发动机模拟电机匹配的发动机模拟电机变频器、与发电机匹配的发电机变频器、与主驱动电机匹配的主驱动电机变频器和与测功电机匹配的测功电机变频器；

所述发动机模拟电机输出端与发动机输入转速转矩传感器机械联接，并机械联接至混合动力总成发电机输入端，所述混合动力总成输出端与动力总成输出转速转矩传感器机械联接，并机械联接至测功电机输入端；

所述功率分析仪用于读取所述主驱动电机、所述发电机、所述发动机输入转速转矩传感器和动力总成输出转速转矩传感器的测试数据，并根据所述测试数据确定混合动力总成不同工况下功率流的耦合传递效率。

如图2所示，本发明在完成系统电联接和机械联接后，进行控制系统通讯组态。下位机通过报文形式周期性进行控制数据和状态数据的收发，报文内容包括状态字、实际转速、实际转矩、报警代码、错误代码、控制字、设定转速、设定转矩，其中，控制字内容包含了转速/转矩切换控制位。上位机接受人机交互命令，通过共享变量方式发送至下位机，同时，周期性读取系统运行状态数据。作为优化，变频器与电机完成系统组态后，需要完成变频器对电机的参数辨识，优化电机动态性能参数。

在本实施例中，所述发动机模拟电机变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器和测功电机变频器均为工业通用变频器。取代车用电机控制器，实现了电机控制通讯指令的统一。发动机模拟电机与变频器作为混合动力总成发动机输入功率流部件，取代车用发动机部件，实现了控制通讯指令的统一。

在本实施例中，所述发动机模拟电机变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器、测功电机变频器、发动机模拟电机和测功电机均通过直流母线与电源连接。

相应地，本发明还提供一种混合动力总成功率流耦合效率测试方法，适用于权利要求1至3任一所述测试系统，其特征在于：所述测试方法具体包括以下步骤：

S1：确定混合动力总成的驱动模式，所述驱动模式包括纯电动驱动模式、发动机驱动模式、联合驱动模式、制动能量回收模式和停车充电模式；

S2：根据步骤S1确定的驱动模式，设置发动机模拟变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器、测功电机变频器、发动机模拟电机、发电机、主驱动电机、测功电机的参数，使所述参数组合与步骤S1的驱动模式匹配；

S3：确定混合动力总成耦合传递效率，通过功率分析仪和转速转矩传感器测得不同功率流传递路径下混合动力总成耦合传递效率。

通过上述方法可确定混合动力总成不同耦合工况下的耦合传递效率。

在本实施例中，所述步骤S2包括：如图3所示，

纯电动驱动模式时，发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发动机输入端制动；发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发动机模拟电机、发电机、主驱动电机、测功电机。

系统稳定后，通过功率分析仪读取主驱动电机输入电功率、动力总成输出转速转矩传感器功率数据，计算出试验设置下不同转速转矩下的混合动力总成传动效率，计算方法为：

式中，η_i为不同转速转矩下的混合动力总成功率传递效率；P_测i为不同转速转矩下的测功机输入功率；P_主i为不同转速转矩下的主驱动电机输出功率；T_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转矩；n_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转速；P_电i为主驱动电机不同转速转矩下的功率分析仪读取的输入电功率。

在本实施例中，所述步骤S2还包括：如图4所示，

发动机驱动模式时，发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发电机、主驱动电机、发动机模拟电机、测功电机。

系统稳定后，通过功率分析仪读取发动机输入转速转矩传感器、动力总成输出转速转矩传感器功率数据，计算出试验设置下不同转速转矩下的混合动力总成传动效率，计算方法为：

式中，η_i为不同转速转矩下的混合动力总成功率传递效率；P_测i为不同转速转矩下的测功机输入功率；P_Ei为发动机模拟电机不同转速转矩下的输入功率；T_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转矩；n_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转速；T_Ei为发动机输入转速转矩传感器读取转矩；n_Ei为发动机输入转速转矩传感器读取转速。

在本实施例中，所述步骤S2还包括：如图5所示，

联合驱动模式时，发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发电机、发动机模拟电机、主驱动电机、测功电机。

系统稳定后，通过功率分析仪读取发动机输入转速转矩传感器、主驱动电机输入电功率、动力总成输出转速转矩传感器功率数据，计算出试验设置下不同转速转矩下的混合动力总成传动效率，计算方法为：

式中，η_i为不同转速转矩下的混合动力总成功率传递效率；P_测i为不同转速转矩下的测功机输入功率；P_Ei为发动机模拟电机不同转速转矩下的输入功率；P_主i为不同转速转矩下的主驱动电机输出功率；T_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转矩；n_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转速；T_Ei为发动机输入转速转矩传感器读取转矩；n_Ei为发动机输入转速转矩传感器读取转速；P_电i为主驱动电机不同转速转矩下的功率分析仪读取的输入电功率。

在本实施例中，所述步骤S2还包括：如图6所示，

制动能量回收模式时，发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发动机输入端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动端制动；发电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置制动转矩；测功电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；

其中，电机启动先后顺序为发动机模拟电机、主驱动电机、测功电机、发电机。

系统稳定后，通过功率分析仪读取动力总成输出转速转矩传感器、发电机输出电功率，计算出试验设置下不同转速转矩下的混合动力总成传动效率，计算方法为：

式中，η_i为不同转速转矩下的混合动力总成功率传递效率；P_发i为不同转速转矩下的发电机输出功率；P_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器功率；P_电i为发电机不同转速转矩下的功率分析仪读取的输出电功率；T_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转矩；n_测i为混合动力总成输出转速转矩传感器读取转速。

在本实施例中，所述步骤S2还包括：如图7所示，

停车充电模式时，主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动端制动；测功电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成输出端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；发电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置制动转矩；

其中，电机启动先后顺序为主驱动电机、测功电机、发动机模拟电机、发电机。

系统稳定后，通过功率分析仪读取发动机输入转速转矩传感器、发电机输出电功率，计算出试验设置下不同转速转矩下的混合动力总成传动效率，计算方法为：

式中，η_i为不同转速转矩下的混合动力总成功率传递效率；P_发i为不同转速转矩下的发电机输出功率；P_Ei为发动机模拟电机不同转速转矩下的输入功率；P_电i为发电机不同转速转矩下的功率分析仪读取的输出电功率；T_Ei为发动机输入转速转矩传感器读取转矩；n_Ei为发动机输入转速转矩传感器读取转速。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种混合动力总成功率流耦合效率测试方法，适用于混合动力总成功率流耦合效率测试系统，其特征在于：包括：主控制模块、电源、变频模块、发动机模拟电机、发动机输入转速转矩传感器、发电机、主驱动电机、动力总成输出转速转矩传感器、测功电机和功率分析仪；

所述主控制模块用于控制所述测试系统，所述主控制模块包括上位机控制器和下位机控制器，所述上位机控制器与下位机控制器通信连接；

所述变频模块用于接收所述主控制模块的命令，并根据所述命令改变所述测试系统中电机的工作频率，所述变频模块包括与发动机模拟电机匹配的发动机模拟电机变频器、与发电机匹配的发电机变频器、与主驱动电机匹配的主驱动电机变频器和与测功电机匹配的测功电机变频器；

所述发动机模拟电机输出端与发动机输入转速转矩传感器机械联接，并机械联接至混合动力总成发电机输入端，所述混合动力总成输出端与动力总成输出转速转矩传感器机械联接，并机械联接至测功电机输入端；

所述功率分析仪用于读取所述主驱动电机、所述发电机、所述发动机输入转速转矩传感器和动力总成输出转速转矩传感器的测试数据，并根据所述测试数据确定混合动力总成不同工况下功率流的耦合效率；

所述发动机模拟电机变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器和测功电机变频器均为工业通用变频器；

所述发动机模拟电机变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器、测功电机变频器、发动机模拟电机和测功电机均通过直流母线与电源连接；

所述系统测试过程如下：

S1：确定混合动力总成的驱动模式，所述驱动模式包括纯电动驱动模式、发动机驱动模式、联合驱动模式、制动能量回收模式和停车充电模式；

S2：根据步骤S1确定的驱动模式，设置发动机模拟电机变频器、发电机变频器、主驱动电机变频器、测功电机变频器、发动机模拟电机、发电机、主驱动电机、测功电机的参数，使所述参数组合与步骤S1的驱动模式匹配；

S3：确定混合动力总成功率流耦合效率，通过功率分析仪和转速转矩传感器测得不同功率流传递路径下混合动力总成功率流耦合效率；

混合动力总成发动机模拟电机输入端制动；

所述步骤S2包括：

纯电动驱动模式时，发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发动机模拟电机输入端制动；发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发动机模拟电机、发电机、主驱动电机、测功电机。

2.根据权利要求1所述混合动力总成功率流耦合效率测试方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：

发动机驱动模式时，发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动电机端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发电机、主驱动电机、发动机模拟电机、测功电机。

3.根据权利要求1所述混合动力总成功率流耦合效率测试方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：

联合驱动模式时，发电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发电机端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；测功电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置转矩；

其中，电机启动先后顺序为发电机、发动机模拟电机、主驱动电机、测功电机。

4.根据权利要求1所述混合动力总成功率流耦合效率测试方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：

制动能量回收模式时，发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成发动机模拟电机输入端制动；主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动电机端制动；发电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置制动转矩；测功电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；

其中，电机启动先后顺序为发动机模拟电机、主驱动电机、测功电机、发电机。

5.根据权利要求1所述混合动力总成功率流耦合效率测试方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：

停车充电模式时，主驱动电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成主驱动电机端制动；测功电机工作模式为转速模式，转速为0，混合动力总成输出端制动；发动机模拟电机工作模式为转速模式，转速为试验设置转速；发电机工作模式为转矩模式，转矩为试验设置制动转矩；

其中，电机启动先后顺序为主驱动电机、测功电机、发动机模拟电机、发电机。

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