CN111829790A - 双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械技术领域，涉及双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置及测试方法。本发明包括驾驶员模块、主控模块、动力输出模块、负载模块、数据采集模块、电源模块。该试验装置通过模拟不同的工况条件下测试出关键参数及运行性能，可以进行双电机耦合驱动电动拖拉机的动力部件性能测试、控制器之间联调、作业工况模拟，本发明利用载荷谱调节负载模块，模拟不同工况的作业状态，验证整机系统的准确性与可靠性。

Description

双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置及其测试方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，石油、煤炭等不可再生能源的消耗量日益增大，由此产生的能源危机和温室效应、雾霾等环境污染问题不断加剧。非道路机械用柴油机施行新要求，增加了柴油机的成本及维修复杂性，拥有巨大优势的电动拖拉机重新得到关注。由于田间土壤疏松、作业时负载较大、作业速度较低等问题，拖拉机作业环境与汽车的情况存在较大差异，因此采用双电机耦合驱动解决了电动拖拉机动力不足问题。

测试装置可以减少产品的开发时间与成本，更加贴近真是情况，模拟实际问题。电动拖拉机与电动汽车在动力使用与工况等方面存在差异，电动拖拉机不仅行走，还需要大扭矩来牵引以及动力输出。基于电动拖拉机的整机架构设计，如何测试电机、电池等动力部件性能，如何测试多个控制器之间的通信与控制器数据的准确性，如何模拟实际工况，检验整车动力性与策略的合理性，同时还能满足测试单一部件到整机模拟，是双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试领域面临的急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置及其测试方法，通过模拟不同的工况条件下测试出关键参数及运行性能，为双电机耦合驱动电动拖拉的产品研发提供数据支持。

为解决上述技术问题，本发明所采用技术方案是：双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置，包括驾驶员模块、主控模块、动力输出模块、负载模块、数据采集模块、电源模块；所述驾驶员模块包括钥匙开关、离合器踏板、加速踏板、制动踏板、换挡手柄、显示终端；所述主控模块包括整车控制器、动力控制器、电池控制器；所述动力输出模块包括主电机、调速电机、耦合箱、变速箱、后桥、主电机驱动器、调速电机驱动器；所述负载模块包括驱动轮磁粉制动器、PTO磁粉制动器；所述数据采集模块包括主电机转速转矩传感器、调速电机转速转矩传感器、驱动轮转速转矩传感器、PTO转速转矩传感器、主电机电流电压传感器、调速电机电流电压传感器、工控台；所述电源模块包括高压电池、低压电池；所述驾驶员模块中钥匙开关由低压电池供电，信号线与整车控制器、电池控制器相连；离合踏板通过机械连接到变速箱；加速踏板、制动踏板、换挡手柄、显示终端由整车控制器供电，并将信号传输给整车控制器；所述主控模块中整车控制器通过CAN与动力控制器、电池控制器连接；主电机、调速电机通过机械连接与耦合箱相连；主电机驱动器、调速电机驱动器接收动力控制器信号，分别驱动主电机与调速电机；驱动轮磁粉制动器与后桥连接；PTO磁粉制动器与变速箱的PTO轴连接；主电机转速转矩传感器安装在主电机输出轴；调速电机转速转矩传感器安装在调速电机输出轴；驱动轮转速转矩传感器安装在后桥输出轴；PTO转速转矩传感器安装在变速箱的PTO输出轴；主电机电流电压传感器安装在主电机驱动器输出线；调速电机电流电压传感器安装在调速电机驱动器输出线；工控台采集各传感器、整车控制器、动力控制器、电池控制器信号；所述高压电池为主电机与调速电机供电；低压电池为整车控制器、动力控制器、电池控制器供电。

上述方案中，通过动力输出模块、数据采集模块、电源模块来测试主电机与调速电机的外特性曲线和MAP图、高压电池的能耗曲线、耦合箱转速转矩的输入输出关系。

本发明提供一种双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置测试主电机与调速电机的外特性曲线和MAP图、高压电池的能耗曲线、耦合箱转速转矩的输入输出关系的方法，包括如下步骤：a、整车控制器烧写测试工况程序，通过调节驱动轮磁粉制动器，实现不同转速转矩组合，结合数据采集模块的传感器数据，得到主电机与调速电机的外特性曲线和MAP图；b、将高压电池达到满电状态，整车控制器为运输工况，主电机与调速电机正常运转，通过电池控制器与数据采集模块，得到高压电池能耗曲线；c、整车控制器为牵引工况，通过调节负载模块，分析数据采集模块传感器数据得到耦合箱输入输出的转速转矩关系。

上述方案中，通过主控模块、数据采集模块来测试控制器数据误差。

本发明提供一种双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置测试控制器数据误差的方法，包括如下步骤：a、通过CAN总线将整车控制器、动力控制器、电池控制器相连，其他模块通过信号线与主控模块连接，通过操作驾驶员模块，检测主控模块通信、整车控制器输入量、动力输出模块输出是否正确；b、通过监测主控模块中各控制器与工控台采集的传感器信号对比， 计算主控模块的数据误差。

本发明提供一种双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置测试不同工况下主控模块的合理性、动力输出模块的平顺性、电源模块的能耗曲线的方法，包括如下步骤：a、改变负载模块参数，操作驾驶员模块，通过工控台得到动力输出曲线，与实际工况下数据对比，从而分析判断主控模块的合理性；b、在正常行驶下，通过工控台监测动力输出在耦合箱切换模式与变速箱换档时，转速转矩的波动，从而分析动力输出模块的平顺性；c、通过数据采集模块在不同工况下监测高压电池在运行中能耗曲线，并与双电机定比分配下对比。

本发明的有益效果：本发明为双电机耦合驱动电动拖拉机的测试研发提供了一个多功能平台，通过测试的动力部件参数曲线，为搭建的仿真模型提供依据，通过负载模块模拟实际工况，验证主控模块的合理性与整机的经济性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的原理图。

附图标记：1、驾驶员模块，2、主控模块，3、动力输出模块，4、负载模块，5、数据采集模块6、电源模块，7、钥匙开关，8、离合器踏板，9、加速踏板，10、制动踏板，11、换挡手柄，12、显示终端，13、整车控制器，14、动力控制器，15、电池控制器，16、主电机，17、调速电机，18、耦合箱，19、变速箱，20、后桥，21、主电机驱动器，22、调速电机驱动器，23、驱动轮磁粉制动器，24、PTO磁粉制动器，25、主电机转速转矩传感器，26、调速电机转速转矩传感器，27、驱动轮转速转矩传感器，28、PTO转速转矩传感器，29、主电机电流电压传感器，30、调速电机电流电压传感器，31、工控台，32、高压电池，33、低压电池。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试试验装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1和图2所示，一种双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试试验装置，包括驾驶员模块1、主控模块2、动力输出模块3、负载模块4、数据采集模块5、电源模块6。

驾驶员模块1包括钥匙开关7、离合器踏板8、加速踏板9、制动踏板10、换挡手柄11、显示终端12。主控模块2包括整车控制器13、动力控制器14、电池控制器15。动力输出模块3包括主电机16、调速电机17、耦合箱18、变速箱19、后桥20、主电机驱动器21、调速电机驱动器22。负载模块4包括驱动轮磁粉制动器23、PTO磁粉制动器24。数据采集模块5包括主电机转速转矩传感器25、调速电机转速转矩传感器26、驱动轮转速转矩传感器27、PTO转速转矩传感器28、主电机电流电压传感器29、调速电机电流电压传感器30、工控台31。电源模块6包括高压电池32、低压电池33。

驾驶员模块1中钥匙开关7由低压电池33供电，信号线与整车控制器13、电池控制器15相连；离合踏板8通过机械连接到变速箱19；加速踏板9、制动踏板10、换挡手柄11、显示终端12由整车控制器13供电，并将信号传输给整车控制器13。

主控模块2中整车控制器13通过CAN与动力控制器14、电池控制器15连接。

主电机16、调速电机17通过机械连接与耦合箱18相连；主电机驱动器21、调速电机驱动器22接收动力控制器14信号，分别驱动主电机16与调速电机17；驱动轮磁粉制动器23与后桥20连接；PTO磁粉制动器24与变速箱19的PTO轴连接。

主电机转速转矩传感器25安装在主电机16输出轴；调速电机转速转矩传感器26安装在调速电机17输出轴；驱动轮转速转矩传感器27安装在后桥20输出轴；PTO转速转矩传感器28安装在变速箱19的PTO输出轴；主电机电流电压传感器29安装在主电机驱动器21输出线；调速电机电流电压传感器30安装在调速电机驱动器22输出线；工控台31采集各传感器、整车控制器13、动力控制器14、电池控制器15信号。

高压电池32为主电机16与调速电机17供电；低压电池33为整车控制器13、动力控制器14、电池控制器15供电。

本发明提供一种利用双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试试验装置，包括动力部件性能测试、主控模块的性能、各工况下整机的经济性测试。

其中，双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试试验装置的动力部件性能测试内容为：主电机16、调速电机17的外特性曲线与MAP图，高压电池32的能耗曲线，耦合箱18的输入输出关系与效率。步骤如下：

a、整车控制器13烧写测试工况程序，通过调节驱动轮磁粉制动器23，实现不同转速转矩组合，主电机转速转矩传感器25与调速电机转速转矩传感器26得到主电机16与调速电机17的输出转速转矩数据，主电机电流电压传感器29与调速电机电流电压传感器30得到主电机16与调速电机17的输入电流电压数据，分析绘制主电机16与调速电机17的外特性曲线和MAP图；

b、将高压电池32达到满电状态，整车控制器13为运输工况，主电机16与调速电机17正常运转，电池控制器15通过信号线检测高压电池32并将电池的SOC等信息发送到CAN总线上，结合数据采集模块5的主电机电流电压传感器29与调速电机电流电压传感器30得到的高压电池32输出电流电压，分析绘制高压电池32的能耗曲线；

c、整车控制器13为牵引工况，通过调节驱动轮磁粉制动器23与PTO磁粉制动器24以实现不同转矩输出，根据主电机转速转矩传感器25与调速电机转速转矩传感器26得到耦合箱18输入动力数据，明确变速箱19的换档手柄11位置，驱动轮转速转矩传感器27与PTO转速转矩传感器28得到变速箱19输出动力数据，拨动换档手柄11，使变速箱19处于不同档位下多次测量，分析得到耦合箱18输入输出的转速转矩关系。

其中，双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试试验装置的主控模块的性能内容为：多个控制器之间的CAN通信，信号输入输出顺畅，主控模块2的数据误差。步骤如下：

a、通过CAN总线将整车控制器13、动力控制器14、电池控制器15相连，低压电池33供电后，检测主控模块2通信是否正常；其他模块通过信号线与主控模块2连接，通过操作驾驶员模块1，整车控制器13输入量、动力输出模块3输出是否通畅正确；

b、通过监测主控模块2中整车控制器13的总转速转矩、动力控制器14的主电机16与调试电机17转矩转矩、电池控制器的输出电流电压，与工控台31采集的主电机转速转矩传感器25、调速电机转速转矩传感器26、主电机电流电压传感器29、调速电机电流电压传感器30的信号对比，分析计算主控模块2的数据误差。

其中，双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试试验装置的各工况下整机的经济性测试内容为：不同工况下主控模块2的合理性，动力输出模块3的平顺性，电源模块6的能耗曲线。步骤如下：

a、根据实测的各工况载荷谱，改变负载模块4中驱动轮磁粉制动器23与PTO磁粉制动器24的参数，通过操作驾驶员模块1的加速踏板9，主控模块2烧写相应的程序，根据工控台31的驱动轮转速转矩传感器27与PTO转速转矩传感器28得到变速箱19转速转矩输出曲线，与实测各工况下载荷谱数据对比，从而分析主控模块2的合理性；

b、在正常行驶下，通过工控台31的驱动轮转速转矩传感器27与PTO转速转矩传感器30，监测动力输出在耦合箱18切换模式与变速箱19换档时，变速箱19输出转速转矩的波动，从而分析动力输出模块3的平顺性；

c、主控模块2运行相应策略，通过数据采集模块5的主电机电流电压传感器29与调速电机电流电压传感器30，以及电池控制器15输出的SOC等信息，在不同工况下监测高压电池32在运行中能耗曲线；整车控制器烧写双电机定比分配等其他策略，按照上述方法得到高压电池32能耗曲线，并与制定的相应策略对比。

Claims (6)

1.双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置，其特征在于：包括驾驶员模块（1）、主控模块（2）、动力输出模块（3）、负载模块（4）、数据采集模块（5）、电源模块（6）；所述驾驶员模块（1）包括钥匙开关（7）、离合器踏板（8）、加速踏板（9）、制动踏板（10）、换挡手柄（11）、显示终端（12）；所述主控模块（2）包括整车控制器（13）、动力控制器（14）、电池控制器（15）；所述动力输出模块（3）包括主电机（16）、调速电机（17）、耦合箱（18）、变速箱（19）、后桥（20）、主电机驱动器（21）、调速电机驱动器（22）；所述负载模块（4）包括驱动轮磁粉制动器（23）、PTO磁粉制动器（24）；所述数据采集模块（5）包括主电机转速转矩传感器（25）、调速电机转速转矩传感器（26）、驱动轮转速转矩传感器（27）、PTO转速转矩传感器（28）、主电机电流电压传感器（29）、调速电机电流电压传感器（30）、工控台（31）；所述电源模块（6）包括高压电池（32）、低压电池（33）；所述驾驶员模块（1）中钥匙开关（7）由低压电池（33）供电，信号线与整车控制器（13）、电池控制器（15）相连；离合踏板（8）通过机械连接到变速箱（19）；加速踏板（9）、制动踏板（10）、换挡手柄（11）、显示终端（12）由整车控制器（13）供电，并将信号传输给整车控制器（13）；所述主控模块（2）中整车控制器（13）通过CAN与动力控制器（14）、电池控制器（15）连接；主电机（16）、调速电机（17）通过机械连接与耦合箱（18）相连；主电机驱动器（21）、调速电机驱动器（22）接收动力控制器（14）信号，分别驱动主电机（16）与调速电机（17）；驱动轮磁粉制动器（23）与后桥（20）连接；PTO磁粉制动器（24）与变速箱（19）的PTO轴连接；主电机转速转矩传感器（25）安装在主电机（16）输出轴；调速电机转速转矩传感器（26）安装在调速电机（17）输出轴；驱动轮转速转矩传感器（27）安装在后桥（20）输出轴；PTO转速转矩传感器（28）安装在变速箱（19）的PTO输出轴；主电机电流电压传感器（29）安装在主电机驱动器（21）输出线；调速电机电流电压传感器（30）安装在调速电机驱动器（22）输出线；工控台（31）采集各传感器、整车控制器（13）、动力控制器（14）、电池控制器（15）信号；所述高压电池（32）为主电机（16）与调速电机（17）供电；低压电池（33）为整车控制器（13）、动力控制器（14）、电池控制器（15）供电。

2.根据权利要求1所述的双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置，其特征在于：通过动力输出模块（3）、数据采集模块（5）、电源模块（6）来测试主电机（16）与调速电机（17）的外特性曲线和MAP图、高压电池（32）的能耗曲线、耦合箱（18）转速转矩的输入输出关系。

3.一种利用权利要求1所述的双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置测试主电机（16）与调速电机（17）的外特性曲线和MAP图、高压电池（32）的能耗曲线、耦合箱（18）转速转矩的输入输出关系的方法，包括如下步骤：

a、整车控制器（13）烧写测试工况程序，通过调节驱动轮磁粉制动器（23），实现不同转速转矩组合，结合数据采集模块（5）的传感器数据，得到主电机（16）与调速电机（17）的外特性曲线和MAP图；

b、将高压电池（32）达到满电状态，整车控制器（13）为运输工况，主电机（16）与调速电机（17）正常运转，通过电池控制器（15）与数据采集模块（5），得到高压电池（32）能耗曲线；

c、整车控制器（13）为牵引工况，通过调节负载模块（4），分析数据采集模块（5）传感器数据得到耦合箱（18）输入输出的转速转矩关系。

4.根据权利要求1所述的双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置，其特征在于：通过主控模块（2）、数据采集模块（5）来测试控制器数据误差。

5.一种利用权利要求1所述的双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置测试控制器数据误差的方法，包括如下步骤：

a、通过CAN总线将整车控制器（13）、动力控制器（14）、电池控制器（15）相连，其他模块通过信号线与主控模块（2）连接，通过操作驾驶员模块（1），检测主控模块（2）通信、整车控制器（13）输入量、动力输出模块（3）输出是否正确；

b、通过监测主控模块（2）中各控制器与工控台（31）采集的传感器信号对比， 计算主控模块（2）的数据误差。

6.一种利用权利要求1所述的双电机耦合驱动电动拖拉机多功能测试装置测试不同工况下主控模块（2）的合理性、动力输出模块（3）的平顺性、电源模块（6）的能耗曲线的方法，包括如下步骤：

a、改变负载模块（4）参数，操作驾驶员模块（1），通过工控台（31）得到动力输出曲线，与实际工况下数据对比，从而分析判断主控模块（2）的合理性；

b、在正常行驶下，通过工控台（31）监测动力输出在耦合箱（18）切换模式与变速箱（19）换档时，转速转矩的波动，从而分析动力输出模块（3）的平顺性；

c、通过数据采集模块（5）在不同工况下监测高压电池在运行中能耗曲线，并与双电机定比分配下对比。

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