CN112082775A - 一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆动力系统测试技术领域，具体涉及一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法和装置，其中方法包括如下步骤；S1、通过上层控制系统根据整车质量分布信息控制作用力装置对车轮装置施加作用力；S2、通过上层控制系统获取转速测量装置采集到的转速信息，计算得到车速信息；并根据测试道路工况动态控制被测动力系统的驱动力输出；S3、通过上层控制系统控制转鼓装置实时模拟车辆在运行状态下的行驶阻力；S4、通过上层控制系统显示和记录被测动力系统的运行状态信息，运行状态信息为转速；采用本方案能够模拟整车的实际运行状态，提供更全面的测试条件，并解决测试结果准确性偏低的问题。

Description

一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法和装置

技术领域

本发明涉及车辆动力系统测试技术领域，具体涉及一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法和装置。

背景技术

动力系统是车辆行驶的动力源，通常由发动机或驱动电机或两者共同作用加传动系统组成；且发动机和变速器之间靠离合器连接,即离合器一面与发动机飞轮连接,一面与变速器输入轴连接；动力系统的优劣对整车有直接的影响，动力系统的性能直接决定了整车的动力性能，动力系统的能效较大程度上决定了整车的能效。

现有技术中，对车辆动力系统研究一般通过搭建动力总成台架进行测试，而动力总成台架通常由两个或四个动力测功机系统、逆变控制系统和测试控制系统组成，被测动力系统与动力测功机通过联轴器进行连接；因此受限于多个动力测功机之间的控制偏差、动力测功机的动态响应能力和连接形式等因数的影响，导致动力总成台架难以实现对动力系统搭载整车后的动力性能、经济性能进行直接和准确测量，存在测试结果准确性偏低的问题。

发明内容

本发明意在于提供一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法和装置，能够解决相关技术中测试不直接且准确性偏低的问题。

本发明提供的基础方案为：一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法，包括如下步骤：

S1、通过上层控制系统根据整车质量分布信息控制作用力装置对车轮装置施加作用力；

S2、通过上层控制系统获取转速测量装置采集到的转速信息，计算得到车速信息；并根据测试道路工况动态控制被测动力系统的驱动力输出；

S3、通过上层控制系统控制转鼓装置实时模拟车辆在运行状态下的行驶阻力；

S4、通过上层控制系统显示和记录被测动力系统的运行状态信息，运行状态信息为转速。

本发明的工作原理及优点在于：

采用本方案，在进行车辆动力系统测试的过程中，首先可以通过上层控制系统向作用力装置发送作用力目标值，并由作用力装置对车轮施加作用力，以这样的形式来模拟施加整车质量在车轮装置上的分配；然后根据给定的测试道路工况和实时车辆车速信息，动态控制被测动力系统的驱动力输出；与此同时，还将根据实际的道路工况，由上层控制系统控制转鼓装置模拟车辆行驶中的阻力；最后，测试人员再根据被测动力系统的运行状态信息，如其中的转速信息，对该测试工况下的动力情况和性能状态进行评价。

综上，与现有技术中通过搭建动力总成台架测试相比，本方案不仅时间、资金成本的投入较低，通过上层控制系统的控制能够避免动力总成台架中多个动力测功机之间的控制偏差、动态响应能力以及连接形式带来的负面影响；并通过上层控制系统分别控制作用力装置、被测动力系统以及转鼓装置，能够模拟出必要的整车质量和测试道路工况，从而提供车辆运行状态的测试环境，进而得到准确性较高的测试结果。

进一步，所述步骤S3之后还包括步骤S31、通过上层控制系统控制温控装置实时模拟整车运行下被测动力系统的环境温度和冷却液温度。

有益效果：本方案中考虑到温度对于动力系统测试的影响；除了能够对整车质量和道路工况进行模拟，还可以由温控装置调整测试环境和冷却液的温度，从而搭建出更加真实的测试场景，进而得到准确性较高的测试结果。

进一步，所述步骤S4中，运行状态信息还包括转速差、扭矩、扭矩差、车轮压力、环境温度、冷却液温度、冷却液流量、供电电压和供电电流。

有益效果：拓展运行状态信息的广度，使试验人员对动力系统有更加全面的了解，便于根据这些运行状态信息客观地分析动力性能和经济性能。

进一步：所述步骤S1中还包括步骤S11、通过上层控制系统根据预设的曲线或车辆模型实时仿真的质心状态向作用力装置发送作用力目标值，并由作用力装置对各个车轮装置施加作用力。

有益效果：由于车辆在转向时或者行驶在凹凸不平的路面时，车辆的受力会有所不同；本方案中上层控制系统在运行过程中可以独立对各车轮装置按照预先设定的控制曲线给定作用力装置的控制目标值，从而模拟出车辆在转向时轮胎的受力变化，提升试验数据的真实性。

进一步，所述步骤S1中还包括步骤S12、通过传感器实时检测作用力装置的作用力大小，生成实际作用力信息；作用力装置根据实际作用力信息调整作用力输出，并实时发送至上层控制系统。

有益效果：采用本方案，在动力系统测试的过程中，能够由传感器采集作用力装置对各个车轮的实际作用力大小，以此动态调整作用力装置输出的作用力大小，从而形成闭环控制体系。

进一步，所述步骤S1前还包括步骤S0、向上层控制系统输入车轮装置的轮胎直径信息和初始质心坐标。

有益效果：由于本方案中，需要通过转速测量装置采集到的被测动力系统的输出转速信息确定车辆的车速信息，且根据车速计算公式：车速km/h＝0.377*转速*车胎直径÷2来看，其中的变量为轮边转速(即被测动力系统的输出转速)，而轮胎直径是定量，通常都记载车辆一致性证书中；所以试验前将这些定量预先输入上层控制系统中，即可在检测过程中直接根据实时获得的转速计算得到相应的车速。

进一步，所述步骤S1中的作用力装置具体采用的是伺服液压机。

有益效果：与普通液压机相比，伺服液压机主要是将传动压力机的普通电机更换为伺服电机，应用在本方案的车轮压力控制中，能够提高压力机的传动精度以及冲压效率，并保证试验优异的控制性和稳定性。

本发明还提供了一种模拟整车运行状态的动力系统测试装置，包括上层控制系统、被测动力系统、车轮装置、作用力装置和转鼓装置，其中：上层控制系统分别于被测动力系统、作用力装置和转鼓装置通信连接；

车轮装置包括第一车轮和第二车轮，第一车轮和第二车轮分别固定在所述被测动力系统的转轴左右两端；

转鼓装置包括第一转鼓子装置和第二转鼓子装置，第一转鼓子装置位于第一车轮的下方，与第一车轮传动连接；所述第二转鼓子装置位于第二车轮的下方，与第二车轮传动连接；

作用力装置包括第一作用力子装置和第二作用力子装置，第一作用力子装置固定在转轴上靠近第一车轮的一端；第二作用力子装置固定在转轴上靠近第二车轮的一端。

有益效果：本方案中，通过上层控制系统分别控制作用力装置、被测动力系统以及转鼓装置，能够模拟出必要的整车质量、车辆转向以及上测试道路工况，从而提供车辆运行状态的测试环境，进而得到准确性较高的测试结果。

进一步，还包括与上层控制系统通信连接的温控装置，温控装置包括固定在试验场景内的环境温度箱和固定在被测动力系统上的冷却液控制系统。

有益效果：通过采用环境温度箱和冷却液控制系统分别调节测试环境温度和冷却液的温度；模拟出实际工况中的温度，能够搭建出一个更加真实的测试场景，保证测试结果的准确性。

进一步，所述被测动力系统为电驱动系统，包括驱动电机、变速箱和传动轴，其中：变速箱的输入端与驱动电机连接，变速箱的输出端与传动轴连接；还包括转接盘，所述转接盘的一端与被测动力系统的传动轴固定连接，转接盘的另一端与车轮装置的传动轴固定连接。

有益效果：由于试验过程中，可以使用现有的变速箱和传动轴，但可能会出现二者的接口不匹配的情况；现有技术中通常是对传动轴的接口加以改造使其可以与变速箱接口匹配，但这种方式不仅耗时长、成本高、难度大，改造后还会影响连接强度；本方案中，通过采用转接盘作为传动轴与变速箱的固定连接的中间件，将两者直接匹配在一起，能够避免上述问题。

附图说明

图1为本发明一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法和装置实施例一的流程图。

图2为本发明一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法和装置实施例一的结构示意框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：上层控制系统1、被测动力系统2、第一车轮3、第二车轮4、第一转鼓子装置5、第二转鼓子装置6、第一作用力子装置7、第二作用力子装置8。

实施例一

如图1所示，一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法，包括如下步骤：

S0、向上层控制系统输入车轮装置的轮胎直径信息；本实施例中，上层控制系统采用戴尔易安信PowerEdgeT30微塔式服务器，并以长安CS75为例进行说明，所以输入的车胎直径信息为0.724m；

S1、通过上层控制系统根据整车质量分布信息控制作用力装置对车轮装置施加作用力；具体的，步骤S1中还包括步骤S12、通过传感器实时检测作用力装置的作用力大小，生成实际作用力信息；作用力装置根据实际作用力信息调整作用力输出，并实时发送至上层控制系统；此外，作用力装置具体采用的是伺服液压机；由于该车在行驶状态下与动力系统连接的左前车轮压力和右前车轮压力相同,且等于8.45×10⁴N并根据这一数值控制伺服液压机实现整车质量的模拟；

S2、通过上层控制系统获取转速测量装置采集到的转速信息，计算得到车速信息；并根据测试道路工况动态控制被测动力系统的驱动力输出；具体的，本方案中上层控制系统获取到的转速信息800转/秒，根据公式车速km/h＝输出转速x0.377x轮胎直径÷2，可以得到车速信息为109.17km/小时；且上层控制系统预先存储有道路工况模型，道路工况模型为预先建立的二维坐标性，横坐标为时间，纵坐标为车速，其中特征图为变化的曲线。上层控制系统通过采集计算得到的车速与目标车速闭环输出被测动力系统的输出扭矩。

S3、通过上层控制系统控制转鼓装置实时模拟车辆在运行状态下的行驶阻力；其中：转鼓装置又称底盘测功机，是一种现有的室内试验设备，主要利用其中的滚筒来模拟汽车在实际行驶时的道路阻力，同样的，上层控制系统中存储有道路工况，按照汽车动力学公式可计算得到转鼓装置的实时阻力。

S31、通过上层控制系统控制温控装置实时模拟整车运行下被测动力系统的环境温度和冷却液温度；

S4、通过上层控制系统显示和记录被测动力系统的转速、转速差、扭矩、扭矩差、环境温度、冷却液温度、冷却液流量、供电电压、供电电流等信息。

如图2所示，本实施例还公开了一种模拟整车运行状态的动力系统测试装置，该装置包括上层控制系统1、被测动力系统2、车轮装置、作用力装置和转鼓装置，其中：上层控制系统1分别于被测动力系统2、作用力装置和转鼓装置通信连接；车轮装置包括第一车轮3和第二车轮4，第一车轮3和第二车轮4分别位于被测动力系统2的转轴左右两端，并与转轴键连接；转鼓装置包括第一转鼓子装置5和第二转鼓子装置6，第一转鼓子装置5位于第一车轮3的下方，与第一车轮3传动连接；第二转鼓子装置6位于第二车轮4的下方，与第二车轮4传动连接；作用力装置包括第一作用力子装置7和第二作用力子装置8，第一作用力子装置7和第二作用力子装置8均采用伺服液压机，且第一作用力子装置7位于转轴上靠近第一车轮3的一端，并与转轴键连接；同样的，第二作用力子装置8位于转轴上靠近第二车轮4的一端，与转轴键连接；

本方案能够满足市面上普遍的两驱汽车测试，且车轮装置可以使用各种规格型号的车胎；值得一提的是，在其他实施例中，还可以根据实际需求将车轮装置、转鼓装置以及作用力装置均扩展为四个，各个装置的位置和连接关系与上述基本相同，在此不再赘述，从而适配于四轮驱动汽车。

此外，本实施例中被测动力系统2为电驱动系统，在其他实施例中本领域技术人员还可以采用传统动力系统(包括发动机、变速箱和传动轴)，以及混合动力系统(包括发动机、驱动电机、变速器以及传动轴)进行测试；具体的，本方案中所用的电驱动系统主要包括驱动电机、变速箱和传动轴，其中：变速箱输入端与驱动电机连接，变速箱的输出端与传动轴连接，该技术为现有技术，在此不再赘述；区别在于，本方案中还包括转接盘，转接盘位于变速箱与车轮装置之间，转接盘的一端与被测动力系统的传动轴固定连接，转接盘的另一端与车轮装置的传动轴固定连接。即转接盘一侧靠近边缘位置处钻有通孔和开口槽，另一侧靠近中心处钻有阶梯孔，具体使用时：将转接盘一侧的通孔与被测动力系统传动轴的伸出螺栓配合，将弹垫及螺母安装到螺栓上，弹垫和螺母则位于开口槽内，气枪安装合适的套筒，打紧螺母；然后，将阶梯孔中的小孔与车轮装置传动轴的螺栓孔对中，并将螺栓从阶梯孔中大孔插入，穿过小孔后拧入到螺栓孔中，再装配弹垫和螺母，用扳手固定螺母，气枪安装合适的套筒通过小孔打紧螺栓，从而完成安装。

为实现对测试环境温度以及冷却液温度的模拟，该装置中还包括与上层控制系统通信连接的温控装置；具体的，温控装置包括固定在试验场景内的环境温度箱和固定在被测动力系统上的冷却液控制系统，环境温度箱类似于空调系统对室内环境的温度进行控制；本方案中上层控制系统中预存实际测试工况的温度变化模型，即横坐标为时间，纵坐标为相关的温湿度信息；根据该模型控制环境温度箱对测试环境内的温湿度进行调整；通过采用冷却液控制系统可以模拟整个电驱动系统在实际运行中可能出现的各种温度相关的场景，如高温、低温或是温度剧烈变化和缓慢变化的情况。

实施例二

与实施例一相比，不同之处仅在于，步骤S0中向上层控制系统输入车轮装置的数据还包括初始质心坐标；步骤S1中还包括步骤S11、通过上层控制系统根据预设的曲线向作用力装置发送作用力目标值，并由作用力装置对各个车轮装置施加作用力；在另一实施例中，还可以通过上层控制系统根据车辆模型实时仿真的质心状态向作用力装置发送作用力目标值，其技术原理基本为：根据初始质心坐标和整车质量，并结合车辆模型实时仿真的质心状态，能够直接计算出每个轮子应该施加多少作用力，该技术为现有技术，再次不再赘述；且步骤S4中还包括步骤S41、通过上层控制系统获取并显示车轮装置转向时，转鼓装置采集到的压力信息；其中，上层控制系统中存储有预先测得的车辆转向时各个车轮装置的受力大小，本实施例中的曲线为高速公路向右转向模型，其中横坐标为时间，纵坐标为车速；根据模型来看，随着时间递增，左、右轮均递增，但相比之下，递增趋势和作用力大小方面，左轮明显偏大(也可以参照惯性原理)；根据曲线记载的数据通过作用力装置独立控制各个车轮装置，从而模拟出转向时车轮的受力情况。转鼓装置搭载有压力传感器，该传感器通过采集转向时的压力信息，显示在上层控制系统中，由测试人员根据两轮不同的压力信息和转速信息，分析车辆在转向时转速差和车轮压力的关系。

实施例三

与实施例一相比，不同之处仅在于，还包括步骤S51、获取测试人员选定的测试道路模型，从中提取弯道半径信息以及道路路况信息，S52、控制转鼓装置根据道路路况信息实时模拟车辆在运行状态下的行驶阻力，实时获取车速信息；S53、根据测试道路模型中转弯点的转弯半径信息和车速信息判断是否模拟向心分力，若转弯半径大于零，且车速信息大于第一预设阈值(3km/h)，则生成控制指令，控制作用力装置模拟向心分力；若转弯半径小于不为零的第二预设阈值(6m)，且车速信息大于第三预设阈值(66km/h)，则判定为翻车并生成相应的提示信息。

采用本方案，由于测试过程中，车辆转弯时还包含非竖直方向上的向心力，可以通过设置在车轮周围其他方向的作用力装置提供这个力；但是，我们关心何时需要施加这个力，根据向心力公式来看，这个力与质量、速度和半径有关；而在整车测试中，一般是根据既定的测试模型对测试环境进行模拟和车辆测试，测试模型可以理解为正常道路的阻力信息和弯道信息等，通过记录相应的数据形成模型，阻力信息可以通过转鼓模拟；所以，通过判断车辆在既定模拟场景中转向时的转弯半径和当前车速，即可得出是否需要对向心力进行模拟的结论，若需要模拟，则同样通过各个位置的作用力装置输出压力，压力大小为常规技术手段，在此不再进行赘述。本方案能够判断什么情况下需要施加向心力，能够使车辆测试更加的真实，提升测试结果的准确性和有效性。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种模拟整车运行状态的动力系统测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过上层控制系统根据整车质量分布信息控制作用力装置对车轮装置施加作用力；

S2、通过上层控制系统获取转速测量装置采集到的转速信息，计算得到车速信息；并根据测试道路工况动态控制被测动力系统的驱动力输出；

S3、通过上层控制系统控制转鼓装置实时模拟车辆在运行状态下的行驶阻力；

S4、通过上层控制系统显示和记录被测动力系统的运行状态信息，运行状态信息为转速。

2.根据权利要求1所述的模拟整车运行状态的动力系统测试方法，其特征在于：所述步骤S3之后还包括步骤S31、通过上层控制系统控制温控装置实时模拟整车运行下被测动力系统的环境温度和冷却液温度。

3.根据权利要求1所述的模拟整车运行状态的动力系统测试方法，其特征在于：所述步骤S4中，运行状态信息还包括转速差、扭矩、扭矩差、车轮压力、环境温度、冷却液温度、冷却液流量、供电电压和供电电流。

4.根据权利要求1所述的模拟整车运行状态的动力系统测试方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括步骤S11、通过上层控制系统根据预设的曲线或车辆模型实时仿真的质心状态向作用力装置发送作用力目标值，并由作用力装置对各个车轮装置施加作用力。

5.根据权利要求1所述的模拟整车运行状态的动力系统测试方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括步骤S12、通过传感器实时检测作用力装置的作用力大小，生成实际作用力信息；作用力装置根据实际作用力信息调整作用力输出，并实时发送至上层控制系统。

6.根据权利要求4所述的模拟整车运行状态的动力系统测试方法，其特征在于：所述步骤S1前还包括步骤S0、向上层控制系统输入车轮装置的轮胎直径信息和初始质心坐标。

7.根据权利要求1所述的模拟整车运行状态的动力系统测试方法，其特征在于：所述步骤S1中的作用力装置具体采用的是伺服液压机。

8.一种模拟整车运行状态的动力系统测试装置，其特征在于，包括上层控制系统、被测动力系统、车轮装置、作用力装置和转鼓装置，其中：上层控制系统分别与被测动力系统、作用力装置和转鼓装置通信连接；

车轮装置包括第一车轮和第二车轮，第一车轮和第二车轮分别固定在所述被测动力系统的转轴左右两端；

转鼓装置包括第一转鼓子装置和第二转鼓子装置，第一转鼓子装置位于第一车轮的下方，与第一车轮传动连接；所述第二转鼓子装置位于第二车轮的下方，与第二车轮传动连接；

作用力装置包括第一作用力子装置和第二作用力子装置，第一作用力子装置固定在转轴上靠近第一车轮的一端；第二作用力子装置固定在转轴上靠近第二车轮的一端。

9.根据权利要求8所述的模拟整车运行状态的动力系统测试装置，其特征在于：还包括与上层控制系统通信连接的温控装置，温控装置包括固定在试验场景内的环境温度箱和固定在被测动力系统上的冷却液控制系统。

10.根据权利要求8所述的模拟整车运行状态的动力系统测试装置，其特征在于，所述被测动力系统为电驱动系统，包括驱动电机、变速箱和传动轴，其中：变速箱的输入端与驱动电机连接，变速箱的输出端与传动轴连接；还包括转接盘，所述转接盘的一端与被测动力系统的传动轴固定连接，转接盘的另一端与车轮装置的传动轴固定连接。

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