專利名稱：一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置及方法，屬于車輛動力系統(tǒng)測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
臺架試驗(yàn)是進(jìn)行汽車動力系統(tǒng)開發(fā)的重要手段，在進(jìn)行發(fā)動機(jī)試驗(yàn)或者集成了發(fā)動機(jī)和變速箱的動力系統(tǒng)的測試的時(shí)候，都需要利用測功機(jī)進(jìn)行負(fù)載的模擬和控制。隨著汽車動力系統(tǒng)的發(fā)展，對測試系統(tǒng)負(fù)載模擬精度和響應(yīng)速度的要求也越來越高，傳統(tǒng)的測功設(shè)備有水力測功機(jī)、電渦流測功機(jī)等，但水力測功機(jī)控制精度低，電渦流測功機(jī)不能倒拖動力系統(tǒng)，其應(yīng)用都受到一定限制。今年來隨著電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流電力測功機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。交流電力測功機(jī)的基本原理是使用三相交流異步電機(jī)作為加載設(shè)備，變頻器為異步電機(jī)提供可變頻率的驅(qū)動電源，并精確控制其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。與其它測功機(jī)技術(shù)相比， 交流測功機(jī)具有轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制精度高、動態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、結(jié)構(gòu)靈活多樣以及高效節(jié)能和高可靠性等特性，符合動態(tài)控制的需求，還可以倒拖動力系統(tǒng)，用于模擬混合動力系統(tǒng)制動能量回饋。利用測功機(jī)進(jìn)行動態(tài)加載，模擬汽車在道路上運(yùn)行時(shí)的動態(tài)負(fù)載，并記錄發(fā)動機(jī)的燃油消耗和排放，可以在臺架上實(shí)現(xiàn)整車排放測試及燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)。汽車在運(yùn)行過程中的阻力Frehi& = Fa+Fw+Ff，其中Fa，F(xiàn)w, Ff分別表示加速阻力，風(fēng)阻和行駛摩擦阻力。由于摩擦阻力和風(fēng)阻的變化較慢，比較容易模擬，而加速阻力是隨著汽車加速度變化而變化的， 變化較快，較難模擬。一般在傳統(tǒng)的動態(tài)負(fù)載模擬方法中，采用飛輪組來模擬汽車的慣量，但飛輪組存
在體積較大，調(diào)整和使用不便等缺點(diǎn)。如果直接采用巧二ma = ZW^f來計(jì)算車輛的慣性
3.6 at
阻力，需要測量和計(jì)算動力系統(tǒng)的角速度的微分值，而速度的微分較難準(zhǔn)確測量，常伴隨較大的噪聲，并且，如果反饋控制的循環(huán)周期較長，容易引起系統(tǒng)振蕩。因此，該方法對測試系統(tǒng)的精度和控制回路的循環(huán)周期要求都較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置及方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置，包括控制計(jì)算機(jī)、測功機(jī)控制器、變頻器、交流電力測功機(jī)和帶控制器的扭矩法蘭，其外圍設(shè)備為待測的汽車動力系統(tǒng)；待測的汽車動力系統(tǒng)的核心部件包括發(fā)動機(jī)、離合器、變速器，可以根據(jù)現(xiàn)場要求擴(kuò)展其他與汽車動力系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備，比如混合動力汽車動力系統(tǒng)中的動力蓄電池和驅(qū)動電機(jī)；待測的汽車動力系統(tǒng)的動力輸出軸通過帶控制器的扭矩法蘭和交流電力測功機(jī)的動力主軸相連；變頻器和交流電力測功機(jī)通過三相交流控制線相連；變頻器與測功機(jī)控制器、帶控制器的扭矩法蘭三者通過CAN總線相連；控制計(jì)算機(jī)與測功機(jī)控制器通過以太網(wǎng)相連；待測的汽車動力系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)的油門信號采集接口與測功機(jī)控制器中用于模擬油門的模擬量輸出端口相連。本發(fā)明的一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置，其動態(tài)負(fù)載模擬方法的步驟為1)按順序啟動控制計(jì)算機(jī)、變頻器、測功機(jī)控制器、交流電力測功機(jī)和待測的汽車動力系統(tǒng)，此時(shí)整個(gè)汽車動力系統(tǒng)和測功機(jī)進(jìn)系統(tǒng)均進(jìn)入運(yùn)行模式；2)在控制計(jì)算機(jī)上設(shè)定待測的汽車動力系統(tǒng)對應(yīng)的整車車輛參數(shù)，控制計(jì)算機(jī)通過CAN總線向測功機(jī)控制器發(fā)送所設(shè)定的整車車輛參數(shù)、動態(tài)負(fù)載模擬循環(huán)工況、設(shè)定的道路坡度參數(shù)；3)控制計(jì)算機(jī)通過CAN總線向測功機(jī)控制器發(fā)送RG/P模式命令和設(shè)定的油門參數(shù)；4)測功機(jī)控制器將步驟幻中得到的設(shè)定油門參數(shù)通過模擬量輸出接口向待測的汽車動力系統(tǒng)模擬輸出油門指令，此時(shí)待測的汽車動力系統(tǒng)開始按照該油門指令運(yùn)行，并輸出當(dāng)前工況下對應(yīng)扭矩；5)帶控制器的扭矩法蘭檢測到待測的汽車動力系統(tǒng)輸出的扭矩，并將該扭矩值通過CAN總線上傳到測功機(jī)控制器；6)測功機(jī)控制器調(diào)用車速計(jì)算模型來計(jì)算當(dāng)前車輛速度模擬值，具體過程為6. 1按照動態(tài)負(fù)載當(dāng)前的模擬工況，并根據(jù)控制計(jì)算機(jī)設(shè)定的整車車輛參數(shù)和設(shè)定的道路坡度參數(shù)計(jì)算當(dāng)前車輛阻力模擬值，該車輛阻力模擬值包括車輛風(fēng)阻模擬值和車輛滾動阻力模擬值兩部分，用下式計(jì)算車輛風(fēng)阻模擬值Fw
權(quán)利要求
1.一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置，其外圍設(shè)備為待測的汽車動力系統(tǒng)，待測的汽車動力系統(tǒng)的核心部件包括發(fā)動機(jī)、離合器、變速器，其特征在于包括控制計(jì)算機(jī)、測功機(jī)控制器、變頻器、交流電力測功機(jī)和帶控制器的扭矩法蘭；待測的汽車動力系統(tǒng)的動力輸出軸通過帶控制器的扭矩法蘭和交流電力測功機(jī)的動力主軸相連；變頻器和交流電力測功機(jī)通過三相交流控制線相連；變頻器與測功機(jī)控制器、帶控制器的扭矩法蘭三者通過CAN總線相連；控制計(jì)算機(jī)與測功機(jī)控制器通過以太網(wǎng)相連；待測的汽車動力系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)的油門信號采集接口與測功機(jī)控制器中用于模擬油門的模擬量輸出端口相連。
2.一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬方法，其特征在于步驟為1)按順序啟動控制計(jì)算機(jī)、變頻器、測功機(jī)控制器、交流電力測功機(jī)和待測的汽車動力系統(tǒng)，此時(shí)整個(gè)汽車動力系統(tǒng)和測功機(jī)進(jìn)系統(tǒng)均進(jìn)入運(yùn)行模式；2)在控制計(jì)算機(jī)上設(shè)定待測的汽車動力系統(tǒng)對應(yīng)的整車車輛參數(shù)，控制計(jì)算機(jī)通過 CAN總線向測功機(jī)控制器發(fā)送所設(shè)定的整車車輛參數(shù)、動態(tài)負(fù)載模擬循環(huán)工況、設(shè)定的道路坡度參數(shù)；3)控制計(jì)算機(jī)通過CAN總線向測功機(jī)控制器發(fā)送RG/P模式命令和設(shè)定的油門參數(shù)；4)測功機(jī)控制器將步驟幻中得到的設(shè)定油門參數(shù)通過模擬量輸出接口向待測的汽車動力系統(tǒng)模擬輸出油門指令，此時(shí)待測的汽車動力系統(tǒng)開始按照該油門指令運(yùn)行，并輸出當(dāng)前工況下對應(yīng)扭矩；5)帶控制器的扭矩法蘭檢測到待測的汽車動力系統(tǒng)輸出的扭矩，并將該扭矩值通過 CAN總線上傳到測功機(jī)控制器；6)測功機(jī)控制器調(diào)用車速計(jì)算模型來計(jì)算當(dāng)前車輛速度模擬值，具體過程為、6. 1按照動態(tài)負(fù)載當(dāng)前的模擬工況，并根據(jù)控制計(jì)算機(jī)設(shè)定的整車車輛參數(shù)和設(shè)定的道路坡度參數(shù)計(jì)算當(dāng)前車輛阻力模擬值，該車輛阻力模擬值包括車輛風(fēng)阻模擬值和車輛滾動阻力模擬值兩部分，用下式計(jì)算車輛風(fēng)阻模擬值Fw
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬方法，其特征在于所述的方法中的步驟幻用下述步驟幻替換3)控制計(jì)算機(jī)通過CAN總線向測功機(jī)控制器發(fā)送RG/V模式命令和設(shè)定的車速參數(shù)，測功機(jī)控制器調(diào)用駕駛員模型，根據(jù)設(shè)定的車速參數(shù)和上一循環(huán)的車輛速度模擬值計(jì)算得到設(shè)定油門參數(shù)；上述RG/V模式為交流電力測功機(jī)的一種控制模式，其中RG代表測功機(jī)負(fù)載的控制模式為道路坡度控制模式，V代表動力系統(tǒng)的控制模式為車速閉環(huán)控制模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置，其特征在于所述的測功機(jī)為西門子交流電機(jī)，變頻器為ACS800變頻器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽車動力系統(tǒng)測試的動態(tài)負(fù)載模擬裝置及方法，屬于車輛動力系統(tǒng)測試技術(shù)領(lǐng)域。動態(tài)負(fù)載模擬裝置，包括控制計(jì)算機(jī)、測功機(jī)控制器、變頻器、交流電力測功機(jī)和帶控制器的扭矩法蘭；采用基于虛擬汽車模型的控制算法，用實(shí)測轉(zhuǎn)矩驅(qū)動虛擬汽車模型，在不需要計(jì)算測功機(jī)角加速度的情況下實(shí)現(xiàn)車輛滾動阻力、風(fēng)阻和慣性阻力的模擬。本發(fā)明的動態(tài)負(fù)載模擬裝置及方法穩(wěn)定性好，模擬精度高，有利于縮短汽車動力系統(tǒng)的開發(fā)周期，為動力系統(tǒng)的開發(fā)提供便利的試驗(yàn)環(huán)境；計(jì)算過程中避免了對汽車動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行微分得到車輛加速度的過程，防止了由于對轉(zhuǎn)速作微分的過程中帶來較大的噪聲從而難以得到準(zhǔn)確的微分值。
文檔編號G01M15/00GK102305715SQ201110132440
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者盧青春, 葉曉, 金振華 申請人:清華大學(xué)