一種車輛電傳動裝置試驗平臺的製作方法

2023-05-31 23:39:56 1

專利名稱：一種車輛電傳動裝置試驗平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輛臺架試驗技術領域，具體涉及一種車輛電傳動裝置的試驗平臺。
背景技術：
車輛電傳動裝置由兩臺或多臺驅動電機與齒輪傳動機構組成，主要作用將發動機-發電機組及儲能裝置的電能轉化為機械能來驅動車輛行駛。功率控制單元根據綜合控制器發出的指令對電能進行變換與控制，為電傳動裝置提供不同工況下所需的電能。傳統的機械傳動裝置輸入輸出均為機械能，而電傳動裝置輸入動力為電能輸出為機械能，因此，車輛電傳動裝置的試驗系統要比傳統車輛機械傳動系統更加複雜。目前，電動車輛試驗測試系統多側重於對車輛動力總成進行測試，不僅無法對電傳動裝置進行單獨試驗，也無法準確地獲得電傳動裝置的性能。現有技術中存在的問題主要有不能實現電功率的閉環，能耗較大，經濟性差；未能有效解決高低壓信號同步測試問題，測試準確度低；系統結構複雜，試驗針對性差。

發明內容
本發明旨在針對車輛電傳動裝置的性能試驗問題，提供一種完善的試驗平臺解決方案，不僅能夠實現對車載複合電源和車輛負荷特性的模擬，還能實現驅動與制動工況下的雙向電功率閉環，滿足車輛電傳動裝置的多種試驗需求。本發明涉及一種車輛電傳動裝置試驗平臺，包括車輛電傳動裝置，試驗控制計算機。其中，電傳動裝置具有雙路輸出端，第一輸出端依次連接第一轉速轉矩測試儀、第一機械慣量單元以及第一交流電機測功機，第二輸出端依次連接第二轉速轉矩測試儀、第二機械慣量單元以及第二交流電機測功機，雙路輸出端連接設備呈對稱布置，第一交流電力測功機通過第一變頻供電電源與低壓交流配電電網連接，第二交流電力測功機通過第二變頻供電電源與低壓交流配電電網連。接電傳動裝置的電力輸入端通過交直流複合電源的交流輸出接口與低壓交流配電電網連接，蓄電池系統、超級電容裝置與電阻耗能設備均與直流母線相連接。接電傳動裝置的電力輸入端通過電傳動功率控制單元連接直流母線，直流母線再通過交直流複合電源的直流輸出接口連接到低壓交流配電電網；蓄電池系統、超級電容裝置與電阻耗能設備均與直流母線相連接。試驗平臺控制系統通信網絡由CAN總線、工業現場總線和乙太網三種網絡共同構成，其中被試設備之間通過CAN總線進行通信，滿足車輛應用需求；電源設備通過工業現場總線進行通信，滿足高壓供電系統的安全性與可靠性需求；測試設備採用乙太網進行通信，滿足數據高速傳輸的實時性與可擴展性需求。變頻供電電源與交直流複合電源均可實現雙向電力傳輸，可以滿足電傳動裝置驅動和制動兩種工況條件的試驗需求，並通過交流配電電網實現試驗過程中的雙向電力功率閉環。
試驗控制計算機包括電源管理模塊，對交直流複合電源的多路輸出進行切換控制與輸出特性控制；負載管理模塊，控制兩側交流電力測功機的同步與獨立加載；測試數據管理模塊，對高壓功率信號與模擬信號的同步採集、自動處理並進行單一文件存儲；試驗流程控制模塊，管理不同試驗項目的流程與自動化測試。 直流母線連接的設備為柔性組合，根據電傳動裝置的電源供給方式，選擇採用電能回饋模式、超級電容儲能模式或制動電阻消耗模式不同工作模式，從而實現對車載直流母線供電特性的準確模擬。本發明所述的試驗平臺的主要特點包括I)功能完善，能夠滿足電傳動裝置驅動與制動工況下的多種性能試驗需求。2)配置靈活，不僅能夠實現不同慣量，不同輸出特性的負載特性模擬，而且能夠實現不同拓撲結構，不同連接方式的供電電源特性模擬。3)適應性強，具備完成任何多路電力輸入雙路輸出的電傳動裝置的試驗測試能力。4)測試準確度高，能夠實現高壓電功率信號與低壓模擬信號的同步測試、採集與數據存儲，採用高速乙太網通信，保證了數據傳輸的實時性。5)經濟性好，可以實現電力功率閉環，試驗過程中能耗小，節能效果好。


圖1本發明所述試驗平臺構成原理示意中1車輛電傳動裝置、2轉速轉矩儀、3機械慣量、4交流電力測功機、5測功機變頻供電電源、6電傳動功率控制單PCU、7電傳動綜合控制器TCU、8蓄電池系統、9超級電容、10電阻耗能設備、11交直流複合電源、12功率分析儀、13信號採集設備、14試驗控制計算機。
具體實施例方式附圖給出了本發明的結構示意圖，下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。本發明所採用的技術方案是一種車輛電傳動裝置的試驗平臺，由交流電力測功機、變頻供電電源、機械慣量、轉速轉矩測試儀、交直流複合電源、蓄電池系統、超級電容、電阻耗能設備、試驗控制計算機、功率測試設備、信號採集設備、車輛電傳動裝置、電傳動功率控制單PCU、電傳動綜合控制器TCU等設備構成。本發明所述試驗平臺的連接方式為電傳動裝置雙路機械輸出端依次連接轉速轉矩測試儀、機械慣量單元與交流電機測功機，交流電力測功機通過變頻供電電源與低壓交流配電電網連接；車輛電傳動裝置的電力輸入端有兩種連接方式，即可以通過交直流複合電源的交流輸出接口與低壓交流配電電網連接，也可以通過電傳動功率控制單元PCU連接直流母線，直流母線再通過交直流複合電源的直流電源輸出端連接到低壓交流配電電網。負載系統由機械慣量單元和交流電機測功機構成，在電傳動裝置雙側輸出端呈對稱布置，能夠實現不同轉動慣量，不同特性曲線的雙路輸出負載特性模擬，其加載特性曲線由試驗控制計算機給出。
電源系統由交直流復用電源和變頻供電電源組成，變頻供電電源為交流測功機提供電能，交直流復用電源為電傳動裝置提供電能。其中，交直流復用電源具有直流電源輸出和交流電源輸出兩種工作模式當其工作在直流電源模式下時，可以實現直流電壓的連續調節和穩定的電壓輸出，為電傳動功率控制單元PCU提供直流電能；當其工作在交流電源模式下時，能夠直流給電傳動裝置進行供電，從而實現無功率控制單元PCU狀態下的電傳動裝置試驗測試。所有電源設備均與低壓交流配電電網連接，並且能實現雙向電能傳遞。當電傳動裝置運行在驅動工況時，電功率流向為交流配電電網一交直流復用電源一電傳動裝置一交流電力測功機一交流變頻電源一交流配電電網；當電傳動裝置運行在制動工況時，電功率流向為交流配電電網一交流變頻電源一電傳動裝置一交流電力測功機一交直流復用電源一交流配電電網。從而實現了驅動與制動模式下的雙向電功率閉環。直流母線同時具有多個設備接口，可以連接蓄電池系統、超級電容裝置以及電阻耗能設備，從而可以實現單獨電源供電，蓄電池、超級電容單獨供電，直流電源與蓄電池系統聯合供電，直流電源與超級電容聯合供電等多種拓撲結構的電源特性模擬。當電傳動系統採用車載發電機與蓄電池系統聯合供電的工作方式時，在進行試驗時，可將超級電容裝置、電阻耗能設備與直流母線斷開，選擇直流電源與蓄電池系統聯合供電的工作模式，通過試驗控制計算機使直流電源模擬車載發電機輸出特性，與蓄電池系統一起實現對電傳動裝置的直流供電。所述試驗平臺的控制系統通信網絡由CAN總線、工業現場總線和乙太網三種網絡構成。其中被試設備之間通過CAN總線進行通信，滿足車輛應用需求；電源與負載設備通過工業現場總線進行通信，滿足高壓供電系統的安全性與可靠性需求；測試系統採用乙太網進行通信，滿足數據高速傳輸的實時性與可擴展性需求。本發明所述的一種車輛電傳動裝置的試驗平臺，可完成的試驗包括電傳動裝置驅動性能試驗、電傳動裝置制動性能試驗、電傳動裝置加速性能試驗、電傳動裝置控制系統試驗、電傳動裝置轉向穩定 性試驗。進行電傳動裝置驅動性能試驗的主要步驟如下I)設定第一機械慣量單元和第二機械慣量單元的慣量為Jl = J2 = 0，利用試驗控制計算機將交直流復用電源設定為直流供電模式，並設定供電電壓為UO ；2)通過電傳動綜合控制器T⑶將電傳動裝置的驅動電機工作轉速設定為nil =n21 = nset，使電傳動裝置在設定的轉速下運行。利用試驗控制計算機將第一交流電力測功機與第二交流電力測功機的加載轉矩設定為T12 = T22 = Tset ；3)利用功率測試設備測量電傳動裝置的驅動電機的輸入電壓Ull，U21輸入電流111，121和功率因數，從而可以計算電傳動裝置的輸入功率
P1 = V3 X (^Z1, X Z11X cos J + U1' XI2' X cos φ1λ)利用轉速轉速分析儀測量電傳動裝置的輸出轉速η12，η22和輸出轉矩Τ12，Τ22，從而可以計算電傳動裝置的輸出功率P2 = (T12 X η12+Τ22 X η22) /9.55可進一步計算電傳動裝置的效率η = P2ZP1X 100 %
4)在試驗運行中通過試驗控制計算機實時監控並記錄電傳動裝置的操縱油壓力、潤滑油壓力、潤滑油溫度、冷卻液溫度、電傳動裝置溫度等參數。該試驗平臺包括第一交流電力測功機4、變頻供電電源5、機械慣量3、轉速轉矩測試儀2、交直流複合電源11、蓄電池系統8、超級電容9、電阻耗能設備10、試驗控制計算機14、功率測試設備12、信號採集設備13、車輛電傳動裝置1、電傳動功率控制單元PCU6、電傳動綜合控制器TCU7。其中車輛電傳動裝置I兩側輸出端分別連接轉速轉矩測試儀2、機械慣量單元3與交流電機測功機4，兩側對稱布置；交流電力測功機4通過變頻供電電源5與低壓交流配電電網連接，車輛電傳動裝置I的電力輸入端即可以通過交直流複合電源11的交流輸出接口與低壓交流配電電網連接，也可以通過電傳動功率控制單元PCU6與直流母線連接，直流母線通過交直流複合電源11的直流電源輸出端連接到低壓交流配電電網連接；蓄電池系統8、超級電容裝置9與電阻耗能設備10均與直流母線連接。控制設備組成CAN總線、工業現場總線和乙太網三個控制網絡，三個網絡通過試驗控制計算機14相連接，其中電傳動功率控制單元6、電傳動綜合控制器7與蓄電池系統8通過CAN總線進行通信，能夠滿足車輛應用需求；變頻供電電源、交直流複合電源11與試驗控制計算機通過工業現場總線網絡進行通信，可以保證高壓供電系統的安全性與可靠性；功率測試設備12、信號採集設備13與試驗控制計算機14之間採用高速乙太網進行通信，可以實現測試數據高速傳輸的實時性與可擴展性。在試驗中，可通過試驗室低壓交流配電電網實現試驗中的電力功率閉環，同時，電力能量可以雙向傳輸。交直流複合電源11具有直流輸出接口和多路交流輸出接口，分別實現車輛主供電電源模擬和車輛功率控制單元模擬的功能。可根據試驗功能需求，利用試驗控制計算機14的電源控制軟體完成交流電源和直流電源之間進行切換，並實現交直流電源輸出特性曲線的模擬功能。該試驗平臺可根據所試驗的電傳動系統的工作方式，可選擇採用電能回饋模式、超級電容儲能模式和制動電阻消耗模式等不同工作模式的自由切換，從而實現對車載直流母線的精準模擬。功率測試設備12可以可根據試驗需求自由配置，試驗控制計算機14的測試控制軟體實現對功率測試設備和信號採集設備等底層測試設備的設置與數據處理等功能，能夠實現高壓功率信號與模擬信號的同步採集、自動處理與單一文件存儲，保證採集數據的準確性和實時性。針對電傳動裝置試驗測試需求，採用基於高速乙太網的數據採集系統。其中，利用功率測試設備12對高壓電功率信號進行測試，利用高速數據採集設備13對低壓模擬信號進行測試，功率測試設備和數據採集設備通過高速乙太網試驗控制計算機14連接，並利用試驗控制計算機完成測試控制與數據存儲功能。試驗控制計算機14能夠實現高壓功率信號與模擬信號的同步採集、自動處理與單一文件存儲，高速乙太網可以保證採集數據的準確性和實時性。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種車輛電傳動裝置試驗平臺，包括車輛電傳動裝置(1)，試驗控制計算機(14)，其特徵在於電傳動裝置(I)具有雙路輸出端，第一輸出端依次連接第一轉速轉矩測試儀(2)、第一機械慣量單元(3)以及第一交流電機測功機(4)，第二輸出端依次連接第二轉速轉矩測試儀(2』)、第二機械慣量單元(3』 )以及第二交流電機測功機(4』)，雙路輸出端連接設備呈對稱布置，第一交流電力測功機(4)通過第一變頻供電電源(5)與低壓交流配電電網連接，第二交流電力測功機(4』)通過第二變頻供電電源(5，)與低壓交流配電電網連。
2.根據權利要求1所述的車輛電傳動裝置試驗平臺，其特徵在於，接電傳動裝置(I)的電力輸入端通過交直流複合電源(11)的交流輸出接口與低壓交流配電電網連接，蓄電池系統(8)、超級電容裝置(9)與電阻耗能設備(10)均與直流母線相連接。
3.根據權利要求1所述的車輛電傳動裝置試驗平臺，其特徵在於，接電傳動裝置(I)的電力輸入端通過電傳動功率控制單元(6)連接直流母線，直流母線再通過交直流複合電源(11)的直流輸出接口連接到低壓交流配電電網；蓄電池系統(8)、超級電容裝置(9)與電阻耗能設備(10)均與直流母線相連接。
4.根據權利要求2或3所述的車輛電傳動裝置試驗平臺，其特徵在於，試驗平臺控制系統通信網絡由CAN總線、工業現場總線和乙太網三種網絡共同構成，其中被試設備之間通過CAN總線進行通信，滿足車輛應用需求；電源設備通過工業現場總線進行通信，滿足高壓供電系統的安全性與可靠性需求；測試設備採用乙太網進行通信，滿足數據高速傳輸的實時性與可擴展性需求。
5.根據權利要求書4所述的車輛電傳動裝置試驗平臺，其特徵在於，變頻供電電源(5)與交直流複合電源(11)均可實現雙向電力傳輸，可以滿足電傳動裝置驅動和制動兩種工況條件的試驗需求，並通過交流配電電網實現試驗過程中的雙向電力功率閉環。
6.根據權利要求書2或3所述的車輛電傳動裝置試驗平臺，其特徵在於，試驗控制計算機(14)包括 電源管理模塊，對交直流複合電源(11)的多路輸出進行切換控制與輸出特性控制； 負載管理模塊，控制兩側交流電力測功機的同步與獨立加載； 測試數據管理模塊，對高壓功率信號與模擬信號的同步採集、自動處理並進行單一文件存儲； 試驗流程控制模塊，管理不同試驗項目的流程與自動化測試。
7.根據權利要求書2或3所述的車輛電傳動裝置試驗平臺，其特徵在於，直流母線連接的設備為柔性組合，根據電傳動裝置的電源供給方式，選擇採用電能回饋模式、超級電容儲能模式或制動電阻消耗模式不同工作模式，從而實現對車載直流母線供電特性的準確模擬。
全文摘要
一種車輛電傳動裝置試驗平臺，包括車輛電傳動裝置，試驗控制計算機。其中電傳動裝置具有雙路輸出端，第一輸出端依次連接第一轉速轉矩測試儀、第一機械慣量單元以及第一交流電機測功機，第二輸出端依次連接第二轉速轉矩測試儀、第二機械慣量單元以及第二交流電機測功機，雙路輸出端連接設備呈對稱布置，第一交流電力測功機通過第一變頻供電電源與低壓交流配電電網連接，第二交流電力測功機通過第二變頻供電電源與低壓交流配電電網連。
文檔編號G01M13/02GK103063944SQ20121052897
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者馬曉楓, 蓋江濤, 馬長軍, 吳才成, 白宮鼎, 馬田, 劉雲鵬, 萬帆 申請人:中國北方車輛研究所