一種模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置及方法，該裝置包括四象限運(yùn)行電機(jī)、四象限運(yùn)行電機(jī)控制器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、起發(fā)一體機(jī)、測控儀和上位機(jī)。四象限運(yùn)行電機(jī)通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器與起發(fā)一體機(jī)連接，四象限運(yùn)行電機(jī)控制器與四象限運(yùn)行電機(jī)相連，測控儀與四象限運(yùn)行電機(jī)控制器相連，測控儀、四象限運(yùn)行電機(jī)控制器、起發(fā)一體機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器均通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行通訊。該方法是：四象限運(yùn)行電機(jī)在上位機(jī)控制下模擬混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)及再生制動(dòng)特性，起發(fā)一體機(jī)在上位機(jī)控制下周期運(yùn)行。通過該方法對起發(fā)一體機(jī)的起動(dòng)及再生制動(dòng)性能進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果接近實(shí)物系統(tǒng)，且具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動(dòng)力汽車動(dòng)力特性測試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對混合動(dòng)力汽車的起發(fā)一體機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，主要有以下方法:一是采用包含發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的完整的動(dòng)力總成進(jìn)行試驗(yàn)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)度較高；缺點(diǎn)是試驗(yàn)過程需要消耗燃油，成本高，污染大，再生制動(dòng)工況無法進(jìn)行試驗(yàn)。二是采用液壓加載機(jī)，但是該液壓加載機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)復(fù)雜，液壓系統(tǒng)控制精度有限，阻力轉(zhuǎn)矩反應(yīng)不靈敏，因此這種方案需要采用兩套系統(tǒng)分別模擬起發(fā)一體機(jī)系統(tǒng)發(fā)電工況和電動(dòng)工況，針對一套起發(fā)一體機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)起動(dòng)與回饋發(fā)電之間循環(huán)轉(zhuǎn)換較困難。
[0003]因此，尋求一種成本低、節(jié)能環(huán)保，且能夠?qū)旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程和再生制動(dòng)過程均能夠進(jìn)行模擬，并對起發(fā)一體機(jī)的起動(dòng)和再生制動(dòng)特性進(jìn)行測試的控制方法和
裝置具有重要實(shí)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的方法，該方法中通過四象限運(yùn)行電機(jī)真實(shí)地模擬發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程和再生制動(dòng)過程，試驗(yàn)結(jié)果接近實(shí)際系統(tǒng)，使半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)具有工程價(jià)值。
[0005]本發(fā)明還提供了一種采用上述方法的裝置，該裝置中采用的電機(jī)為具備四象限運(yùn)行功能的電機(jī)，且該電機(jī)用來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅結(jié)構(gòu)簡單，且節(jié)能環(huán)保。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置，包括四象限運(yùn)行電機(jī)、四象限運(yùn)行電機(jī)控制器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、起發(fā)一體機(jī)、測控儀和上位機(jī)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器分別與四象限運(yùn)行電機(jī)和起發(fā)一體機(jī)相連，四象限運(yùn)行電機(jī)控制器與四象限運(yùn)行電機(jī)相連，測控儀與四象限運(yùn)行電機(jī)控制器相連，測控儀、四象限運(yùn)行電機(jī)控制器、起發(fā)一體機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器均通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行通訊。
[0007]優(yōu)選的，所述四象限運(yùn)行電機(jī)為交流異步電機(jī)或永磁同步電機(jī)。
[0008]優(yōu)選的，所述四象限運(yùn)行電機(jī)控制器為ABB-ACS800，功率15KW，四象限運(yùn)行(能量反饋上網(wǎng)的方式)。
[0009]更進(jìn)一步的，所述四象限運(yùn)行電機(jī)控制器還與電網(wǎng)連接，在四象限運(yùn)行電機(jī)模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)時(shí)，四象限運(yùn)行電機(jī)產(chǎn)生的電力通過該控制器回饋到電網(wǎng)。
[0010]優(yōu)選的，所述起發(fā)一體機(jī)為BSG或者ISG電機(jī)。
[0011]一種基于上述裝置的模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的方法，包括步驟:在模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)工況時(shí)，用四象限運(yùn)行電機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中阻力力矩/速度曲線及轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)慣量，四象限運(yùn)行電機(jī)作為負(fù)載，根據(jù)起發(fā)一體機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需要的力矩的關(guān)系，確定起動(dòng)是否成功；在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后，四象限運(yùn)行電機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力及轉(zhuǎn)速變化，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)起發(fā)一體機(jī)發(fā)電；在模擬混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)過程時(shí)，四象限運(yùn)行電機(jī)模擬汽車慣性推動(dòng)起發(fā)一體機(jī)發(fā)電，起發(fā)一體機(jī)反過來對汽車產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，根據(jù)系統(tǒng)模擬汽車需要的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起發(fā)一體機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，確定再生制動(dòng)是否成功。
[0012]具體的，在模擬起發(fā)一體機(jī)起動(dòng)混合動(dòng)力汽車時(shí)，上位機(jī)通過CAN總線對四象限運(yùn)行電機(jī)和起發(fā)一體機(jī)進(jìn)行控制，結(jié)合起發(fā)一體機(jī)在不同速度時(shí)的轉(zhuǎn)矩、混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中阻力力矩/速度曲線及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對四象限運(yùn)行電機(jī)的速度、加速度和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行控制，模擬混合動(dòng)力汽車的起動(dòng)特性，對起發(fā)一體機(jī)的起動(dòng)性能進(jìn)行試驗(yàn)，具體如下:
[0013](1-1)控制四象限運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速為O轉(zhuǎn)/分；起動(dòng)起發(fā)一體機(jī)；
[0014](1-2)上位機(jī)通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測起發(fā)一體機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，如果當(dāng)前起發(fā)一體機(jī)的轉(zhuǎn)矩Metl在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mtl，則四象限運(yùn)行電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入步驟(1-3);如果沒有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到Mtl，則表示此次測試中起發(fā)一體機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)失??；
[0015](1-3)在起動(dòng)四象限運(yùn)行電機(jī)后，對于阻力力矩/速度曲線上一點(diǎn)X (Mx/nx)，設(shè)起發(fā)一體機(jī)的力矩為Mex，有以下三種可能:
[0016](1-3-1)若Mex>Mx,表示起發(fā)一體機(jī)能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)速超過nx,轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加；
[0017](1-3-2)若Mex〈Mx,表示起發(fā)一體機(jī)不能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)超過點(diǎn)X,起動(dòng)失?。?br> [0018](1-3-1)若Mex=Mx,表示起發(fā)一體機(jī)能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到點(diǎn)X并勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，不能繼續(xù)加速，若此時(shí)nx 3點(diǎn)火時(shí)的轉(zhuǎn)速,則表示起動(dòng)成功,如果nx〈點(diǎn)火時(shí)的轉(zhuǎn)速,起動(dòng)失敗。
[0019]更進(jìn)一步的，所述步驟(1-2)中，四象限運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)矩Metl達(dá)到預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩M0的時(shí)間限定在10ms。
[0020]更進(jìn)一步的，所述步驟(1-3)中，四象限運(yùn)行電機(jī)在起動(dòng)過程中的加速時(shí)間仁是由起發(fā)一體機(jī)的力矩和四象限運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的差值(Mex-Mx)、被模擬混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J確定的，若差值(Mex-Mx)越大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J越小，則tx越小，反之，tx越大；若tx超過設(shè)定的限值，則起動(dòng)失??；
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置，其特征在于:包括四象限運(yùn)行電機(jī)、四象限運(yùn)行電機(jī)控制器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、起發(fā)一體機(jī)、測控儀和上位機(jī)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器分別與四象限運(yùn)行電機(jī)和起發(fā)一體機(jī)相連，四象限運(yùn)行電機(jī)控制器與四象限運(yùn)行電機(jī)相連，測控儀與四象限運(yùn)行電機(jī)控制器相連，測控儀、四象限運(yùn)行電機(jī)控制器、起發(fā)一體機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器均通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置，其特征在于:所述四象限運(yùn)行電機(jī)為交流異步電機(jī)或永磁同步電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置，其特征在于:所述起發(fā)一體機(jī)為BSG電機(jī)或ISG電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置，其特征在于:所述四象限運(yùn)行電機(jī)控制器為ABB-ACS800，四象限運(yùn)行； 所述四象限運(yùn)行電機(jī)控制器還與電網(wǎng)連接，在四象限運(yùn)行電機(jī)模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)時(shí)，四象限運(yùn)行電機(jī)產(chǎn)生的電力通過該控制器回饋到電網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)及再生制動(dòng)特性的裝置的方法，其特征在于:包括步驟:在模擬混合動(dòng)力汽車起動(dòng)工況時(shí)，用四象限運(yùn)行電機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中阻力力矩/速度曲線及轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)慣量，四象限運(yùn)行電機(jī)作為負(fù)載，根據(jù)起發(fā)一體機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需要的力矩的關(guān)系，確定起動(dòng)是否成功；在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后，四象限運(yùn)行電機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力及轉(zhuǎn)速變化，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)起發(fā)一體機(jī)發(fā)電；在模擬混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)過程時(shí)，四象限運(yùn)行電機(jī)模擬汽車慣性推動(dòng)起發(fā)一體機(jī)發(fā)電，起發(fā)一體機(jī)反過來對汽車產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，根據(jù)系統(tǒng)模擬汽車需要的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起發(fā)一體機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，確定再生制動(dòng)是否成功。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:在模擬起發(fā)一體機(jī)起動(dòng)混合動(dòng)力汽車時(shí)，上位機(jī)通過CAN總線對四象限運(yùn)行電機(jī)和起發(fā)一體機(jī)進(jìn)行控制，結(jié)合起發(fā)一體機(jī)在不同速度時(shí)的轉(zhuǎn)矩、混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中阻力力矩/速度曲線及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對四象限運(yùn)行電機(jī)的速度、加速度和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行控制，模擬混合動(dòng)力汽車的起動(dòng)特性，對起發(fā)一體機(jī)的起動(dòng)性能進(jìn)行試驗(yàn)，具體如下: (1-1)控制四象限運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速為O轉(zhuǎn)/分；起動(dòng)起發(fā)一體機(jī)； (1-2)上位機(jī)通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測起發(fā)一體機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，如果當(dāng)前起發(fā)一體機(jī)的轉(zhuǎn)矩Metl在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mtl，則四象限運(yùn)行電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入步驟(1-3);如果沒有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到Mtl，則表示此次測試中起發(fā)一體機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)失??； (1-3)在起動(dòng)四象限運(yùn)行電機(jī)后，對于阻力力矩/速度曲線上一點(diǎn)X (Mx/nx)，設(shè)起發(fā)一體機(jī)的力矩為Mex，有以下三種可能: (1-3-1)若Mex>Mx,表示起發(fā)一體機(jī)能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)速超過nx,轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加； (1-3-2)若Mex〈Mx,表示起發(fā)一體機(jī)不能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)超過點(diǎn)X,起動(dòng)失?。? (1-3-1)若Mex=Mx,表示起發(fā)一體機(jī)能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到點(diǎn)X并勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，不能繼續(xù)加速，若此時(shí)nx 3點(diǎn)火時(shí)的轉(zhuǎn)速,則表示起動(dòng)成功,如果nx〈點(diǎn)火時(shí)的轉(zhuǎn)速,起動(dòng)失敗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述步驟(1-2)中，四象限運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)矩Metl達(dá)到預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩M0的時(shí)間限定在10ms。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述步驟(1-3)中，四象限運(yùn)行電機(jī)在起動(dòng)過程中的加速時(shí)間tx是由起發(fā)一體機(jī)的力矩和四象限運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的差值(Mex-Mx)、被模擬混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J確定的，若差值(Mex-Mx)越大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J越小，則tx越小,反之，tx越大；若tx超過設(shè)定的限值,則起動(dòng)失?。? tx=Cxx+1J/(Mex-Mx) ?ω； 其中，ω表示起發(fā)一體機(jī)的角速度，ωχ表示起發(fā)一體機(jī)在X點(diǎn)的角速度，ωχ+1表示起發(fā)一體機(jī)在Χ+1點(diǎn)的角速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:在模擬混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)特性時(shí)，通過上位機(jī)設(shè)定模擬的發(fā)動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)過程中阻力力矩/速度曲線及轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)慣量，然后通過CAN總線對四象限運(yùn)行電機(jī)的速度進(jìn)行控制，這一過程中推動(dòng)起發(fā)一體機(jī)發(fā)電，并反過來對汽車產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；再生制動(dòng)時(shí)汽車呈減速狀態(tài)，設(shè)四象限運(yùn)行電機(jī)模擬汽車在阻力力矩/速度曲線上Χ+1點(diǎn)需要的制動(dòng)為Μχ+1，起發(fā)一體機(jī)在該點(diǎn)產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為Mex+1，有以下三種可能: (2-1)若Mex+1>Mx+1，表示起發(fā)一體機(jī)產(chǎn)生了過大的制動(dòng)力矩，汽車轉(zhuǎn)速從點(diǎn)X+1減速到點(diǎn)X的時(shí)間過短，超過了汽車控制要求，制動(dòng)失??； (2-2)若Mex+1〈Mx+1，表示起發(fā)一體機(jī)產(chǎn)生了過小的制動(dòng)力矩，汽車轉(zhuǎn)速從點(diǎn)X+1減速到點(diǎn)X的時(shí)間加長，超過了汽車控制要求，制動(dòng)失敗； (2-3)若Mex+1=Mx+1，表示起發(fā)一體機(jī)產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與汽車控制要求一致，汽車轉(zhuǎn)速從點(diǎn)X+1減速到點(diǎn)X的時(shí)間`正常，滿足汽車控制要求，制動(dòng)成功。
【文檔編號】G01M17/007GK103776638SQ201410075146
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】陳黎明, 徐艷民 申請人:廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院