专利名称：混合动力汽车性能试验模拟操作装置的制作方法
技术领域：
本发明属于动力传动系统台架试验技术领域，具体涉及一种混合动力汽车用混合动 力系统的综合性能试验装置。
背景技术：
混合动力汽车兼备了纯电动汽车和常规动力汽车的优点，相对常规动力汽车具有优 良的动力性、燃油经济性和排放性能，是目前国内外新型汽车动力传动系统研发的重点 之一，各大汽车公司均开展了混合动力汽车技术的研发，各种混合动力汽车相继面世， 并得到了用户和市场的广泛关注。目前对于混合动力汽车的实验室实验一般为将测试元 件与操作机构分开，通过设定给定的试验条件来测试元件或整车的性能，对于模拟混合 动力的动力总成及动力电池等关键部件以及测试控制系统的试验方法尚少，基于混合动 力整车性能测试的开发的需要，设计了混合动力汽车性能试验模拟操作装置。
在现有的混合动力台架试验方面，发明专利200410010723. 6通过混合动力汽车的 半轴连接惯性飞轮和测功机从而模拟道路状况进行动力性、经济性试验，但是该发明没 有系统的对整车的性能进行测试，混合动力控制元件动力电池及管理系统BCU、电机控 制单元IPU、以及直流电源转换元件DC/DC等的运行状况没有得到系统的测试。且试 验人员按照规程进行操作的难度较大，试验步骤繁琐，试验可靠性较差。发明专利 200420009808.8燃料电池混合动力系统试验研究装置，包括由燃料电池模拟装置、蓄 电池(或超级电容)、DC/DC变换器、电机和电机控制器组成的燃料电池混合动力装 置，由变速器、AVL测功机及其PUMA控制装置组成的燃料电池混合动力负载装置，由 各种传感器和测量仪器、信号调理单元、高速釆集卡和采集装置计算机组成的混合动力 测试装置，以及主要由DSPACE控制器和CAN通讯网络组成的混合动力试验控制装置。 该实用新型实现了对燃料电池混合动力装置进行测试考核的试验研究功能，但该专利只 是对燃料电池及其控制元件进行性能考核，而没有提出对镍氢电池混合动力控制元件的 考核提出解决方案，且该专利没有与混合动力的动力传动系统进行整体考核，从而不能 很好反应电池及控制元件的真实性能，试验可靠性较差。在文献查阅中，还没有发现一种采用将混合动力传动系统与电池控制元件进行整体 结合，采用测功机加载模拟路况从而按照试验规程进行混合动力电动汽车驾驶模拟试验 测试整车性能的试验装置。
发明内容
本发明的目的是为了混合动力汽车动力总成及关键部件与控制系统的试验测试的 需要，在实验室内通过实际路况测试的各种规程以实现对混合动力汽车进行动力总成及 控制系统性能的考核。
本发明的技术方案如下
一种混合动力汽车性能试验模拟操作装置，用于模拟混和动力汽车在实车上的运行 状况，并进行整车的性能试验，该模拟操作装置将整个测试操作部分与测试元件合为一 整体，该装置分为模拟驾驶舱和混合动力总成及传动系统两个部分，所述模拟驾驶舱分 为操作舱和试验舱，操作舱中安装有试验操作及信息采集元件，操作舱的操作台上还安 装有监视器3、笔记本控制器2与司机助14;在试验舱中，按照实车上的位置安装有混 合动力总成控制元件，所述混合动力总成控制元件与混合动力总成及传动系统相连，实 现对混合动力总成及传动系统的控制，试验舱中的混合动力总成控制元件通过数据线连 接到操作舱的试验台上的笔记本控制器2，操作人员通过控制混合动力试验操作及信息 采集元件模拟混合动力总成的运行情况，并进行整车的性能试验。
本发明和其它试验台相比，采用了将部分试验元件与操作机构融为一体的方法。试 验人员按照混合动力汽车路况行驶的具体操作规程进行加速、爬坡、等操作，使试验对 象更加接近于实际条件，基本实现了模拟驾驶试验的功能。本发明可以将试验获取的试 验数据通过数据线传输到实验台的笔记本控制器，并通过调节测功机的转矩等手段模拟 道路阻力。结构简单、控制可靠、易于工程实现。
图1为混和动力汽车性能试验台布置示意图； 图2为混和动力驾驶模拟舱结构布置示意图中1、整车控制器HCU， 2、笔记本控制器，3、监视器，4、显示控制单元DCU， 5、踏板机构，6、换档操作机构，7、电机控制单元IPU, 8、动力电池及电机控制单元 IPU风机，9、通风机，10、直流电源转换器DC/DC冷却风机，11、电池及管理单元BCU， 12、直流电源转换器DC/DC， 13、座椅，14、司机助，15、 DSPACE仿真器，16、电源,17、驾驶模拟舱支撑底座。
具体实施例方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案进一步详细表述。
混合动力汽车性能试验模拟操作装置将整个测试操作部分与部分测试元件合为一 整体，其分为驾驶模拟舱和混合动力总成及传动系统两个部分，驾驶模拟舱由操作舱和 试验舱两部分组成。驾驶模拟舱的操作舱中安装有试验操作及信息采集元件混合动力总 成控制元件和试验操作台，所述试验操作及信息采集元件包括踏板机构6 (制动踏板、 离合踏板、油门踏板)、换档操作机构7，并且制动踏板、离合踏板、油门踏板及换档 手柄安装有位移及开关量传感器，所述试验操作台上安装有监视器3、笔记本控制器2 与司机助14,驾驶模拟舱的试验舱中按照实车上的位置安装有电池及管理单元BCU、直 流电源转换器DC/DC、电机控制单元IPU以及冷却风扇10，操作舱中的试验操作及信息 采集元件以及试验舱中的安装部件通过数据线连接到操作舱的试验台上的笔记本控制 器2，操作人员通过控制油门踏板、离合踏板、制动踏板、换档操作机构7来控制支撑 在驾驶模拟舱前端的混合动力总成及传动系统，操作量通过传感器感知并通过数据线传 输到操作台的笔记本控制器2，整个试验舱顶端四角安装有监控装置，试验人员可以在 操作舱通过放置在操作台上的监视器来观察舱内四周的运行状况。
其中，驾驶模拟舱的试验舱中的电池及管理单元BCU、电机控制单元IPU、直流电 源转换器DC/DC、风机等按照实车的相对位置固定在试验舱底部的平板滑轨机构上以便 于以上各元件的拆装与固定。动力电池提供的电流由直流电源转换器DC/DC转换给ISG 电机供电。电机由电机控制器电机控制单元IPU进行控制。镍氢动力电池组通过导线连 接ISG电机，向ISG电机供电，ISG电机也可作为发电机向蓄电池充电，电池能量管理 系统BCM与电池通过导线连接，控制电池的充放电。在试验舱的后端安装有四个通风机 9，用以对试验舱内的空气与舱外进行对流换热，使试验舱的温度更接近于混合动力汽车 运行中的环境温度。
该装置中的混合动力总成及传动系统的动力由发动机传递给变速器经主减速器、差 速器、半轴传递给测功机，由测功机来代替车轮，通过对测功机加载力矩，真实模拟了 实际路况道路阻力。混合动力总成及传动系统的控制信号通过导线与驾驶模拟舱的操作 舱笔记本控制器连接。仿真系统采用笔记本控制器2运行控制策略模型，并通过DSPACE 仿真器控制被控实物，发动机输出的转矩扭矩信号通过串口与DSPACE仿真器实行通讯， 加速踏板、制动踏板位移、离合器踏板和变速器档、电流和液压系统信号等直接与DSPACE仿真器连接并实行模数/数模转换发动机与DSPACE仿真器系统之间通过CAN 总线实现数据的通讯。
图1给出了本发明的结构示意框图，真个装置分为驾驶模拟舱和混合动力总成及传 动系统，驾驶模拟舱包括试验舱和操作舱，其中的混合动力传动系统的动力传递路线为 发动机(电机)输出转矩经变速器-主减速器-差速器-半轴-中间支撑-测功机。这就构 成了混合动力总成及传动系统。
图2给出了本发明的驾驶模拟舱结构示意图，其中，动力总成部分的发动机控制单 元(ECU)的控制信号、变速器总成的控制单元(TCU)及测功机等的转速转矩信号经过 数据总线传输到动力总成后端的驾驶模拟舱中的操作舱操作台的笔记本控制器2。
操作舱部分的操作试验台的踏板换档执行机构5通过支撑安装在试验台的支撑底 座17上，并通过拉索等连接到前端混合动力传动系统，并对其进行控制。踏板机构5 及换档机构7上安装有传感器，将踏板机构5的位置量及换档机构7的档位信号通过数 据线传输到模拟舱的操作台的笔记本控制器2。
试验舱部分的电池及管理单元BCUll、电机控制单元IPU7、直流电源转换器 DC/DC12、动力电池及电机控制单元IPU风机8、直流电源转换器DC/DC冷却风机10通 过螺栓安装定位在试验舱底座的滑轨底板上，其底板在底座的前后方向可以移动，方便 各器件的安装。其中的电池及管理单元BCU11电流经直流电源转换器DC/DC12连接到位 于驾驶模拟试验舱前端的混合动力传动系统的ISG电机，电机控制单元IPU7的控制信 号线与ISG电机连接。动力电池及电机控制单元IPU风机8由风管分别连接电机控制单 元电机控制单元IPU7。直流电源转换器DC/DC冷却风机10由风管连接于直流电源转换 器DC/DC12，并对其进行冷却。试验舱后端端盖装有通风机9，通风机9由外部电源供 电，用以对试验舱内的空气与舱外进行对流换热，使试验舱的温度更接近于混合动力汽 车运行中的环境温度。试验舱的舱内后上方有摄像头监视装置，通过数据线连接到前端 操作舱操作台的监视器3。
权利要求
1. 一种混合动力汽车性能试验模拟操作装置，用于模拟混和动力汽车在实车上的运行状况，并进行整车的性能试验，其特征在于该模拟操作装置将整个测试操作部分与被测试元件合为一整体，该装置分为模拟驾驶舱和混合动力总成及传动系统两个部分，所述模拟驾驶舱分为操作舱和试验舱，操作舱中安装有试验操作及信息采集元件，操作舱的操作台上还安装有监视器、笔记本控制器与司机助；在试验舱中，按照实车上的位置安装有混合动力总成控制元件；所述混合动力总成控制元件与混合动力总成及传动系统相连，实现对混合动力总成及传动系统的控制，试验舱中的混合动力总成控制元件通过数据线连接到操作舱的试验台上的笔记本控制器，操作人员通过控制混合动力试验操作及信息采集元件模拟混合动力总成及传动系统的运行情况，并进行整车的性能试验。
2、 根据权利要求1所述的混合动力汽车性能试验模拟操作装置，其特征在于 所述混和动力总成控制元件包括电池及管理单元BCU、电机控制单元IPU、直流电源转换器DC/DC、冷却风机，混和动力总成控制元件按照所述元件在原车上的准确相对位置安装在所述试验舱底部的平板滑轨机构上，试验舱的平板滑轨机构有钢化玻璃罩 住，以防止动力电池元件发生爆裂事故而崩出舱外并可以观察到其中试验元件的运行状况。
3、 根据权利要求2所述的混合动力汽车性能试验模拟操作装置，其特征在于 所述混合动力试验操作及信息采集元件包括制动踏板、离合踏板、油门踏板、换档操作机构，并且制动踏板、离合踏板、油门踏板及换档操作机构安装有位移及开关量传 感器，当操作人员通过控制混合动力试验操作及信息采集元件模拟混和动力汽车在实车 上的运行状况，并进行整车的性能试验时，操作量通过传感器感知并通过数据线传输到 操作台的笔记本控制器。
4、 根据权利要求3所述的混合动力汽车性能试验模拟操作装置，其特征在于所述混合动力总成及传动系统位于模拟驾驶舱的前部，包括发动机、变速器、差速 器、半轴、中间支撑。
5、 根据权利要求4所述的混合动力汽车性能试验模拟操作装置，其特征在于 所述混合动力总成及传动系统还包括两个测功机，分别连接在混合动力总成的传动系统的半轴的输出端，用于通过对测功机加载来模拟道路阻力状况，从而使其接近于道 路试验的实际路况。
6、 根据权利要求1或5所述的混合动力汽车性能试验模拟操作装置，其特征在于 所述试验舱顶端四角还安装有监控装置，试验人员可以在操作舱通过放置在操作台上的监视器来观察舱内四周的运行状况。
7、 根据权利要求5所述的混合动力汽车性能试验模拟操作装置，其特征在于 在操作舱模拟实车运行的过程中，采集油门踏板开度、制动踏板位移量、离合器行程及选档与换档数字信息量与模拟量数据、采集动力电池、电机控制单元IPU、直流 电源转换器DC/DC数字与模拟量数据、以及动力总成的测功机转矩数据、发动机转速数 据，并将采集的上述数据通过数据线传输到模拟试验台的笔记本控制器，实现实车的模 拟路况操纵试验及数据采集；仿真系统采用笔记本控制器运行控制策略模型。
8、 根据权利要求5或6所述的混合动力汽车性能试验模拟操作装置，其特征在于 在试验舱的后端还安装有四个通风机，用以对试验舱内的空气与舱外进行对流换热，使试验舱的温度更接近于混合动力汽车运行中的环境温度。
全文摘要
本发明涉及一种混合动力汽车性能试验模拟操作装置，包括模拟驾驶舱和混合动力传动系统两个部分。操作人员通过控制油门踏板、离合踏板、制动踏板、换档手柄来控制模拟装置前部的动力总成。驾驶模拟舱的试验舱中按照实车上的位置安装混合动力总成控制元件，试验人员乘坐在驾驶模拟舱中通过操作规程对前端混合动力传动系统进行控制操作，并通过测功机对半轴进行阻力矩的加载，从而模拟了真实的道路阻力状况。本发明将道路试验的各项操作于试验室中进行，真实地模拟了混合动力汽车的动力总成及关键部件的性能，布置紧凑，试验方案简单，易于控制和实现。
文档编号G01M17/007GK101303272SQ20081006960
公开日2008年11月12日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者涛 余, 刚 刘, 黎 唐, 杨亚联, 秦大同, 赵川林, 金国庆, 陈遥飞 申请人:重庆大学;重庆长安汽车股份有限公司