一种模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置及方法，该装置包括四象限运行电机、四象限运行电机控制器、转速转矩传感器、起发一体机、测控仪和上位机。四象限运行电机通过转速转矩传感器与起发一体机连接，四象限运行电机控制器与四象限运行电机相连，测控仪与四象限运行电机控制器相连，测控仪、四象限运行电机控制器、起发一体机、转速转矩传感器均通过CAN总线与上位机进行通讯。该方法是：四象限运行电机在上位机控制下模拟混合动力汽车发动机起动及再生制动特性，起发一体机在上位机控制下周期运行。通过该方法对起发一体机的起动及再生制动性能进行试验，试验结果接近实物系统，且具有系统结构简单、节能环保的优点。
【专利说明】一种模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力汽车动力特性测试【技术领域】，特别涉及一种模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，对混合动力汽车的起发一体机进行试验时，主要有以下方法:一是采用包含发动机在内的完整的动力总成进行试验，这样做的优点是试验结果的真实度较高；缺点是试验过程需要消耗燃油，成本高，污染大，再生制动工况无法进行试验。二是采用液压加载机，但是该液压加载机构控制系统复杂，液压系统控制精度有限，阻力转矩反应不灵敏，因此这种方案需要采用两套系统分别模拟起发一体机系统发电工况和电动工况，针对一套起发一体机系统，实现电动起动与回馈发电之间循环转换较困难。
[0003]因此，寻求一种成本低、节能环保，且能够对混合动力汽车发动机起动过程和再生制动过程均能够进行模拟，并对起发一体机的起动和再生制动特性进行测试的控制方法和
装置具有重要实用意义。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的方法，该方法中通过四象限运行电机真实地模拟发动机起动过程和再生制动过程，试验结果接近实际系统，使半实物仿真系统的试验具有工程价值。
[0005]本发明还提供了一种采用上述方法的装置，该装置中采用的电机为具备四象限运行功能的电机，且该电机用来模拟发动机，不仅结构简单，且节能环保。
[0006]本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置，包括四象限运行电机、四象限运行电机控制器、转速转矩传感器、起发一体机、测控仪和上位机，转速转矩传感器分别与四象限运行电机和起发一体机相连，四象限运行电机控制器与四象限运行电机相连，测控仪与四象限运行电机控制器相连，测控仪、四象限运行电机控制器、起发一体机、转速转矩传感器均通过CAN总线与上位机进行通讯。
[0007]优选的，所述四象限运行电机为交流异步电机或永磁同步电机。
[0008]优选的，所述四象限运行电机控制器为ABB-ACS800，功率15KW，四象限运行(能量反馈上网的方式)。
[0009]更进一步的，所述四象限运行电机控制器还与电网连接，在四象限运行电机模拟混合动力汽车起动时，四象限运行电机产生的电力通过该控制器回馈到电网。
[0010]优选的，所述起发一体机为BSG或者ISG电机。
[0011]一种基于上述装置的模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的方法，包括步骤:在模拟混合动力汽车起动工况时，用四象限运行电机模拟发动机，根据预设的发动机起动过程中阻力力矩/速度曲线及转动发动机惯量，四象限运行电机作为负载，根据起发一体机实际产生的力矩与发动机启动需要的力矩的关系，确定起动是否成功；在发动机起动完成后，四象限运行电机根据预设的发动机的动力及转速变化，模拟发动机驱动起发一体机发电；在模拟混合动力汽车再生制动过程时，四象限运行电机模拟汽车惯性推动起发一体机发电，起发一体机反过来对汽车产生制动转矩，根据系统模拟汽车需要的制动转矩与起发一体机实际产生的制动转矩的关系，确定再生制动是否成功。
[0012]具体的，在模拟起发一体机起动混合动力汽车时，上位机通过CAN总线对四象限运行电机和起发一体机进行控制，结合起发一体机在不同速度时的转矩、混合动力汽车发动机起动过程中阻力力矩/速度曲线及发动机转动惯量，对四象限运行电机的速度、加速度和运行时间进行控制，模拟混合动力汽车的起动特性，对起发一体机的起动性能进行试验，具体如下:
[0013](1-1)控制四象限运行电机的转速为O转/分；起动起发一体机；
[0014](1-2)上位机通过转矩转速传感器检测起发一体机的转速和转矩，如果当前起发一体机的转矩Metl在规定时间内达到预设的启动转矩Mtl，则四象限运行电机开始转动，进入步骤(1-3);如果没有在规定时间内达到Mtl，则表示此次测试中起发一体机起动发动机失败；
[0015](1-3)在起动四象限运行电机后，对于阻力力矩/速度曲线上一点X (Mx/nx)，设起发一体机的力矩为Mex，有以下三种可能:
[0016](1-3-1)若Mex>Mx,表示起发一体机能起动发动机,转速超过nx,转速继续增加；
[0017](1-3-2)若Mex〈Mx,表示起发一体机不能起动发动机超过点X,起动失败；
[0018](1-3-1)若Mex=Mx,表示起发一体机能起动发动机到点X并匀速运转，不能继续加速，若此时nx 3点火时的转速,则表示起动成功,如果nx〈点火时的转速,起动失败。
[0019]更进一步的，所述步骤(1-2)中，四象限运行电机的转矩Metl达到预设的启动转矩M0的时间限定在10ms。
[0020]更进一步的，所述步骤(1-3)中，四象限运行电机在起动过程中的加速时间仁是由起发一体机的力矩和四象限运行电机的转矩的差值(Mex-Mx)、被模拟混合动力汽车发动机转动惯量J确定的，若差值(Mex-Mx)越大，转动惯量J越小，则tx越小，反之，tx越大；若tx超过设定的限值，则起动失败；
[0021]
【权利要求】
1.一种模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置，其特征在于:包括四象限运行电机、四象限运行电机控制器、转速转矩传感器、起发一体机、测控仪和上位机，转速转矩传感器分别与四象限运行电机和起发一体机相连，四象限运行电机控制器与四象限运行电机相连，测控仪与四象限运行电机控制器相连，测控仪、四象限运行电机控制器、起发一体机、转速转矩传感器均通过CAN总线与上位机进行通讯。
2.根据权利要求1所述的模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置，其特征在于:所述四象限运行电机为交流异步电机或永磁同步电机。
3.根据权利要求1所述的模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置，其特征在于:所述起发一体机为BSG电机或ISG电机。
4.根据权利要求1所述的模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置，其特征在于:所述四象限运行电机控制器为ABB-ACS800，四象限运行； 所述四象限运行电机控制器还与电网连接，在四象限运行电机模拟混合动力汽车起动时，四象限运行电机产生的电力通过该控制器回馈到电网。
5.根据权利要求1-4任一项所述模拟混合动力汽车起动及再生制动特性的装置的方法，其特征在于:包括步骤:在模拟混合动力汽车起动工况时，用四象限运行电机模拟发动机，根据预设的发动机起动过程中阻力力矩/速度曲线及转动发动机惯量，四象限运行电机作为负载，根据起发一体机实际产生的力矩与发动机启动需要的力矩的关系，确定起动是否成功；在发动机起动完成后，四象限运行电机根据预设的发动机的动力及转速变化，模拟发动机驱动起发一体机发电；在模拟混合动力汽车再生制动过程时，四象限运行电机模拟汽车惯性推动起发一体机发电，起发一体机反过来对汽车产生制动转矩，根据系统模拟汽车需要的制动转矩与起发一体机实际产生的制动转矩的关系，确定再生制动是否成功。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:在模拟起发一体机起动混合动力汽车时，上位机通过CAN总线对四象限运行电机和起发一体机进行控制，结合起发一体机在不同速度时的转矩、混合动力汽车发动机起动过程中阻力力矩/速度曲线及发动机转动惯量，对四象限运行电机的速度、加速度和运行时间进行控制，模拟混合动力汽车的起动特性，对起发一体机的起动性能进行试验，具体如下: (1-1)控制四象限运行电机的转速为O转/分；起动起发一体机； (1-2)上位机通过转矩转速传感器检测起发一体机的转速和转矩，如果当前起发一体机的转矩Metl在规定时间内达到预设的启动转矩Mtl，则四象限运行电机开始转动，进入步骤(1-3);如果没有在规定时间内达到Mtl，则表示此次测试中起发一体机起动发动机失败； (1-3)在起动四象限运行电机后，对于阻力力矩/速度曲线上一点X (Mx/nx)，设起发一体机的力矩为Mex，有以下三种可能: (1-3-1)若Mex>Mx,表示起发一体机能起动发动机,转速超过nx,转速继续增加； (1-3-2)若Mex〈Mx,表示起发一体机不能起动发动机超过点X,起动失败； (1-3-1)若Mex=Mx,表示起发一体机能起动发动机到点X并匀速运转，不能继续加速，若此时nx 3点火时的转速,则表示起动成功,如果nx〈点火时的转速,起动失败。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤(1-2)中，四象限运行电机的转矩Metl达到预设的启动转矩M0的时间限定在10ms。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤(1-3)中，四象限运行电机在起动过程中的加速时间tx是由起发一体机的力矩和四象限运行电机的转矩的差值(Mex-Mx)、被模拟混合动力汽车发动机转动惯量J确定的，若差值(Mex-Mx)越大，转动惯量J越小，则tx越小,反之，tx越大；若tx超过设定的限值,则起动失败； tx=Cxx+1J/(Mex-Mx) ?ω； 其中，ω表示起发一体机的角速度，ωχ表示起发一体机在X点的角速度，ωχ+1表示起发一体机在Χ+1点的角速度。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:在模拟混合动力汽车再生制动特性时，通过上位机设定模拟的发动机再生制动过程中阻力力矩/速度曲线及转动发动机惯量，然后通过CAN总线对四象限运行电机的速度进行控制，这一过程中推动起发一体机发电，并反过来对汽车产生制动转矩；再生制动时汽车呈减速状态，设四象限运行电机模拟汽车在阻力力矩/速度曲线上Χ+1点需要的制动为Μχ+1，起发一体机在该点产生的制动转矩为Mex+1，有以下三种可能: (2-1)若Mex+1>Mx+1，表示起发一体机产生了过大的制动力矩，汽车转速从点X+1减速到点X的时间过短，超过了汽车控制要求，制动失败； (2-2)若Mex+1〈Mx+1，表示起发一体机产生了过小的制动力矩，汽车转速从点X+1减速到点X的时间加长，超过了汽车控制要求，制动失败； (2-3)若Mex+1=Mx+1，表示起发一体机产生的制动力矩与汽车控制要求一致，汽车转速从点X+1减速到点X的时间`正常，满足汽车控制要求，制动成功。
【文档编号】G01M17/007GK103776638SQ201410075146
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】陈黎明, 徐艳民 申请人:广东机电职业技术学院