汽车48V混和动力系统台架耐久测试验证装置及方法与流程

本发明属于汽车测试技术，具体涉及一种汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证装置及方法。

背景技术：

由于法规对co2排放限制日益严格，混合动力系统在汽车上的应用越来越多。混合动力系统根据电气功能/容量分为微混、中混、纯电动和插电式混合动力。一般来说越高的电压等级能节约越多的油耗，但整车重量、电气架构和电器成本也相应被提高了。

48v混合动力系统具有对行驶过程中能量回收、助力和低速电动行驶的功能，且能达到10%左右的油耗降低贡献。另外，由于48v混合动力系统属于低电压等级，车辆搭载该系统后，整车重量和成本相对于其他混合动力系统要低得多，故越来越多的厂家关注48v混合动力系统的搭载。

目前，还没有相关的验证装置用于对48v混和动力系统的耐久性进行验证，一般通过实车验证，则会花费较大的人力及物力，成本高。

因此，有必要开发一种汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证装置及方法，能在台架上对汽车的48v混合动力系统功能进行验证。

本发明所述的汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证装置，48v混和动力系统包括发动机控制模块、发动机、电机控制模块、锂电池控制模块、直流变换控制模块、直流转换器、48v锂电池和启发电机，发动机控制模块与发动机连接，启发电机通过皮带与发动机相连，电机控制模块与启发电机连接，锂电池控制模块与48v锂电池连接，直流变换控制模块与直流转换器连接，直流转换器与启发电机连接，48v锂电池与启发电机连接；台架耐久测试验证装置包括测功机、测功机及台架控制单元、快速原型控制器和12v蓄电池；

所述发动机控制模块控制发动机运行的相关参数；

所述测功机及台架控制单元根据实验工况的设定控制测功机和发动机工作，并监控发动机运行时的状态信息，测功机分别与测功机及台架控制单元和发动机连接；

所述快速原型控制器针对不同试验工况完成对电机控制模块、锂电池控制模块和直流变换控制模块的策略控制，快速原型控制器还用于监控发动机控制模块的运行状态，并根据运行情况调整控制策略，该快速原型控制器分别与发动机控制模块、电机控制模块、锂电池控制模块和直流变换控制模块连接；

所述电机控制模块基于快速原型控制器输出的指令控制启发电机的助力或发电状态切换，以及输出扭矩的给定；

所述锂电池控制模块基于快速原型控制器输出的指令控制48v锂电池初始化以及监测电池运行状态；

所述直流转换控制模块基于快速原型控制器输出的指令控制直流转换器将启发电机输出的48v电能转换为12v电能给12v蓄电池充电，或将12v蓄电池的12v电能转换为48v电能提供给启发电机使用，该12v蓄电池与直流转换器连接。

进一步，所述发动机控制模块通过can总线与快速原型控制器连接。

进一步，所述快速原型控制器通过can总线分别与电机控制模块、锂电池控制模块和直流转换控制模块连接。

进一步，所述48v锂电池通过48v线缆与启发电机连接，48v锂电池输出48v电能给启发电机或存储启发电机发的电能。

进一步，所述直流转换器通过48v线缆与启发电机相连，所述直流转换器通过12v电流与12v蓄电池相连。

本发明所述的汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证方法，采用本发明所述的汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证装置，其方法包括以下步骤：

第一步、快速原型控制器通电并初始化锂电池控制模块，然后执行第二步；

第二步、快速原型控制器发送指令初始化直流转换控制模块，然后执行第三步；

第三步、快速原型控制器发送指令给直流转换控制模块输出48v到电机控制模块，进行电机预充电，然后执行第四步；

第四步、快速原型控制器判断测功机及台架控制单元发出的控制指令为自动控制与否，如果是，则执行第五步，否则执行第三十步，进行手动控制；

第五步、快速原型控制器判断发动机转速，计算出发动机是运行在加速工况、还是恒速工况、还是减速工况，如果是加速工况则执行第六步，如果是恒速工况则执行第十一步，如果是减速工况则执行第二十四步；

第六步、快速原型控制器判断发动机转速是否小于恒速ⅱ，如果是则执行第七步，否则执行第十步；

第七步、快速原型控制器根据启发电机的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块能输出的最大功率及其对应的扭矩，然后执行第八步；

第八步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入助力模式，然后执行第九步；

第九步、快速原型控制器将第七步计算出来的扭矩值发送给电机控制模块，然后执行第二十三步；

第十步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入空转模式，然后执行第二十三步；

第十一步、快速原型控制器判断发动机转速，如果大于恒速ⅱ或者小于怠速，则执行第十二步，如果转速大于怠速且小于恒速ⅱ，则执行第十三步，如果转速为0，则执行第二十一步；

第十二步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入空转模式，然后执行第二十三步；

第十三步、快速原型控制器与锂电池控制模块通信，获取锂电池电量，如果电量大于第一预设电量阈值，则执行第十四步；如果电量大于第二预设电量阈值且小于第一预设电量阈值，则执行第十七步；如果电量小于第二预设电量阈值，则执行第十八步；

第十四步、快速原型控制器根据启发电机的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块能输出的最大功率及其对应的扭矩，然后执行第十五步；

第十五步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入助力模式，然后执行第十六步；

第十六步、快速原型控制器将第十四步计算出来的扭矩值发送给电机控制模块，然后执行第二十三步；

第十七步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入空转模式，然后执行第二十三步；

第十八步、快速原型控制器根据启发电机的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块能发电的最大功率及其对应的负扭矩，然后执行第十九步；

第十九步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入发电模式，然后执行第二十步；

第二十步、快速原型控制器将第十八步计算出来的负扭矩值发送给电机控制模块，然后执行第二十三步；

第二十一步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入启动模式，然后执行第二十二步；

第二十二步、快速原型控制器将启动发动机需要扭矩值发送给电机控制模块，然后执行第二十三步；

第二十三步、快速原型控制器执行软件退出判断，如果软件退出，执行第三十四步；否则返回执行第四步；

第二十四步、快速原型控制器判断发动机转速是否大于怠速，如果是则执行第二十五，否则执行第二十八步；

第二十五步、快速原型控制器根据启发电机的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块能发电的最大功率及其对应的扭矩，然后执行第二十六步；

第二十六步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入发电模式，然后执行第二十七步；

第二十七步、快速原型控制器将第二十五步计算出来的负扭矩值发送给电机控制模块，然后执行第二十三步；

第二十八步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入停机辅助模式，然后执行第二十九步；

第二十九步、快速原型控制器将停止发动机需要负扭矩值发送给电机控制模块，然后执行第二十三步；

第三十步、快速原型控制器获取操作人员通过测功机及台架控制单元发出的电机模式设定值，然后执行第三十一步；

第三十一步、快速原型控制器获取操作人员通过测功机及台架控制单元发出的电机扭矩设定值，然后执行第三十二步；

第三十二步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块进入第三十步设定的模式，然后执行第三十三步；

第三十三步、快速原型控制器发送总线指令控制电机控制模块输出第三十一步设定的扭矩值，然后执行第二十三步；

第三十四步、快速原型控制器结束程序。

进一步，对48v混合动力系统耐久测试时，测功机及台架控制单元控制发动机的一个运行工况循环为：

首先启动发动机由静止启动到怠速，在怠速保持a秒，再经历a秒由怠速上升到恒速ⅰ，在恒速ⅰ保持a秒，接着经历a秒由恒速ⅰ减速到怠速，在怠速保持a秒，再经历a秒由怠速上升到恒速ⅱ，在恒速ⅱ保持a秒，接着经历a秒由恒速ⅱ减速到怠速，在怠速保持a秒，再经历b秒由怠速上升到恒速ⅲ，在恒速ⅲ保持a秒，接着经历b秒由恒速ⅲ减速到怠速，在怠速保持a秒，最后由怠速减速到静止。

进一步，对48v混合动力系统耐久测试时，启发电机的一个运行循环中模式切换情况为：

循环开始，启发电机进入启动模式并启动发动机；针对循环中的每个匀速工况，发动机转速保持不变as，为保证电池充放电平衡，启发电机在发电与不发电工作模式中转换；针对循环中发动机转速上升情况，启发电机进入助力模式，随着发动机转速上升，启发电机输出扭矩减小；发动机转速达到恒速ⅱ以上后，启发电机空转；针对循环中发动机转速下降情况，启发电机进入发电模式，循环最后启发电机进入停机模式辅助发动机停机。

进一步，所述步骤十三中，如果电量大于60%，则执行第十四步；如果电量大于40%且小于60%，则执行第十七步；如果电量小于40%，则执行第十八步。

本发明的有益效果：它实现在台架上对汽车的48v混合动力系统功能进行验证，且验证装置的结构简单，操作容易，大大降低了人力和物力成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的试验工况图；

图3为本发明中的启发电机运行模式切换图；

图4为本发明的快速原型控制器的测控流程图；

图中：1、发动机控制模块，2、发动机，3、电机控制模块，4、快速原型控制器，5、锂电池控制模块，6、直流变换控制模块，7、12v蓄电池，8、直流转换器，9、48v锂电池，10、启发电机，11、测功机，12、测功机及台架控制单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证装置，其中：48v混和动力系统包括发动机控制模块1、发动机2、电机控制模块3、锂电池控制模块5、直流变换控制模块6、直流转换器8、48v锂电池9和启发电机10。发动机控制模块1与发动机2连接，电机控制模块3与启发电机10连接，锂电池控制模块5与48v锂电池9连接，直流变换控制模块6与直流转换器8连接。台架耐久测试验证装置包括测功机11、测功机及台架控制单元12、快速原型控制器4和12v蓄电池7。验证时，将发动机控制模块1与快速原型控制器4通过can总线相连，将快速原型控制器4与电机控制模块3、锂电池控制模块5、直流变换控制模块6共同连接到一个can总线，快速原型控制器4将通过can总线获取发动机控制模块1的转速等信息，同时快速原型控制器4通过can总线控制电机控制模块3、锂电池控制模块5、直流变换控制模块6的运行，启发电机10通过皮带与发动机2相连，实现启动发动机2和发电功能，48v锂电池9通过48v线缆与启发电机10相连，48v蓄电池9输出48v电能给启发电机10或存储启发电机10发的电能，直流变换器8通过48v线缆与启发电机10相连，直流变换器8通过12v线缆与12v蓄电池7相连，直流变换器8将启发电机10输出的48v电转换为12v电能并输出给12v蓄电池7充电或将12v蓄电池7的12v电能转换为42v电能提供给启发电机10使用，测功机11与发动机2相连，检测发动机2的扭矩、转速等，测功机及台架控制单元12控制测功机11的运行和发动机2的油门、进气等运行参数。

如图2所示，对48v混合动力系统耐久测试时，测功机及台架控制单元12控制发动机2的一个运行工况循环为：

首先启动发动机2由静止启动到怠速，在怠速保持10秒，再经历10秒由怠速上升到恒速ⅰ，在恒速ⅰ保持10秒，接着经历10秒由恒速ⅰ减速到怠速，在怠速保持10秒，再经历10秒由怠速上升到恒速ⅱ，在恒速ⅱ保持10秒，接着经历10秒由恒速ⅱ减速到怠速，在怠速保持10秒，再经历20秒由怠速上升到恒速ⅲ，在恒速ⅲ保持10秒，接着经历20秒由恒速ⅲ减速到怠速，在怠速保持10秒，最后由怠速减速到静止。整个过程，油门全开，从启动至停机完成一个循环，历时约150s，运行若干个循环，运行持续时间约四百多小时。

结合图2和图3所示，48v混合动力系统耐久测试时启发电机10的一个运行循环中模式切换情况为：

循环开始启发电机10进入启动模式并启动发动机2；针对循环中的每个匀速工况（发动机转速保持不变10s），为保证电池充放电平衡，启发电机在发电与不发电工作模式中转换；针对循环中发动机2转速上升情况，启发电机进入助力模式，随着发动机2转速上升，电机输出扭矩减小；发动机2转速达到恒速ⅱ以上后，发电机空转（即不发电不助力）；针对循环中发动机2转速下降情况，启发电机进入发电模式。循环最后启发电机进入停机模式辅助发动机2停机。

如图4所示，本发明所述的汽车48v混和动力系统台架耐久测试验证方法，包括以下步骤：

第一步、快速原型控制器4通电并初始化锂电池控制模块5，然后执行第二步。

第二步、快速原型控制器4发送指令初始化直流转换控制模块6，然后执行第三步。

第三步、快速原型控制器4发送指令给直流转换控制模块6输出48v到电机控制模块3，进行电机预充电，然后执行第四步。

第四步、快速原型控制器4判断测功机及台架控制单元12发出的控制指令为自动控制与否，如果是，则执行第五步，否则执行第三十步，进行手动控制。

第五步、快速原型控制器4判断发动机2转速，计算出发动机2是运行在加速工况、还是恒速工况、还是减速工况，如果是加速工况则执行第六步，如果是恒速工况则执行第十一步，如果是减速工况则执行第二十四步。

第六步、快速原型控制器4判断发动机2转速是否小于恒速ⅱ，如果是则执行第七步，否则执行第十步。

第七步、快速原型控制器4根据启发电机10的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块3能输出的最大功率及其对应的扭矩，然后执行第八步。

第八步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入助力模式，然后执行第九步。

第九步、快速原型控制器4将第七步计算出来的扭矩值发送给电机控制模块3，然后执行第二十三步。

第十步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入空转模式，然后执行第二十三步。

第十一步、快速原型控制器4判断发动机2转速，如果大于恒速ⅱ或者小于怠速，则执行第十二步，如果转速大于怠速且小于恒速ⅱ，则执行第十三步，如果转速为0，则执行第二十一步。

第十二步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入空转模式，然后执行第二十三步。

第十三步、快速原型控制器4与锂电池控制模块5通信，获取锂电池电量，如果电量大于60%，则执行第十四步；如果电量大于40%且小于60%，则执行第十七步；如果电量小于40%，则执行第十八步。

第十四步、快速原型控制器4根据启发电机10的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块3能输出的最大功率及其对应的扭矩，然后执行第十五步。

第十五步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入助力模式，然后执行第十六步。

第十六步、快速原型控制器4将第十四步计算出来的扭矩值发送给电机控制模块3，然后执行第二十三步。

第十七步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入空转模式，然后执行第二十三步。

第十八步、快速原型控制器4根据启发电机10的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块3能发电的最大功率及其对应的负扭矩，然后执行第十九步。

第十九步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入发电模式，然后执行第二十步。

第二十步、快速原型控制器4将第十八步计算出来的负扭矩值发送给电机控制模块3，然后执行第二十三步。

第二十一步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入启动模式，然后执行第二十二步。

第二十二步、快速原型控制器4将启动发动机2需要扭矩值发送给电机控制模块3，然后执行第二十三步。

第二十三步、快速原型控制器4执行软件退出判断，如果软件退出，执行第三十四步；否则返回执行第四步。

第二十四步、快速原型控制器4判断发动机2转速是否大于怠速，如果是则执行第二十五，否则执行第二十八步。

第二十五步、快速原型控制器4根据启发电机10的扭矩、转速和功率的外特性曲线map表计算出当前转速下电机控制模块3能发电的最大功率及其对应的扭矩，然后执行第二十六步。

第二十六步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入发电模式，然后执行第二十七步。

第二十七步、快速原型控制器4将第二十五步计算出来的负扭矩值发送给电机控制模块3，然后执行第二十三步。

第二十八步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入停机辅助模式，然后执行第二十九步。

第二十九步、快速原型控制器4将停止发动机2需要负扭矩值发送给电机控制模块3，然后执行第二十三步。

第三十步、快速原型控制器4获取操作人员通过测功机及台架控制单元12发出的电机模式设定值，然后执行第三十一步。

第三十一步、快速原型控制器4获取操作人员通过测功机及台架控制单元12发出的电机扭矩设定值，然后执行第三十二步。

第三十二步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3进入第三十步设定的模式，然后执行第三十三步。

第三十三步、快速原型控制器4发送总线指令控制电机控制模块3输出第三十一步设定的扭矩值，然后执行第二十三步。

第三十四步、快速原型控制器4结束程序。