一种行星混联混合动力系统试验台的制作方法

本发明涉及一种汽车试验台，更确切的说，本发明涉及一种行星混联混合动力系统试验台。

背景技术：

随着环境污染问题的日益加重和人们环保意识的增强，新能源汽车成为当下研究的热点，但是鉴于当前电池相关技术尚不能完全满足人们的需求。因此，混合动力汽车在目前看来不失为一种很好的过渡车型。混合动力系统使用发动机和电机两种动力源，这可使发动机更多的工作在其高效区，极大的提高了整车的经济性同时减少了尾气污染物的排放。目前混合动力汽车按其构型可分为串联、并联和混联。混联构型综合了串联和并联的优点。在混联构型中行星混动因可以将发动机与车轮进行转速和转矩的双解耦，使发动机始终工作于最优工作曲线附近而具有较好的应用前景。

行星排混合动力系统是一个复杂的机电一体化系统，为缩短开发周期，通常要先用仿真软件进行离线仿真，但是离线仿真与实际情况会有较大差别。为获得更加准确可信的数据，应进行台架试验。但是目前还缺少对应行星混动构型的试验台。基于当前行星混动构型汽车开发的迫切需求，设计了一种行星排混合动力系统实验台架。

中国专利公布号为CN 101013063A，公布日为2007-08-08，公开了一种混合动力汽车传动系统性能试验台架，该实验台架适用的车型是同轴并联车型。中国专利公布号为CN 104502106A，公布日为2015-04-08，公开了一种混合动力汽车动力总成试验台，该实验台采用的是无极变速器CVT进行动力耦合。

技术实现要素：

本发明为解决当前缺少行星混动混合动力试验台和现有混合动力试验台通用性差，难以对比不同构型和同一构型不同传动比的性能差异而提出的一种行星混联混合动力系统试验台。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：所述的行星混联混合动力系统试验台包括动力系统和控制系统。

所述的动力系统包括发动机3，行星排功率分流装置、一号电机22、二号电机49、动力电池34、电力测功机26、DCDC转换器35、蓄电池36。所述的行星排功率分流装置包括行星架动力输入轴6、一号滑动花键轮7、前行星轮轴9、前行星架盘51、沿圆周均匀分布四个的前行星轮10、前太阳轮11、前齿圈16、后行星架盘27、后行星轮轴52、后行星轮14、后太阳轮13、后齿圈15、一号电机动力输入轮19、齿圈外齿轮18、后行星架齿轮47、测功机动力输出轮23、一号联轴器4、二号联轴器21、三号联轴器25、四号联轴器32、一号转速转矩传感器5、二号转速转矩传感器20、三号转速转矩传感器24、四号转速转矩传感器31、一号离合器17、二号离合器29、三号离合器30、二号滑动花键轮12、三号滑动花键轮28、传动轴8、空心轴50。在切换为发动机台架试验时需另外增加加长杆54、五号联轴器55。

所述的控制系统包括加速踏板40、制动踏板41、钥匙总成42、发动机控制器43、整车控制器44、快速控制原型45、CANoe53、计算机46、测功机控制系统38、动力电池管理系统 37、一号电机控制器33、二号电机控制器39、油耗仪1、光烟度计2、紧急关闭装置48。

所述的一号联轴器4将发动机的动力输出轴和行星架动力输入轴6连接在一起；所述的行星架动力输入轴6的外侧开有花键槽，其上套有内外两侧都有花键的一号滑动花键轮7；所述的一号滑动花键轮7向右移动可与内侧开有花键槽的前行星架盘51相啮合，这样就可将行星架动力输入轴6和前行星架盘51相连接而使二者有相同的转速；所述的动力输入轴6的右半部分是中空结构，内侧插有传动轴8，但是所述的行星架动力输入轴6与所述的传动轴8 没有接触。

所述的前行星轮10安装在所述的前行星轮轴9的光轴部分，所述的前行星轮轴9的左端开有螺纹与所述的前行星架盘51上的螺纹孔相连接；所述的前太阳轮11与所述的前行星轮 10为常啮合齿轮；所述的传动轴8的外侧开有花键槽，所述的二号滑动花键轮12的内外两侧都开有花键，所述的前太阳轮11的内侧开有花键槽，当将所述的二号滑动花键轮向右移动时，可将所述的传动轴8和所述的前太阳轮11连在一起，使二者有相同的转速；所述的前行星轮10与所述的前齿圈16为常啮合齿轮；所述的前齿圈16与所述的齿圈外齿轮18焊接在一起；所述的齿圈外齿轮18与所述的一号电机动力输入轮19为常啮合齿轮；所述的一号电机22与所述的一号电机动力输入轮19通过二号联轴器21相连；

所述的后太阳轮13通过花键与所述的空心轴50相连接；所述的后行星轮14分别与所述的后太阳轮13和所述的后齿圈15为常啮合齿轮；所述的后行星轮14安装在所述的后行星轮轴52上；所述的后行星轮轴一侧开有螺纹并且与开有螺纹孔的后行星架盘27相连接；所述的后行星架盘27可通过三号滑动花键轮28与外侧开有花键槽的空心轴50相连接，使所述的后行星架盘27、三号滑动花键轮28和空心轴50有相同的转速；所述的后行星架盘27外缘切制出齿轮即为所述的后行星架齿轮47；所述的后行星架齿轮47和所述的电力测功机动力输出轮23为常啮合齿轮；所述的电力测功机26通过三号联轴器与所述的电力测功机动力输出轮23相连接；所述的二号电机49通过四号联轴器32与所述的传动轴8相连；

所述的一号离合器17的主动部分与所述的前齿圈16相连；所述的一号离合器17的从动部分与所述的后齿圈15相连；所述的二号离合器29的主动部分与台架固定部分相连，所述的二号离合器29的从动部分与所述的空心轴50相连；所述的三号离合器30的主动部分与所述的空心轴50相连，所述的三号离合器30的从动部分与所述的传动轴8相连；

所述的一号转速转矩传感器5安装在行星架动力输入轴6上；所述的二号转速转矩传感器20安装在所述的二号联轴器21和一号电机动力输入轮19之间；所述的三号转速转矩传感器安装在所述的电力测功机动力输出轮23和所述的三号联轴器25之间的轴上；所述的四号转速转矩传感器31安装在所述的四号联轴器32和三号离合器30的从动部分之间。

所述的动力电池34与所述的蓄电池36通过所述的DCDC转换器35相连。所述的蓄电池为所述的各种控制器提供24V电压。所述的动力电池34输出的直流电经过一号电机控制器 33转变为交流电后供给一号电机22；所述的动力电池34输出的直流电经过二号电机控制器 39转变为交流电供给二号电机49。所述的动力电池管理系统37与所述的动力电池34通过电线相连。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的行星混联混合动力系统试验台用于行星混联构型混合动力汽车的研发阶段，可缩短研发周期，降低研发成本。

2.本发明所述的行星混联混合动力系统试验台可适用于多种不同行星混联混合动力构型，具有一定的通用性。

3.本发明所述的行星混联混合动力系统试验台可通过更换不同的行星轮和太阳轮而改变系统传动比，在整车开发时可方便对比不同传动比对系统性能的影响。

4.本发明所述的行星混联混合动力系统试验台可通过简单的调整进行发动机的台架试验。由此可见该台架即可进行系统级测试，还可进行部件级测试。

5.本发明所述的行星混联混合动力系统试验台即可按设定的工况运行，也可通过真实驾驶员操纵加速踏板和制动踏板来进行工况跟随，这使试验数据更接近真实值。

6.本试验台架兼具动力性测试，经济性测试和排放性测试。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台结构组成示意图；

图2是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台所适用的输入式功率分流的构型示意图；

图3是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台所适用的输入式功率分流+后排减速增扭的构型示意图；

图4是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台所适用的复合式功率分流的构型示意图；

图5是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台所适用的发动机台架试验时的构型示意图；

图6是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台所适用的输入式功率分流的构型的杠杆图；

图7是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台所适用的输入式功率分流加后排减速增扭的构型的杠杆图；

图8是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台所适用的复合式功率分流的构型的杠杆图；

图9是本发明所述的行星混联混合动力系统试验台中前行星架盘的左视图；

图1中，1.油耗仪、2.光烟度计、3.发动机、4.一号联轴器、5.一号转速转矩传感器、 6.行星架动力输入轴、7.一号滑动花键轮、8.传动轴、9.前行星轮轴、10.前行星轮、11.前太阳轮、12.二号滑动花键轮、13.后太阳轮、14.后行星轮、15.后齿圈、16.前齿圈、17.一号离合器、18.齿圈外齿轮、19.一号电机动力输入轮、20.二号转速转矩传感器、21.二号联轴器、22.一号电机、23.测功机动力输出轮、24.三号转速转矩传感器、25.三号联轴器、26 电力测功机、27.后行星架盘、28.三号滑动花键轮、29.二号离合器、30.三号离合器、31. 四号转速转矩传感器、32.四号联轴器、33.一号电机控制器、34.动力电池、35.DCDC转换器、 36.蓄电池、37.动力电池管理系统、38.测功机控制系统、39.二号电机控制器、40.加速踏板、 41.制动踏板、42.钥匙总成、43.发动机控制器、44.整车控制器、45.快速控制原型、46.计算机、47.后行星架齿轮、48.紧急关闭装置、49.二号电机、50.空心轴、51.前行星架盘、52. 后行星轮轴、53.CANoe。

图5中，54.加长杆、55.五号联轴器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅附图1，本发明所述的行星混联混合动力系统试验台包括动力系统和控制系统。所述的动力系统包括发动机3，行星排功率分流装置、一号电机22、二号电机49、动力电池34、电力测功机26、DCDC转换器35、蓄电池36。

参阅附图1，所述的行星排功率分流装置包括行星架动力输入轴6、一号滑动花键轮7、前行星轮轴9、前行星架盘51、前行星轮10(沿圆周均匀分布四个)、前太阳轮11、前齿圈 16、后行星架盘27、后行星轮轴52、后行星轮14、后太阳轮13、后齿圈15、一号电机动力输入轮19、齿圈外齿轮18、后行星架齿轮47、测功机动力输出轮23、一号联轴器4、二号联轴器21、三号联轴器25、四号联轴器32、一号转速转矩传感器5、二号转速转矩传感器 20、三号转速转矩传感器24、四号转速转矩传感器31、一号离合器17、二号离合器29、三号离合器30、二号滑动花键轮12、三号滑动花键轮28、传动轴8、空心轴50。在切换为发动机台架试验时需另外增加图5中加长杆54、五号联轴器55。

参阅附图1，所述的一号转速转矩传感器5安装在行星架动力输入轴6上；所述的一号联轴器4将发动机的动力输出轴和行星架动力输入轴6连接在一起；所述的行星架动力输入轴6的外侧开有花键槽，其上套有内外两侧都开有花键的一号滑动花键轮7。所述的一号滑动花键轮7向右移动可与内侧开有花键槽的前行星架盘51相啮合，这样就可将行星架动力输入轴6和前行星架盘51相连接而使二者有相同的转速；所述的动力输入轴6的右半部分是中空结构，内侧插有传动轴8，但是所述的动力输入轴6与所述的传动轴8没有接触。

参阅附图1，所述的前行星轮10安装在所述的前行星轮轴9的光轴部分，所述的前行星轮轴9的左端开有螺纹，与所述的前行星架盘51上的螺纹孔相连接；所述的前太阳轮11与所述的前行星轮10为常啮合齿轮；所述的传动轴8的外侧开有花键槽；所述的二号滑动花键轮12的内外两侧都开有花键，所述的前太阳轮11的内侧开有花键槽；当将所述的二号滑动花键轮向右移动时，可将所述的传动轴8和所述的前太阳轮11连在一起，使二者有相同的转速；所述的前行星轮10与所述的前齿圈16为常啮合齿轮；所述的前齿圈16与所述的齿圈外齿轮18焊接在一起。

参阅附图1，所述的齿圈外齿轮18与所述的一号电机动力输入轮19为常啮合齿轮；所述的一号电机22与所述的一号电机动力输入轮19之间通过二号联轴器21相连；所述的二号转速转矩传感器20安装在所述的二号联轴器21和一号电机动力输入轮19之间。

参阅附图1，所述的后太阳轮13通过花键与所述的空心轴50相连接；所述的后行星轮 14分别与所述的后太阳轮13和所述的后齿圈15为常啮合齿轮；所述的后行星轮14空套在所述的后行星轮轴52上；所述的后行星轮轴52一侧开有螺纹并且与开有螺纹孔的后行星架盘27相连接；所述的后行星架盘27可通过三号滑动花键轮28与外侧开有花键槽的空心轴 50相连接，使所述的后行星架盘27、三号滑动花键轮28和空心轴50有相同的转速；所述的后行星架盘27外缘切制出齿轮即为所述的后行星架齿轮47；所述的后行星架齿轮47和所述的电力测功机动力输出轮23为常啮合齿轮。所述的电力测功机26通过三号联轴器25与所述的电力测功机动力输出轮23相连接。所述的三号转速转矩传感器24安装在所述的电力测功机动力输出轮23和所述的三号联轴器25之间的轴上。

参阅附图1，所述的一号离合器17的主动部分与所述的前齿圈16相连；所述的一号离合器17的从动部分与所述的后齿圈15相连；所述的二号离合器29的主动部分与台架固定部分相连，所述的二号离合器29的从动部分与所述的空心轴50相连；所述的三号离合器30的主动部分与所述的空心轴50相连，所述的三号离合器30的从动部分与所述的传动轴8相连；所述的二号电机49通过四号联轴器32与所述的传动轴8相连。所述的四号转速转矩传感器 31安装在所述的四号联轴器32和三号离合器30的从动部分之间。

参阅附图1，所述的动力电池34与所述的蓄电池36通过所述的DCDC转换器35相连。所述的蓄电池为所述的各种控制器提供24V电压。所述的动力电池34输出的直流电经过一号电机控制器33转变为交流电后供给一号电机22；所述的动力电池34输出的直流电经过二号电机控制器39转变为交流电供给二号电机49。所述的动力电池管理系统37与所述的动力电池34通过电线相连。

参阅附图1，所述的控制系统包括加速踏板40、制动踏板41、钥匙总成42、发动机控制器43、整车控制器44、快速控制原型45、计算机46、测功机控制系统38、动力电池管理系统37、一号电机控制器33、二号电机控制器39、油耗仪1、光烟度计2、紧急关闭装置48。

参阅附图1，所述的加速踏板40通过CAN线与所述的发动机控制器43相连；所述的加速踏板40通过角位移和角速度传感器将采集到的信号传给发动机控制器43，发动机控制器 43控制发动机的节气门开度等状态量；所述的制动踏板41通过CAN线将制动踏板41获得的角位移和角速度信号传给快速控制原型45，快速控制原型45接受制动踏板41的信号并根据其内部存储的整车模型计算电力测功机26需要输出的动力的信号，并将该信号传给测功机控制系统38，测功机控制系统38根据接收到的信号控制电力测功机输26输出相应的转速和转矩。电力测功机26既可对外提供负载，模拟汽车在驱动模式下的路面输入，又可对外提供动力，模拟汽车在制动模式下的路面输入。所述的钥匙总成42与所述的整车控制器44相连。所述的钥匙总成42可模拟真实的整车高压上下电。

参阅附图1，所述的计算机46与所述的快速控制原型45通过CANoe53相连，通过CANoe53 可在计算机46上显示试验进行中各控制信号的变化值。同时，试验操作人员也可以通过在计算机46上实时改变各控制信号来控制系统的运行。所述的一号转速转矩传感器5、二号转速转矩传感器20、三号转速转矩传感器24、四号转速转矩传感器31都将其采集到的信号传给计算机46。图1中为结构图清楚明了并没有将各转速转矩传感器与计算机46相连的信号线表示出来。

参阅附图1，所述的油耗仪1可测得发动机的油耗，所述的光烟度计2可分析发动机的排放。

参阅附图1，所述的测功机控制系统38可存储运行工况，试验时测功机控制系统38将工况循环数据传给快速控制原型45，快速控制原型经内部计算后再将信号传给测功机控制系统，测功机控制系统控制电力测功机输出相应的转速和转矩。快速控制原型可将循环信号传给整车控制器，整车控制器44通过CAN线控制发动机控制器43、动力电池管理系统37、一号电机控制器33和二号电机控制器39。

参阅附图1，该试验台也可由真人来控制制动踏板41，加速踏板40和钥匙总成42；此时，快速控制原型45将接受到的工况循环信息通过CAN线传给计算机46；驾驶员通过观察计算机46屏幕上的循环信息操纵制动踏板41和加速踏板40以跟随工况。这种用真实驾驶员操纵的台架试验所得到的数据更接近实际情况。

参阅附图1，所述的紧急关闭装置48控制多个安装在系统关键位置的继电器，当紧急关闭装置按钮按下，可立即切断各继电器；这可使系统停止工作。紧急关闭装置的加入可增加系统的安全性。为避免电网意外停电对紧急关闭装置的影响，紧急关闭装置由单独电源提供电力。

参阅附图1，图中虽然没有画出冷却系统，当时发动机和电机的运行，冷却系统是必要的。

参阅图2、图3、图4、图5。该动力系统可适应于三种行星混联构型，分别是输入式功率分流构型、输入式功率分流+后排减速增扭构型和复合分流构型。

适应的混合动力构型

1、输入式功率分流构型

参阅图2和图6，当一号滑动花键轮7将行星架动力输入轴6和前行星架盘51连接在一起，即有相同的转速。二号滑动花键轮12将传动轴8和前太阳轮11连接在一起，即有相同的转速。三号滑动花键轮28将空心轴50和后行星架盘27连接在一起，即有相同的转速。同时，一号离合器17结合。此时系统的构型相当于输入式功率分流构型。该构型简化后的杠杆图为图6

2、输入式功率分流+后排减速增扭构型

参阅图3和图7，当一号滑动花键轮7将行星架动力输入轴6和前行星架盘51连接在一起，即有相同的转速。二号滑动花键轮12将传动轴8和前太阳轮11连接在一起，即有相同的转速。同时一号离合器17和二号离合器29处于结合状态。此时系统是构型相当于输入式功率分流+后排减速增扭构型。该构型的杠杆图为图7。

3、复合分流构型

参阅图4和图8，当一号滑动花键轮7将行星架动力输入轴6和前行星架盘51连接在一起，即有相同的转速。二号滑动花键轮12将传动轴8和前太阳轮11连接在一起，即有相同的转速。同时，一号离合器17和三号离合器30处于结合状态。此时系统是构型相当于复合式功率分流构型。该构型的杠杆图为图8。

4、发动机台架试验

参阅图5，为实现对发动机部件进行的性能测试，需要对所述的行星混动混合动系统试验台进行简单的调整。此时需要将一号转速转矩传感器5、行星架动力输入轴6和一号滑动花键轮7卸下，并在其位置安装加长杆54和五号联轴器55。除此之外，还要将四号联轴器 32卸下，同时向左移动三号滑动花键轮28将空心轴50和后行星架盘27连接在一起，将三号离合器30结合。此时发动机输出的转速和转矩通过三号转速转矩传感器24测得，发动机的油耗和排放分别通过油耗仪1和光烟度计2测得。

由上述分析可知，复合分流和输入式功率分流+后排减速增扭构型相比只有二号离合器 29和三号离合器30的切换，因此该试验台架也可模拟这两种构型的综合构型

不同传动比的实现

根据行星排的特性，所述的行星混动混合动力系统试验台只需要更换不同的前后行星齿轮和太阳轮即可实现同一构型不同传动比的性能试验(为使其能正常啮合，齿轮的模数应该不变)。考虑到更换不同的行星轮和太阳轮会改变行星轮和太阳轮之间的轮心距，因此前后行星架盘需经特殊设计。特殊设计的前行星架盘见图9，后行星架盘27与前行星架盘有相同的原理。

考虑到转动惯量的影响，应保证各齿轮的重量比例与待开发的实车的一样。对于各齿轮成比例增加的重量对转动惯量的影响换算到电力测功机上。因电力测功机可以模拟整车惯量换算到传动轴上的影响。所以当试验台架上各齿轮较待开发的实车的各齿轮的重量成比例的增加时应在考虑整车惯量时减去这部分齿轮增加的重量对惯量的影响。简单说就是当各齿轮较待开发的实车的齿轮的重量成比例的增加时，电力测功机模拟的惯量需要减少，当各齿轮较待开发的实车的齿轮的重量成比例的减少时，电力测功机模拟的惯量需要增加。