一种轮毂驱动汽车电动轮垂向载荷动态模拟装置及使用方法

本发明涉及车辆工程，具体涉及一种轮毂驱动汽车动力系统负载模拟测试装置及使用方法。

背景技术：

1、轮毂驱动汽车具有布置简单多样、控制灵活高效的优势，为车辆动力学智能控制提供了更多的技术实现路径，是最具潜力的电动汽车形式。与此同时，由于轮毂驱动汽车电动轮高度集成化、高速化，也给轮毂驱动汽车乘坐舒适性、安全性控制带来了严峻挑战。为突破轮毂驱动汽车应用技术瓶颈，研究人员从电动轮自身动力学特性控制、适用于轮毂驱动的主动/半主动悬架系统控制以及整车动力学驱动协同控制开展了大量的研究。

2、开展上述研究过程中，轮毂驱动汽车专用实验平台是不可或缺的科学实验装置。为节约科学实验装置成本以及提高试验效率，随着虚拟仿真技术突飞猛进的发展，当前，研究者大多采用“虚-实”结合的手段开展科学研究。对于轮毂驱动汽车实验平台同样如此，即采用“虚-实”结合技术手段搭建实验平台，整车模型中四分之三为虚拟部分，四分之一为实体部分。关于实体部分关键技术之一就是电动轮的载荷的动态模拟。

3、电动轮动态载荷模拟通常包括平面(横向和纵向)动态载荷和垂向动态载荷。关于平面动态载荷模拟方法申请人前期已取得突破，并获得了国家发明专利授权。关于垂向动态载荷，其反映的是车辆在行驶过程中载荷转移情况，垂向动态载荷模拟精度和实时性直接影响轮毂驱动汽车驱动控制和行驶稳定性控制效果。同时，前期研究表明轮毂驱动汽车载荷转移较传统驱动汽车更加剧烈。通过调研发现，现有车辆垂向载荷模拟方法和装置在模拟精度和实时性两方面都不能满足协同控制和“虚-实”同步的要求。

4、在车辆关键技术的研发过程中，测试台架对技术研发的推进起着重要的促进作用。测试台架的主要目的在于真实模拟车辆的实际运行工况，让关键技术方法和技术指标在实验室条件下能得到合理的验证。车辆在实际运行过程中，电动轮作为主要的动力装置，其受力情况的充分模拟对整个测试平台的测试效果至关重要。现有研究中多集中于对电动轮的平面负载(纵向负载和侧向负载)进行模拟，而对于垂直负载却没有充分重视。

5、因此，有必要对轮毂驱动汽车垂向动态载荷模拟方法和实验装置进行深入研究，以提高垂向动态载荷模拟精度和实时性，进而为突破轮毂驱动汽车应用中的关键技术瓶颈提供重要的科学研究装置。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种轮毂驱动汽车动力系统负载模拟测试装置及方法，其目的在于：使得轮毂驱动汽车动力学性能测试平台在实验室环境下的运作状态更加真实，测试数据更加可靠。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种轮毂驱动汽车电动轮垂向载荷动态模拟装置，其特征在于，包括：测试台、电动轮-悬架-车身装置、纵向负载模拟装置、垂向负载模拟装置、负载控制器、控制终端，所述垂向负载模拟装置包括垂向负载加载装置和垂向负载补偿装置，所述纵向负载模拟装置纵向安装在测试台上，所述纵向负载模拟装置用于模拟车辆在实际运行工况下的纵向载荷，所述电动轮-悬架-车身装置的车身部分与所述垂向负载模拟装置连接，所述电动轮-悬架-车身装置的电动轮部分的下端面与所述纵向负载模拟装置的传感器部分接触，所述垂向负载加载装置安装在测试台上，所述垂向负载加载装置用于模拟车辆在实际运行工况下的静态垂向载荷，所述垂向负载补偿装置安装在测试台上，所述垂向负载补偿装置位于电动轮-悬架-车身装置下方，所述垂向负载补偿装置的上端与所述电动轮-悬架-车身装置的车身部分下端连接，所述垂向负载补偿装置用于模拟车辆在实际运行工况下的动态垂向载荷，所述负载控制器用于向电动轮-悬架-车身装置、纵向负载模拟装置、垂向负载模拟装置发出对应命令，并反馈电动轮-悬架-车身装置、纵向负载模拟装置、垂向负载模拟装置的对应信息，所述负载控制器与所述控制终端电连接。

4、优选的，所述垂向负载补偿装置采用整体式行星滚柱丝杠的电动缸，所述电动缸竖向安装在测试台上，所述电动缸的上端活塞部分与所述电动轮-悬架-车身装置的车身部分下端连接。

5、进一步地，所述垂向负载补偿装置包括：导向板、活塞杆、导向机架、导向杆、缸体、壳体、伺服电机、电动缸支架、压力传感器，所述电动缸支架的顶部与所述导向机架的外侧连接，所述电动缸支架的底部安装在所述测试台上，所述导向机架与所述缸体的上端法兰连接，所述活塞杆、导向杆、缸体、壳体、伺服电机依次由上到下连接组成电动缸，所述活塞杆通过所述导向板与所述电动轮-悬架-车身装置的车身部分下端连接，所述电动轮-悬架-车身装置的电动轮部分的下端面与所述压力传感器接触。

6、优选的，所述电动轮-悬架-车身装置为原整车1/4部分的电动轮-悬架-车身系统，包括：电动轮驱动系统、转向系统、制动系统、双横臂悬架、车身系统，所述电动轮驱动系统由轮辋轮胎和轮毂电机及其控制器连接组成，所述转向系统由转向执行机构及转向控制器连接组成，所述制动系统为碟刹系统，由摩擦片、制动泵及其控制器连接组成，所述双横臂悬架由上摆臂、下摆臂、电磁阀式减振器及空气弹簧连接组成，所述车身系统为原整车1/4车身结构，所电动轮驱动系统、转向系统、制动系统、双横臂悬架、车身系统连接组合形成原整车1/4部分的电动轮-悬架-车身系统。

7、优选的，所述纵向负载模拟装置包括：测功机、转矩转速传感器、联轴器、滚筒装置，所述测功机、转矩转速传感器、联轴器、滚筒装置由左向右依次连接组成所述纵向负载模拟装置，所述滚筒装置的右侧与垂向负载补偿装置连接。

8、优选的，所述垂向负载模拟装置包括：机架、滑轨、滑槽、车架，所述机架安装在测试台上，所述滑轨竖向安装在机架上，所述滑槽与滑轨配合滑动连接，所述车架与滑槽连接。

9、一种轮毂驱动汽车电动轮垂向载荷动态模拟装置使用方法，包括如下步骤：

10、s1：测试前准备；

11、s2：根据车辆车身参数，利用砝码调整车身质量以对应车辆模型；

12、s3：在系统中设置车辆模型整车参数和模拟工况，并通过负载控制器发出命令信号向轮毂电机控制器、制动系统控制器、转向系统控制器发出驱动、制动和转向工况对应命令，并反馈得到轮毂电机的驱动转矩和转速信息；

13、s4：测功机控制器根据设定的车辆参数和模拟工况，计算车辆的纵向负载模拟值和垂向负载模拟期望值；

14、s5：启动测试系统，转矩转速传感器检测得到滚筒上的扭矩和转速，压力传感器得到滚筒处的压力信号，并将该扭矩、转速和压力信号通过传送给负载控制器，压力信号经数据转化为电动轮实际的垂直载荷；

15、s6：负载控制器将s5中得到的实际的垂直载荷和实际的纵向负载模拟值与s4中计算的垂向负载模拟值和纵向负载模拟值进行对比，并根据对比信号负载控制器结合转速闭环控制策略实现纵向负载的动态模拟；负载控制器并结合推力闭环控制策略实现垂向负载的动态模拟。

16、综上所述，本发明的有益效果为：

17、1、本发明通过在传统轮毂驱动汽车性能试验平台的基础上着重考虑了垂向负载的施加方式，通过可变质量车身和电动缸及其控制系统的结合，实现电动轮垂直载荷静态和动态的模拟。在车架底部外接垂向负载动态模拟系统，把伺服电机输出轴的旋转运动通过与滚珠丝杠的配合变为直线运动，并作用于车身，进一步将推力作用于电动轮，对车辆实际运行工况下的载荷转移量进行补偿，可弥补整个测试平台缺少垂向加载动态调节装置的缺陷，便于开展考虑载荷转移的车辆动力学性能控制方面的研究；

18、2、本发明通过垂向动态模拟补偿使得垂向动态模拟更加符合实际情况，进而使得整个测试系统在纵向和垂向均能实现动态精准模拟，从而更好地贴合车辆实际工况的负载值。

19、3、本发明以电动缸的高推力、大行程、空间占用率小、控制精度高、成本较低的优势，并通过结构设计将压力传感器布置于滚筒底部精确采集电动轮的实际垂直载荷值，进一步将该值反馈至控制系统形成闭环控制，有利于提高整个测试平台垂向负载动态模拟的准确性和实时性，使得轮毂驱动汽车动力学性能测试效果更加真实可靠。