混合动力汽车试验台架的研究与开发

混合动力汽车试验台架的研究与开发

孟宁

东风柳州汽车有限公司广西柳州545005

摘要：２１世纪，环保和能源成为全球最为关注的问题，节能减排成为汽车开发的首要目标。由于纯电动汽车储能技术尚未成熟，混合动力汽车应运而生。混合动力系统比起传统内燃机动力系统具有更高的燃油经济性和更好的排放性。然而，混合动力汽车结构比纯电动车和传统车更加复杂且难以控制，并且关键技术对混合动力汽车的发展制约严重。因此，在考虑降低研发风险及成本的前提下，混合动力试验台架研究的必要性日益凸显。基于此，本文主要对混合动力汽车试验台架的研究与开发进行分析探讨。

关键词：混合动力汽车；试验台架；研究；开发

1、混合动力汽车试验台架功能

为满足需要，混合动力汽车试验台架应具备以下功能：

（１）能够为混合动力汽车各零部件提供与整车相同的试验调试环境，将各零部件放到真实的试验环境中进行相关的特性试验。

（２）能够进行动力总成系统性能试验及控制系统的调试和标定，验证控制策略和控制算法。

（３）能够进行整车台架试验，为动力总成参数匹配和控制策略的制定以及标杆车关键参数的采集提供依据。

2、混合动力汽车试验台架结构设计

为了实现上述功能，搭建了如图１所示的混合动力系统测试平台，采用交流电力测功机（四电机方案）作为负载模拟装置。

图２测功机的性能曲线

表１测功机基本参数

特制的半轴适配器可直接连接到轮毂，用于测功机和被测单元的连接，然后以转矩形式给发动机、被测电机或整车进行加载，由此研究被测系统的特性。其在整个转速范围内可进行四象限运行，反转产生的电能通过变频器形成正弦波电流反馈到主电网，从而实现电能向电网的回馈。

3.1.2扭矩检测单元及后桥支撑

扭矩检测单元包括扭矩传感器（ＨＢＭＴ４０Ｂ）、力矩标定系统、标定砝码及托盘；后桥支撑为被测单元（发动机、电机、变速器）或后桥起支撑作用，其长度、宽度和高度均可调。

3.1.3整车适配、支撑及冷却

移动整车，将驱动轮定位于测功机处，用可移动式提升器提升整车，以车轮支撑轴承依次替换车轮，并通过轮毂适配器连接到测功机后释放整车。试验过程中，可通过控速冷却风机（最大流量５３０００ｍ３／ｈ，最高气流速度１３０ｋｍ／ｈ）冷却测试车辆。

3.2台架控制系统

3.2.1操作面板与测试单元控制器

（１）操作面板可用于选择运行状态、控制模式和控制功能（如点火、预热、启动或停车），也可显示设定值、实际值或通过操作菜单设定参数。

（２）系统的测试单元控制器ＴＣＣ（ＴｅｓｔＣｅｌｌＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）用于台架辅助设备的启动、关机、控制和监控。通过ＰＩＤ控制器控制台架媒介（如冷却水、机油、空气等）温度、流量等。

3.2.2测功机控制器ＥＭＣＯＮ

ＡＶＬＥＭＣＯＮ（４０２／４０４）软件可从自控系统或其自身的操作面板上进行参数化设置和操作，用于控制两台／四台测功机负载系统作为驱动系统，完成前驱、后驱或四驱车辆测试。它可在稳态或瞬态模式下控制转速、扭矩或踏板位置，并提供发动机、变速器和测试间的监控（１６通道），采用可定义的延迟时间和安全反应（如停车、报警、警告等），确保操作者、被测单元和台架在所有运行工况下最优安全性。

3.3自控与模拟系统

3.3.1自控系统

ＡＶＬ公司的自控集成式平台（ＰＵＭＡＯｐｅｎ）采用ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操作环境，具有动态数据交换、网络通道、实时数据库等功能。ＰＵＭＡＯｐｅｎ软件的核心是图形化配置，通过其操作界面调用功能菜单，利用软件中提供的图形化测试循环编辑器可以完成复杂测试任务的编辑，并选择手动或自动运行方式执行试验。ＰＵＭＡＯｐｅｎ硬件安装在系统控制柜中，包括１台ＰＣ工作站和一台ＵＰＳ。

3.3.2整车和驾驶员模拟系统

整车和驾驶员模拟系统，用于测功机控制器进行稳态、动态和瞬态测试，包括（ＭＴ／ＡＴ）变速箱换挡执行器及其控制系统、离合器执行器及其控制系统、电子式油门控制系统、制动踏板执行器及其控制系统、道路模拟软件（ＡＶＬＩＳＡＣ）以及扩展模拟软件（ＷｈｅｅｌＳｌｉｐ）。其中，ＡＶＬＩＳＡＣ可仿真不同的驾驶行为，在台架上实现整车、驾驶员和道路模拟；ＷｈｅｅｌＳｌｉｐ描述了轮胎和道路接触的状态，可更加逼真地模拟整车。

3.4数据测试与采集设备

3.4.1数据测试设备

试验台架测试设备除了包括温度、压力、温湿度、油耗等常规试验所必需的基本测试设备外，还与功率分析仪（横河ＷＴ３０００）、电池模拟器（迪卡龙）、硬件在环（ｄＳＰＡＣＥ）测试设备集成共用。

3.4.2数据采集设备

为了实现数据的高速采集与通信，ＰＵＭＡＯｐｅｎ系统中采用了一组ＦｌｅｅｔｎｅｓｓＦｒｏｎｔＥｎｄＭｏｄ－ｕｌｅｓ（Ｆ－ＦＥＭ）快速前端模块，如表２所示。

表２前端模块

传感器安装到接线箱中的Ｆ－ＦＥＭ模块上，每个测量通道可适合各种型式传感器，通过测量通道采集的数据在ＡＶＬＦ－ＦＥＭ之中进行信号处理、数字化和度量化。一经处理，数据就通过Ｆ－ＦＥＭ模块经高性能ＩＥＥＥ１３９４总线联接到ＡＶＬＰＵＭＡＯｐｅｎ自控系统。

3.5温控系统

变速器、发动机、消耗仪以及被测电机温控系统用于维持冷冻水、冷却水温度及控速风机转速在一个预设值，并由ＡＶＬＰＵＭＡＯｐｅｎ自控系统通过ＰＩＤ方式调节。

3.5.1发动机、变速器温控系统

（１）发动机温控系统包括发动机冷却液温控系统、电机冷却液温控系统、发动机中冷温控系统和发动机机油温控系统。

（２）变速器温控系统中的ＡＴＦ机油温控系统可通过ＰＵＭＡＯｐｅｎ自控系统进行控制，实现油底壳的机油温度维持在预设值；ＭＴ温控系统通过控速风机用于手动变速器或差速器温度维持在预设值。

3.5.2温控油耗仪

ＡＶＬ温控油耗仪７３５Ｓ用于连续测量燃油消耗，且带有加热功能，燃油温度由冷却水温度或发动机回油温度控制，可预设。系统集成了ＰＩＤ和压力控制系统，可在台架上实现整车运行状态。测量系统中有故障发生时，监控功能可发出警告，停止燃油供给。

3.5.3采用ＰＩＤ控制方式

以发动机温度控制为例，水温和机油温度传感器将温度传入到ＰＩＤ控制器中，与设置的温度值相比较计算后，从ＰＩＤ控制器输出０－５Ｖ或４－２０ｍＡ的模拟信号，此信号输出到电子式电动调节阀以控制阀门开度，从而实现冷却水流量的连续控制。

4、结束语

混合动力汽车试验台架取代了相应的试验场道路和底盘测功机（转毂）试验，从而大大降低研发成本，缩短开发周期。本文介绍的混合动力汽车试验台架的优点：混合动力总成研发试验是单独建立的，再现了汽车在实际道路上行驶状态的动态测试，为实现发动机与电机协调工作，为混合动力汽车获得最佳的动力性、经济性和排放性能的问题解决构建了一个高效、实用的研究开发平台。

参考文献：

[1]明振海.混合动力客车动力系统匹配与控制策略研究[D].太原:中北大学,2012.

[2]宁水根.基于试验分析的电动汽车再生制动性能研究[D].泉州:华侨大学,2013.