一种增程式混合动力系统性能测试台架系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109062174 A(43)申请公布日 2018.12.21

(21)申请号 201810568139.4(22)申请日 2018.06.05

(71)申请人 同济大学

地址 200092 上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人 赵治国　陈家毅　雷丹　倪润宇　(74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限

公司 31225

代理人 应小波(51)Int.Cl.

G05B 23/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图4页

()发明名称

一种增程式混合动力系统性能测试台架系统

(57)摘要

本发明涉及一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，用于增程式混合动力系统性能测试，所述的台架系统包括道路负载模拟电机控制单元、道路负载模拟电机、电池模拟器/电子负载、台架测量与控制单元；所述的台架测量与控制单元包括第一转矩转速传感器、第二转矩转速传感器、第三转矩转速传感器、台架控制单元、台架快速原型控制器及其上位机标定系统。与现有技术相比，本发明具有能够较好地测试与评价混合动力系统的性能，以实现增程式混合动力车辆更好的能量经济性和纵向驾驶性能等优点。CN 109062174 ACN 109062174 A

权　利　要　求　书

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1.一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，用于增程式混合动力系统性能测试，所述的增程式混合动力系统包括增程器系统、电驱传动装置、动力蓄电池(1)及其电池管理系统BMS(21)，其中增程器系统包括辅助功率单元APU(20)、发动机(2)、发动机控制单元(23)、发电机(5)、发电机控制单元(22)、离合器(3)和离合器执行机构(4)，所述的电驱传动装置包括驱动电机(15)、驱动电机控制单元(18)、同步器(7)、同步器执行机构(8)和减速装置(10)，其特征在于，所述的台架系统包括道路负载模拟电机控制单元(14)、道路负载模拟电机(12)、电池模拟器/电子负载(11)、台架测量与控制单元；所述的台架测量与控制单元包括第一转矩转速传感器(6)、第二转矩转速传感器(9)、第三转矩转速传感器(13)、台架控制单元(17)、台架快速原型控制器(19)及其上位机标定系统(16)；

所述的道路负载模拟电机(12)与减速装置(10)连接，所述的道路负载模拟电机控制单元(14)分别与道路负载模拟电机(12)、电池模拟器/电子负载(11)连接，所述的第一转矩转速传感器(6)接在发电机(5)和同步器(7)之间，所述的第二转矩转速传感器(9)接在同步器执行机构(8)和减速装置(10)之间，所述的第三转矩转速传感器(13)接在减速装置(10)和驱动电机(15)之间，所述的上位机标定系统(16)分别与台架控制单元(17)、台架快速原型控制器(19)连接，所述的台架快速原型控制器(19)分别与电池管理系统BMS(21)、辅助功率单元APU(20)、第一转矩转速传感器(6)、第二转矩转速传感器(9)、第三转矩转速传感器(13)、同步器执行机构(8)、驱动电机控制单元(18)、道路负载模拟电机控制单元(14)、台架控制单元(17)连接。

2.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，其特征在于，所述的辅助功率单元APU(20)分别与发动机控制单元(23)、发电机控制单元(22)连接。

3.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，其特征在于，所述的发动机(2)、离合器(3)、离合器执行机构(4)、发电机(5)、第一转矩转速传感器(6)、同步器(7)、同步器执行机构(8)、第二转矩转速传感器(9)、减速装置(10)和道路负载模拟电机(12)依次连接；所述的驱动电机(15)、第三转矩转速传感器(13)、减速装置(10)和道路负载模拟电机(12)依次连接。

4.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，其特征在于，所述的道路负载模拟电机控制单元(14)对道路负载模拟电机(12)进行控制，用于模拟车辆行驶负载，并将负载加载至减速装置的输出轴上。

5.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，其特征在于，所述的电池模拟器/电子负载(11)用于回收道路负载模拟电机产生的制动能。

6.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，其特征在于，所述的第一转矩转速传感器(6)、第二转矩转速传感器(9)、第三转矩转速传感器(13)用于实时测量传动轴的转矩转速。

7.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，其特征在于，所述的台架快速原型控制器(19)运行上位机建立的能量管理策略、模式切换策略、驾驶员模型和车辆纵向动力学模型，用于开发调试模块化增程式混合动力系统的能量管理策略及模式切换控制策略，测试并评价该增程式混合动力系统的性能。

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说　明　书

一种增程式混合动力系统性能测试台架系统

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技术领域

[0001]本发明涉及新能源汽车领域，尤其是涉及一种增程式混合动力系统性能测试台架系统。

背景技术[0002]增程式混合动力系统凭借其结构简单、节油率高、空间布置压力小、成本较低、能量密度高、续驶里程长等明显优势，已成为现阶段新能源汽车的开发热点。增程式混合动力汽车必须依靠高效的能量管理策略和可靠的模式切换控制，才能进一步提升车辆的能量经济性和纵向驾驶性能。[0003]现阶段，混合动力汽车能量管理策略和模式切换策略通常采用离线仿真和实车试验的方式加以测试评价，离线仿真需要建立整车及各零部件模型，其与实车的情况存在一定的差别，不能较好地验证控制策略的有效性；实车试验能够准确的验证控制策略，但是其开发周期较长且测试成本较高，影响整车研发的进度。因此需要设计一款增程式混合动力系统性能测试台架方案用于车辆的前期开发。

发明内容

[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增程式混合动力系统性能测试台架系统。

[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：[0006]一种增程式混合动力系统性能测试台架系统，用于增程式混合动力系统性能测试，所述的增程式混合动力系统包括增程器系统、电驱传动装置、动力蓄电池及其电池管理系统BMS，其中增程器系统包括辅助功率单元APU、发动机、发动机控制单元、发电机、发电机控制单元、离合器和离合器执行机构，所述的电驱传动装置包括驱动电机、驱动电机控制单元、同步器、同步器执行机构和减速装置，所述的台架系统包括道路负载模拟电机控制单元、道路负载模拟电机、电池模拟器/电子负载、台架测量与控制单元；所述的台架测量与控制单元包括第一转矩转速传感器、第二转矩转速传感器、第三转矩转速传感器、台架控制单元、台架快速原型控制器及其上位机标定系统；

[0007]所述的道路负载模拟电机与减速装置连接，所述的道路负载模拟电机控制单元分别与道路负载模拟电机、电池模拟器/电子负载连接，所述的第一转矩转速传感器接在发电机和同步器之间，所述的第二转矩转速传感器接在同步器执行机构和减速装置之间，所述的第三转矩转速传感器接在减速装置和驱动电机之间，所述的上位机标定系统分别与台架控制单元、台架快速原型控制器连接，所述的台架快速原型控制器分别与电池管理系统BMS、辅助功率单元APU、第一转矩转速传感器、第二转矩转速传感器、第三转矩转速传感器、同步器执行机构、驱动电机控制单元、道路负载模拟电机控制单元、台架控制单元连接。[0008]优选地，所述的辅助功率单元APU分别与发动机控制单元、发电机控制单元连接。[0009]优选地，所述的发动机、离合器、离合器执行机构、发电机、第一转矩转速传感器、

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同步器、同步器执行机构、第二转矩转速传感器、减速装置和道路负载模拟电机依次连接；所述的驱动电机、第三转矩转速传感器、减速装置和道路负载模拟电机依次连接。[0010]优选地，所述的道路负载模拟电机控制单元对道路负载模拟电机进行控制，用于模拟车辆行驶负载，并将负载加载至减速装置的输出轴上。[0011]优选地，所述的电池模拟器/电子负载用于回收道路负载模拟电机产生的制动能。[0012]优选地，所述的第一转矩转速传感器、第二转矩转速传感器、第三转矩转速传感器用于实时测量传动轴的转矩转速。[0013]优选地，所述的台架快速原型控制器运行上位机建立的能量管理策略、模式切换策略、驾驶员模型和车辆纵向动力学模型，用于开发调试模块化增程式混合动力系统的能量管理策略及模式切换控制策略，测试并评价该增程式混合动力系统的性能。[0014]与现有技术相比，本发明一方面可以较为准确的计算混合动力系统模式切换过程中真实滑摩功、冲击度等关键参数，另一方面可以开展混合动力系统能量管理策略及模式切换控制策略的研究工作，能够较好地测试与评价混合动力系统的性能，以实现新型增程式混合动力车辆更好的能量经济性和纵向驾驶性能。

附图说明

[0015]图1为增程式混合动力系统性能测试台架方案整体结构示意图；[0016]图2为增程式混合动力系统性能测试台架方案控制系统示意图；

[0017]图3为增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案一整体结构示意图；[0018]图4为增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案一控制系统示意图；[0019]图5为增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案二整体结构示意图；[0020]图6为增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案二控制系统示意图；[0021]图中标号说明：[0022]1、动力蓄电池；2、发动机；3、离合器；4、离合器执行机构；5、发电机；6、第一转矩转速传感器；7、同步器；8、同步器执行机构；9、第二转矩转速传感器；10、减速装置；11、电池模拟器/电子负载；12、道路负载模拟电机；13、第三转矩转速传感器；14、道路负载模拟电机控制单元；15、驱动电机；16、上位机标定系统；17、台架控制单元；18、驱动电机控制单元；19、台架快速原型控制器；20、辅助功率单元；21、电池管理系统；22、发电机控制单元；23、发动机控制单元；24、减速装置控制单元。[0023]“a”表示CAN总线，“b”表示机械连接，“c”表示普通电气连接，“d”表示高压电气连接。

具体实施方式

[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。[0025]如图1所示，该增程式混合动力系统性能测试台架方案包括测试对象(增程式混合动力系统)、道路负载模拟电机12、电池模拟器/电子负载11、台架测量与控制单元三部分。

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所述的增程式混合动力系统由增程器系统、电驱传动装置、动力蓄电池1及其电池管理系统(BMS)21等组成，其中增程器系统由辅助功率单元(APU)20、发动机2、发动机控制单元23、发电机5、发电机控制单元22、离合器3、离合器执行机构4等组成，且APU具有离合器控制功能；其中电驱传动装置由驱动电机15、驱动电机控制单元18、同步器7、同步器执行机构8、减速装置10等组成；台架测量与控制单元包括第一转矩转速传感器6、第二转矩转速传感器9、第三转矩转速传感器13、台架控制单元17、台架快速原型控制器19及其上位机标定系统16。[0026]辅助功率单元20分别与发动机控制单元23、发电机控制单元22相连；所述的台架快速原型控制器19与电池管理系统21、辅助功率单元20、第一转矩转速传感器6、第二转矩转速传感器9、第三转矩转速传感器13、同步器执行机构8、驱动电机控制单元18、道路负载模拟电机控制单元14、台架控制单元17及上位机标定系统16相连；所述的上位机标定系统16分别与台架快速原型控制器19、台架控制单元17相连；所述的电池模拟器/电子负载11与道路负载模拟电机控制单元14。

[0027]该增程式混合动力系统性能测试台架方案控制系统如图2所示，利用上位机标定系统中的Matlab/Simulink软件建立Simulink模型，包括驾驶员模型、车辆模型以及控制策略。

[0028]其中驾驶员模型、车辆模型以及控制策略通过RTW生成C代码，下载到台架快速原型控制器中，车辆模型计算车辆在不同工况下的行驶阻力，得到驱动系统的负载，并通过CAN总线与道路负载模拟电机控制单元进行通信，进而通过道路负载模拟电机控制单元控制道路负载模拟电机将该负载加载至减速装置的输出轴上。控制策略根据车辆的加速踏板开度、制动踏板开度、车速、电池荷电状态等状态，确定当前车辆的运行模式，计算各个动力源的转速/转矩，并通过CAN总线分配发动机转速/转矩、发电机转速/转矩以及驱动电机转速/转矩，同时，辅助功率单元控制同步器执行机构，台架快速原型控制器控制离合器执行机构，实现模式之间的切换。[0029]利用上位机标定系统中的标定软件建立图形化监控界面，可对发动机转速/转矩、发电机转速/转矩、驱动电机转速/转矩、离合器状态、同步器状态、电池荷电状态等信号进行监测，还可基于图形化标定界面，对控制策略中的参数进行标定。

[0030]离合器执行机构及同步器执行机构的控制是混合动力系统模式切换的研究重点之一，因此，试验台架采用了实车上真实的离合器及同步器，且均可实现带载运行，能够较为真实的反映实车的运行状况。通过合理的布置转矩转速传感器，该试验台架可以较为真实的计算滑摩功、冲击度等关键参数。综上，该试验台架可以较好地开发与调试模块化增程式混合动力系统的能量管理策略及模式切换控制策略，测试并评价该增程式混合动力系统的性能。

[0031]如图3所示为增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案一整体结构示意图，图中发动机控制单元23、发电机控制单元22及离合器执行机构4直接与台架快速原型控制器19相连，图4为对应的增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案一控制系统示意图。[0032]如图5所示为增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案二整体结构示意图，图中离合器执行机构4和同步器执行机构8与减速装置控制单元24相连，减速装置控制单元24与台架快速原型控制器19相连，图6为对应的增程式混合动力系统性能测试台架衍生方案二控制系统示意图。

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以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何

熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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图6

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