基本信息
- 项目名称：
- 功能集成式混合动力汽车动力传动系统动态测试平台
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品自主研发出低速大转矩负载电机并可动态加载负载阻力矩，基于虚拟仪器软硬件系统二次开发出试验台软件控制系统，实现总成系统关键部件的在线和联合标定，有利于混合动力策略制定和功能验证。本平台由传统单一动力源到动力总成系统整体优化的转变，解决了混合动力汽车新型动力传动系统标定与验证。本试验台布局灵活多变，可用于发动机、变速器、动力总成系统等关键部件的试验。本作品技术已经达到了国内领先水平。
- 详细介绍：
- 本试验台通过驾驶员模块（油门执行器和换挡机构）和整车控制器控制混合动力汽车动力系统。系统采用自主研发的高速电机作为驱动电机，实现发动机工况的准动态模拟（0.5s可以到达一个稳定工况）和两台低速大转矩电机作为负载电机，电机具有低速转矩大、运转平稳、振动小、可频繁切换正反转运行等特点，系统可以根据整车纵向动力学模型模拟不同驾驶习惯的整车起步、加速、匀速、减速、滑行和制动等行驶状态。工控机中的实时操作系统（Pharlap系统）将会对以上这些试验过程进行管理，协调所有执行模块完成自动化试验。试验台采用减速电机，省去了减速机构，直接用于模拟混合动力汽车行驶时的轮边负载，既简化了系统结构，又保证台架在整个转速范围内都能提供足够的负载。本试验台有多种布置方式：①可以将两台负载电机安装在差速器两端，驱动电机代替发动机作为变速器的动力输入源，实现对各种类型变速器（MT/AMT/AT/CVT/DCT）或混合动力专用传动装置的试验研究；②在第一种的基础上将真实发动机作为动力输入源，实现对整车动力传动系的试验研究；③一台负载电机可以作为测功机，实现对发动机、电机的试验研究。基于虚拟仪器硬件和LabVIEW软件平台，二次开发出集成多方通讯协议（USS/MODBUS/TCP/IP/CAN/KWP2000/CCP）、多种功能（标定、数据采集、控制模型验证、试验任务事件处理）于一体的动力总成试验台软件系统。克服了计算机软件仿真的不足，在国内首次实现了整车动力总成系统硬件在环仿真、标定匹配、自动化测试，建立了基于试验台的混合动力整车动力系统及专用零部件开发平台。通过本试验台架，重点解决在混合动力中发动机的不同工况（起动、怠速、加减速、换档过程、部分负荷）下的控制策略优化问题。同时，以本作品作为研究平台，在国内首次实现了混合动力整车管理系统的优化标定试验，针对具有自主产权的混合动力发动机、电机和电控离合器的控制策略进行全新规划和匹配标定，从而适应混合动力系统的运行工况。国内首次开展了对混合动力整车起动/停机工况下的污染物排放进行基础理论和工程解决问题的研究，对混合动力汽车专用二级三效催化转化器、发动机控制、变速器控制、混合动力整车控制策略进行全面的优化，从而解决混合动力整车排放难题。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品在不同方案的混合动力汽车研发过程中，可进行发动机与变速器间的优化匹配、协调、稳态及瞬态工况的联合标定，动力传动效率优化，混合动力典型功能验证，部件可靠性考核，典型城市/城郊道路工况模拟等。基本思路：试验平台的软件部分：1）整车控制器标定模块，基于CCP协议实现对控制器的在线和离线标定；2）驱动/负载电机控制模块，实现上位机对测功电机转矩、转速、运行模式的反馈控制；3）数据采集及试验报告生成模块，实现对总成系统传感器信号的同步采集，自动生成用户自定义试验报告。硬件部分：低转速大转矩电机、惯性飞轮。创新点:1）基于嵌入式系统实现自动化测试，2）低转速、大转矩电机设计，3）灵活布局、多功能试验台技术关键:试验台通过驾驶模块和整车控制器控制混合动力整车动力系统，双负载电机系统模拟不同驾驶习惯的整车起步、加速、匀速、减速、滑行和制动等行驶状态。工控机中的实时系统将会对试验过程进行管理，协调所有执行模块完成自动化试验。负载电机具有低速转矩大、运转平稳、振动小、可频繁切换正反转运行等特点。多功能：①对各类型变速器或混合动力专用传动装置的试验研究；②将发动机作为动力输入源，对整车动力传动系的试验研究；③一台负载电机可作为测功机，实现对发动机、电机的试验研究。主要技术指标恒转速控制：控制精度±1r/min，响应速率0.3s以内；恒转矩控制：控制精度±0.4% F•S，响应速率0.1s以内。系统整体响应速率控制在0.5s以内。
科学性、先进性
- 1）通过本试验台架，重点解决在混合动力中发动机不同工况下的控制策略优化问题。国内首次实现了发动机功能控制和混合动力功能控制的硬件和软件一体化。设计一套完善的混合动力控制策略，满足混合动力整车性能指标。 2）以本台架作为研究平台，在国内首次实现了混合动力整车管理系统的优化标定试验，针对混合动力发动机、电机和电控离合器的控制策略进行全新规划和匹配标定，适应混合动力系统的运行工况。国内首次对混合动力整车起动/停机工况下的污染物排放进行基础理论和工程解决问题的研究，对混合动力汽车专用二级三效催化转化器、发动机、变速器、整车控制策略进行全面优化，解决整车排放难题。 3）基于虚拟仪器硬件和LabVIEW软件平台，二次开发出集成多方通讯协议、多种功能于一体的动力总成试验台系统。在国内首次实现了整车动力总成系统硬件在环仿真、标定匹配、自动化测试，建立了基于试验台的混合动力整车动力系统及专用部件开发平台。此项技术已经达到国内领先水平。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片和录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本试验台采用自主研发的高速电机（驱动电机）和低速大转矩电机（负载电机），通过软件系统的闭环调节可以实现混合动力汽车工况的准动态模拟和自动切换（工况切换时间在0.5s内）。试验台软件系统包含丰富的按照试验需求而定的混合动力汽车测试专用模块，如快速起/停模拟系统，专用三效催化转化器快速老化系统，再生制动能量回收系统，典型道路工况模拟系统等，可对单个部件进行专项试验，也可对混合动力汽车动力总成控制系统进行匹配和联合优化标定，缩短整车开发的试验周期，降低混合动力汽车研发的风险和成本。测控软件运行于实时操作系统中，提高了测试系统的响应性，有效保证试验参数控制与采集的实时性。本试验台按照混合动力汽车开发的需求设计，同时可完成几乎所有商用车的动力总成系统、关键部件的测试，适用于国内整车开发厂商、发动机测试、研发厂商等，已在6家公司的多个研究项目中得到很好的应用。据调查，国外生产的同类型汽车动力总成试验台的价格高达200万欧元，而本平台的造价在200万人民币以内，拥有较好的性价比。
同类课题研究水平概述
- 奥地利AVL公司的Puma 5系列发动机电力测功机采用AVL Concerto作为试验台管理系统软件，该软件可以有效的配置和部署数据采集端口，广泛兼容各种仪器的通讯端口，如K线、RS 232/485、CAN总线，内置各种数据处理模块，包括脉普生成器、运行点设置器等。Cencerto软件与AVL公司的其他建模或数值分析软件如AVL Boost、AVL Cruise相互兼容，具备数据导入端口，使得Cencerto试验管理系统软件更加智能化，多元化。德国FEV公司的TCM系统严格基于ASAM概念，将多个专项试验测试系统集成于一体，包括：燃烧分析系统、驾驶员与整车模拟系统未稀释尾气测量系统、润滑油调节系统、发动机冷却液调节系统等，充分满足了混合动力汽车专项试验需求。德国GIF公司开发的汽车动力测试台架已达到了世界顶级水平，台架固定在自行开发的防震台上，车辆四轮的标准驱动轴直接连接到4台直流电机上模拟车辆实际道路工况，车辆的质量通过惯性飞轮和电机本身来模拟。起动换挡机构和离合器、油门执行共同组成了驾驶机器人，以模拟真实驾驶员的操作习惯。国内研究现状软件仿真方面：清华大学基于虚拟仪器开发环境开发了燃料电池混合动力仿真与实时控制系统，建立了基于模型的燃料电池集中控制器开发平台。对混合动力系统中各部件进行了建模，采用LabVIEW仿真模块开发了燃料电池动力系统仿真软件，基于嵌入式PC和LabVIEW实时模块开发了实时控制系统。实际应用表明仿真与实时控制系统工作可靠，为燃料电池汽车开发提供了仿真平台。试验台架方面：奇瑞汽车有限公司开发了一种混合动力电机及其控制器测试平台及方法。该测试平台中设置有至少一对同轴连接的混合动力电机，控制器与混合动力电机为电连接且一一对应，主控制计算机通过电缆和通讯总线与控制器组进行通讯，使控制器和混合动力电机按照既定的程序运行，主控制计算机传送控制信号实现测试指令的发送和测试状态的反馈，并监测测试过程中系统状态和采集测试结果。标定平台：江苏江奎集团基于VC6.0开发了CCP协议下的通用汽车电控单元标定软件：引入了MCD模型结构构建了具有良好通用性的标定系统结构，选择了32位通用电控单元硬件平台作为标定原型，系统能同时支持各种类型（不同燃料类型，不同气缸数量，不同排量等）发动机的标定。
