本發(fā)明涉及一種電動汽車動力系統(tǒng)及控制器綜合試驗臺架及方法。

背景技術(shù)：

能源危機和環(huán)境污染是當(dāng)今世界面臨的兩大難題。電動汽車因節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的必然趨勢。動力系統(tǒng)及控制器的性能好壞直接影響整車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性等，其性能測試在整個電動汽車系統(tǒng)開發(fā)中占據(jù)重要的地位。

與傳統(tǒng)的燃油汽車不同，電動汽車的動力系統(tǒng)及控制器主要是電氣設(shè)備和電力電子設(shè)備，主要包括驅(qū)動電機及其控制器、動力電池及其管理系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，其開發(fā)測試流程一般包括建模仿真、臺架試驗、實車場地試驗等。其中，實車場地試驗需要配備專門的試驗車輛、測試場地和熟練的駕駛員，試驗周期長、投入大，安全性要求高，因此絕大部分的測試需要提前在臺架上完成，而目前國內(nèi)的電動汽車動力系統(tǒng)試驗臺架，普遍存在著局限于測試電動汽車某種單一部件，或是局限于測試某種單一動力構(gòu)型的缺點，功能單一，特別是不能實現(xiàn)對動力系統(tǒng)的硬件在環(huán)測試。這些不足已經(jīng)不能滿足當(dāng)前電動汽車研發(fā)和測試的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種電動汽車動力系統(tǒng)及控制器綜合試驗臺架及方法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車動力部件及其控制器，以及純電動、混合動力等多種構(gòu)型的動力系統(tǒng)綜合測試，本發(fā)明的綜合測試臺架，具有方案切實可行，使用方便，功能齊全的特點，方便用戶自主改造其結(jié)構(gòu)和功能，提高了試驗臺架的綜合利用率，應(yīng)用廣泛，極具推廣價值。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電動汽車動力系統(tǒng)及控制器綜合試驗臺架，包括驅(qū)動電機、動力電池組及其管理系統(tǒng)、臺架監(jiān)控系統(tǒng)、硬件在環(huán)系統(tǒng)和交流測功機，其中：

所述臺架監(jiān)控系統(tǒng)，分別與電機控制器、電池管理系統(tǒng)和硬件在環(huán)系統(tǒng)相連；發(fā)出控制和接收反饋信號，實現(xiàn)臺架的全程監(jiān)控；

所述的硬件在環(huán)系統(tǒng)，被配置為加載不同車型的動力總成模型及駕駛環(huán)境，通過所述臺架監(jiān)控系統(tǒng)控制測功機來模擬道路工況；

所述的交流測功機，接收臺架監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號，并控制測功機的轉(zhuǎn)速和扭矩，通過扭矩法蘭、傳動軸及適配器與電機同軸連接，并通過利用扭矩法蘭測量電機扭矩和轉(zhuǎn)速并將測量信號傳輸給臺架監(jiān)控系統(tǒng)；

所述的驅(qū)動電機，通過動力線與電機控制器相連，電機控制器通過直流母線與電池模擬測試儀或動力電池包相連；所述的電機控制器，與臺架監(jiān)控系統(tǒng)相連，通過CAN通訊將電機控制器的輸入輸出電壓、輸入輸出電流、電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、電機轉(zhuǎn)矩、電機和控制器溫度參數(shù)，傳至臺架監(jiān)控系統(tǒng)；

所述動力電池組，與電池模擬測試儀相連，內(nèi)部電池單體通過電壓、溫度采集模塊與臺架監(jiān)控系統(tǒng)相連。

所述的動力電池組，與電池管理系統(tǒng)BCU或快速控制原型設(shè)備相連。

所述電池模擬測試儀，通過加載電池模型，模擬電池電壓、電流的特性輸出，控制電壓電流輸出，對動力電池組進行充放電測試。

所述快速控制原型設(shè)備，與計算機相連，計算機接收快速控制原型設(shè)備傳送來的參數(shù)信息，并在界面上實時顯示和記錄測試數(shù)據(jù)。

所述快速控制原型設(shè)備，具體包括整車控制器HCU、電池管理系統(tǒng)BMS和電機控制器MCU，其中，所述的整車控制器HCU，通過CAN通訊與硬件在環(huán)系統(tǒng)相連，接收汽車車速、驅(qū)動電機和發(fā)動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩和電池SOC信息，經(jīng)整車控制器HCU處理之后，將油門、剎車等控制信號發(fā)送到硬件在環(huán)系統(tǒng)，然后將轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等信號傳送給臺架監(jiān)控系統(tǒng)和電機控制器，控制交流測功機和驅(qū)動電機運行；

所述的電池管理系統(tǒng)BMS，通過模擬和數(shù)字輸入輸出接口與驅(qū)動電路相連，實現(xiàn)對動力電池組的充放電與均衡控制；

所述的電機控制器MCU，通過模擬和數(shù)字輸入輸出接口與電機逆變器相連，實現(xiàn)對電機逆變器IGBT的開關(guān)控制和電壓、電流與轉(zhuǎn)速參數(shù)測量。

所述電機控制器的直流母線、三相動力線、電流傳感器與功率分析儀相連，通過TCP/IP通信將采集到的電機電壓、電流信號傳送至臺架控制系統(tǒng)。

所述驅(qū)動電機和電機控制器通過冷卻管道與水冷循環(huán)機相連，實現(xiàn)水冷循環(huán)。

所述電機設(shè)置于電機底座上，所述交流測功機設(shè)置于測功機底座上，且電機底座與測功機底座設(shè)置于支撐平臺上，所述支撐平臺下設(shè)置有若干組減震彈簧。

系統(tǒng)還包括操作監(jiān)控工作臺，包括多臺高度可調(diào)整和視角可調(diào)的液晶顯示器、手動操作控制面板、急停控制開關(guān)和鍵盤、鼠標(biāo)等操作設(shè)備。

系統(tǒng)還包括CAN監(jiān)控設(shè)備，采用USB-CAN通信設(shè)備，通過USB線與計算機相連，通過CAN通訊分別與臺架監(jiān)控系統(tǒng)、硬件在環(huán)系統(tǒng)和電機控制器相連，通過計算機檢測和監(jiān)控CAN通信是否正常。

所述交流測功機，與驅(qū)動電機之間配有拱形門狀的金屬防護罩，防護罩通過與驅(qū)動電機和交流測功機支撐底座外殼緊密無縫相連。

所述電機控制器，具有預(yù)充電盒，同時并聯(lián)蓄電池，以防控制器掉電。

基于上述試驗臺架的工作方法，利用臺架監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出控制和接收反饋信號，實現(xiàn)臺架的全程監(jiān)控，加載不同車型的動力總成模型及駕駛環(huán)境，通過臺架監(jiān)控系統(tǒng)控制測功機來模擬道路工況；交流測功機，接收臺架監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號，并控制測功機的轉(zhuǎn)速和扭矩，通過扭矩法蘭、傳動軸及適配器與電機同軸連接，并通過利用扭矩法蘭測量電機扭矩和轉(zhuǎn)速并將測量信號傳輸給臺架監(jiān)控系統(tǒng)；采集電機控制器的輸入輸出電壓、輸入輸出電流、電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、電機轉(zhuǎn)矩、電機和控制器溫度參數(shù)以及內(nèi)部電池單體通過電壓、溫度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明方案切實可行，使用方便，功能齊全，方便用戶自主改進結(jié)構(gòu)和功能，克服了目前國內(nèi)測試臺架功能單一的不足，提高了試驗臺架的綜合利用率，應(yīng)用廣泛，極具推廣價值；

(2)本發(fā)明方案切實可行，使用方便，功能齊全，方便用戶自主改進結(jié)構(gòu)和功能，克服了目前國內(nèi)測試臺架功能單一的不足，提高了試驗臺架的綜合利用率，應(yīng)用廣泛，極具推廣價值；

(3)本發(fā)明集成了交流測功機、電池模擬/測試儀和臺架監(jiān)控系統(tǒng)；集成了驅(qū)動電機及控制器、動力電池及管理系統(tǒng)、溫濕度控制箱、水冷循環(huán)機、功率分析儀、扭矩法蘭、電流傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等設(shè)備和測試儀器；集成了控制器快速控制原型系統(tǒng)和CAN通信監(jiān)控設(shè)備等，能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車動力部件及其控制器，以及純電動、混合動力等多種構(gòu)型的動力系統(tǒng)綜合測試。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1是電動汽車動力系統(tǒng)及控制器綜合測試臺架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)是綜合試驗臺架鑄鐵平臺及其減震彈簧的布置方案的側(cè)視圖和俯視圖。

圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)是應(yīng)用快速控制原型系統(tǒng)開發(fā)HCU、MCU、BMS等控制器的原理結(jié)構(gòu)簡圖。

其中：操作監(jiān)控工作臺(1)、系統(tǒng)控制柜(2)、CAN監(jiān)控設(shè)備(3)、計算機(4)、快速控制原型設(shè)備(5)、工控機(6)、功率分析儀(7)、蓄電池(8)、水冷循環(huán)機(9)、電機控制器(10)、預(yù)充電電路(11)、電池模擬測試儀(12)、供電分路單元(13)、電池管理系統(tǒng)(14)、動力電池組(15)、溫濕度控制箱(16)、驅(qū)動電機(17)、電機底座(18)、鑄鐵平臺(19)、適配器(20)、傳動軸(21)、保護罩(22)、基礎(chǔ)(23)、扭矩法蘭(24)、交流測功機(25)、測功機底座(26)、減震彈簧(27)、測功機控制柜(28)。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

一種電動汽車動力系統(tǒng)及控制器綜合試驗臺架，包括操作監(jiān)控工作臺(1)、系統(tǒng)控制柜(2)、CAN監(jiān)控設(shè)備(3)、計算機(4)、快速控制原型設(shè)備(5)、工控機(6)、功率分析儀(7)、蓄電池(8)、水冷循環(huán)機(9)、電機控制器(10)、預(yù)充電電路(11)、電池模擬測試儀(12)、供電分路單元(13)、電池管理系統(tǒng)(14)、動力電池組(15)、溫濕度控制箱(16)、驅(qū)動電機(17)、電機底座(18)、鑄鐵平臺(19)、適配器(20)、傳動軸(21)、保護罩(22)、基礎(chǔ)(23)、扭矩法蘭(24)、交流測功機(25)、測功機底座(26)、減震彈簧(27)、測功機控制柜(28)等。

所述的動力系統(tǒng)及控制器，包括驅(qū)動電機及其控制器、動力電池及其管理系統(tǒng)等；

所述系統(tǒng)控制柜包含臺架監(jiān)控系統(tǒng)、硬件在環(huán)系統(tǒng)、通信接口等；

所述的臺架監(jiān)控系統(tǒng)，分別與電機控制器、電池管理系統(tǒng)、測功機控制柜、硬件在環(huán)系統(tǒng)、快速控制原型系統(tǒng)相連，并發(fā)出控制和接收反饋信號，實現(xiàn)臺架的全程監(jiān)控；

所述的硬件在環(huán)系統(tǒng)，能夠加載純電動汽車、混合動力汽車等不同車型的動力總成模型，能夠加載虛擬車輛和道路交通等駕駛環(huán)境，能夠通過所述的臺架監(jiān)控系統(tǒng)控制測功機來模擬道路工況；

所述的交流測功機，與測功機控制柜相連，測功機控制柜接收臺架監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號，并控制測功機的轉(zhuǎn)速和扭矩；所述的交流測功機通過扭矩法蘭、傳動軸及適配器與電機同軸連接，并通過利用扭矩法蘭測量電機扭矩和轉(zhuǎn)速；所述的扭矩法蘭，其輸出的轉(zhuǎn)速信號線和扭矩信號線與臺架監(jiān)控系統(tǒng)相連；

所述的交流測功機，與電機之間配有拱形門狀的金屬防護罩，防護罩通過與驅(qū)動電機和交流測功機支撐底座外殼緊密無縫相連；

所述的驅(qū)動電機，是電動汽車用驅(qū)動電機，通過動力線與電機控制器相連，電機控制器通過直流母線與電池模擬測試儀或動力電池包相連；所述的電機控制器，具有預(yù)充電盒，同時并聯(lián)蓄電池，以防控制器掉電；所述的電機控制器，與臺架監(jiān)控系統(tǒng)相連，通過CAN通訊將電機控制器的輸入輸出電壓、輸入輸出電流、電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、電機轉(zhuǎn)矩、電機和控制器溫度等參數(shù)，傳至臺架監(jiān)控系統(tǒng)。

所述的動力電池組，可放置于溫濕度控制箱內(nèi)，并與電池模擬測試儀相連，內(nèi)部電池單體通過電壓、溫度采集模塊與臺架監(jiān)控系統(tǒng)相連；所述的動力電池組，與電池管理系統(tǒng)BCU或快速控制原型設(shè)備相連；

所述的電池模擬測試儀，可以通過加載電池模型，模擬電池電壓、電流的特性輸出，還可以通過加載電池充放電程序，控制電壓電流輸出，對動力電池組進行充放電測試；

所述的快速控制原型設(shè)備，可以快速開發(fā)的控制系統(tǒng)原型，包括整車控制器HCU、電池管理系統(tǒng)BMS和電機控制器MCU等；所述的快速控制原型設(shè)備，與計算機相連，計算機接收快速控制原型設(shè)備傳送來的參數(shù)信息，并在界面上實時顯示和記錄測試數(shù)據(jù)。

所述的整車控制器HCU，通過CAN通訊與硬件在環(huán)系統(tǒng)相連，可以接收汽車車速、驅(qū)動電機和發(fā)動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、電池SOC等信息，經(jīng)整車控制器HCU處理之后，將油門、剎車等控制信號發(fā)送到硬件在環(huán)系統(tǒng)，然后通過CAN通訊將轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等信號傳送給臺架監(jiān)控系統(tǒng)和電機控制器，控制交流測功機和驅(qū)動電機運行；

所述的電池管理系統(tǒng)BMS，通過模擬和數(shù)字輸入輸出接口與驅(qū)動電路相連，實現(xiàn)對動力電池組的充放電、均衡控制等；

所述的電機控制器MCU，通過模擬和數(shù)字輸入輸出接口與電機逆變器相連，實現(xiàn)對電機逆變器IGBT的開關(guān)控制和電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)測量。

所述功率分析儀與電機控制器的直流母線、三相動力線、電流傳感器相連，通過TCP/IP通信將采集到的電機電壓、電流等信號傳送至臺架控制系統(tǒng)；

所述的水冷循環(huán)機，通過冷卻管道與驅(qū)動電機和電機控制器相連，實現(xiàn)水冷循環(huán)。

所述的鑄鐵平臺，大小為200cmX400cm，正下方采用二排四列共八個減震彈簧支撐，平臺四周為電纜溝。

所述的操作監(jiān)控工作臺，包括四臺可以調(diào)整高度和左右視角的液晶顯示器、手動操作控制面板、急?？刂崎_關(guān)和鍵盤、鼠標(biāo)等操作設(shè)備；

所述的CAN監(jiān)控設(shè)備，采用USB-CAN通信設(shè)備，通過USB線與計算機相連，通過CAN通訊分別與臺架監(jiān)控系統(tǒng)、硬件在環(huán)系統(tǒng)、電機控制器等設(shè)備相連，通過計算機檢測和監(jiān)控CAN通信是否正常。

以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明綜合測試臺架的技術(shù)方案和具體實施作進一步的詳細說明：

1.根據(jù)圖2(a)-圖2(c)設(shè)計電動汽車動力系統(tǒng)及控制器綜合測試臺架的鑄鐵平臺及減震方案，根據(jù)交流測功機和驅(qū)動電機軸高度，設(shè)計并安裝交流測功機和驅(qū)動電機底座，底座通過螺栓與鑄鐵平臺緊固；扭矩法蘭與測功機輸出軸對中聯(lián)接。借助水平測試儀，調(diào)節(jié)電機底座的高度，確保測功機、扭矩法蘭、傳動軸、適配器和電機輸出軸的中心線高度保持一致和同軸共線。

2.根據(jù)圖1所示的電動汽車動力系統(tǒng)及控制器綜合測試臺架結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)測試需求搭建不同結(jié)構(gòu)的試驗臺架。臺架監(jiān)控系統(tǒng)是系統(tǒng)的控制核心，分別與電機控制器、測功機控制柜、硬件在環(huán)系統(tǒng)、快速控制原型系統(tǒng)等設(shè)備相連，并發(fā)出控制信號和接收反饋信號。在試驗過程中，硬件在環(huán)系統(tǒng)通過加載搭建的純電動汽車、混合動力汽車等車型的動力總成，其中驅(qū)動電機、動力電池可為真實部件，而其他部件如發(fā)動機、離合器、變速箱等可為模型，通過加載虛擬車輛和交通等虛擬環(huán)境，并通過交流測功機模擬道路工況，能夠在臺架上實現(xiàn)對動力系統(tǒng)及控制器的硬件在環(huán)測試；

3.根據(jù)圖3(a)-圖3(b)采用快速控制原型系統(tǒng)開發(fā)HCU、MCU、BMS等控制器；所述的快速控制原型設(shè)備，可以快速開發(fā)的控制系統(tǒng)原型，包括整車控制器HCU、電池管理系統(tǒng)BMS和電機控制器MCU等；所述的整車控制器HCU，通過CAN通訊與硬件在環(huán)系統(tǒng)相連，可以接收汽車車速、驅(qū)動電機和發(fā)動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、電池SOC等信息，經(jīng)整車控制器HCU處理之后，將油門、剎車等控制信號發(fā)送到硬件在環(huán)系統(tǒng)，然后通過CAN通訊將轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等信號傳送給臺架監(jiān)控系統(tǒng)和電機控制器，控制交流測功機和驅(qū)動電機運行；所述的電池管理系統(tǒng)BMS，通過模擬和數(shù)字輸入輸出接口與驅(qū)動電路相連，實現(xiàn)對動力電池組的充放電、均衡控制等；所述的電機控制器MCU，通過模擬和數(shù)字輸入輸出接口與電機逆變器相連，實現(xiàn)對電機逆變器IGBT的開關(guān)控制和電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)測量。所述的快速控制原型設(shè)備，與計算機相連，計算機接收快速控制原型設(shè)備傳送來的參數(shù)信息，并在界面上實時顯示和記錄測試數(shù)據(jù)。

4.本發(fā)明的一種綜合測試臺架基本操作過程，主要包括測試開始前的各項安全檢查，包括供電電源是否正常、電機防護罩是否牢固等；啟動電機水冷循環(huán)機，設(shè)定水冷系統(tǒng)的溫度值；啟動系統(tǒng)后，加載系統(tǒng)參數(shù)、配置文件和測試任務(wù)，開啟監(jiān)控功能，觀測監(jiān)控模式下是否有警示信息；啟動和設(shè)置電池模擬測試儀參數(shù)和保護限值；啟動系統(tǒng)運行，觀察臺架上的驅(qū)動電機、動力電池等隨工況運行情況；測試任務(wù)結(jié)束后，保存測試數(shù)據(jù)，停止測試，并重新進入監(jiān)控模式；按順序關(guān)閉系統(tǒng)設(shè)備，整理測試數(shù)據(jù)，編寫測試報告。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。