专利名称：一种车辆电传动装置试验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆台架试验技术领域，具体涉及一种车辆电传动装置的试验平台。
背景技术：
车辆电传动装置由两台或多台驱动电机与齿轮传动机构组成，主要作用将发动机-发电机组及储能装置的电能转化为机械能来驱动车辆行驶。功率控制单元根据综合控制器发出的指令对电能进行变换与控制，为电传动装置提供不同工况下所需的电能。传统的机械传动装置输入输出均为机械能，而电传动装置输入动力为电能输出为机械能，因此，车辆电传动装置的试验系统要比传统车辆机械传动系统更加复杂。目前，电动车辆试验测试系统多侧重于对车辆动力总成进行测试，不仅无法对电传动装置进行单独试验，也无法准确地获得电传动装置的性能。现有技术中存在的问题主要有不能实现电功率的闭环，能耗较大，经济性差；未能有效解决高低压信号同步测试问题，测试准确度低；系统结构复杂，试验针对性差。

发明内容
本发明旨在针对车辆电传动装置的性能试验问题，提供一种完善的试验平台解决方案，不仅能够实现对车载复合电源和车辆负荷特性的模拟，还能实现驱动与制动工况下的双向电功率闭环，满足车辆电传动装置的多种试验需求。本发明涉及一种车辆电传动装置试验平台，包括车辆电传动装置，试验控制计算机。其中，电传动装置具有双路输出端，第一输出端依次连接第一转速转矩测试仪、第一机械惯量单元以及第一交流电机测功机，第二输出端依次连接第二转速转矩测试仪、第二机械惯量单元以及第二交流电机测功机，双路输出端连接设备呈对称布置，第一交流电力测功机通过第一变频供电电源与低压交流配电电网连接，第二交流电力测功机通过第二变频供电电源与低压交流配电电网连。接电传动装置的电力输入端通过交直流复合电源的交流输出接口与低压交流配电电网连接，蓄电池系统、超级电容装置与电阻耗能设备均与直流母线相连接。接电传动装置的电力输入端通过电传动功率控制单元连接直流母线，直流母线再通过交直流复合电源的直流输出接口连接到低压交流配电电网；蓄电池系统、超级电容装置与电阻耗能设备均与直流母线相连接。试验平台控制系统通信网络由CAN总线、工业现场总线和以太网三种网络共同构成，其中被试设备之间通过CAN总线进行通信，满足车辆应用需求；电源设备通过工业现场总线进行通信，满足高压供电系统的安全性与可靠性需求；测试设备采用以太网进行通信，满足数据高速传输的实时性与可扩展性需求。变频供电电源与交直流复合电源均可实现双向电力传输，可以满足电传动装置驱动和制动两种工况条件的试验需求，并通过交流配电电网实现试验过程中的双向电力功率闭环。
试验控制计算机包括电源管理模块，对交直流复合电源的多路输出进行切换控制与输出特性控制；负载管理模块，控制两侧交流电力测功机的同步与独立加载；测试数据管理模块，对高压功率信号与模拟信号的同步采集、自动处理并进行单一文件存储；试验流程控制模块，管理不同试验项目的流程与自动化测试。 直流母线连接的设备为柔性组合，根据电传动装置的电源供给方式，选择采用电能回馈模式、超级电容储能模式或制动电阻消耗模式不同工作模式，从而实现对车载直流母线供电特性的准确模拟。本发明所述的试验平台的主要特点包括I)功能完善，能够满足电传动装置驱动与制动工况下的多种性能试验需求。2)配置灵活，不仅能够实现不同惯量，不同输出特性的负载特性模拟，而且能够实现不同拓扑结构，不同连接方式的供电电源特性模拟。3)适应性强，具备完成任何多路电力输入双路输出的电传动装置的试验测试能力。4)测试准确度高，能够实现高压电功率信号与低压模拟信号的同步测试、采集与数据存储，采用高速以太网通信，保证了数据传输的实时性。5)经济性好，可以实现电力功率闭环，试验过程中能耗小，节能效果好。


图1本发明所述试验平台构成原理示意中1车辆电传动装置、2转速转矩仪、3机械惯量、4交流电力测功机、5测功机变频供电电源、6电传动功率控制单PCU、7电传动综合控制器TCU、8蓄电池系统、9超级电容、10电阻耗能设备、11交直流复合电源、12功率分析仪、13信号采集设备、14试验控制计算机。
具体实施例方式附图给出了本发明的结构示意图，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。本发明所采用的技术方案是一种车辆电传动装置的试验平台，由交流电力测功机、变频供电电源、机械惯量、转速转矩测试仪、交直流复合电源、蓄电池系统、超级电容、电阻耗能设备、试验控制计算机、功率测试设备、信号采集设备、车辆电传动装置、电传动功率控制单PCU、电传动综合控制器TCU等设备构成。本发明所述试验平台的连接方式为电传动装置双路机械输出端依次连接转速转矩测试仪、机械惯量单元与交流电机测功机，交流电力测功机通过变频供电电源与低压交流配电电网连接；车辆电传动装置的电力输入端有两种连接方式，即可以通过交直流复合电源的交流输出接口与低压交流配电电网连接，也可以通过电传动功率控制单元PCU连接直流母线，直流母线再通过交直流复合电源的直流电源输出端连接到低压交流配电电网。负载系统由机械惯量单元和交流电机测功机构成，在电传动装置双侧输出端呈对称布置，能够实现不同转动惯量，不同特性曲线的双路输出负载特性模拟，其加载特性曲线由试验控制计算机给出。
电源系统由交直流复用电源和变频供电电源组成，变频供电电源为交流测功机提供电能，交直流复用电源为电传动装置提供电能。其中，交直流复用电源具有直流电源输出和交流电源输出两种工作模式当其工作在直流电源模式下时，可以实现直流电压的连续调节和稳定的电压输出，为电传动功率控制单元PCU提供直流电能；当其工作在交流电源模式下时，能够直流给电传动装置进行供电，从而实现无功率控制单元PCU状态下的电传动装置试验测试。所有电源设备均与低压交流配电电网连接，并且能实现双向电能传递。当电传动装置运行在驱动工况时，电功率流向为交流配电电网一交直流复用电源一电传动装置一交流电力测功机一交流变频电源一交流配电电网；当电传动装置运行在制动工况时，电功率流向为交流配电电网一交流变频电源一电传动装置一交流电力测功机一交直流复用电源一交流配电电网。从而实现了驱动与制动模式下的双向电功率闭环。直流母线同时具有多个设备接口，可以连接蓄电池系统、超级电容装置以及电阻耗能设备，从而可以实现单独电源供电，蓄电池、超级电容单独供电，直流电源与蓄电池系统联合供电，直流电源与超级电容联合供电等多种拓扑结构的电源特性模拟。当电传动系统采用车载发电机与蓄电池系统联合供电的工作方式时，在进行试验时，可将超级电容装置、电阻耗能设备与直流母线断开，选择直流电源与蓄电池系统联合供电的工作模式，通过试验控制计算机使直流电源模拟车载发电机输出特性，与蓄电池系统一起实现对电传动装置的直流供电。所述试验平台的控制系统通信网络由CAN总线、工业现场总线和以太网三种网络构成。其中被试设备之间通过CAN总线进行通信，满足车辆应用需求；电源与负载设备通过工业现场总线进行通信，满足高压供电系统的安全性与可靠性需求；测试系统采用以太网进行通信，满足数据高速传输的实时性与可扩展性需求。本发明所述的一种车辆电传动装置的试验平台，可完成的试验包括电传动装置驱动性能试验、电传动装置制动性能试验、电传动装置加速性能试验、电传动装置控制系统试验、电传动装置转向稳定 性试验。进行电传动装置驱动性能试验的主要步骤如下I)设定第一机械惯量单元和第二机械惯量单元的惯量为Jl = J2 = 0，利用试验控制计算机将交直流复用电源设定为直流供电模式，并设定供电电压为UO ；2)通过电传动综合控制器T⑶将电传动装置的驱动电机工作转速设定为nil =n21 = nset，使电传动装置在设定的转速下运行。利用试验控制计算机将第一交流电力测功机与第二交流电力测功机的加载转矩设定为T12 = T22 = Tset ；3)利用功率测试设备测量电传动装置的驱动电机的输入电压Ull，U21输入电流111，121和功率因数，从而可以计算电传动装置的输入功率
P1 = V3 X (^Z1, X Z11X cos J + U1' XI2' X cos φ1λ)利用转速转速分析仪测量电传动装置的输出转速η12，η22和输出转矩Τ12，Τ22，从而可以计算电传动装置的输出功率P2 = (T12 X η12+Τ22 X η22) /9.55可进一步计算电传动装置的效率η = P2ZP1X 100 %
4)在试验运行中通过试验控制计算机实时监控并记录电传动装置的操纵油压力、润滑油压力、润滑油温度、冷却液温度、电传动装置温度等参数。该试验平台包括第一交流电力测功机4、变频供电电源5、机械惯量3、转速转矩测试仪2、交直流复合电源11、蓄电池系统8、超级电容9、电阻耗能设备10、试验控制计算机14、功率测试设备12、信号采集设备13、车辆电传动装置1、电传动功率控制单元PCU6、电传动综合控制器TCU7。其中车辆电传动装置I两侧输出端分别连接转速转矩测试仪2、机械惯量单元3与交流电机测功机4，两侧对称布置；交流电力测功机4通过变频供电电源5与低压交流配电电网连接，车辆电传动装置I的电力输入端即可以通过交直流复合电源11的交流输出接口与低压交流配电电网连接，也可以通过电传动功率控制单元PCU6与直流母线连接，直流母线通过交直流复合电源11的直流电源输出端连接到低压交流配电电网连接；蓄电池系统8、超级电容装置9与电阻耗能设备10均与直流母线连接。控制设备组成CAN总线、工业现场总线和以太网三个控制网络，三个网络通过试验控制计算机14相连接，其中电传动功率控制单元6、电传动综合控制器7与蓄电池系统8通过CAN总线进行通信，能够满足车辆应用需求；变频供电电源、交直流复合电源11与试验控制计算机通过工业现场总线网络进行通信，可以保证高压供电系统的安全性与可靠性；功率测试设备12、信号采集设备13与试验控制计算机14之间采用高速以太网进行通信，可以实现测试数据高速传输的实时性与可扩展性。在试验中，可通过试验室低压交流配电电网实现试验中的电力功率闭环，同时，电力能量可以双向传输。交直流复合电源11具有直流输出接口和多路交流输出接口，分别实现车辆主供电电源模拟和车辆功率控制单元模拟的功能。可根据试验功能需求，利用试验控制计算机14的电源控制软件完成交流电源和直流电源之间进行切换，并实现交直流电源输出特性曲线的模拟功能。该试验平台可根据所试验的电传动系统的工作方式，可选择采用电能回馈模式、超级电容储能模式和制动电阻消耗模式等不同工作模式的自由切换，从而实现对车载直流母线的精准模拟。功率测试设备12可以可根据试验需求自由配置，试验控制计算机14的测试控制软件实现对功率测试设备和信号采集设备等底层测试设备的设置与数据处理等功能，能够实现高压功率信号与模拟信号的同步采集、自动处理与单一文件存储，保证采集数据的准确性和实时性。针对电传动装置试验测试需求，采用基于高速以太网的数据采集系统。其中，利用功率测试设备12对高压电功率信号进行测试，利用高速数据采集设备13对低压模拟信号进行测试，功率测试设备和数据采集设备通过高速以太网试验控制计算机14连接，并利用试验控制计算机完成测试控制与数据存储功能。试验控制计算机14能够实现高压功率信号与模拟信号的同步采集、自动处理与单一文件存储，高速以太网可以保证采集数据的准确性和实时性。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种车辆电传动装置试验平台，包括车辆电传动装置(1)，试验控制计算机(14)，其特征在于电传动装置(I)具有双路输出端，第一输出端依次连接第一转速转矩测试仪(2)、第一机械惯量单元(3)以及第一交流电机测功机(4)，第二输出端依次连接第二转速转矩测试仪(2’)、第二机械惯量单元(3’ )以及第二交流电机测功机(4’)，双路输出端连接设备呈对称布置，第一交流电力测功机(4)通过第一变频供电电源(5)与低压交流配电电网连接，第二交流电力测功机(4’)通过第二变频供电电源(5，)与低压交流配电电网连。
2.根据权利要求1所述的车辆电传动装置试验平台，其特征在于，接电传动装置(I)的电力输入端通过交直流复合电源(11)的交流输出接口与低压交流配电电网连接，蓄电池系统(8)、超级电容装置(9)与电阻耗能设备(10)均与直流母线相连接。
3.根据权利要求1所述的车辆电传动装置试验平台，其特征在于，接电传动装置(I)的电力输入端通过电传动功率控制单元(6)连接直流母线，直流母线再通过交直流复合电源(11)的直流输出接口连接到低压交流配电电网；蓄电池系统(8)、超级电容装置(9)与电阻耗能设备(10)均与直流母线相连接。
4.根据权利要求2或3所述的车辆电传动装置试验平台，其特征在于，试验平台控制系统通信网络由CAN总线、工业现场总线和以太网三种网络共同构成，其中被试设备之间通过CAN总线进行通信，满足车辆应用需求；电源设备通过工业现场总线进行通信，满足高压供电系统的安全性与可靠性需求；测试设备采用以太网进行通信，满足数据高速传输的实时性与可扩展性需求。
5.根据权利要求书4所述的车辆电传动装置试验平台，其特征在于，变频供电电源(5)与交直流复合电源(11)均可实现双向电力传输，可以满足电传动装置驱动和制动两种工况条件的试验需求，并通过交流配电电网实现试验过程中的双向电力功率闭环。
6.根据权利要求书2或3所述的车辆电传动装置试验平台，其特征在于，试验控制计算机(14)包括 电源管理模块，对交直流复合电源(11)的多路输出进行切换控制与输出特性控制； 负载管理模块，控制两侧交流电力测功机的同步与独立加载； 测试数据管理模块，对高压功率信号与模拟信号的同步采集、自动处理并进行单一文件存储； 试验流程控制模块，管理不同试验项目的流程与自动化测试。
7.根据权利要求书2或3所述的车辆电传动装置试验平台，其特征在于，直流母线连接的设备为柔性组合，根据电传动装置的电源供给方式，选择采用电能回馈模式、超级电容储能模式或制动电阻消耗模式不同工作模式，从而实现对车载直流母线供电特性的准确模拟。
全文摘要
一种车辆电传动装置试验平台，包括车辆电传动装置，试验控制计算机。其中电传动装置具有双路输出端，第一输出端依次连接第一转速转矩测试仪、第一机械惯量单元以及第一交流电机测功机，第二输出端依次连接第二转速转矩测试仪、第二机械惯量单元以及第二交流电机测功机，双路输出端连接设备呈对称布置，第一交流电力测功机通过第一变频供电电源与低压交流配电电网连接，第二交流电力测功机通过第二变频供电电源与低压交流配电电网连。
文档编号G01M13/02GK103063944SQ20121052897
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者马晓枫, 盖江涛, 马长军, 吴才成, 白宫鼎, 马田, 刘云鹏, 万帆 申请人:中国北方车辆研究所