基本信息
- 項目名稱：
- 功能集成式混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)動態(tài)測試平臺
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品自主研發(fā)出低速大轉(zhuǎn)矩負載電機并可動態(tài)加載負載阻力矩，基于虛擬儀器軟硬件系統(tǒng)二次開發(fā)出試驗臺軟件控制系統(tǒng)，實現(xiàn)總成系統(tǒng)關(guān)鍵部件的在線和聯(lián)合標定，有利于混合動力策略制定和功能驗證。本平臺由傳統(tǒng)單一動力源到動力總成系統(tǒng)整體優(yōu)化的轉(zhuǎn)變，解決了混合動力汽車新型動力傳動系統(tǒng)標定與驗證。本試驗臺布局靈活多變，可用于發(fā)動機、變速器、動力總成系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的試驗。本作品技術(shù)已經(jīng)達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。
- 詳細介紹：
- 本試驗臺通過駕駛員模塊（油門執(zhí)行器和換擋機構(gòu)）和整車控制器控制混合動力汽車動力系統(tǒng)。系統(tǒng)采用自主研發(fā)的高速電機作為驅(qū)動電機，實現(xiàn)發(fā)動機工況的準動態(tài)模擬（0.5s可以到達一個穩(wěn)定工況）和兩臺低速大轉(zhuǎn)矩電機作為負載電機，電機具有低速轉(zhuǎn)矩大、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動小、可頻繁切換正反轉(zhuǎn)運行等特點，系統(tǒng)可以根據(jù)整車縱向動力學(xué)模型模擬不同駕駛習(xí)慣的整車起步、加速、勻速、減速、滑行和制動等行駛狀態(tài)。工控機中的實時操作系統(tǒng)（Pharlap系統(tǒng)）將會對以上這些試驗過程進行管理，協(xié)調(diào)所有執(zhí)行模塊完成自動化試驗。試驗臺采用減速電機，省去了減速機構(gòu)，直接用于模擬混合動力汽車行駛時的輪邊負載，既簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又保證臺架在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能提供足夠的負載。本試驗臺有多種布置方式：①可以將兩臺負載電機安裝在差速器兩端，驅(qū)動電機代替發(fā)動機作為變速器的動力輸入源，實現(xiàn)對各種類型變速器（MT/AMT/AT/CVT/DCT）或混合動力專用傳動裝置的試驗研究；②在第一種的基礎(chǔ)上將真實發(fā)動機作為動力輸入源，實現(xiàn)對整車動力傳動系的試驗研究；③一臺負載電機可以作為測功機，實現(xiàn)對發(fā)動機、電機的試驗研究?；谔摂M儀器硬件和LabVIEW軟件平臺，二次開發(fā)出集成多方通訊協(xié)議（USS/MODBUS/TCP/IP/CAN/KWP2000/CCP）、多種功能（標定、數(shù)據(jù)采集、控制模型驗證、試驗任務(wù)事件處理）于一體的動力總成試驗臺軟件系統(tǒng)。克服了計算機軟件仿真的不足，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了整車動力總成系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真、標定匹配、自動化測試，建立了基于試驗臺的混合動力整車動力系統(tǒng)及專用零部件開發(fā)平臺。通過本試驗臺架，重點解決在混合動力中發(fā)動機的不同工況（起動、怠速、加減速、換檔過程、部分負荷）下的控制策略優(yōu)化問題。同時，以本作品作為研究平臺，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了混合動力整車管理系統(tǒng)的優(yōu)化標定試驗，針對具有自主產(chǎn)權(quán)的混合動力發(fā)動機、電機和電控離合器的控制策略進行全新規(guī)劃和匹配標定，從而適應(yīng)混合動力系統(tǒng)的運行工況。國內(nèi)首次開展了對混合動力整車起動/停機工況下的污染物排放進行基礎(chǔ)理論和工程解決問題的研究，對混合動力汽車專用二級三效催化轉(zhuǎn)化器、發(fā)動機控制、變速器控制、混合動力整車控制策略進行全面的優(yōu)化，從而解決混合動力整車排放難題。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本作品在不同方案的混合動力汽車研發(fā)過程中，可進行發(fā)動機與變速器間的優(yōu)化匹配、協(xié)調(diào)、穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況的聯(lián)合標定，動力傳動效率優(yōu)化，混合動力典型功能驗證，部件可靠性考核，典型城市/城郊道路工況模擬等?；舅悸罚涸囼炂脚_的軟件部分：1）整車控制器標定模塊，基于CCP協(xié)議實現(xiàn)對控制器的在線和離線標定；2）驅(qū)動/負載電機控制模塊，實現(xiàn)上位機對測功電機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、運行模式的反饋控制；3）數(shù)據(jù)采集及試驗報告生成模塊，實現(xiàn)對總成系統(tǒng)傳感器信號的同步采集，自動生成用戶自定義試驗報告。硬件部分：低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩電機、慣性飛輪。創(chuàng)新點:1）基于嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)自動化測試，2）低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩電機設(shè)計，3）靈活布局、多功能試驗臺技術(shù)關(guān)鍵:試驗臺通過駕駛模塊和整車控制器控制混合動力整車動力系統(tǒng)，雙負載電機系統(tǒng)模擬不同駕駛習(xí)慣的整車起步、加速、勻速、減速、滑行和制動等行駛狀態(tài)。工控機中的實時系統(tǒng)將會對試驗過程進行管理，協(xié)調(diào)所有執(zhí)行模塊完成自動化試驗。負載電機具有低速轉(zhuǎn)矩大、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動小、可頻繁切換正反轉(zhuǎn)運行等特點。多功能：①對各類型變速器或混合動力專用傳動裝置的試驗研究；②將發(fā)動機作為動力輸入源，對整車動力傳動系的試驗研究；③一臺負載電機可作為測功機，實現(xiàn)對發(fā)動機、電機的試驗研究。主要技術(shù)指標恒轉(zhuǎn)速控制：控制精度±1r/min，響應(yīng)速率0.3s以內(nèi)；恒轉(zhuǎn)矩控制：控制精度±0.4% F?S，響應(yīng)速率0.1s以內(nèi)。系統(tǒng)整體響應(yīng)速率控制在0.5s以內(nèi)。
科學(xué)性、先進性
- 1）通過本試驗臺架，重點解決在混合動力中發(fā)動機不同工況下的控制策略優(yōu)化問題。國內(nèi)首次實現(xiàn)了發(fā)動機功能控制和混合動力功能控制的硬件和軟件一體化。設(shè)計一套完善的混合動力控制策略，滿足混合動力整車性能指標。 2）以本臺架作為研究平臺，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了混合動力整車管理系統(tǒng)的優(yōu)化標定試驗，針對混合動力發(fā)動機、電機和電控離合器的控制策略進行全新規(guī)劃和匹配標定，適應(yīng)混合動力系統(tǒng)的運行工況。國內(nèi)首次對混合動力整車起動/停機工況下的污染物排放進行基礎(chǔ)理論和工程解決問題的研究，對混合動力汽車專用二級三效催化轉(zhuǎn)化器、發(fā)動機、變速器、整車控制策略進行全面優(yōu)化，解決整車排放難題。 3）基于虛擬儀器硬件和LabVIEW軟件平臺，二次開發(fā)出集成多方通訊協(xié)議、多種功能于一體的動力總成試驗臺系統(tǒng)。在國內(nèi)首次實現(xiàn)了整車動力總成系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真、標定匹配、自動化測試，建立了基于試驗臺的混合動力整車動力系統(tǒng)及專用部件開發(fā)平臺。此項技術(shù)已經(jīng)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片和錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本試驗臺采用自主研發(fā)的高速電機（驅(qū)動電機）和低速大轉(zhuǎn)矩電機（負載電機），通過軟件系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)混合動力汽車工況的準動態(tài)模擬和自動切換（工況切換時間在0.5s內(nèi)）。試驗臺軟件系統(tǒng)包含豐富的按照試驗需求而定的混合動力汽車測試專用模塊，如快速起/停模擬系統(tǒng)，專用三效催化轉(zhuǎn)化器快速老化系統(tǒng)，再生制動能量回收系統(tǒng)，典型道路工況模擬系統(tǒng)等，可對單個部件進行專項試驗，也可對混合動力汽車動力總成控制系統(tǒng)進行匹配和聯(lián)合優(yōu)化標定，縮短整車開發(fā)的試驗周期，降低混合動力汽車研發(fā)的風(fēng)險和成本。測控軟件運行于實時操作系統(tǒng)中，提高了測試系統(tǒng)的響應(yīng)性，有效保證試驗參數(shù)控制與采集的實時性。本試驗臺按照混合動力汽車開發(fā)的需求設(shè)計，同時可完成幾乎所有商用車的動力總成系統(tǒng)、關(guān)鍵部件的測試，適用于國內(nèi)整車開發(fā)廠商、發(fā)動機測試、研發(fā)廠商等，已在6家公司的多個研究項目中得到很好的應(yīng)用。據(jù)調(diào)查，國外生產(chǎn)的同類型汽車動力總成試驗臺的價格高達200萬歐元，而本平臺的造價在200萬人民幣以內(nèi)，擁有較好的性價比。
同類課題研究水平概述
- 奧地利AVL公司的Puma 5系列發(fā)動機電力測功機采用AVL Concerto作為試驗臺管理系統(tǒng)軟件，該軟件可以有效的配置和部署數(shù)據(jù)采集端口，廣泛兼容各種儀器的通訊端口，如K線、RS 232/485、CAN總線，內(nèi)置各種數(shù)據(jù)處理模塊，包括脈普生成器、運行點設(shè)置器等。Cencerto軟件與AVL公司的其他建?；驍?shù)值分析軟件如AVL Boost、AVL Cruise相互兼容，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)入端口，使得Cencerto試驗管理系統(tǒng)軟件更加智能化，多元化。德國FEV公司的TCM系統(tǒng)嚴格基于ASAM概念，將多個專項試驗測試系統(tǒng)集成于一體，包括：燃燒分析系統(tǒng)、駕駛員與整車模擬系統(tǒng)未稀釋尾氣測量系統(tǒng)、潤滑油調(diào)節(jié)系統(tǒng)、發(fā)動機冷卻液調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，充分滿足了混合動力汽車專項試驗需求。德國GIF公司開發(fā)的汽車動力測試臺架已達到了世界頂級水平，臺架固定在自行開發(fā)的防震臺上，車輛四輪的標準驅(qū)動軸直接連接到4臺直流電機上模擬車輛實際道路工況，車輛的質(zhì)量通過慣性飛輪和電機本身來模擬。起動換擋機構(gòu)和離合器、油門執(zhí)行共同組成了駕駛機器人，以模擬真實駕駛員的操作習(xí)慣。國內(nèi)研究現(xiàn)狀軟件仿真方面：清華大學(xué)基于虛擬儀器開發(fā)環(huán)境開發(fā)了燃料電池混合動力仿真與實時控制系統(tǒng)，建立了基于模型的燃料電池集中控制器開發(fā)平臺。對混合動力系統(tǒng)中各部件進行了建模，采用LabVIEW仿真模塊開發(fā)了燃料電池動力系統(tǒng)仿真軟件，基于嵌入式PC和LabVIEW實時模塊開發(fā)了實時控制系統(tǒng)。實際應(yīng)用表明仿真與實時控制系統(tǒng)工作可靠，為燃料電池汽車開發(fā)提供了仿真平臺。試驗臺架方面：奇瑞汽車有限公司開發(fā)了一種混合動力電機及其控制器測試平臺及方法。該測試平臺中設(shè)置有至少一對同軸連接的混合動力電機，控制器與混合動力電機為電連接且一一對應(yīng)，主控制計算機通過電纜和通訊總線與控制器組進行通訊，使控制器和混合動力電機按照既定的程序運行，主控制計算機傳送控制信號實現(xiàn)測試指令的發(fā)送和測試狀態(tài)的反饋，并監(jiān)測測試過程中系統(tǒng)狀態(tài)和采集測試結(jié)果。標定平臺：江蘇江奎集團基于VC6.0開發(fā)了CCP協(xié)議下的通用汽車電控單元標定軟件：引入了MCD模型結(jié)構(gòu)構(gòu)建了具有良好通用性的標定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇了32位通用電控單元硬件平臺作為標定原型，系統(tǒng)能同時支持各種類型（不同燃料類型，不同氣缸數(shù)量，不同排量等）發(fā)動機的標定。
