车辆动力安全模拟试验系统技术方案

本发明专利技术涉及一种车辆动力安全地面模拟试验系统。本系统包括用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置、试验模拟平台、模拟试验控制单元、给三相异步电机供电的三相电源、车辆动力系统及其控制系统、模拟试验台数据显示界面和车辆实时仿真系统。本发明专利技术用电气装置模拟轮胎地面关系，即摩擦力与轮胎滑移率之间的非线性关系。既可以进行牵引系统的功率试验，也可以直观测量表征车辆稳定性的滑移率等参数，进一步实现ABS/TCS控制算法的验证。

【技术实现步骤摘要】
车辆动力安全模拟试验系统
本专利技术涉及一种车辆动力安全模拟试验系统，具体地是涉及一种以异步电机为核心的车辆动力安全模拟试验系统。技术背景车辆动力学安全系统是保证车辆安全行驶的重要保证，目前车辆动力系统ABS/TCS(制动系统/牵引系统)的验证仍是个很大的难题。通常情况是，考虑模拟尽可能的地面条件下，直接以实际驾驶车辆运行进行验证。这种方案除了试车过程具有危险性外，由于涉及各种路面与轮胎之间非线性化关系，不可能穷举车辆可能遇到的地面特性。采用计算机模拟来验证软件算法(数字模拟)，无法反映功率变换和地面摩擦的关系。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于针对已有技术存在的缺陷，提出一种车辆动力安全模拟试验系统，以异步电机为核心的物理系统模拟轮胎-地面的实际(物理)关系，并设计试验模拟台架和系统。该模拟系统可以代替车辆实际运行，实现汽车动力学安全系统ABS/TCS的验证。为达到上述专利技术目的，本专利技术的构思是：如图1所示，本专利技术提出的一种车辆动力学性能与ABS/TCS地面试验模拟系统示意图。这是一种用物理系统模拟轮胎-地面的实际(物理)关系的方法，该地面试验模拟系统包括：用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置(1)、试验模拟平台(2)、模拟试验控制单元(3)、给三相异步电机供电的三相电源(4)、车辆动力系统及其控制系统(5)、模拟试验台数据显示界面(6)、车辆实时仿真系统(7)。车辆动力系统及其控制系统(5)对试验模拟平台(2)中电机进行驱动控制，用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置(1)由给三相异步电机供电的三相电源(4)供电；车辆实时仿真系统(7)模拟车辆模型，把速度送给模拟试验控制单元(3)；模拟试验控制单元(3)计算定子电压和转子电阻，并送给用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置(1)加以实现，改变试验模拟平台(2)中绕线异步电动机的电压和转子电阻，通过调整定子电源电压和转子侧电阻即可得到不同的电磁转矩-转差关系曲线，从而模拟出不同路面特性下的摩擦力-滑移率关系曲线，实现用物理系统模拟轮胎-地面的实际(物理)关系。专利技术人在建立轮胎-地面关系数学模型的基础上，应用异步电机运行原理，导出电机转矩与等效滑差(表征车辆轮胎-地面滑移率)模型。本专利技术提出的以异步电机为核心的物理模拟系统，用电气装置模拟轮胎地面关系，即摩擦力与车辆轮胎-地面滑移率之间的非线性关系。既可以进行牵引系统的功率试验，也可以直观测量表征车辆稳定性的滑移率等参数，实现ABS/TCS控制算法的验证。采用异步电机模拟地面与轮胎关系的优势在于：异步电机本身的转矩-转差率关系曲线类似于轮胎-地面曲线。如图7所示(a)(b)，图7(a)为异步电机转矩特性、图7(b)为车辆轮胎-地面特性曲线。图7(a)的异步电机转矩特性中，纵坐标为转矩(电磁转矩M、横坐标为异步电机的滑差率s)n1,nr分别为同步机械转速和电机转子机械转速。图7(b)的车辆轮胎-地面特性中，纵坐标为地面作用在轮胎上的摩擦系数，横坐标为轮胎与车辆速度表征的滑移率(V车辆运动速度，ωr轮胎运动线速度)将异步电机转子速度为模拟为车辆轮胎速度、将异步电机定子磁场运行速度模拟为车辆速度。在异步电机处于制动运行状态时，车辆的滑移率即为异步电机转差率。但在异步电机处于牵引运行状态时，两者不相等。为此定义异步电机新的参数——电机滑移率s’异步电机处于牵引运行状态和制动运行状态时，电机滑移率均为车辆滑移率，图8为异步电机电磁转矩-电机滑移率关系曲线。对照图8和图7(b)曲线，异步电机M-s’曲线和轮胎-路面接触特性曲线相似。利用M-s’曲线模拟轮胎-地面接触特性曲线，需要反映路面各种情况，因此M-s’曲线必须有以下特点：(1)最大值可变化(最大附着系数)(2)最大附着系数对应的最大滑移率可变化(3)车辆速度可以变化对于(1)，与异步电机定子磁通有关，对于(2),与转子电阻有关。对于(3)，与异步电机的定子供电频率有关，定子磁通变化可以通过调节供电电压与(供电频率之比实现并提供。定子供电频率可以通过反应车辆速度的仿真系统或模拟系统实现设定并由变频装置提供。转子电阻变化可以采用绕线式转子异步电机外串电阻实现，如图9为绕线式异步电机的M-s’特性曲线随转子电阻R2’变化的情形。因此，可变频、变压、变转子电阻的异步电机系统，可以作为车辆轮胎-地面关系的物理模拟系统，并通过参数在线(实时)设定，对可能的轮胎-地面关系进行模拟，比直接用车辆试验更具有安全性。图2为异步电机为核心的电气模拟装置包括：一台三相转子绕线式交流异步电机(1-1)、异步电机转子串联电阻及检测与控制单元(1-2)、异步电机调压调频变换单元(1-3)、制动回馈单元(1-4)。异步电机调压调频变换单元(1-3)输入端接三相电源(1-5)，输出端接绕线式交流异步电机(1-1)定子侧，异步电机转子串联电阻及检测与控制单元(1-2)输入端接三相电源(1-5)，输出端接入绕线式交流异步电机(1-1)转子侧回路。模拟M-s’曲线，需要控制三个量：电压和频率、曲线的斜度。通过异步电机变压变频单元(1-3)改变绕线异步电动机的电压和频率,通过转子串联电阻及检测与控制单元(1-2)改变绕线异步电动机转子侧电阻。在模拟汽车ABS状态，异步电机处于牵引工况，异步电机通过变压变频单元(1-3)从电网吸收能量。在模拟汽车TCS状态，异步电机处于制动状态，使得变压变频单元(1-3)直流母线电压升高，当直流母线电压升高到一定值时，通过连接在变频器母线的制动回馈单元(1-4)将电能回馈到电网。图3为试验模拟平台，包括与地面连接的平台(2-1)、车辆动力系统支撑与安装组建(2-2)、离合器(2-3)、车辆等效减速箱(2-4)(反映车辆动力装置到车轴传动比)、转矩转速传感器及安装组件(2-5)、车轮模拟飞轮(2-6)、车轮制动器(2-7)、三相交流异步电机安装支撑组件(2-8)等。车辆动力系统支撑与安装组件(2-2)安装在与地面连接的平台(2-1)上，用于支撑安装牵引电机；三相交流异步电机安装支撑组件(2-8)安装在与地面连接的平台(2-1)上，用于支撑安装绕线异步电动机；牵引电机、离合器(2-3)、车辆等效减速箱(2-4)、车轮制动器(2-7)、车轮模拟飞轮(2-6)、转矩转速传感器及安装组件(2-5)、异步电动机依次通过连接装置连接。通过转矩传感器、转速传感器测量牵引电机输出转矩和转子速度(车轮速度)；车轮模拟飞轮用于增加转子侧惯量，以模拟车轮旋转惯量。图4为模拟试验控制单元，包括牵引/制动试验模式给定单元(3-1)、路面特性设置单元(3-2)、转矩转速传感数据计算单元(3-3)、车辆运动实时模拟单元(3-4)、异步电机频率/电压给定单元(3-5)、异步电机转子串联电阻计算单元(3-6)、异步电机转子串联电阻参数设定单元(3-7)、异步电机转差率和车辆运动滑移率计算单元(3-8)、与整车动力系统数据交互接口单元(3-9)、与异步电机调压调频变换单元的数据交互接口单元(3-10)、模拟试验台数据显示界面接口单元(3-11)。路面特性设置单元(3-2)用于设置图7(b)所示的路面特性用于试用。转矩转速传感数据计算单元(3-3)把测量信号送给与整车动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆动力安全模拟试验系统，包括用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置（1）、试验模拟平台（2）、模拟试验控制单元（3）、给三相异步电机供电的三相电源（4）、车辆动力系统及其控制系统（5）、模拟试验台数据显示界面（6）和车辆实时仿真系统（7），其特征在于：上述电气装置（1）连接试验模拟平台（2）、三相电源（4）和模拟试验控制单元（3），模拟试验控制单元（3）连接车辆实时仿真系统（7）和模拟试验台数据显示界面（6），试验模拟平台（2）连接车辆动力系统及其控制系统（5）；所述车辆动力系统及其控制系统（5）对试验模拟平台（2）中电机进行驱动控制，用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置（1）由给三相异步电机供电的三相电源（4）供电；所述车辆实时仿真系统（7）模拟车辆模型，把速度送给模拟试验控制单元（3），模拟试验控制单元（3）计算定子电压和转子电阻，并送给用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置（1）加以实现，改变试验模拟平台（2）中绕线异步电动机的电压和转子电阻，通过调整定子电源电压和转子侧电阻即可得到不同的电磁转矩‑转差关系曲线，从而模拟出不同路面特性下的摩擦力‑滑移率关系曲线，实现用物理系统模拟轮胎‑地面的实际物理关系。...

【技术特征摘要】
1.一种车辆动力安全模拟试验系统，包括用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置（1）、试验模拟平台（2）、模拟试验控制单元（3）、给三相异步电机供电的三相电源（4）、车辆动力系统及其控制系统（5）、模拟试验台数据显示界面（6）和车辆实时仿真系统（7），其特征在于：上述电气装置（1）连接试验模拟平台（2）、三相电源（4）和模拟试验控制单元（3），模拟试验控制单元（3）连接车辆实时仿真系统（7）和模拟试验台数据显示界面（6），试验模拟平台（2）连接车辆动力系统及其控制系统（5）；所述车辆动力系统及其控制系统（5）对试验模拟平台（2）中电机进行驱动控制，用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置（1）由给三相异步电机供电的三相电源（4）供电；所述车辆实时仿真系统（7）模拟车辆模型，把速度送给模拟试验控制单元（3），模拟试验控制单元（3）计算定子电压和转子电阻，并送给用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置（1）加以实现，改变试验模拟平台（2）中绕线异步电动机的电压和转子电阻，通过调整定子电源电压和转子侧电阻即可得到不同的电磁转矩-转差关系曲线，从而模拟出不同路面特性下的摩擦力-滑移率关系曲线，实现用物理系统模拟轮胎-地面的实际物理关系。2.根据权利要求1所述车辆动力安全模拟试验系统，其特征在于：所述的用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置（1）包括：一台三相转子绕线式交流异步电机（1-1）、异步电机转子串联电阻及检测与控制单元（1-2）、异步电机调压调频变换单元（1-3）、制动回馈单元（1-4）和三相电源（1-5）；异步电机调压调频变换单元（1-3）输入端接三相电源（1-5），输出端接三相转子绕线式交流异步电机（1-1）定子侧，异步电机转子串联电阻及检测与控制单元（1-2）输入端接三相电源（1-5），输出端接入绕线式交流异步电机（1-1）转子侧回路；利用异步电动机转子模拟轮胎,定子磁场旋转速度模拟车辆速度，电磁转矩模拟轮地接触摩擦力；利用异步电动机电磁转矩-转差关系曲线与摩擦力-滑移率关系曲线的相似性，通过调整定子电源电压和转子侧电阻即可得到不同的电磁转矩-转差关系曲线，从而模拟出不同路面特性下的摩擦力-滑移率关系曲线。3.根据权利要求1所述车辆动力安全模拟试验系统，其特征在于：所述的试验模拟平台（2）包括：与地面连接的平台（2-1）、车辆动力系统支撑与安装组件（2-2）、离合器（2-3）、车辆等效减速箱（2-4）（反映车辆动力装置到车轴传动比）、转矩转速传感器及安装组件（2-5）、车轮模拟飞轮（2-6）、车轮制动器（2-7）和三相交流异步电机安装支撑组件（2-8）；所述车辆动力系统支撑与安装组件（2-2）安装在与地面连接的平台（2-1）上，用于支撑安装牵引电机；三相交流异步电机安装支撑组件（2-8）安装在与地面连接的平台（2-1）上，用于支撑安装绕线异步电动机；牵引电机、离合器（2-3）、车辆...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国卿，杨影，汪飞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31