一种电动力测试用负载模拟装置及其系统的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电动力测试用负载模拟装置及其系统的控制方法，负载模拟装置包括三个模块：驱动电机及控制模块、电动汽车速度控制模块、负载电机及控制模块。所述电动汽车速度控制模块为汽车负载数学模型。所述驱动电机为永磁同步电机，所述负载电机为直流电机。负载模拟系统是根据电动汽车驱动电机的驱动力矩及汽车的负载模型计算出系统的目标模拟速度，以此目标模拟速度作为与驱动电机轴联的负载电机的目标转速，对负载电机进行速度控制。本发明专利技术控制精度低高、不受天气环境对室外行车的影响，提高了纯动力汽车动力总成及其关键技术的研发试验水平，并可大大缩短动力总成及相关零部件的研发周期，并减少了资金投入。

A load simulation device for electric power test and control method of the system

The invention discloses a load simulation device for electric power test and the control method of the system. The load simulation device consists of three modules: drive motor and control module, electric vehicle speed control module, load motor and control module. The speed control module of the electric vehicle is a mathematical model of vehicle load. The driving motor is a permanent magnet synchronous motor, and the load motor is a direct current motor. The load simulation system calculates the target simulation speed of the system according to the driving torque of the electric motor driving motor and the load model of the car. The target simulation speed is used as the target speed of the load motor which is connected with the drive motor axis, and the speed control of the load motor is carried out. The invention has low control precision and is not affected by the weather environment on outdoor driving. It improves the research and development test level of the power assembly and key technology of the pure power car, and can greatly shorten the research and development cycle of the power assembly and related parts, and reduce the capital investment.

【技术实现步骤摘要】
一种电动力测试用负载模拟装置及其系统的控制方法
本专利技术涉及汽车动力系统测试
，尤其涉及一种电动力测试用负载模拟装置及其系统的控制方法。
技术介绍
随着人民生活需求的日益增高，能源也日益紧缺，能源问题已经成为国民经济发展的战略性问题。从国家的安全角度出发，能源资源已经和经济发展、国家安全紧密的联系在了一起，能源的稳定供应是国家所关注的重点，也是我国能源安全战略的核心内容。所以面对资源紧缺与环境保护问题，发展电动汽车成为了汽车工业发展的主流趋势。纯电动汽车的结构包括电动力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分，除电动力驱动控制系统外，其余部分的功能及结构基本与传统汽车相似，所以电动力驱动控制系统决定了整个纯电动汽车的结构组成及性能特征。目前有一种汽车动力系统测试的动态负载模拟装置，包括控制计算机、控制器、变频器、交流电力测功机和带控制器的扭矩法兰；采用基于虚拟汽车模型的控制算法，用实测转矩驱动虚拟汽车模型，在不需要计算测功机角加速度的情况下实现车辆滚动阻力、风阻和惯性阻力的模拟。其动态负载模拟装置及方法稳定性好，模拟精度高，有利于缩短汽车动力系统的开发周期，为动力系统的开发提供了便利的试验环境；计算过程中避免了对汽车动力系统的转数进行微分得到车辆加速度的过程，滤波防止了由于对转速作微分的过程中带来较大的噪声。虽然采用滤波的方法可以消除离散化时带来的噪音，但是这样却改变了系统的极点，当电力测功机系统作为某个闭环系统的一部分时，将会使整个系统的特性发生变化，使负载模拟失去意义，采用了滤波其目的并不是为了获得对于机械负载动态特性的精确模拟，而是获得开环模拟情况下比较好的时域影响。另一种汽车动力系统是具有工况和惯性模拟功能的混合动力汽车动力总成试验，包括操作控制台、台架控制与测量中心管理器、试验模型控制系统单元、动态模拟系统单元、驾驶功能控制器单元、测功机控制器单元、数据采集系统单元和试验条件控制系统单元。利用该系统模拟车辆的动力系统，可是电动汽车的工况和惯性模拟实际是一个相当复杂的系统，它受到各种因素的影响和制约，例如车轮与钢轨之间的摩擦，内部传动机械的摩擦，车辆运行的线路条件和车辆的重量、空气阻尼等都会对它产生很大的影响。而且列车在起动、恒速、惰行以及制动等各个阶段的阻尼都有较大的差别。负载模拟技术是指在实验室条件下通过一定的技术手段为模拟加载对象的负载力或负载力矩，负载模拟技术的主要优点在于避免了必须在实际环境中使用实际的加载对象进行研究，能够在一些环境复杂研究方案、在实际实验环境难以实现的情况下进行复杂，模拟实验。有利于创新性研究与理论探讨。大大降低了研发试验成本、减去了整车改装的工作量，人工设定自动控制、可消除路试人员实车驾驶操作的不可避免的控制差异，控制准确、试验条件控制严格，可在室内再现设定路试，确保了试验结果的同一性、可比性；加之可以采用在户外路试难以采用的仪器，排除了户外路试的种种外界干扰，增加了研发所需数据参数的采集量及其准确性，这就极大地提高了研发试验水平。目前各类纯电动汽车动力系统测试存在以下不足：1、在动力汽车开发过程中需要进行大量的实验。目前由于条件所限，往往只能在室内进行以稳态试验为主的单项总成部分实验，虽然传统的发动机动态试验台已日渐普及，但它无法完成动力汽车动力总成的特有试验。另外，混合动力总成或某个部件的改进效果均需在整车平台上及整个系统内考核，也使研发改进受到局限。天气和操纵的差异，道路现场问题的处理等等都有很大局限性，研发质量的提高也受到限制，试验人员的工作条件和安全性也难以保证。2、台架试验是进行纯汽车动力系统开发的重要手段，在进行发动机试验或者集成了发动机和变速箱的动力系统的测试的时候，都需要利用测功机进行负载的模拟和控制。传统的测功设备有水力测功机、电涡流测功机等，但水力测功机控制精度低，电涡流测功机不能倒拖动力系统，其应用都受到一定限制。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种电动力测试用负载模拟装置及其系统的控制方法，其针对小惯量、自身惯量与阻力难以准确建模的特点，使用负载电机速度闭环的间接控制法进行负载的模拟加载，从而自动进行力矩补偿；其根据电动汽车驱动电机的驱动力矩及汽车的负载模型计算出系统的目标模拟速度，以此作为与驱动电机轴联的负载电机的目标转速，对负载电机进行速度控制。其解决了台架试验中水力测功机控制精度低、电涡流测功机不能倒拖动力系统限制问题以及天气环境对室外行车的影响问题，提高了纯动力汽车动力总成及其关键技术的研发试验水平，并可大大缩短动力总成及相关零部件的研发周期，并减少了资金投入。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种电动力测试用负载模拟装置，其特征在于，其包括相互连接的驱动电机及控制模块、电动汽车速度控制模块、负载电机及控制模块；所述驱动电机及控制模块包括驱动电机、控制器和驱动控制器，所述电动汽车速度控制模块为汽车负载数学模型，所述负载电机及控制模块包括负载电机、控制器和驱动控制器；所述驱动电机为永磁同步电机，所述驱动电机按照实际电动汽车驱动电机的驱动方式进行速度闭环控制；所述负载电机为直流电机，所述负载电机以汽车负载数学模型计算的目标模拟速度进行转速转矩双闭环控制。当驱动电机驱动汽车在道路上行驶时，驱动电机的负载随着汽车运行状态的改变而不断改变。若用一负载电机与驱动电机相轴联，通过不断调控负载电机的输出转矩，就能模拟实际汽车行驶时驱动电机的动态负载。负载电机与驱动电机直接用联轴器相连，上位机实时采集转速转矩数据，一方面对驱动电机速度闭环控制，一边不断调节负载电机的负载大小。为实现模拟电动汽车动力系统动态负载，对负载电机进行转速控制法。所述汽车负载数学模型是通过分析汽车行驶的驱动力、行驶阻力、并对汽车进行惯量折算、确定汽车行驶的约束条件而建立的。电动汽车动态负载模拟系统是为了模拟真实的电动汽车在实际道路上行驶时的负载特性，因此首先必须对驶工况下的电动汽车进行动力学分析。由于汽车动力负载是对驱动电机而言，故需要综合分析汽车在行驶工况下的驱动力、行驶阻力、传动系统和汽车惯量，并找到相应的换算关系。汽车的动力性主要由以下三个指标来评定：最高车速，加速时间和最大坡度。即：根据动力学分析，再加上三个指标如果满足即可，这就是负载的数学模型。本专利技术还提供了一种电动力测试用负载模拟系统的控制方法，其包括以下步骤：S1、确定电动汽车的驱动力、行驶阻力，确定行驶条件；S2、建立汽车的负载数学模型；S3、汽车负载数学模型通过驱动电机的输出转矩计算电动汽车实际行驶时的速度，确定系统的目标模拟速度；S4、以系统的目标模拟速度作为负载电机的目标转速，对负载电机进行模拟控制。优选的方案，所述驱动电机为永磁同步电机，所述驱动电机按照实际电动汽车驱动电机的驱动方式进行速度闭环控制。所述负载电机为直流电机，所述负载电机以汽车负载数学模型计算的目标模拟速度进行转速转矩双闭环控制。进一步优选的方案，所述电动汽车的驱动力的确定方法为：纯电动汽车的驱动力仅由驱动电机所提供，驱动电机的输出转矩Te经机械传动机构传至车轮，给地面一个圆周力F0，则地面将给车轮反作用力Ft，显然Ft＝F0，即为车辆的驱动力；设电机经机械传动机构传传递到动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动力测试用负载模拟装置，其特征在于，其包括相互连接的驱动电机及控制模块、电动汽车速度控制模块、负载电机及控制模块；所述驱动电机及控制模块包括驱动电机、控制器和驱动控制器，所述电动汽车速度控制模块为汽车负载数学模型，所述负载电机及控制模块包括负载电机、控制器和驱动控制器；所述驱动电机为永磁同步电机，所述驱动电机按照实际电动汽车驱动电机的驱动方式进行速度闭环控制；所述负载电机为直流电机，所述负载电机以汽车负载数学模型计算的目标模拟速度进行转速转矩双闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种电动力测试用负载模拟装置，其特征在于，其包括相互连接的驱动电机及控制模块、电动汽车速度控制模块、负载电机及控制模块；所述驱动电机及控制模块包括驱动电机、控制器和驱动控制器，所述电动汽车速度控制模块为汽车负载数学模型，所述负载电机及控制模块包括负载电机、控制器和驱动控制器；所述驱动电机为永磁同步电机，所述驱动电机按照实际电动汽车驱动电机的驱动方式进行速度闭环控制；所述负载电机为直流电机，所述负载电机以汽车负载数学模型计算的目标模拟速度进行转速转矩双闭环控制。2.根据权利要求1所述的一种电动力测试用负载模拟装置，其特征在于，所述汽车负载数学模型是通过分析汽车行驶的驱动力、行驶阻力、并对汽车进行惯量折算、确定汽车行驶的约束条件而建立的。3.一种电动力测试用负载模拟系统的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、确定电动汽车的驱动力、行驶阻力，确定行驶条件；S2、建立汽车的负载数学模型；S3、汽车负载数学模型通过驱动电机的输出转矩计算电动汽车实际行驶时的速度，确定系统的目标模拟速度；S4、以系统的目标模拟速度作为负载电机的目标转速，对负载电机进行模拟控制。4.根据权利要求3所述的一种电动力测试用负载模拟系统的控制方法，其特征在于，所述驱动电机为永磁同步电机，所述驱动电机按照实际电动汽车驱动电机的驱动方式进行速度闭环控制。5.根据权利要求3所述的一种电动力测试用负载模拟系统的控制方法，其特征在于，所述负载电机为直流电机，所述负载电机以汽车负载数学模型计算的目标模拟速度进行转速转矩双闭环控制。6.根据权利要求3所述的一种电动力测试用负载模拟系统的控制方法，其特征在于，所述电动汽车的驱动力的确定方法为：纯电动汽车的驱动力仅由驱动电机所提供，驱动电机的输出转矩Te经机械传动机构传至车轮，给地面一个圆周力F0，则地面将给车轮反作用力Ft，显然Ft＝F0，即为车辆的驱动力；设电机经机械传动机构传传递到动力轮的转矩为Tt，车轮半径为r，则有：若总减速比为ig，效率为ηT，则电机的输出转矩Te和驱动轮的驱动力矩Tt满足以下关系：TeigηT＝Tt，从而电动汽车的驱动力为：7.根据权利要求3所述的一种电动力测试用负载模拟系统的控制方法，其特征在于，所述行驶阻力的确定方法为：假定汽车在平坦的干、硬路面上直线行驶，受到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，尹书虎，覃思雨，罗德荣，黄守道，朱伟进，王涛，
申请(专利权)人：湖南沃森电气科技有限公司，湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43