基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统，包括驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统以及系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统四大子系统；驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统分别与系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统相连，驱动及测功子系统分别与驱动及测功子系统和能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连，驱动电源子系统与能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连。该系统可实现分布式驱动三种驱动模式，六种不同组合形式，实现单一系统对多种模式分布式驱动新能源汽车驱动控制，最大程度的节约设备投入，极大的提高设备利用效率。

Distributed Four-wheel Electrically Driven New Energy Vehicle Experimental System Based on Hardware-in-the-loop

The invention discloses a distributed four-wheel electric drive new energy vehicle experimental system based on hardware-in-the-loop, which includes four subsystems: drive and dynamometer subsystem, drive power subsystem, energy recovery measurement and consumption subsystem, and system network, dynamics modeling and rapid prototyping control subsystem; drive and dynamometer subsystem, drive power subsystem, energy recovery measurement and control subsystem. Consumption subsystem is connected with system network, dynamics modeling and rapid prototyping control subsystem, drive subsystem and dynamometer subsystem are connected with drive subsystem and dynamometer subsystem, energy recovery measurement and consumption subsystem and system network respectively, drive power subsystem is connected with energy recovery measurement and consumption subsystem and system network. The system can realize three driving modes of distributed drive and six different combination forms. It can realize the driving control of multi-mode distributed drive of new energy vehicles by a single system. It can save equipment investment to the greatest extent and greatly improve equipment utilization efficiency.

【技术实现步骤摘要】
基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统
本专利技术涉及一种基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统。
技术介绍
分布式电驱动新能源汽车将动力源分布在驱动轮附近或轮内，最大程度减少动力传递过程中的损失，提高传递效率。同时，驱动力分散更加容易实现汽车根据路面情况对每个驱动轮独立控制，最大程度增加汽车驱动可控性，提高车轮与道路的附着率，提高操纵稳定性。另外，由于驱动系统的分散布置，有利于提升车内乘坐空间，提高乘坐舒适性。基于上述优势，近年来国内外专家学者及汽车制造商都积极开展到分布式四轮电驱动新能源汽车技术的研究。尽管部分车企已经将分布式电驱动技术应用于实车运行，但由于分布式驱动存在驱动难以协调控制、差速控制精度要求高以及簧下质量增加导致车辆高速平顺性和操稳性下降等关键技术难题并未得到很好解决和突破，相关研究还需要继续投入。由于分布式四轮电驱动新能源汽车关键技术研究涉及到整车各个子系统，如果研究过程中全部以实车为对象，势必造成研究投入巨大、耗费时间周期长等问题。文献“分布式驱动电动汽车双馈电机驱动系统研究”中建立了基于dSPACE的双变流器控制双馈电机试验台。该试验台三相绕线式感应电机、直流/三相交流的变流模块和相关的测试设备进行组合，采用快速控制原型开发技术，搭建了基于dSPACE的快速控制原型的试验开发平台。为验证所提策略的可行性，缩短开发周期。在双馈电机的转子侧，由dSPACE-1103控制SKAI门极驱动型变流模块将直流电压转换为交流电压，从而向转子提供所需的控制电压和电流。文献中所搭建的试验台利用AVLe-Storage电池模拟测试系统作为之路电源输出设备，价格昂贵。且所搭建的系统仅仅模拟两电机驱动形式，驱动形式组合较少，四轮独立驱动控制模拟较困难。同时，利用由dSPACE-1103控制SKAI门极驱动型变流模块取代电机控制器，与实际电机驱动控制有较大差异，模拟控制精度有待考证。专利申请“一种车辆分布式能源动力系统及其控制方法(申请号：CN201610827005.0)”公开了一种车辆分布式能源动力系统及其控制方法，其系统结构如图1所示，涉及新能源车辆动力
动力系统由驱动电机、电池管理系统和增程器组成。同时，该专利技术还提供了相应的控制方法。该专利技术以多电机的驱动方式以及多能源的供给方式，满足不同路况以及不同车辆负载匹配需求，从而改善整车效率、有效延长电动汽车行驶里程、提高系统的动力性和经济性。该专利申请中涉及到了分布式动力系统的控制，但其载体是车辆本身，模拟车辆载荷变化有限，系统的灵活性不足。同时，所述控制方式和载体都是以实物为对象，开发成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现分布式驱动三种驱动模式，六种不同组合形式，实现单一系统对多种模式分布式驱动新能源汽车驱动控制关键技术研究，最大程度的节约设备投入，并极大的提高设备利用效率的基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：包括驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统以及系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统四大子系统；驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统分别与系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统相连，驱动及测功子系统分别与驱动及测功子系统和能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连，驱动电源子系统与能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连接。进一步地，所述驱动及测功子系统包括测功机A、测功机B、驱动电机A、驱动电机B、电磁离合器、联轴器A和联轴器B；驱动电机A、驱动电机B通过驱动电源子系统为其供电以驱动电机，测功机A、测功机B分别为驱动电机A、驱动电机B加载模拟驱动电机负载，测功机A、和驱动电机A、测功机B和驱动电机B分别通过联轴器A和联轴器B实现连接以实现动力传输，电磁离合器通过通断电实现驱动电机A和驱动电机B的动力耦合和断开。进一步地，所述驱动电源子系统包括电机控制器A、电机控制器B、接触器A、接触器B、220V交流电源以及直流电源；220V交流电源通过交流直流转换电路连接直流电源，直流电源分别与接触器A和接触器B连接，接触器A通过电机控制器A连接驱动电机A，接触器B通过电机控制器B与驱动电机B相连。进一步地，所述能量回收测量与消耗子系统包括回收能量耗散单元、直流测量单元以及交流测量单元；回收能量耗散单元分别与直流电源与接触器A、直流电源与接触器B连接的两个端口相连；直流测量单元分别与接触器A与电机控制器A、接触器B与电机控制器B连接的两个端口相连；交流测量单元分别与电机控制器A与驱动电机A、电机控制器B与驱动电机B连接的两个端口相连。进一步地，所述网络通讯、动力学建模及快速原型控制子系统包括快速原型单元、上位机—系统建模与控制单元以及网络诊断与干扰单元；快速原型单元负责收发本实验系统其它各子系统控制信号，模拟汽车驱动控制系统，并实现上位机—系统建模与控制单元控制算法和程序的快速写入和执行；网络诊断与干扰单元用于实现网络传输建模、状态监测以及人为对网络传输进行干扰，以研究网络传输状态对驱动控制的影响规律；上位机—系统建模与控制单元负责整车动力学建模以及设计仿真工况，并实现对驱动电机进行控制。本专利技术的有益效果是：(1)该系统可实现分布式驱动三种驱动模式，六种不同组合形式，实现单一系统对多种模式分布式驱动新能源汽车驱动控制关键技术研究，最大程度的节约设备投入，并极大的提高设备利用效率；(2)该系统可实现不同驱动模式下整车控制策略(驱动协调控制)对平顺性和操纵稳定性等性能的仿真、测试和验证，并研究控制策略对整车性能的影响规律；(3)该系统可实现对分布式四轮电驱动汽车运行过程中驱动及控制系统的网络传输迟滞(干扰)建模、测试、验证以及研究网络传输迟滞(干扰)对整车驱动及控制的影响规律等；(4)该系统可实现对分布式驱动新能源汽车制动能量回收策略的研究，基于实验验证制动能量回收策略的有效性，能量回收效率测定。利用交流测量单元精确测量电机能量回收量，并基于直流公母线技术测量直流回收和耗散能量。附图说明图1为现有技术的车辆分布式能源动力系统的结构图；图2为本专利技术的基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统的结构图；图3为本专利技术的四轮独立驱动模式一的示意图；图4为本专利技术的四轮独立驱动模式二的示意图；图5为本专利技术的四轮独立驱动模式三的示意图；附图标记说明：1-测功机A，2-测功机B，3-驱动电机A，4-驱动电机B，5-电磁离合器，6-联轴器A，7-联轴器B，8-电机控制器A，9-电机控制器B，10-接触器A，11-接触器B，12-220V交流电源，13-直流电源，14-回收能量耗散单元、15-直流测量单元，16-交流测量单元，17-包括快速原型单元、18-上位机—系统建模与控制单元，19-网络诊断与干扰单元。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。该实验系统采用“虚”“实”相结合的方式组成，如图2所示。图中，带箭头的实线代表高/低压电源与传递方向，带箭头的虚线代表系统控制信号与传递方向。基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统，包括驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统，其特征在于，包括驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统以及系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统四大子系统；驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统分别与系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统相连，驱动及测功子系统分别与驱动及测功子系统和能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连，驱动电源子系统与能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连接。

【技术特征摘要】
1.基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统，其特征在于，包括驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统以及系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统四大子系统；驱动及测功子系统、驱动电源子系统、能量回收测量与消耗子系统分别与系统网络、动力学建模及快速原型控制子系统相连，驱动及测功子系统分别与驱动及测功子系统和能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连，驱动电源子系统与能量回收测量与消耗子系统以及系统网络相连接。2.根据权利要求1所述的基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统，其特征在于，所述驱动及测功子系统包括测功机A(1)、测功机B(2)、驱动电机A(3)、驱动电机B(4)、电磁离合器(5)、联轴器A(6)和联轴器B(7)；驱动电机A(3)、驱动电机B(4)通过驱动电源子系统为其供电以驱动电机，测功机A(1)、测功机B(2)分别为驱动电机A(3)、驱动电机B(4)加载模拟驱动电机负载，测功机A(1)、和驱动电机A(3)、测功机B(2)和驱动电机B(4)分别通过联轴器A(6)和联轴器B(7)实现连接以实现动力传输，电磁离合器通过通断电实现驱动电机A(3)和驱动电机B(4)的动力耦合和断开。3.根据权利要求2所述的基于硬件在环的分布式四轮电驱动新能源汽车实验系统，其特征在于，所述驱动电源子系统包括电机控制器A(8)、电机控制器B(9)、接触器A(10)、接触器B(11)、220V交流电源(12)以及直流电源(13)；220V交流电源(12)通过交流直流转换电路连接直流电源(13)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明亮，王凯，丁渭平，刘平，程正伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51