專利名稱：一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，該試驗(yàn)臺架可進(jìn)行再生制動理論 與方法的在環(huán)仿真研究。
背景技術(shù)：
汽車制動能量是一種急待開發(fā)的能量，通過制動能量的回收與利用可大大提高汽車能 源綜合利用率，同時可降低汽車廢氣排放。隨著混合動力汽車和電動汽車發(fā)展，再生制動 系統(tǒng)己成為這類汽車的一種常規(guī)配置，在普通的內(nèi)燃機(jī)車上使用再生制動也越來越多。但 是，再生制動能量回收與利用理論還很不完善，特別是在國內(nèi)還處于起步階段。通過模擬 試驗(yàn)臺來對汽車再生制動理論進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn)，可縮短系統(tǒng)開發(fā)研究的時間，降低開發(fā)成 本。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，它可以進(jìn)行包括制動穩(wěn)定性、 能量回收利用、制動踏板平穩(wěn)性控制、復(fù)合制動協(xié)調(diào)兼容等在內(nèi)的再生制動理論與方法的 在環(huán)仿真研究。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征在于包括測控系統(tǒng)模塊1、制動踏 板輸入模塊2、能量儲存管理模塊3、常規(guī)制動模塊4、制動能量轉(zhuǎn)換模塊5、道路阻力模 擬模塊6、慣性模塊7。測控系統(tǒng)模塊l通過信號線對各模塊進(jìn)行監(jiān)測，同時通過對供電電 源的控制實(shí)現(xiàn)對道路阻力模擬模塊6的控制。由道路阻力模擬模塊6中的負(fù)載電機(jī)帶動慣 性模塊7達(dá)到目標(biāo)慣性值，常規(guī)制動模塊4對慣性模塊7進(jìn)行模擬常規(guī)制動，制動能量轉(zhuǎn) 換模塊5對慣性模塊7進(jìn)行能量回收制動，能量儲存管理模塊3回收制動能量轉(zhuǎn)換模塊5 產(chǎn)生的電能。
制動踏板輸入模塊2能夠把駕駛員制動需求轉(zhuǎn)化成電信號形式，為一個可變電阻式的 傳感器。道路阻力模擬模塊6包括作為負(fù)載電機(jī)的變頻調(diào)速電機(jī)14和交流電源，交流電源供給 負(fù)載電機(jī)工作變頻電壓，通過機(jī)械式變速器15、電磁離合器16、四向齒輪轉(zhuǎn)向器19、轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)速傳感器22帶動慣性飛輪組23旋轉(zhuǎn)。
制動能量轉(zhuǎn)換模塊5采用四個開關(guān)磁阻電機(jī)17、 21、 25、 29為輔助電機(jī)，分別模擬車 輛前橋、后橋能量回收過程，最大程度的實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)實(shí)性。常規(guī)制動模塊4由四個電磁離 合器18、 20、 26、 28模擬，由控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)純電制動和機(jī)電復(fù)合制動工況。
慣性模塊7主要功能是模擬汽車在實(shí)際道路行駛中各部件的旋轉(zhuǎn)慣量，因此選用的飛 輪的慣性量應(yīng)當(dāng)與選擇的汽車的自重相適應(yīng)。采用慣性飛輪組23來模擬車輛慣性的四分之 一，這樣可以降低試驗(yàn)設(shè)備選擇難度，降低試驗(yàn)成本。
能量儲存管理模塊3由超級電容8、鉛酸蓄電池9、功率轉(zhuǎn)換器10 13 (共四個分別 對應(yīng)四個磁阻電機(jī))組成。用來回收電機(jī)轉(zhuǎn)換的電能，同時能實(shí)時檢測儲能器的電荷狀態(tài)， 完成能量存儲的環(huán)節(jié)。
再生制動模擬試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)模塊1主要采集轉(zhuǎn)速、扭矩、制動踏板位置、電壓、電 流等信號，對負(fù)載電機(jī)、電制動功率、儲能器充電及放電等進(jìn)行控制。為了達(dá)到較好的控 制效果及有利于研究試驗(yàn)擴(kuò)展，測控系統(tǒng)采用分層控制方式，主控平臺32采用工控機(jī)，逆 變器/電機(jī)控制器33、制動控制器35、能源管理控制單元34為二級控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng) 平臺與二級控制單元用CAN總線36連接。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了 PCI8235B數(shù)據(jù)采集卡31 采集轉(zhuǎn)速、扭矩、電磁離合器信號和PCL1800數(shù)據(jù)采集卡30采集制動踏板信號、超級電 容電流電壓信號。
本試驗(yàn)臺架系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計方法，各功能模塊可根據(jù)試驗(yàn)需要進(jìn)行擴(kuò)展，測控 系統(tǒng)采用分層控制方式，各級之間用CAN總線方式連接，具有較好的抗干擾能力。測控系 統(tǒng)軟件設(shè)計采用虛擬儀器技術(shù)，從而測控系統(tǒng)具有靈活方便、系統(tǒng)開放性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡單、 性價比高等優(yōu)點(diǎn)。在本試驗(yàn)臺架系統(tǒng)上可進(jìn)行包括汽車能量再生理論與方法研究在內(nèi)的在 環(huán)仿真試驗(yàn)，還可以擴(kuò)展成為線控制動(Brake-by-Wire)技術(shù)研究仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。


圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)方案示意圖
圖2是本實(shí)用新型硬件方案示意圖
圖3是本實(shí)用新型測控系統(tǒng)硬件示意圖
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型負(fù)載電機(jī)6工作，帶動慣性模塊7，產(chǎn)生的機(jī)械能值的大小
為汽車制動開始時的動能值；測控系統(tǒng)模塊1根據(jù)路面模型控制系統(tǒng)電流反向通電使負(fù)
載電動機(jī)輸出一個反向扭矩，模擬路面的負(fù)載，完成驅(qū)動輪能量輸出環(huán)節(jié)。制動踏板輸
入模塊2輸入駕駛員制動信號到測控系統(tǒng)模塊1 ，測控系統(tǒng)根據(jù)制動需求控制制動能量轉(zhuǎn) 換模塊5及常規(guī)制動模塊4合理分配制動力。能量轉(zhuǎn)換模塊5把制動能量轉(zhuǎn)化成電能送 到能量儲存管理模塊5,能量儲存管理模塊5進(jìn)行儲能器充電及放電管理。
如圖2所示，道路阻力模擬模塊6中變頻調(diào)速電機(jī)14作為負(fù)載電機(jī)，負(fù)載電機(jī)工作， 通過機(jī)械式變速器15、電磁離合器16、四向齒輪轉(zhuǎn)向器19、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器22帶動慣 性模塊7的慣性飛輪組23旋轉(zhuǎn)。制動能量轉(zhuǎn)換模塊5中四個開關(guān)磁阻電機(jī)17、 21、 25、 29為輔助電機(jī)，分別模擬車輛前橋、后橋能量回收過程，最大程度的實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)實(shí)性。 常規(guī)制動模塊4由四個電磁離合器18、 20、 26、 28模擬，由控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)純電制動和 機(jī)電復(fù)合制動工況。能量儲存管理模塊3中由超級電容8、鉛酸蓄電池9、功率轉(zhuǎn)換器10 13組成儲能系統(tǒng)，用來回收電機(jī)轉(zhuǎn)換的電能，同時能實(shí)時檢測儲能器的電荷狀態(tài)，完成 能量存儲的環(huán)節(jié)。
如圖3所示，主控平臺32采用工控機(jī)，逆變器/電機(jī)控制器33、制動控制器35、能 源管理控制單元34為二級控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)平臺32與二級控制單元用CAN總線 36連接。轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器22、 24的信號及電磁離合器16、 18、 20、 26、 28的信號送到 PCI8235B數(shù)據(jù)采集卡31，制動踏板信號37、電流傳感器38、 39、電壓傳感器40、 41 的信號送到PCL1800數(shù)據(jù)采集卡30。主控平臺32接受到數(shù)據(jù)采集卡30、 31的信號后根 據(jù)設(shè)計的控制策略對二級控制單元逆變器/電機(jī)控制器33、制動控制器35、能源管理控 制單元34等進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，控制器33對負(fù)載電機(jī)進(jìn)行控制，能源管理控制單元34對復(fù) 合儲能系統(tǒng)進(jìn)行控制、制動控制器35對制動電機(jī)、電磁制動器進(jìn)行控制。測控系統(tǒng)數(shù)據(jù) 采集軟件用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)。
權(quán)利要求1.一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征在于包括測控系統(tǒng)模塊(1)、制動踏板輸入模塊(2)、能量儲存管理模塊(3)、常規(guī)制動模塊(4)、制動能量轉(zhuǎn)換模塊(5)、道路阻力模擬模塊(6)、慣性模塊(7)；測控系統(tǒng)模塊(1)通過信號線與各模塊相連，同時通過與道路阻力模擬模塊(6)的相連，由道路阻力模擬模塊(6)中的負(fù)載電機(jī)帶動慣性模塊(7)達(dá)到目標(biāo)慣性值，常規(guī)制動模塊(4)對慣性模塊(7)進(jìn)行模擬常規(guī)制動，制動能量轉(zhuǎn)換模塊(5)對慣性模塊(7)進(jìn)行能量回收制動，能量儲存管理模塊(3)回收制動能量轉(zhuǎn)換模塊(5)產(chǎn)生的電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征 在于道路阻力模擬模塊(6)包括作為負(fù)載電機(jī)的變頻調(diào)速電機(jī)(14)和交流 電源，通過機(jī)械式變速器(15)、電磁離合器(16)、四向齒輪轉(zhuǎn)向器(19)、轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)速傳感器(22)帶動慣性飛輪組(23)旋轉(zhuǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征 在于制動能量轉(zhuǎn)換模塊(5)采用四個開關(guān)磁阻電機(jī)(17、 21、 25、 29)為輔 助電機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征 在于常規(guī)制動模塊(4)由四個電磁離合器(18、 20、 26、 28)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征 在于慣性模塊(7)包括慣性飛輪組(23)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征 在于能量儲存管理模塊(3)由超級電容(8)、鉛酸蓄電池(9)、功率轉(zhuǎn)換器(10 13)組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，其特征在于再生制動模擬試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)模塊(1)的測控系統(tǒng)采用分層控制方式，主控平臺(32)采用工控機(jī)，逆變器/電機(jī)控制器(33)、制動控制器(35)、能 源管理控制單元(34)為二級控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)平臺與二級控制單元用CAN 總線(36)連接；數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)采用了PCI8235B數(shù)據(jù)采集卡(31)采集轉(zhuǎn)速、 扭矩、電磁離合器信號和PCL1800數(shù)據(jù)釆集卡(30)采集制動踏板信號、超級 電容電流電壓信號。
專利摘要本實(shí)用新型為一種汽車制動能量再生系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺，它的硬件結(jié)構(gòu)采用模塊化、分層控制設(shè)計方法，各級之間采用CAN總線連接，具有較好的可控性與可擴(kuò)展性，測控軟件用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)。該試驗(yàn)臺架可進(jìn)行包括制動穩(wěn)定性、能量回收利用、制動踏板平穩(wěn)性控制、復(fù)合制動協(xié)調(diào)兼容等在內(nèi)的再生制動理論在環(huán)仿真研究，還可以擴(kuò)展成為線控制動技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)。
文檔編號G01M17/007GK201072378SQ20072004006
公開日2008年6月11日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者仁 何, 陳慶樟 申請人:江蘇大學(xué)