差速式动力分配器动力学性能测试试验台

摘要

本发明公开了一种混联式混合动力汽车用差速式动力分配器动力学性能测试试验台，是由差速式动力分配器模块、发动机模拟模块、发电机模拟模块、电动机模拟模块、仿真控制模块构成；其具有电磁杠杆制动器；第一电磁杠杆制动器与第一电动机串联模拟实际汽车中的发动机，第二电磁杠杆制动器与第二电动机串联模拟实际汽车中的发电机，右电磁杠杆制动器和左电磁杠杆制动器与第三电动机串联模拟实际汽车中的电动机，制动器用于模拟实际汽车行驶过程中的负载，仿真控制用于控制试验台各部件运行状态并收集相关试验参数；能够实现差速式动力分配器在不同工况下动力学性能的测试；本发明结构简单，适用于多种工况，能够满足对动力分配器各工况下动力学性能的测试需求，具有很好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力汽车零部件性能测试装置，具体涉及一种混联式混合动力汽车用差速式动力分配器动力学性能测试试验台。 

背景技术

差速式动力分配器作为混联式混合动力汽车动力分配和动力合成的核心部件，其动力分配器工作模式有多种，每种工作模式其各端口间动力学参数、传递效率等将直接影响整车传动系统的动力学特性，即对汽车行驶的平顺性、动力性等产生重要的影响。 

混联式混合动力汽车差速式动力分配器含有三个动力端口，各端口耦合运行，工作状态复杂。现有的单一并联或串联式混合动力传动系统试验装置已经不能满足差速式动力分配器动力学性能测试的要求。目前，基本没有对于混合动力汽车用差速式动力分配器进行动力学性能测试的试验台架。另外，现有测试技术中大多采用测功机进行加载，试验台成本较高，控制程序较复杂等弱点。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有电磁杠杆制动器的混联式混合动力汽车用差速式动力分配器动力学性能测试试验台；该试验台结构简单紧凑，适用于多种工况，能够满足对动力分配器各种工况下动力学性能测试的需求。 

本发明是由差速式动力分配器模块、发动机模拟模块、发电机模拟模块、电动机模拟模块和仿真控制模块组成； 

所述的发动机模拟模块通过端部的小伞齿轮与差速式动力分配器模块中的 大伞齿轮啮合，所述的发电机模拟模块通过联轴器与差速式动力分配器模块中的左半轴连接，所述的电动机模拟模块通过联轴器与差速式动力分配器模块中的右半轴连接； 

所述的差速式动力分配器模块由动力分配器壳体、左半轴齿轮、右半轴齿轮、左半轴、右半轴、行星齿轮轴、第一行星齿轮、第二行星齿轮和大伞齿轮组成，大伞齿轮与动力分配器壳体固定连接，行星齿轮轴通过两端固定连接在动力分配器壳体上，第一行星齿轮和第二行星齿轮与行星齿轮轴通过滚动轴承滚动连接于行星齿轮轴两端，左半轴齿轮和右半轴齿轮轴孔外径与动力分配器壳体的左右两内孔等孔径接触连接，并同时与第一行星齿轮和第二行星齿轮相啮合，左半轴和右半轴分别通过花键与左半轴齿轮和右半轴齿轮同轴连接； 

所述的发动机模拟模块用于模拟混联式混合动力汽车实际运行过程中的发动机，所述的发动机模拟模块由第一电动机、第一电磁杠杆制动器、第一转速转矩传感器、联轴器和小伞齿轮轴组成，所述的第一电动机选用交流变频电动机，第一电动机与第一电磁杠杆制动器之间、第一电磁杠杆制动器与第一转速转矩传感器之间、第一转速转矩传感器与小伞齿轮轴之间均通过联轴器同轴连接； 

所述的发电机模拟模块用于模拟混联式混合动力汽车实际运行过程中的发电机，所述的发电机模拟模块由第二电动机、第二电磁杠杆制动器、第二转速转矩传感器和第二联轴器组成，所述的第二电动机选用交流变频电动机，第二电动机与第二电磁杠杆制动器之间、第二电磁杠杆制动器与第二转速转矩传感器之间均通过第二联轴器同轴连接； 

所述的电动机模拟模块用于模拟混联式混合动力汽车实际运行过程中的电动机，所述的电动机模拟模块由第三电动机、右电磁杠杆制动器、右转速转矩 传感器、左电磁杠杆制动器、左转速转矩传感器和第三联轴器组成，所述的第三电动机选用交流变频电动机，第三电动机与右电磁杠杆制动器之间、右电磁杠杆制动器与右转速转矩传感器之间、右转速转矩传感器与左电磁杠杆制动器之间、左电磁杠杆制动器与左转速转矩传感器之间均通过第三联轴器同轴连接； 

所述的仿真控制模块由计算机、电动机驱动器和制动器控制器组成，该模块用于对电动机、电磁杠杆制动器进行控制，接收转速转矩传感器的信号和外界输入的路况信息、运算并进行控制；所述的电动机驱动器输出端分别连接发动机模拟模块中的第一电动机、发电机模拟模块中的第二电动机、电动机模拟模块中的第三电动机，所述的电动机驱动器输入端连接计算机，接收计算机的输出信号；制动器控制器的输出端分别连接发动机模拟模块中的第一电磁杠杆制动器、发电机模拟模块中的第二电磁杠杆制动器、电动机模拟模块中的左电磁杠杆制动器和右电磁杠杆制动器，制动器控制器的输入端接收计算机的输出信号；计算机分别接收发动机模拟模块中的第一转速转矩传感器、发电机模拟模块中的第二转速转矩传感器、电动机模拟模块中的左转速转矩传感器、右转速转矩传感器信号和输入的工况信息参数，并将相应的输出信号传递给电动机驱动器和制动器控制器；计算机分别接收发动机模拟模块、发电机模拟模块、电动机模拟模块中的转速转矩传感器信号和输入的工况信息参数，对工况信息、传感信息进行运算并将相应的信号传递给电动机驱动器和制动器控制器，同时还对接收信号进行存储并可以在编制的仿真软件界面上显示。计算机可通过对数据的后处理进行传递效率等参数的运算。 

所述各模块中的第一电磁杠杆制动器、第二电磁杠杆制动器、右电磁杠杆制动器和左电磁杠杆制动器的结构相同。 

所述各模块中的第一电磁杠杆制动器、第二电磁杠杆制动器、右电磁杠杆 制动器和左电磁杠杆制动器是由壳体组件、轴组件、制动蹄组件和杠杆组件组成；所述的轴组件与壳体组件通过左端面轴承和右端面轴承连接；所述的制动蹄组件与轴组件通过上摩擦片和下摩擦片与制动盘同轴连接，制动蹄组件的一端与壳体组件通过上定位销和下定位销固连，另一端与杠杆组件通过上连接销固连，制动蹄组件中的定滑轮与壳体组件中的左壳体固连；杠杆组件与轴组件通过杠杆轴承同轴连接，杠杆组件与制动蹄组件通过上连接销固连。 

所述的壳体组件是由左箱体、右箱体、左轴承端盖和右轴承端盖组成；所述的左箱体与右箱体通过螺栓连接，左轴承端盖和右轴承端盖通过螺栓分别固定在左箱体左端面和右箱体右端面。 

所述的轴组件是由轴、键、制动盘、卡簧、轴套和滚动轴承组成，滚动轴承包括杠杆轴承、右端面轴承和左端面轴承；所述的制动盘、卡簧、轴套和滚动轴承均与轴同轴；所述的左端面轴承通过轴肩轴向定位，制动盘通过轴肩与卡簧轴向定位，制动盘通过键与轴在圆周方向定位，轴套左端面与杠杆轴承右端面接触，杠杆轴承通过轴肩与轴套轴向定位，右端面轴承通过轴套轴向定位。 

所述的制动蹄组件是由上制动蹄、下制动蹄、上摩擦片、下摩擦片、上定位销、下定位销、上连接销、下连接销、连接绳和定滑轮组成；所述的连接绳包括左连接绳和右连接绳，所述的上摩擦片和下摩擦片分别与上制动蹄和下制动蹄同轴固连；所述的上定位销和下定位销分别在上制动蹄和下制动蹄两定位孔内与定位孔同轴，滚动连接；所述的上连接销和下连接销在上制动蹄和下制动蹄的两连接孔内与连接孔同轴，滚动连接；所述的连接绳两端分别连接上连接销和下连接销，并绕过定滑轮。 

所述的杠杆组件是由杠杆、砝码架、上磁铁砝码和下磁铁砝码组成；所述的砝码架与杠杆通过杠杆一端的凹槽固连，上磁铁砝码与砝码架固连，下磁铁 位于上磁铁下方且同轴非接触，下磁铁固定于地面；所述的上磁铁砝码和下磁铁砝码内部均含磁铁线圈。 

本发明的有益效果是： 

本发明使用了电磁杠杆制动器，通过改变输入电流大小实现加载，克服了使用测功机成本高、控制程序复杂的局限。更重要的是，本发明提供了一种适用于混联式混合动力汽车用差速式动力分配器动力学性能测试的专用试验台，实现了对于差速式动力分配器在不同工况下动力学性能的测试和分析；本发明节省了专用设备的成本投入，结构简单，可操作性强，具有很好的应用前景。 

附图说明

图1为本发明的布置示意图。 

图2为本发明的电磁杠杆制动器组件的示意图。 

图3为本发明的电磁杠杆制动器壳体组件的示意图。 

图4为本发明的电磁杠杆制动器轴组件的立体分解示意图。 

图5为本发明的电磁杠杆制动器轴组件的剖视图。 

图6为本发明的电磁杠杆制动器制动蹄组件的立体示意图。 

图7为本发明的电磁杠杆制动器杠杆组件的立体示意图。 

图中： 

0-差速式动力分配器模块，1-发动机模拟模块，2-发电机模拟模块，3-电动机模拟模块，4-仿真控制模块； 

01-动力分配器壳体，02-左半轴齿轮，03-右半轴齿轮，04-左半轴，05-右半轴，06-行星齿轮轴，071-第一行星齿轮，072-第二行星齿轮，08-大伞齿轮； 

11-第一电动机，12-第一电磁杠杆制动器，13-第一转速转矩传感器，14-联 轴器，15-小伞齿轮轴； 

21-第二电动机，22-第二电磁杠杆制动器，23-第二转速转矩传感器，24-第二联轴器； 

31-第三电动机，32-右电磁杠杆制动器，33-右转速转矩传感器，34-左电磁杠杆制动器，35-左转速转矩传感器，36-第三联轴器； 

41-计算机，42-电动机驱动器，43-制动器控制器； 

50-壳体组件，60-轴组件，70-制动蹄组件，80-杠杆组件； 

501-左箱体，502-右箱体，503-左轴承端盖，504-右轴承端盖； 

601-轴，602-销，603-制动盘，604-卡簧，605-轴套，606-滚动轴承，606-1-杠杆轴承，606-2-右端面轴承，606-3-左端面轴承； 

701-1-上制动蹄，701-2-下制动蹄，702-1-上摩擦片，702-2-下摩擦片，703-1-上定位销，703-2-下定位销，704-1-上连接销，704-2-下连接销，706-连接绳，706-1-左连接绳，706-2-右连接绳，705-定滑轮； 

801-杠杆，802-砝码架，803-上磁铁砝码，804-下磁铁砝码。 

具体实施方式

参阅图1所示，本发明是由差速式动力分配器模块0、发动机模拟模块1、发电机模拟模块2、电动机模拟模块3和仿真控制模块4组成； 

所述的发动机模拟模块1通过端部的小伞齿轮15与差速式动力分配器模块中的大伞齿轮08啮合，所述的发电机模拟模块2通过第二联轴器24与差速式动力分配器模块中的左半轴04连接，所述的电动机模拟模块3通过第三联轴器36与差速式动力分配器模块中的右半轴05连接； 

所述的差速式动力分配器模块0由动力分配器壳体01、左半轴齿轮02、右半轴齿轮03、左半轴04、右半轴05、行星齿轮轴06、第一行星齿轮071、第二 行星齿轮072和大伞齿轮08组成，大伞齿轮08与动力分配器壳体01固定连接，行星齿轮轴06通过两端固定连接在动力分配器壳体01上，第一行星齿轮071和第二行星齿轮072与行星齿轮轴06通过滚动轴承滚动连接于行星齿轮轴06两端，左半轴齿轮02和右半轴齿轮03轴孔外径与动力分配器壳体01的左右两内孔等孔径接触连接，并同时与第一行星齿轮071和第二行星齿轮072相啮合，左半轴04和右半轴05分别通过花键与左半轴齿轮02和右半轴齿轮03同轴连接； 

所述的发动机模拟模块1用于模拟混联式混合动力汽车实际运行过程中的发动机，所述的发动机模拟模块1由第一电动机11、第一电磁杠杆制动器12、第一转速转矩传感器13、联轴器14和小伞齿轮轴15组成，所述的第一电动机11选用交流变频电动机，第一电动机11与第一电磁杠杆制动器12之间、第一电磁杠杆制动器12与第一转速转矩传感器13之间、第一转速转矩传感器13与小伞齿轮轴15之间均通过联轴器14同轴连接； 

所述的发电机模拟模块2用于模拟混联式混合动力汽车实际运行过程中的发电机，所述的发电机模拟模块2由第二电动机21、第二电磁杠杆制动器22、第二转速转矩传感器23和第二联轴器24组成，所述的第二电动机21选用交流变频电动机，第二电动机21与第二电磁杠杆制动器22之间、第二电磁杠杆制动器22与第二转速转矩传感器23之间均通过第二联轴器24同轴连接； 

所述的电动机模拟模块3用于模拟混联式混合动力汽车实际运行过程中的电动机，所述的电动机模拟模块3由第三电动机31、右电磁杠杆制动器32、右转速转矩传感器33、左电磁杠杆制动器34、左转速转矩传感器35和第三联轴器36组成，所述的第三电动机31选用交流变频电动机，第三电动机31与右电磁杠杆制动器32之间、右电磁杠杆制动器32与右转速转矩传感器33之间、右 转速转矩传感器33与左电磁杠杆制动器34之间、左电磁杠杆制动器34与左转速转矩传感器35之间均通过第三联轴器36同轴连接； 

所述的仿真控制模块4由计算机41、电动机驱动器42和制动器控制器43组成，该模块用于对电动机、电磁杠杆制动器进行控制，接收转速转矩传感器的信号和外界输入的路况信息、运算并进行控制；所述的电动机驱动器42输出端分别连接发动机模拟模块1中的第一电动机11、发电机模拟模块2中的第二电动机21、电动机模拟模块3中的第三电动机31，所述的电动机驱动器42输入端连接计算机41，接收计算机41的输出信号；制动器控制器43的输出端分别连接发动机模拟模块1中的第一电磁杠杆制动器12、发电机模拟模块2中的第二电磁杠杆制动器22、电动机模拟模块3中的左电磁杠杆制动器34和右电磁杠杆制动器32，制动器控制器43的输入端接收计算机41的输出信号；计算机41分别接收发动机模拟模块1中的第一转速转矩传感器13、发电机模拟模块2中的第二转速转矩传感器23、电动机模拟模块3中的左转速转矩传感器35、右转速转矩传感器33信号和输入的工况信息参数，并将相应的输出信号传递给电动机驱动器42和制动器控制器43；计算机41分别接收发动机模拟模块1、发电机模拟模块2、电动机模拟模块2中的转速转矩传感器信号和输入的工况信息参数，对工况信息、传感信息进行运算并将相应的信号传递给电动机驱动器42和制动器控制器43，同时还对接收信号进行存储并可以在编制的仿真软件界面上显示。计算机可通过对数据的后处理进行传递效率等参数的运算。 

参阅图2至图7所示，所述各模块中的第一电磁杠杆制动器12、第二电磁杠杆制动器22、右电磁杠杆制动器32和左电磁杠杆制动器34的结构相同。 

所述各模块中的第一电磁杠杆制动器12、第二电磁杠杆制动器22、右电磁杠杆制动器32和左电磁杠杆制动器34是由壳体组件50、轴组件60、制动蹄组 件70和杠杆组件80组成；所述的轴组件60与壳体组件50通过右端面轴承606-2和左端面轴承606-3连接；所述的制动蹄组件70与轴组件60通过上摩擦片702-1和下摩擦片702-2与制动盘603同轴连接，制动蹄组件70的一端与壳体组件50通过上定位销703-1和下定位销703-2固连，另一端与杠杆组件通过上连接销704-1固连，制动蹄组件中的定滑轮705与壳体组件中的左壳体501固连；杠杆组件80与轴组件60通过杠杆轴承606-1同轴连接，杠杆组件80与制动蹄组件70通过上连接销704-1固连。 

参阅图3所示，所述的壳体组件50是由左箱体501、右箱体502、左轴承端盖503和右轴承端盖504组成；所述的左箱体501与右箱体502通过螺栓连接，左轴承端盖503和右轴承端盖504通过螺栓分别固定在左箱体501左端面和右箱体502右端面。 

参阅图4和图5所示，所述的轴组件60是由轴601、键602、制动盘603、卡簧604、轴套605和滚动轴承606组成，滚动轴承606包括杠杆轴承606-1、右端面轴承606-2和左端面轴承606-3；所述的制动盘603、卡簧604、轴套605、滚动轴承606均与轴601同轴；所述的左端面轴承606-3通过轴肩轴向定位，制动盘603通过轴肩与卡簧604轴向定位，制动盘603通过键602与轴601在圆周方向定位，轴套605左端面与杠杆轴承606-1右端面接触，杠杆轴承606-1通过轴肩与轴套605轴向定位，右端面轴承606-2通过轴套605轴向定位。 

参阅图6所示，所述的制动蹄组件70是由上制动蹄701-1、下制动蹄701-2、上摩擦片702-1、下摩擦片702-2、上定位销703-1、下定位销703-2、上连接销704-1、下连接销704-2、定滑轮705和连接绳706组成；所述的连接绳706包括左连接绳706-1和右连接绳706-2，所述的上摩擦片702-1和下摩擦片702-2分别与上制动蹄701-1和下制动蹄701-2同轴固连；所述的上定位销703-1和下定 位销703-2分别在上制动蹄701-1和下制动蹄701-2两定位孔内与定位孔同轴，滚动连接；所述的上连接销704-1和下连接销704-2在上制动蹄701-1和下制动蹄701-2的两连接孔内与连接孔同轴，滚动连接；所述的连接绳706两端分别连接上连接销704-1和下连接销704-2，并绕过定滑轮705。 

参阅图7所示，所述的杠杆组件80是由杠杆801、砝码架802、上磁铁砝码803和下磁铁砝码804组成；所述的砝码架802与杠杆801通过杠杆一端的凹槽固连，上磁铁砝码803与砝码架802固连，下磁铁804位于上磁铁803下方且同轴非接触，下磁铁804固定于地面；所述的上磁铁砝码803和下磁铁砝码804内部均含磁铁线圈。 

试验过程中各模块的工作模式如下： 

发动机模拟模块1中的第一电动机11与第一电磁杠杆制动器12串联模拟实际汽车中的发动机，二者不同时工作；第一电动机11驱动时，第一电磁杠杆制动器12断电空转，模拟发动机驱动运行模式；第一电动机11断电空转，第一电磁杠杆制动器12提供制动力矩，模拟发动机断油反拖运行模式。第一转速转矩传感器13测试发动机模拟模块1端的转速与转矩信号，通过转速、转矩信号可以获得发动机模拟模块1端的功率。 

发电机模拟模块2中的第二电动机21与第二电磁杠杆制动器22串联模拟实际汽车中的发电机，二者不同时工作；第二电动机21驱动时，第二电磁杠杆制动器22断电空转，模拟发电机处于电动模式，输出扭矩；第二电动机21断电空转，第二电磁杠杆制动器22提供制动力矩，模拟发电机处于发电运行模式，消耗差速式动力分配器左半轴04输出的功率。第二转速转矩传感器23测试发电机模拟模块2端的转速与转矩信号，通过转速、转矩信号可以获得发电机模拟模块2端的功率。 

电动机模拟模块3中的第三电动机31与右电磁杠杆制动器32串联模拟实际汽车中的电动机，二者不同时工作；第三电动机31驱动时，右电磁杠杆制动器32断电空转，模拟电动机处于电动模式，输出扭矩；第三电动机31断电空转，右电磁杠杆制动器32提供制动力矩，模拟电动机处于发电模式，消耗车辆处于制动能量回收模式下输出轴的功率。右转速转矩传感器33测试电动机模拟端的转速与转矩信号，通过转速、转矩信号可以获得电动机模拟端的功率。 

左杠杆电磁制动器34模拟动力分配器动力输出轴上的负载，通过制动器控制器43的调节可以控制制动力矩从而模拟行车负载、行车冲击、惯性负载等。左转速转矩传感器35测试差速式动力分配器右半轴05输出的转速与转矩信号，通过转速、转矩信号可以获得差速式动力分配器右半轴05输出的功率。 

试验台可模拟混联式混合动力汽车的工况包括：纯电模式、发动机驱动模式、充电模式、联合驱动模式、特殊驱动模式、机械制动模式、能量回收模式。试验台工作时从计算机41中调出需要测试的工况，并进行运算，将运算结果输出至电动机驱动器42和制动器控制器43，电动机驱动器42和制动器控制器43进行信号识别和运算，分别将控制信号传递给各模块中的电动机和制动器，各模块的电动机和制动器接收控制信号后按照信号指令进行工作；各模块的转速转矩传感器测得转速、转矩信号后将信号传递给计算机41，并由计算机重新运算，尽心回路控制或进入下一工况测试，重复上述循环。实现了差速式动力分配器对于特定工况下转速转矩等动力学性能测试数据的采集，为后期数据处理和动力学性能评价提供依据。 

杠杆电磁制动器的工作过程是： 

将电磁杠杆制动器的上磁铁砝码803和下磁铁砝码804的线圈分别通以同向电流，上磁铁砝码803和下磁铁砝码804间产生相互吸引力，通过砝码架802将力施加于杠杆801末端，杠杆801在轴处产生扭矩；通过上连接销704-1将扭 矩传递给上制动蹄701-1，使上制动蹄701-1产生向下微小位移，同时通过连接绳706与定滑轮705，下制动蹄701-2亦产生向上微小位移，使上/下摩擦片与制动盘603之间产生压力，从而在制动盘与摩擦片之间产生相互摩擦力，继而实现了对制动盘的制动。通过控制上/下磁铁砝码线圈的电流大小，可以调节上/下磁铁砝码间相互作用力，实现摩擦片与制动盘间可变的压力，达到对制动盘施加不同制动力的目的。