混合动力汽车传动系统性能试验台架

摘要

一种混合动力汽车传动系统性能试验台架，包括发动机、转速转矩传感器、ISG电机、传动连接支撑箱、十字万向节、电力测功机、油耗仪和控制系统等。转速转矩传感器安装在发动机和ISG电机之间，ISG的定子与离合器相连，传动连接支撑箱与ISG电机定子一起安装到发动机安装端面；传动连接支撑箱中间安装传动轴，传动轴的花键端与离合器摩擦片内花键相连，传动轴的法兰端与十字万向节相连，十字万向节与电力测功机相连。本发明将发动机、电机及控制系统集成，增加转速转矩传感器和传动连接支撑箱，减小传递过程中转矩波动，可对发动机、电机的转速和转矩进行分别控制，对系统的油耗和电池的电压、电流、荷电状态等参数进行测量。

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力传动系统传动试验技术，具体涉及一种混合动力汽车传动系统性能试验台架。

背景技术

混合动力汽车由发动机和电动机混合驱动，能够回收车辆在制动过程中的能量，它综合了燃油汽车和纯电动汽车的优点，具有良好的燃油经济性、动力性和排放性能，是具有良好市场应用前景的电动汽车，已成为国内外研究开发的热点。

混合动力传动系统性能试验台架是研究混合动力传动系统部件性能的重要工具，也是混合动力传动系统研究开发的基础，在现有的试验系统中，具有部件试验功能的台架多，但缺乏对发动机/电机动力总成性能的试验台架。发明专利CN 1800804中所描述的混合动力汽车动力传动可靠性试验台架，在试验对象上与本专利有相似性，但区别在于，两者的结构有不同，试验方法和目的不同：专利CN 1800804主要用于混合动力系统的可靠性试验，没有计量系统的油耗，不能对动力系统的燃油经济性进行评估，而系统的燃油经济性对混合动力系统来说是非常重要的；同时发动机与ISG电机之间没有转速扭矩传感器，系统只能测量发动机/ISG电机动力总成系统的转速扭矩，不能测量到发动机或ISG电机的单独扭矩，而混合动力系统中对发动机/ISG电机的扭矩分配控制是很重要的；ISG电机的只靠曲轴法兰盘进行悬臂支撑，没有单独的类似于变速器的辅助支撑箱体，没有增加有减震作用的离合器，使试验系统支撑较差，扭矩输出的波动也大，造成与实际使用情况不同。

发明内容

本发明的目的是为满足混合动力汽车开发与试验的需要，设计出一种功能完善、结构紧凑的混合动力汽车传动系统性能试验台架，该试验台架具有发动机/电机两个动力源，发动机和电机的转速/转矩和功率可以分别测量，并增加了动力输出连接及辅助支撑箱，以更好地满足混合动力系统性能试验的需要。

本发明提出的混合动力汽车传动系统性能试验台架包括发动机、转速转矩传感器、ISG电机、传动连接支撑箱、十字万向节、电力测功机、油耗仪、发动机电控单元ECU、电机控制器IPU、动力电池、电池管理系统BCM、台架控制系统、数据采集及控制系统、离合器等主要部件。其中转速转矩传感器安装在发动机和ISG电机之间，ISG电机的定子与离合器相连，传动连接支撑箱与ISG电机定子一起安装到发动机安装端面；传动连接支撑箱中间通过轴承和定位卡圈安装有传动轴，传动轴的花键端与离合器摩擦片内花键相连，传动轴的法兰端与十字万向节相连，十字万向节与电力测功机相连。所述发动机连接有发动机控制器ECU，用于控制发动机；ISG电机连接有ISG电机控制器IPU，控制ISG电机；镍氢动力电池是ISG电机的电源或能量储存装置，动力电池的荷电状态等由电池管理系统BCM管理控制；电力测功机的加载控制和系统的油耗测试通过台架控制系统进行控制和参数采集。数据采集和控制系统、IPU、BCM、ECU作为CAN控制局域网的节点，与台架控制系统共同构成了混合动力传动系统的控制系统。

本发明中，数据采集和控制系统通过CAN控制局域网，对混合动力传动系统的控制参数进行设定，对性能参数进行采集，通过电力测功机可以设定动力装置总体的加载转矩或功率，发动机和ISG电机的工作状态和控制扭矩可以通过ECU和IPU进行设定和控制，发动机的转速和扭矩可以通过安装在ISG电机和发动机之间的转速转矩传感器进行采集，发动机的实际油耗可以通过油耗仪进行采集，这样通过本试验系统，就可以对在动力电池不同荷电状态、在混合动力系统不同输出转速和扭矩要求下，对发动机和ISG电机之间的功率或扭矩分配策略和分配效果进行试验研究，对发动机、ISG电机或两者混合动力系统的性能特性进行试验测试。

本发明与其它台架相比，将混合动力汽车传动系统的主要部件发动机、电机及其控制系统集成，在发动机与电机之间增加了转速转矩传感器，在ISG后增加了离合器与动力传动连接和支撑的传动箱，改善了试验过程中ISG的支撑条件，减小了传递过程中转矩波动。所发明的混合动力试验台架，可以对发动机、电机的转速和转矩进行分别控制，可以对系统的油耗和电池的电压、电流、荷电状态等参数进行测量，整个系统功能完善，布置紧凑，测试方案简单，易于控制和实现。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意框图。

图2为发动机-ISG电机连接及动力输出结构图

图3和图4为动力连接及辅助支撑装置结构图

图中：发动机1、转速转矩传感器2、ISG电机3、传动连接支撑箱4、十字万向节5、电力测功机6、油耗仪7、发动机电控单元ECU 8、电机控制器IPU 9、动力电池10、电池管理系统BCM 11、台架控制系统12、数据采集及控制系统13、支撑座安装螺钉14、发动机曲轴法兰15、传感器安装螺钉16、ISG电机定子17、ISG电机转子18、ISG转子永磁体19、ISG电机定子线圈绕组20、ISG定子硅钢导磁体21、ISG电机定子安装挡圈22、发动机飞轮启动齿圈23、支撑箱体安装螺钉24、ISG电机转子安装螺钉25、离合器摩擦盘26、离合器安装螺钉27、离合器摩擦片28、离合器压盘29、离合器膜片弹簧30、离合器罩31、离合器分离轴承32、支撑箱体33、十字万向节安装螺钉34、支撑座35、孔用卡圈36、传动轴37、轴用卡圈38、左支撑轴承39、轴套40、右支撑轴承41。

具体实施方式

图1给出了本发明的结构示意框图：发动机1与ISG电机3集成为动力总成，转速转矩传感器2安装在发动机1与ISG电机3之间，可以测量发动机1的转速和转矩；动力总成通过传动连接支撑箱4和十字万向节5与电力测功机6相连，电力测功机6测得的是发动机1/ISG电机3动力总成的转速和转矩；ISG电机3与动力电池10(采用镍氢动力电池)通过导线相连，发动机1的运行由发动机控制器ECU 8进行控制，ISG电机3的运行由电机控制器IPU 9进行控制，动力电池10由电池管理系统BCM 11进行管理，电力测功机6的加载控制和系统的油耗仪7通过台架控制系统12进行控制和参数采集。发动机控制器ECU 8、电机控制器IPU 9、电池管理系统BCM 11与数据采集和控制系统13作为CAN控制局域网的节点，与台架控制系统12共同构成了混合动力传动系统的控制系统。

图2给出了发动机1、转速转矩传感器2与ISG电机3及传动连接支撑箱4的具体连接方式：发动机曲轴法兰15的输出端通过传感器安装螺钉16直接与转速转矩传感器2相连，ISG电机转子18通过ISG电机转子安装螺钉25与转速转矩传感器2相连，ISG电机定子17、支撑箱体33与发动机1机体固定，ISG电机转子18与离合器摩擦盘26相连，离合器摩擦片28与连接支撑箱体4的传动轴37花键相连，传动轴37通过十字万向节安装螺钉34和十字万向节5相连。ISG电机3由ISG电机定子17、ISG电机转子18、ISG转子永磁体19、ISG电机定子线圈绕组20、ISG定子硅钢导磁体21和ISG电机定子安装挡圈22等主要部件构成。而离合器摩擦盘26、离合器安装螺钉27、离合器摩擦片28、离合器压盘29、离合器膜片弹簧30、离合器罩31和离合器分离轴承32等构成离合器部分。

图3、图4给出了传动连接支撑箱4中支撑座部分的具体结构：支撑座35通过支撑座安装螺钉14与支撑箱体33相连。传动轴37与轴用卡圈38、左支撑轴承39、轴套40、右支撑轴承41构成传动轴部件，并通过支撑座35的台阶孔和孔用卡圈36定位安装在支撑座35内。

在本实施例中：

发动机采用长安汽车公司的发动机；

转速转矩传感器可采用HBM公司的T10F；

发动机控制器ECU可以采用上海联合电子生产的ECU；

电机采用上海御能公司生产的ISG电机；

电机控制器IPU采用上海御能公司生产的IPU；

电池采用中山中炬森莱公司生产的镍氢电池组

电池管理系统BCM采用中山中炬森莱公司镍氢电池组配套用的BCM；

测功机采用AVL公司生产的电力测功机；

台架控制系统采用AVL公司生产的台架控制系统；

十字万向节采用长安公司汽车用万向节；

连接支撑箱采用长安公司试验用的混合动力性能试验连接支撑箱；

上层控制系统HCU采用北京恒润公司代理的DSPACE。