專利名稱：電動車輛abs制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動車輛的機械制動和電機回饋制動協調控制試驗臺，特別涉及一種電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺。
背景技術：
現階段迅猛發展的混合動力電動車輛和純電動車輛中，在減速和制動時其驅動電
機作為發電機使用以進行制動能量回饋，電機發電時的負扭矩為車輛制動提供一部分制動
力矩，提高能量效率，增加車輛的行駛里程，達到減少排放和節約能源的效果。 在實際的制動情況下，電機回饋制動具體能夠回收多大百分比的制動動能，受到
電池組的荷電狀態、車輛的制動強度、車輛制動壓力主動調節機構比如ABS等系統的影響，
同時還要受到駕乘人員舒適性的約束。電機回饋的目標就是要在保證制動安全和乘坐舒
適性的前提下，盡可能多地回收制動能量。其中ABS制動同電機回饋制動的控制協調直接
同制動安全問題相關，要實現良好的控制目標需要具有良好的控制策略，以達到在保證ABS
系統正常工作的前提下盡可能多地回收制動動能的目的。開發這方面的控制策略需要進行
大量的試驗和資金投入，利用能夠模擬汽車制動的試驗臺來輔助開發節約開發成本、縮短
開發時間和減少實車試驗的危險性。
發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種用來測試電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略的試驗臺。 本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是一種電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，包括車輪支架、滑軌和控制及顯示儲存系統，所述車輪支架上安裝有車輪，所述車輪由電機帶動變速箱進行驅動，所述電機由電池組供電，所述車輪上安裝有制動器，所述制動器與ABS系統相連接，所述滑軌上安裝有滾筒托架，所述滾筒托架上安裝有與滾筒固接的支承軸I，所述支承軸I連接慣性飛輪組，所述滾筒托架上連接有作用力方向與所述滑軌平行的油缸；所述車輪通過壓緊摩擦傳動所述滾筒；所述電機發電產生的電能輸送到電池組進行儲存；所述油缸推動所述剛性托架沿所述滑軌移動，所述滾筒和所述車輪間產生徑向壓緊力；所述徑向壓緊力F2 = 乂 2，其中，^為所述車輪法向載荷，P i為地面摩擦系數，P 2為所述滾筒與所述車輪的摩擦系數；通過調整所述滾筒和所述車輪間的所述徑向壓緊力大小改變所述車輪和所述滾筒間的制動摩擦力，模擬不同摩擦系數的路面摩擦力。
所述油缸壓力通過高速伺服閥控制。 所述電池組通過充電器充電升高荷電狀態SOC，通過所述電機帶動所述車輪、所述滾筒和所述慣性飛輪組旋轉并進行制動來降低電池組的荷電狀態SOC。 所述電機設有輸出扭矩傳感器，所述輸出扭矩傳感器安裝在所述電動機和變速箱之間；在所述滾筒與所述慣性飛輪組之間安裝制動力矩傳感器。
所述滾筒設有轉速光電傳感器，所述轉速光電傳感器安裝在所述滾筒的支撐軸I的軸端；在所述ABS系統的制動管路輸入端安裝有制動管路壓力傳感器。
該試驗臺設有汽車整車縱向制動力計算機仿真系統。
所述變速箱具有至少兩個速比。
該試驗臺配備有功率分析儀。 所述制動器的制動管路壓力通過液壓站輸出壓力推動一個油缸來產生。
所述制動器的制動管路壓力通過踩踏制動踏板來產生。 本發明具有的優點和積極效果是采用ABS制動系統、電機、電池組等實物來建立模擬試驗臺，用來測試ABS制動和電機回饋制動協調控制策略，并且還單獨進行ABS系統制動控制策略的測試試驗，從而有效地降低相關控制系統的開發時間，減少開發成本增加了能量的利用率。
圖1是本發明的平面布置 圖2是本發明的控制系統框圖。 圖1中1、慣性飛輪組，2、萬向節，3、滑軌，4、滾筒，5、油缸，6、電池組，7、主控制器，8、電機，9、聯軸節，10、變速箱，11、傳動軸，12、車輪支架，13、制動器，14、車輪，15、油缸，16、液壓站。
具體實施例方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下 請參閱圖1 圖2，本發明一種電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制試驗臺，包括固裝在鐵地板上的車輪支架12、滑軌3、液壓站16和控制系統，車輪支架12上安裝有車輪14，車輪14由電機8驅動，傳動路線為電機8通過聯軸節9與變速箱10的輸入端連接，變速箱10的輸出端通過傳動軸11與車輪14連接，車輪14上安裝有制動器13，制動器13上設有ABS系統15 ;滑軌3上安裝有滾筒托架7，滾筒托架上通過軸承安裝有與滾筒4固接的支承軸I，支承軸I連接有慣性飛輪組1，滾筒托架上連接有作用力方向與滑軌3平行的油缸5 ;車輪14通過壓緊摩擦傳動滾筒4 ;控制系統根據控制策略對制動器13的液壓制動壓力和電機8的回饋制動力矩進行調節，控制電機8和制動器13進行協調制動。
為了便于油缸5加力，慣性飛輪組1設有支撐軸II，支撐軸II和支承軸I通過萬向節2連接，使得滾筒4的水平移動時支撐軸II和支承軸I保持平行。
用于測試電機回饋制動扭矩的傳感器安裝在電機8和變速箱10之間；用于測試車輪14轉速的傳感器為ABS系統15自帶的輪速傳感器；用于測試滾筒4轉速的光電傳感器安裝在滾筒4支撐軸I的軸端；用于測試滾筒4制動扭矩的傳感器安裝在滾筒4和飛輪組1之間；用于測試制動管路壓力的傳感器安裝在ABS系統15的制動管路輸入端；用于測試ABS壓力調節情況的壓力傳感器安裝在制動器制動輪缸的壓力輸入端。
根據需要組合慣性飛輪組1的慣量來模擬汽車的質量，慣性飛輪組1的支撐軸II通過萬向節2同滾筒4的支撐軸I連接，滾筒4的支撐軸I通過軸承安裝在水平移動的剛性托架上，在油缸5的推動下托架沿著水平布置的滑軌3移動，從而使得車輪14和滾筒4間產生徑向壓緊力；壓緊力大小利用等效摩擦力的概念進行設定，即根據地面摩擦系數、車輪法向載荷計算地面摩擦力，然后利用計算的地面摩擦力同滾筒4同車輪14摩擦力相等的情況下，根據滾筒4同車輪14間的摩擦系數來計算車輪14同滾筒4間的水平壓緊力；通過調整車輪14和滾筒4這兩部分間的水平壓緊力大小改變車輪14和滾筒4間的制動摩擦力，從而來模擬不同摩擦系數的路面上的路面制動摩擦力；通過使用高速伺服閥控制車輪14同滾筒4間的壓緊力大小的變化，來模擬摩擦系數高低交替變化的棋格型路面。
試驗開始時直接利用電池組6儲存的電能，由電機8作為動力驅動機構，通過變速箱IO，然后輸出動力來驅動車輪14和滾筒4和慣性飛輪組1達到設定的速度；當滾筒4達到設定轉速后，控制系統控制液壓站輸出制動壓力對車輪14開始施加制動力，在防止車輪14抱死的情況下，進行制動能量回饋控制。進行制動回饋時，電機8作為發電機發電經過逆變器輸送到電池組6存儲。 在電池組6電量不足時，使用充電機對電池組6進行充電，以達到需要的荷電狀態S0C ;當電池電量高于試驗要求荷電狀態S0C時，通過電機帶動車輪14、滾筒4和慣性飛輪組1旋轉，然后進行制動來消耗電池組6的電能，以達到需要的荷電狀態。
電池組6包括蓄電池、燃料電池、超級電容、電池模擬器這些不同形式的能量裝置，這些能量裝置根據設計要求單獨使用或組合使用。 上述試驗臺設有汽車整車縱向制動力計算機仿真系統。試驗臺同計算機仿真模型相結合進行汽車整車制動力學性能研究，在四輪電動汽車計算機仿真分析時，一個車輪使用試驗臺實物，另外三個車輪使用計算機模型仿真，并通過實驗臺實物車輪的測試數據對另外三個車輪的計算機模型仿真進行修改。 在電機8和車輪14之間安裝有至少有兩個速比的減速機構，來模擬實際車輛上的傳動比，或者根據設計需要配置不同的減速機構。 試驗臺配備了扭矩傳感器、轉速測功器，在試驗臺上連接功率分析儀，用來測試電機的電壓、電流、功率、功率因素、相位角、峰值電壓、電流頻率、電壓頻率、以及電池組電荷量、效率等詳細參數用于開發控制系統的控制效果分析。 制動器13的制動管路壓力通過液壓站16輸出壓力推動一個油缸來產生，壓力大小通過壓力傳感器反饋，由伺服閥進行調解，以得到期望的制動壓力。 制動器13的制動管路壓力產生的另一種方式是通過踩踏制動踏板來產生制動管路需要壓力，采用腳踏制動踏板時使用真空助力器進行助力，真空助力器的真空度采用電動氣泵抽出模擬發動機進氣管對應位置處的真空度。 本發明的基本思路是為輔助開發ABS制動和電機回饋制動協調控制策略，采用模擬試驗臺檢測和調試ABS制動和電機回饋制動的協調控制情況，以輔助開發ABS制動和電機回饋制動協調的控制策略，進一步用于純電動車輛或混合動力電動車輛的研究開發中。 應用本發明的第一種試驗方案進行ABS和電機回饋制動協調控制的試驗調試，測試前首先要按照計算結果組合慣性飛輪組1的慣量和設定好車輪14和滾筒4之間的徑向壓力；然后利用電池組6輸出電能由電機8作為電動機來驅動整個試驗臺旋轉，電機的輸出通過變速箱10帶動車輪14旋轉，車輪14通過其和滾筒4之間的摩擦力再帶動滾筒旋轉，滾筒4帶動慣性飛輪組1旋轉。當滾筒4轉速達到設定值(模擬汽車車速)后，主控制 器7發出指令，控制液壓站16的輸出制動壓力(制動壓力大小采用反饋控制)，制動壓力 作用在制動器13上使其產生制動力矩，制動力矩使車輪14開始制動，ABS系統15的控制 器根據車輪14的轉速傳感器和滾筒4的轉速傳感器發送的信號判斷車輪是否有抱死的趨 勢，并根據具體的判定結果對制動壓力進行調節；同時電機控制器根據主控制器7的指令， 通過P麗(脈寬調制)調節電機的相電流來調節電機回饋制動力矩，從而進行協調制動，電 機發電產生的交流電通過逆變器輸送到電池組6進行儲存。這個試驗用來模擬汽車正常行 駛制動時，協調控制策略的開發者根據其設計的協調控制策略，開發控制程序，并通過在控 制系統運行上述程序，在保證ABS系統正常工作的情況下，主控器7控制液壓制動力矩和電 機回饋制動力矩之間的分配比例，以達到盡可能多地回收制動動能的目的。
應用本發明的第二種試驗方案模擬車輛滑行時電機回饋制動控制的試驗調試， 測試時首先按照要求組合好慣性飛輪組1、調節好車輪14和滾筒4之間的壓力；然后電機 作為電動機通過變速箱10帶動車輪14旋轉，車輪14通過摩擦力帶動滾筒4旋轉，滾筒4 帶動慣性飛輪組1旋轉。當滾筒4的轉速達到設定值后，主控制器7發出指令停止對電機 8的驅動，車輪14在慣性飛輪組1的慣性作用下開始滑行，由于此時沒有液壓制動，ABS系 統15不參與工作。電機控制器根據主控制器7的指令通過P麗(脈寬調制)調節電機的相 電流來調節電機8作為發電機產生一定的回饋制動力矩，電機8發電產生的電能輸送到電 池組6進行儲存。這個試驗用來模擬汽車帶檔滑行時發動機產生的制動力矩，一般來說回 饋制動力矩較小，具體回饋制動力矩大小根據實車試驗結果或經驗進行設定。
應用本發明的第三種試驗方案進行ABS系統控制策略的試驗測試，測試時首先 按照要求組合好慣性飛輪組1 、調節好車輪14和滾筒4之間的壓力；然后電機8作為電動機 通過變速箱10帶動車輪14旋轉，車輪14通過摩擦帶動滾筒4旋轉，滾筒4帶動慣性飛輪 組1旋轉。當滾筒4的轉速達到設定值后，主控制器7發出停止電機驅動指令，同時給制動 器13發出制動指令，ABS系統15的控制器根據車輪14的轉速傳感器和滾筒4的轉速傳感 器發送的信號判斷車輪是否有抱死的趨勢，并根據具體的判定結果對制動壓力進行調節； 在這種情況下電機8不進行回饋制動，這種試驗用來測試汽車無電機回饋制動時，ABS系統 15控制制動器的情況。 在上述試驗方案中，慣性飛輪組1采用等比和等差組合方式，基礎慣量為5kg. m2， 最大慣量達到110kg.m2，級差僅為lkg.m2，較精確的滿足轎車制動測試需要；不同慣量飛輪 組合時主要通過螺栓連接。 在上述試驗方案中，滾筒4直徑為800mm，通過支承軸I安裝在兩個滾動軸承上，支 承軸I的一端通過萬向節2與飛輪組支撐軸II聯接。支承軸I的軸承座固定在一個剛性 托架上，托架又與一組滑軌連接，在一個伺服控制液壓加力油缸5的推動下可水平移動，壓 緊力大小由壓力傳感器測出，采用反饋控制液壓加力油缸5的輸出壓力來控制滾筒與車輪 之間的摩擦力。 在上述試驗測試方案中，慣性飛輪組1、滾筒4等組成的傳動系統最高轉速為 2000rpm。 在上述試驗測試方案中，液壓站16為制動器13和液壓加力油缸的動作提供動力， 提供的最大壓力為20MPa，壓力大小采用伺服閥控制。
在上述試驗測試方案中，電機8為電動汽車和混合動力電動車上廣泛采用的電動 機/發電機一體的結構，采用永磁直流無刷電機，額定功率為30kW，試驗臺根據實際需要采 用不同形式的電機。 在上述試驗方案中，電池組6根據實際需要進行配置。 在上述試驗方案中，車輪14、制動器13、 ABS系統15采用具體設計所選用的具體 實物，或者采用自己開發的ABS系統裝置。 在上述的第一種試驗方案中，協調控制的基本目標是根據制動強度大小，在保證 ABS系統正常工作的情況下，主控器7控制液壓制動力矩和電機回饋制動力矩之間的分配 比例，以達到盡可能多地回收制動動能的目的。具體如何實現這一目的取決于具體實際控 制策略的設計和程序開發，本發明涉及的試驗臺是為了驗證和調試控制策略提供一個基本 的試驗平臺，不包括具體控制策略的設計。 本發明主要用于ABS和電機回饋制動協調控制策略開發試驗，試驗時電池組6提 供電能，由電機8作為電動機通過變速箱10變速后再驅動車輪14，由車輪14通過摩擦帶動 滾筒4，滾筒4帶動慣性飛輪組1以相同轉速一起旋轉；在設定的速度下液壓站16輸出壓 力驅動制動器13開始動作，對車輪14施加制動；主控制器7根據控制策略對液壓制動壓力 和電機產生的回饋制動力矩進行調節，在保證ABS系統正常工作的前提下，盡可能多地回 收制動動能。 本發明涉及的電動車輛包括混合動力電動車輛和純電動車輛。 盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上
述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通
技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可
以作出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其特征在于，包括車輪支架(12)、滑軌(3)和控制及顯示儲存系統(7)，所述車輪支架(12)上安裝有車輪(14)，所述車輪(14)由電機(8)帶動變速箱(10)進行驅動，所述電機(8)由電池組(6)供電，所述車輪(14)上安裝有制動器(13)，所述制動器(13)與ABS系統(15)相連接，所述滑軌(3)上安裝有滾筒托架，所述滾筒托架上安裝有與滾筒(4)固接的支承軸I，所述支承軸I連接慣性飛輪組(1)，所述滾筒托架上連接有作用力方向與所述滑軌(3)平行的油缸(5)；所述車輪(14)通過壓緊摩擦傳動所述滾筒(4)；所述電機(8)發電產生的電能輸送到電池組(6)進行儲存；所述油缸(5)推動所述剛性托架沿所述滑軌(3)移動，所述滾筒(4)和所述車輪(14)間產生徑向壓緊力；所述徑向壓緊力F2＝G1*μ1/μ2，其中，G1為所述車輪(14)法向載荷，μ1為地面摩擦系數，μ2為所述滾筒(4)與所述車輪(14)的摩擦系數；通過調整所述滾筒(4)和所述車輪(14)間的所述徑向壓緊力大小改變所述車輪(14)和所述滾筒(4)間的制動摩擦力，模擬不同摩擦系數的路面摩擦力。
2. 根據權利要求1所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，所述油缸(5)壓力通過高速伺服閥控制。
3. 根據權利要求1所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，所述電池組(6)通過充電器充電升高荷電狀態SOC，通過所述電機(8)帶動所述 車輪(14)、所述滾筒(4)和所述慣性飛輪組(1)旋轉并進行制動來降低電池組(6)的荷電 狀態SOC。
4. 根據權利要求1所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，所述電機(8)設有輸出扭矩傳感器，所述輸出扭矩傳感器安裝在所述電動機(8) 和變速箱(10)之間；在所述滾筒(4)與所述慣性飛輪組(1)之間安裝制動力矩傳感器。
5. 根據權利要求4所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，所述滾筒(4)設有轉速光電傳感器，所述轉速光電傳感器安裝在所述滾筒(4)的 支撐軸I的軸端；在所述ABS系統(15)的制動管路輸入端安裝有制動管路壓力傳感器。
6. 根據權利要求l所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，該試驗臺設有汽車整車縱向制動力計算機仿真系統。
7. 根據權利要求1所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，所述變速箱(10)具有至少兩個速比。
8. 根據權利要求1所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，該試驗臺配備有功率分析儀。
9. 根據權利要求1所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，所述制動器(13)的制動管路壓力通過液壓站輸出壓力推動一個油缸來產生。
10. 根據權利要求1所述的電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，其 特征在于，所述制動器(13)的制動管路壓力通過踩踏制動踏板來產生。
全文摘要
本發明公開了一種電動車輛ABS制動和電機回饋制動協調控制策略試驗臺，包括車輪支架、滑軌和控制及顯示儲存系統，車輪支架上安裝有車輪，車輪由電機驅動，電機由電池組供電，車輪上安裝有制動器，制動器上設有ABS系統；滑軌上安裝有滾筒托架，滾筒托架上安裝有與滾筒固接的支承軸I，支承軸I連接有慣性飛輪組，滾筒托架上連接有作用力方向與滑軌平行的油缸；車輪通過壓緊摩擦傳動滾筒；電機發電產生的電能輸送到電池組進行儲存。本發明有效地降低相關控制系統的開發時間，減少開發成本，增加了能量的利用率。
文檔編號G01L5/28GK101701877SQ200910228940
公開日2010年5月5日 申請日期2009年12月2日 優先權日2009年12月2日
發明者史廣奎, 孔治國, 汪葵, 王仁廣, 王斌, 鄒玉飛, 黃森仁 申請人:中國汽車技術研究中心
專業數控銑床產品供應商
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