专利名称：并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制试验台及试验方法
技术领域：
本发明属于混合动力汽车制动控制领域，具体涉及一种并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制的动态试验台及试验方法。
背景技术：
混合动力汽车作为在日益加剧的环境及能源压力下发展起来的一种新型车辆，已成为汽车界的研究重点之一。混合动力汽车电机制动的能量回馈特性使得混合动力汽车能量利用率得到改善，经济性得到提高；且电机制动力矩的精确可调性又使得混合动力汽车制动力矩控制精度得到提升。同时由于电机制动具有的以上特点，使混合动力汽车下坡安全辅助控制(下坡滑行时，车辆由ECU控制，综合利用电机制动系统、发动机反拖制动及液压制动系统使车速不增加的一种控制方法)成为了可能。该方法的使用在保证混合动力汽车下坡安全性能提高的基础上，也会提升混合动力汽车的经济性，必将成为混合动力汽车进一步研究的关键技术之一。由于实车验证周期较长，成本较高，危险性大，在控制方法开发初期一般使用试验台进行验证。目前的混合动力汽车制动系统试验平台有以下三类一是建立制动系统的数学模型，进行仿真验证；二是建立含有液压系统的静态试验平台，进行静态试验验证；三是建立含有液压系统及轮边电机系统的动态试验台，进行电机与液压联合制动试验。但是上述各试验方法分别存在以下缺点一、数学模型不能反映电机与液压机构等执行部件的动态特性，也不能反映制动器、压力传感器、转速传感器等感应部件的动态特性；二、含有液压系统的静态试验平台仅反映了液压调节机构的响应特性，试验台其它各部件均是静止的， 对制动器、车轮等的动态特性没有考虑；三、含有液压系统及电机系统的动态试验台，可进行混合动力汽车的ABS等复杂的动态制动试验，但即未考虑制动过程中的发动机的参与， 也不是完整的车辆动力传递系统(不含变速器)，不能模拟出真实的发动机反拖制动，且在制动过程中没有加速踏板的信号，无法判断驾驶员在下坡过程中的驾驶意图。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是克服已有试验平台的不足，提出一种并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制的动态试验台及试验方法。该试验台针对采用电机，发动机、液压复合制动的混合动力汽车，建立了包含电机制动、发动机制动与液压制动的执行机构，并引入变速器、制动器、压力传感器、转速传感器、位移传感器、加速及制动踏板等实际部件的试验平台，为并联式混合动力汽车制动控制研究提供了快速有效的试验手段。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种并联式联混合动力汽车下坡安全辅助控制试验台，其特征在于包括驾驶员控制单元、执行单元、传感单元、阻力模拟单元和仿真控制单元。其中，驾驶员控制单元包括加速踏板和制动踏板，加速踏板上安装有加速踏板位移传感器；制动踏板上安装有制动踏板位移传感器。执行单元包括用于模拟车辆驱动电机的第一电机，模拟发动机的第二电机，用于模拟车辆传动系统的齿轮箱和变速器，用于模拟车轮的飞轮，用于模拟车辆制动系统的轮缸压力调节机构、制动主缸、制动油壶、制动钳、制动盘、真空泵及相应的联接管路；第一电机与齿轮箱相连，第二电机与变速器相连， 制动钳安装在底座上制动盘上方，制动钳与轮缸压力调节机构相连。传感单元包括轮缸压力传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器和含转矩转速传感器的扭矩仪，轮缸压力传感器固定在制动钳上，扭矩仪通过联轴器一侧与飞轮相连，另一侧与测功机相连。测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器被固定在一条轴线上，并可绕该轴线转动。阻力模拟单元包括所述测功机，用于模拟车辆行驶过程中可能受到的各种阻力。仿真控制单元包括一计算机、一实时仿真系统、一驱动滤波电路、一测功机控制器和一驱动电机控制器；其中，计算机内预置有实车采集的坡路的坡度数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块；实时仿真系统与计算机通过网线相联，并与驱动滤波电路相连；驱动滤波电路同时与所述传感单元、测功机控制器和驱动电机控制器相连；测功机控制器与所述测功机相连；驱动电机控制器与第一电机、第二电机相连；实时仿真系统接收并处理传感单元输入的信息和坡度数据信息，计算出驱动第一电机、第二电机、测功机和轮缸压力调节机构的转矩，并经驱动滤波电路传送给各所述控制器。一种基于上述试验台的试验方法，包括如下步骤(1)上电，将计算机中实车采集的坡路的坡度数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块下载至实时仿真系统内，打开真空泵，在计算机内部设定轮速的最高值Vmax，给定驾驶员目标车速范围Vtl Vtl’，V0' < Vfflax ；(2)起始时驾驶员踩加速踏板，加速踏板传感器将信号通过驱动滤波电路传给实时仿真系统，系统开始工作，实时仿真系统根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩及力矩分配方式，经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器，驱动电机控制器根据指令驱动第一电机，或第二电机，或同时驱动第一电机、第二电机，使由所述测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴开始转动；(3)与步骤O)同步，扭矩仪实时测得飞轮的转速并经驱动滤波电路将信号传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据飞轮的转速计算出车速、车辆加速度及车辆行驶的里程，并根据车辆里程所对应的坡度计算出车辆行驶过程中所受的总阻力矩，经驱动滤波电路发送到测功机控制器，驱动测功机向开始旋转的由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴提供阻力矩；(4)当车速达到Vtl Vtl时，a)如当前车辆所受阻力矩Tf大于零，则可分别进行如下三种情况的试验I)驾驶员踩加速踏板，加速踏板位移传感器将加速踏板位移信号经驱动滤波电路传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩Tdes及力矩分配方式，并经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器，驱动电机控制器根据指令驱动第一电机，或第二电机，或同时驱动第一电机、第二电机，其力矩作用在由第二电机、变速器、 齿轮箱、制动盘、飞轮、扭矩仪、测功机通过联轴器组成的轴上，当Tdes-Tf > 0时该轴加速， Tdes-Tf < 0时该轴减速，Tdes-Tf = 0时该轴维持现有速度；II)驾驶员踩制动踏板，制动踏板位移传感器将制动踏板位移信号经驱动滤波电路传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据制动踏板的位移信号计算出制动力矩及力矩分配方式，并经驱动滤波电路分别或同时发送至驱动电机控制器及轮缸压力调节机构，使得第一电机及制动主缸同时或分别对由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴施加制动力矩，使飞轮减速；III)驾驶员不踩加速及制动踏板，由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴在测功机提供阻力矩的作用下减速；b)如当前车辆所受阻力矩Tf小等于零，则可分别进行如下三种情况的试验I)驾驶员踩加速踏板，加速踏板位移传感器将加速踏板位移信号经驱动滤波电路传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩及力矩分配方式，并经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器，驱动电机控制器根据指令驱动第一电机， 或第二电机，或同时驱动第一电机、第二电机，使由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、 变速器、第二电机通过联轴器组成的轴加速；II)驾驶员踩制动踏板，制动踏板位移传感器将制动踏板位移信号经驱动滤波电路传到实时仿真系统，实时仿真系统根据制动踏板的位移信号计算出制动力矩Tdes ‘及力矩分配方式，并经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器及轮缸压力调节机构，第一电机及制动主缸的力矩分别或同时作用在由第二电机、变速器、齿轮箱、制动盘、飞轮、扭矩仪、测功机通过联轴器组成的轴上，当Tdes ‘-Tf > 0时该轴加速，Tfcs ‘-Tf < 0时该轴减速，Tdes ‘-Tf =0时该轴维持现有速度；III)驾驶员不踩加速及制动踏板，实时仿真系统将启动下坡辅助的电机、发动机、 液压复合制动控制模块，取两个踏板均为零的起始时刻的轮速为初速度，根据扭矩仪测得并经驱动滤波电路送至实时仿真系统的实时飞轮转速，实时仿真系统计算出总制动力矩， 当总制动力矩小于第一电机所能提供的最大制动力矩时，实时仿真系统向驱动电机控制器发出指令，驱动电机控制器驱动第一电机，制动力矩经齿轮箱作用在由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴上，使轴的转速不增加；当总制动力矩逐渐达到第一电机所能提供的最大制动力矩时，实时仿真系统向驱动电机控制器发出指令，驱动电机控制器驱动第二电机，力矩作用在由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、模拟发动机的驱动电机通过联轴器组成的轴上，在模拟离合器结合过程中，实时仿真系统将根据实时飞轮转速，以保证离合器接合过程中轴的转速平稳为目标计算第一电机的动态协调转矩，并向驱动电机控制器发出指令，驱动电机控制器驱动第一电机，保证此时飞轮转速的不增加及此动态过程的平稳；当总制动力矩逐渐大于第一电机及第二电机所能提供的最大制动力矩之和时，实时仿真系统将起动液压制动系统，根据实时及初速度计算出目标制动压力，经驱动滤波电路向轮缸压力调节机构发出制动指令，液压调节机构启动，经液压管路向制动轮缸提供压力，并通过制动钳及制动盘对轴施加制动力矩。由于轮缸压力调节机构的动作存在延时及精度误差，作用在轴上的轮缸压力会与实时仿真系统的计算值存在一定的差异，此时将根据压力传感器测得的实际压力信号，利用第一电机的快速响应特性对液压系统进行动态协调。下坡辅助过程中，随时根据加速踏板及制动踏板位移信号退出辅助制动，在辅助制动退出过程中，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块将进行陡坡缓释控制。本发明采用上述技术方案所带来的有益效果是1、本发明基于并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制方法，设计了包含电机制动系统、发动机制动系统(由电机模拟)、液压制动系统、制动踏板信号、加速踏板信号、车轮转速及转矩(由飞轮模拟)、道路模拟系统、实时仿真系统及计算机控制的实时动态仿真平台。该平台可以模拟车辆行驶中坡度阻力的实时变化，全面反映混合动力汽车电机、发动机、液压制动系统的动态特性，模拟并联式混合动力汽车下坡安全辅助的全部过程，为混合动力汽车下坡安全辅助控制方法的开发及验证提供可靠的试验平台。2、试验台中由于引入了加速踏板及加速踏板位移传感器，使试验台可以模拟车辆的驱动过程及下坡辅助过程中因加速踏板而产生的退出及陡坡缓释功能。3、试验台中由于引入了模拟发动机的驱动电机及变速器，使试验台具有完整的并联式混合动力车的动力及动力传动系统，可以模拟并联式混合动力汽车下坡辅助的全部实验过程(驱动及制动)。4、试验台将驱动电机力矩、发动机力矩、液压制动力矩及车辆所受到的总阻力矩作用在一根轴上，其结构可以实现下坡辅助过程中的电机与发动机动态协调， 电机与液压动态协调及电机、发动机与液压三者动态协调的试验。5、该平台可以避免混合动力汽车下坡安全辅助控制方法实车调试过程中产生的危险，降低试验成本及周期，使混合动力汽车下坡安全辅助控制方法的开发及调试尽快完成。
图1是并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制试验平台的结构示意图；图中，1-加速踏板，2-制动踏板，3-加速踏板位移传感器，4-制动踏板传感器， 5-第一电机，6-第二电机，7-齿轮箱，8-变速器，9-飞轮，10-轮缸压力调节机构(EVB)， 11-制动主缸，12"制动油壶，13-制动钳，14-制动盘，15-真空泵，16-联轴器，17-轮缸压力传感器，18-扭矩仪(含转矩转速传感器)，19-测功机，20-计算机，21-实时仿真系统， 23-测功机控制器，24-驱动电机控制器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本试验台可以分为驾驶员控制单元、执行单元、传感单元、阻力模拟单元和仿真控制单元。传感单元负责采集驾驶员控制单元及执行单元的状态信息，并输送给仿真控制单元，仿真控制单元对信息进行分析处理后，生成控制指令，并将指令分别发送给执行单元和阻力模拟单元，以模拟并联式混合动力汽车的驱动及制动过程，进而验证混合动力汽车下坡辅助制动控制的有效性。驾驶员控制单元驾驶员控制单元包括加速踏板1和制动踏板2，其中加速踏板1 与加速踏板位移传感器3连接，用于采集驾驶员对加速踏板的控制信息；制动踏板2与制动踏板位移传感器4连接，用于采集驾驶员对制动踏板的控制信息，加速踏板位移传感器3和制动踏板位移传感器4都属于传感单元。驾驶员可以通过计算机的显示界面知晓实验台所模拟的车辆及路面的状态，并按实际道路驾驶对加速及制动踏板进行控制，而仿真控制系统则通过采集驾驶员对加速及制动踏板的控制信号，实时分析驾驶员在坡路上行驶时的真实驾驶意图，全面验证混合动力汽车下坡辅助控制方法进入、退出逻辑及陡坡缓释功能。执行单元执行单元包括用于模拟车辆驱动电机的第一电机5、模拟发动机的第二电机6 ；用于模拟车辆传动系统的齿轮箱7和变速器8，第一电机5与齿轮箱7驱动连接，第二电机6与变速器8驱动连接；用于模拟车轮的飞轮9(可根据不同车型更换)；用于模拟车辆制动系统的轮缸压力调节机构10 (本试验台使用EVB，也可根据需要使用其它机构)、 制动主缸11、制动油壶12、制动钳13、制动盘14、真空泵15及相应的联接管路。以上部件中除模拟发动机的第二电机6，模拟车轮的飞轮9，其余均选自现有汽车部件，以力求能反映车辆真实特性。其中飞轮9、制动盘14、齿轮箱7、变速器8和第二电机6通过各联轴器 16被固定在一条轴线上，并可绕该轴线转动，第一电机5通过齿轮箱7也将扭矩传递到该轴上，可实现混合动力汽车的双动力源(发动机、电机)经传动机构(变速器8)到车轮的全部动力传递过程的模拟。制动主缸11及轮缸压力调节机构10，可通过程序设置分别或同时实现对制动钳13的轮缸压力控制——即通过制动钳13及制动盘14实现对车轮(飞轮9) 轮速的控制。本发明中只通过一个驱动轮模拟整车制动过程，并对下坡辅助方法进行验证，故仅一个制动盘14与飞轮9同轴连接。其他三个设为静态制动盘。传感单元传感单元包括四个轮缸压力传感器17、加速踏板位移传感器3、制动踏板位移传感器4和扭矩仪18 (含转矩转速传感器)。每一轮缸压力传感器分别固定在一制动钳上(制动钳固定在底座上，制动盘上方)，用于实时采集制动轮缸的压力。制动踏板位移传感器4与制动踏板2相连，用于实时采集制动踏板的位移信号。加速踏板位移传感器 3与加速踏板1相连，用于实时采集加速踏板的位移信号。扭矩仪18通过联轴器一侧与飞轮9连接，另一侧与测功机19相连，位于由测功机19、飞轮9、制动盘14、齿轮箱7、变速器 8和第二电机6构成的轴线上，用于实时采集飞轮9的转速。阻力模拟单元阻力模拟单元包括测功机19，用于模拟车辆行驶过程中可能受到的阻力(坡度阻力，风阻力，摩擦阻力，加速阻力之和)。在混合动力汽车下坡辅助过程中可提供正负两种阻力。仿真控制单元仿真控制单元包括一计算机20、一实时仿真系统21、一驱动滤波电路22、一测功机控制器23和一驱动电机控制器M。其中，计算机20内预置有实车采集的坡路的坡度数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块。实时仿真系统21与计算机20通过网线相联，计算机20通过网线可以将车辆运行时的坡路数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机，液压复合制动控制模块下载至实时仿真系统21内。驱动滤波电路22同时与传感单元、测功机控制器和驱动电机控制器相连。测功机控制器23与测功机19相连；驱动电机控制器M与第一电机5、第二电机6相连。实时仿真系统21接收并处理传感单元输入的信息及内部存储的坡度数据信息，计算出第一电机5、第二电机6(发动机)、阻力模拟单元(测功机19)和轮缸压力调节机构10的转矩，并经驱动滤波电路传送给各控制器。同时将相关传感器及力矩信息输送给计算机20存储和显示。本发明的试验步骤如下(1)上电，将计算机20内存中的坡路的坡度数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块下载至实时仿真系统21内，打开真空泵15，在计算机内部设定轮速的最高值Vmax，给驾驶员一个目标车速范围Vtl Vtl ’ (V0' <Vmax)。(2)当驾驶员踩加速踏板1时，加速踏板传感器3将信号通过驱动滤波电路22传给实时仿真系统21，系统开始工作，实时仿真系统21将根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩及力矩分配方式，并经驱动滤波电路22发送至驱动电机控制器M，驱动电机控制器根据指令驱动第二电机6 (发动机)，或第一电机5，或第二电机6加第一电机5，使由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器16组成的轴开始转动。(3)与步骤⑵同步，扭矩仪18实时测得飞轮9的转速并经驱动滤波电路22将信号传送到实时仿真系统21。实时仿真系统21根据轴的转速计算出车速、车辆加速度及车辆行驶的里程，并根据车速、车辆加速度以及实时仿真系统21内车辆里程所对应的坡度计算出车辆行驶过程中所受的总阻力矩，经驱动滤波电路22发送到测功机控制器23，并驱动测功机19向开始旋转的由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器16组成的轴提供阻力矩。(4)当车速达到Vtl Vtl时，a)如当前车辆所受阻力矩(Tf)大于零，则可分别进行如下三种情况的试验I)驾驶员踩加速踏板1，加速踏板位移传感器3将加速踏板位移信号经驱动滤波电路22传送到实时仿真系统21，实时仿真系统21将根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩(TdJ及力矩分配方式，并经驱动滤波电路22发送至驱动电机控制器M，驱动电机控制器根据指令驱动第二电机6，或第一电机5，或同时驱动第二电机6、第一电机5，其力矩作用在由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器 16组成的轴上，当Tdes-Tf > 0时该轴加速，Tdes-Tf < 0时该轴减速，Tdes-Tf = 0时该轴维持现有速度。II)驾驶员踩制动踏板2，制动踏板位移传感器4将制动踏板位移信号经驱动滤波电路22传送到实时仿真系统21，实时仿真系统21将根据制动踏板的位移信号计算出制动力矩及力矩分配方式，并经驱动滤波电路22分别或同时发送至驱动电机控制器M及轮缸压力调节机构10，使得第一电机5及制动主缸11分别或同时对由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器16组成的轴施加制动力矩，使轴减速。III)驾驶员不踩加速及制动踏板，由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19组成的轴将在阻力矩的作用下减速。b)如当前车辆所受阻力矩小等于零，则可分别进行如下三种情况的试验I)驾驶员踩加速踏板1，加速踏板位移传感器3将加速踏板位移信号经驱动滤波电路22传送到实时仿真系统21，实时仿真系统21将根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩及力矩分配方式，并经驱动滤波电路22发送至驱动电机控制器M，驱动电机控制器根据指令驱动第二电机6，或第一电机5，或同时驱动第二电机6、第一电机5，使由第二电机6、 变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器16组成的轴加速。II)驾驶员踩制动踏板2，制动踏板位移传感器4将制动踏板位移信号经驱动滤波电路22传送到实时仿真系统21，实时仿真系统21将根据制动踏板的位移信号计算出制动力矩(Tdes ‘)及力矩分配方式，并经驱动与滤波电路22分别或同时发送至驱动电机控制器 M及轮缸压力调节机构10，第一电机5及制动主缸11输出的力矩分别或同时作用在由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器16组成的轴上，当Tdes ‘-Tf > 0时该轴加速，Tdes ‘-Tf < 0时该轴减速，Tdes ‘-Tf = 0时该轴维持现有速度。III)驾驶员不踩加速及制动踏板，实时仿真系统21将启动下坡辅助的第一电机 5、第二电机6、液压复合制动控制模块。取两个踏板均为零的起始时刻的轮速为初速度，根据扭矩仪18测得并经驱动滤波电路22送至实时仿真系统21的实时飞轮转速，实时仿真系统计算总制动力矩，当总制动力矩小于第一电机5所能提供的最大制动力矩时，实时仿真系统向驱动电机控制器M发出指令，驱动电机控制器驱动第一电机5，其制动力矩经齿轮箱7作用在由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器16组成的轴上，使车速(轴的转速)不增加；当总制动力矩逐渐达到第一电机5所能提供的最大制动力矩时，实时仿真系统向驱动电机控制器M发出指令，驱动电机控制器驱动第二电机6 (模拟发动机反拖力矩及离合器接合过程的力矩波动过程)，其力矩作用在由第二电机6、变速器8、齿轮箱7、制动盘14、飞轮9、扭矩仪18、测功机19通过联轴器16组成的轴上，在模拟离合器接合的过程中，实时仿真系统将根据实时飞轮转速，以保证离合器接合过程中轴的转速平稳为目标计算第一电机5的动态协调转矩，并向驱动电机控制器M 发出指令，驱动电机控制器驱动第一电机5，以保证此时飞轮转速的不增加及此动态过程的平稳；当总制动力矩逐渐大于第一电机5及第二电机6所能提供的最大制动力矩之和时，实时仿真系统21将起动液压制动单元，根据实时及目标车速计算出目标制动压力，经驱动滤波电路向液压调节机构10发出制动压力指令，液压调节机构10启动，经液压管路向制动轮缸提供压力，并通过制动钳及制动盘对轴施加制动力矩，由于液压调节机构10的动作存在延时及精度误差，作用在轴上的液压制动力矩(轮缸压力)会与实时仿真系统21的计算值存在一定的差异，此时将根据压力传感器17测得的实际压力信号，利用第一电机5的快速响应特性对液压系统进行动态协调，以实现控制的精确性。在液压辅助制动过程中，随时可根据加速及制动踏板信号退出辅助制动，在辅助制动退出过程中，为保证车辆转动的平稳， 下坡辅助的电机、发动机，液压复合制动控制模块还将进行陡坡缓释控制。计算机20对上述工作过程中传感单元采集到的信息和电、液复合制动控制模块计算出的中间参数，比如轮速、车速、扭矩等进行实时显示。
权利要求
1.一种并联式联混合动力汽车下坡安全辅助控制试验台，其特征在于包括驾驶员控制单元、执行单元、传感单元、阻力模拟单元和仿真控制单元，其中，所述驾驶员控制单元包括加速踏板和制动踏板，加速踏板上安装有加速踏板位移传感器；制动踏板上安装有制动踏板位移传感器；所述执行单元包括用于模拟车辆驱动电机的第一电机，模拟发动机的第二电机，用于模拟车辆传动系统的齿轮箱和变速器，用于模拟车轮的飞轮，用于模拟车辆制动系统的轮缸压力调节机构、制动主缸、制动油壶、制动钳、制动盘、真空泵及相应的联接管路；第一电机与齿轮箱相连，第二电机与变速器相连，制动钳安装在底座上制动盘上方，制动钳与轮缸压力调节机构相连；所述传感单元包括轮缸压力传感器、所述加速踏板位移传感器、所述制动踏板位移传感器和含转矩转速传感器的扭矩仪，轮缸压力传感器固定在制动钳上，扭矩仪通过联轴器一侧与所述飞轮相连，另一侧与测功机相连；所述测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器被固定在一条轴线上，并可绕该轴线转动；所述阻力模拟单元包括所述测功机，用于模拟车辆行驶过程中可能受到的各种阻力；所述仿真控制单元包括一计算机、一实时仿真系统、一驱动滤波电路、一测功机控制器和一驱动电机控制器；其中，计算机内预置有实车采集的坡路的坡度数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块；实时仿真系统与计算机通过网线相联，并与驱动滤波电路相连；驱动滤波电路同时与所述传感单元、测功机控制器和驱动电机控制器相连；测功机控制器与所述测功机相连；驱动电机控制器与第一电机、第二电机相连；所述实时仿真系统接收并处理传感单元输入的信息和坡度数据信息，计算出驱动第一电机、第二电机、测功机和轮缸压力调节机构的转矩，并经驱动滤波电路传送给各所述控制器。
2.一种基于权利要求1所述试验台的并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制试验方法，其特征在于，包括如下步骤(1)上电，将计算机中实车采集的坡路的坡度数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块下载至实时仿真系统内，打开真空泵，在计算机内部设定轮速的最高值Vmax，给定驾驶员目标车速范围Vtl Vtl’，V0' < Vfflax ；(2)起始时驾驶员踩加速踏板，加速踏板传感器将信号通过驱动滤波电路传给实时仿真系统，系统开始工作，实时仿真系统根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩及力矩分配方式，经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器，驱动电机控制器根据指令驱动第一电机， 或第二电机，或同时驱动第一电机、第二电机，使由所述测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴开始转动；(3)与步骤(2)同步，扭矩仪实时测得飞轮的转速并经驱动滤波电路将信号传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据飞轮的转速计算出车速、车辆加速度及车辆行驶的里程，并根据车辆里程所对应的坡度计算出车辆行驶过程中所受的总阻力矩，经驱动滤波电路发送到测功机控制器，驱动测功机向开始旋转的由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴提供阻力矩；(4)当车速达到V0 V0时，a)如当前车辆所受阻力矩Tf大于零，则可分别进行如下三种情况的试验I)驾驶员踩加速踏板，加速踏板位移传感器将加速踏板位移信号经驱动滤波电路传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩Tdes及力矩分配方式，并经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器，驱动电机控制器根据指令驱动第一电机， 或第二电机，或同时驱动第一电机、第二电机，其力矩作用在由第二电机、变速器、齿轮箱、 制动盘、飞轮、扭矩仪、测功机通过联轴器组成的轴上，当Tdes-Tf > 0时该轴加速，Tdes-Tf < 0 时该轴减速，Tdes-Tf = 0时该轴维持现有速度；II)驾驶员踩制动踏板，制动踏板位移传感器将制动踏板位移信号经驱动滤波电路传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据制动踏板的位移信号计算出制动力矩及力矩分配方式，并经驱动滤波电路分别或同时发送至驱动电机控制器及轮缸压力调节机构，使得第一电机及制动主缸同时或分别对由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴施加制动力矩，使飞轮减速；III)驾驶员不踩加速及制动踏板，由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴在测功机提供阻力矩的作用下减速；b)如当前车辆所受阻力矩Tf小等于零，则可分别进行如下三种情况的试验I)驾驶员踩加速踏板，加速踏板位移传感器将加速踏板位移信号经驱动滤波电路传送到实时仿真系统，实时仿真系统根据加速踏板的位移信号计算出驱动力矩及力矩分配方式，并经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器，驱动电机控制器根据指令驱动第一电机，或第二电机，或同时驱动第一电机、第二电机，使由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴加速；II)驾驶员踩制动踏板，制动踏板位移传感器将制动踏板位移信号经驱动滤波电路传到实时仿真系统，实时仿真系统根据制动踏板的位移信号计算出制动力矩Tdes ‘及力矩分配方式，并经驱动滤波电路发送至驱动电机控制器及轮缸压力调节机构，第一电机及制动主缸的力矩分别或同时作用在由第二电机、变速器、齿轮箱、制动盘、飞轮、扭矩仪、测功机通过联轴器组成的轴上，当Tdes ‘_Tf > 0时该轴加速，Tdes ‘_Tf < 0时该轴减速，Tdes ‘-Tf = 0时该轴维持现有速度；III)驾驶员不踩加速及制动踏板，实时仿真系统将启动下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块，取两个踏板均为零的起始时刻的轮速为初速度，根据扭矩仪测得并经驱动滤波电路送至实时仿真系统的实时飞轮转速，实时仿真系统计算出总制动力矩，当总制动力矩小于第一电机所能提供的最大制动力矩时，实时仿真系统向驱动电机控制器发出指令，驱动电机控制器驱动第一电机，制动力矩经齿轮箱作用在由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、第二电机通过联轴器组成的轴上，使轴的转速不增加；当总制动力矩逐渐达到第一电机所能提供的最大制动力矩时，实时仿真系统向驱动电机控制器发出指令，驱动电机控制器驱动第二电机，力矩作用在由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、模拟发动机的驱动电机通过联轴器组成的轴上，在模拟离合器结合过程中，实时仿真系统将根据实时飞轮转速，以保证离合器接合过程中轴的转速平稳为目标计算第一电机的动态协调转矩，并向驱动电机控制器发出指令，驱动电机控制器驱动第一电机，保证此时飞轮转速的不增加及此动态过程的平稳；当总制动力矩逐渐大于第一电机及第二电机所能提供的最大制动力矩之和时，实时仿真系统将起动液压制动系统，根据实时及初速度计算出目标制动压力，经驱动滤波电路向轮缸压力调节机构发出制动指令，液压调节机构启动，经液压管路向制动轮缸提供压力，并通过制动钳及制动盘对轴施加制动力矩。
3.如权利要求2所述的并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制试验方法，其特征在于由于轮缸压力调节机构的动作存在延时及精度误差，作用在轴上的轮缸压力会与实时仿真系统的计算值存在一定的差异，此时将根据压力传感器测得的实际压力信号，利用第一电机的快速响应特性对液压系统进行动态协调。
4.如权利要求2或3所述的并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制试验方法，其特征在于下坡辅助过程中，随时根据加速踏板及制动踏板位移信号退出辅助制动，在辅助制动退出过程中，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块将进行陡坡缓释控制。
全文摘要
本发明基于并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制理念，提出了并联式混合动力汽车下坡安全辅助控制试验台及试验方法，包括驾驶员控制单元、执行单元、传感单元、阻力模拟单元和仿真控制单元，由测功机、扭矩仪、飞轮、制动盘、齿轮箱、变速器、模拟发动机的电机通过联轴器构成转动轴线；由仿真控制单元内置坡度数据，车辆驱动及制动控制模块，下坡辅助的电机、发动机、液压复合制动控制模块，与计算机和驱动滤波电路相连，控制试验指令。本发明涉及电机制动、发动机制动、液压制动，模拟坡度阻力的实时变化，全面反映了混合动力汽车电机、发动机、液压复合制动的动态特性，为混合动力汽车下坡安全辅助控制方法的开发及验证提供了可靠的试验平台。
文档编号G05B23/02GK102393730SQ20111031107
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者李克强, 杨殿阁, 王建强, 罗禹贡, 赵峰, 连小珉, 郑四发, 韩云武 申请人:清华大学