CN109781175A - 一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置及方法，包括数采系统；所述数采系统分别连接车轮转矩传感器、车轮转角传感器、动力总成温度传感器、电功率计、车辆CAN总线接口及车载油耗仪。本发明采用的解耦方法区别于常规的能量利用率解耦方法，以整车工况下动力总成的能量利用率解耦为目标，得到整车工况的总能量消耗，输出功率和实时运行参数，然后以车轮扭矩和车轮转速作为动力总成复现整车工况的控制参数，以动力总成温度作为边界条件，在动力总成台架上复现整车工况，根据总能量消耗、输出功率和输入功率计算得到总的能量利用率，发动机热效率或电机电能利用率，变速器或减速器和传动系统传递效率。

Description

一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置及 方法

技术领域

本发明属于汽车新技术研发领域，尤其是涉及一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置及方法。

背景技术

车辆的能量利用率，特别是驱动系统，包括发动机和/或电机，以及传动系统的能量利用率是汽车动力性、燃油经济性及驾驶性性能开发领域中非常重要的目标分解参数，其不仅有利于整车性能目标的指标分解，同时也是判断驱动系统和传动系统的能量利用率对车辆总能量利用率影响程度的重要参数，以判断系统集成匹配的问题所在，准确的针对能量利用率低的系统进行选型、改进和升级。在现有技术条件下，如何准确、快速和低成本地获得驱动系统和传动系统的能量利用率，即实现车辆的能量利用率解耦是开展上述工作时急需解决的关键问题。

2014年02期《汽车科技》发表文章《基于NEDC工况的发动机能量利用率分析方法》，提出了将能量利用率用于整车燃油经济性能的匹配水平评价，该文章没有提到驱动系统和传动系统的总能量利用率的解耦，仅仅提出了总能量利用率的计算方法，并用于和其他车型对比；同时该文章针对车辆对外做功的能量利用率的获取方法或步骤没有明确公开介绍。

2016年10月中国汽车工程学会年会论文《基于整车NEDC循环工况的发动机能量流分布特性》，该文介绍了整车燃油经济性评价工况NEDC循环工况中发动机的能量流分布，然而该文针对驱动系统即发动机的输出功率使用的是有效指示功率，并非发动机的实际输出功率，也没有涉及到传动系统的能量利用率以及整车能量利用率解耦问题。

专利号CN102243145B，授权公告日2013.06.19，发明专利《一种电动汽车电驱动系统试验装置及其方法》，公开了针对电驱动系统的能量流测试装置和方法，该装置通过控制电驱动系统，模拟车辆在不同工况和不同车辆模型下的电驱动特性，并采用电机输出轴的扭矩传感器测试电机的输出功率，但该专利针对电机的外部控制和台架搭建十分复杂，同时该专利也没有涉及到传动系统的能量利用率和整车能量利用率的解耦问题。此外采用该专利获得的电机输出功率和整车状态下的数据存在不可预知的差异。

专利号CN103674563B，授权公告日2015.12.02，发明专利《一种用于整车能量流分析的集成测试方法》，公开了整车能量流的测试方法，该方法针对驱动系统的输出功率或传动系统的输入功率使用了曲轴输出端和离合器之间安装的扭矩传感器，对传动系统的输出功率通过变速器的输出端安装扭矩传感器获取变速器输出功率。该专利的特点是使用实时扭矩传感器获得高精度的数据。采用发动机曲轴输出端和变速器输出端安装实时扭矩传感器的问题在于，该传感器属于高精密设备，如果要保证数据的精度，通常只能专门设计加工，周期长，费用高，其次，该传感器还受到曲轴和离合器之间空间限制，以及变速器输出端空间限制，不能保证任意车辆都能安装实时扭矩传感器；其三，该扭矩传感器通常采用贴片方式，只能一辆车一套系统，测试完毕之后该传感器无法在其他车辆上循环使用；此外，该专利提到的变速器输出端扭矩并不涉及传动系统，仅仅包含了变速器的能量利用率。

专利号CN107505572A，申请公布日2017.12.22，发明专利《一种电动汽车动力总成能量流测试系统及方法》，公开了针对电动汽车动力总成的能量流测试系统及方法，该专利针对于动力电池组、电机控制器和驱动电机的能量流，其中电机输出功率使用电机测功机获得，该专利没有涉及车辆总能量利用率，也没有涉及传动系统能量利用率，并且为了获得电动汽车动力总成能量流，搭建了非常复杂的热交换系统，同时该专利针对电动汽车动力总成能量流仅适用于动力总成，其和整车状态下的动力总成能量流的差异未知。

专利号CN107798472A，申请公布日2018.03.13，发明专利《整车能量流分布及油耗影响因子评价的分析方法》，公开了整车能量流的各部分计算方法，该方法中使用了大部分熟知的计算公式，并且针对驱动系统的输出功率仍然使用了发动机飞轮端扭矩和转速的方式得到。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置及方法，本发明采用的解耦方法区别于常规的能量利用率解耦方法，该方法以整车工况下动力总成的能量利用率解耦为目标，得到整车工况的总能量消耗，输出功率和实时运行参数，然后以车轮扭矩和车轮转速作为动力总成复现整车工况的控制参数，以动力总成温度作为边界条件，将变速器/减速器和传动系统在动力总成台架上复现整车工况，测试得到动力总成在整车工况下的输入功率，根据总能量消耗、输出功率和输入功率计算得到总的能量利用率，发动机热效率或电机电能利用率，变速器或减速器和传动系统传递效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置，包括数采系统；数采系统分别连接车轮转矩传感器、车轮转角传感器、动力总成温度传感器、电功率计、车辆CAN总线接口及车载油耗仪；车轮转矩传感器和车轮转角传感器通过工装安装在驱动轮轮毂上，动力总成温度传感器安装在润滑油油底壳，车载油耗仪安装在车辆油箱燃油滤清器与喷油器之间，电功率计采集驱动电机的输入电压和电流，车辆CAN总线接口连接车辆的动力总成CAN总线数据。

一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，使用上述一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置：

步骤1：将测试车辆以整车状态置于动力总成台架上或底盘测功机上；

步骤2：运行整车工况，得到燃油消耗量G₁或电能消耗量G₂，根据车轮转矩传感器数据和车轮转角传感器数据计算得到车辆外部阻力的总驱动功率P₀，并把采集到的车轮转矩和角加速度作为整车工况复现的控制参数；通过设置在润滑油油底壳上的动力总成温度传感器得到动力总成温度，把动力总成温度作为复现整车工况的边界条件；

步骤3：将整车工况中非做功阶段的燃油消耗量或电能消耗量扣除，得到做功阶段的总消耗能量G₀，将总驱动功率P₀和做功阶段的总消耗能量G₀相比，得到整车工况中的总驱动能量利用率η₀；

步骤4：基于动力总成复现整车工况：按照整车上的变速器或减速器和传动系统布置状态将它们安装在动力总成台架上，由动力总成台架的主动电机替代发动机并驱动传动系统运转，按照需要分别在变速器或减速器的输出位置、传动轴的输入和输出位置处安装扭矩传感器；

步骤5：按照步骤2中采集的控制参数控制变速器和传动系统的运行负荷和转速，按照步骤2中采集的整车工况边界条件控制变速器或减速器和传动系统的运行温度；

步骤6：主动电机的输出功率即是变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂，将变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂与步骤3中做功阶段的总消耗能量G₀相比，计算得到发动机的热效率或电机电能转化效率η₁；

步骤7：将步骤2中总驱动功率P₀与步骤6中的变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂相比，得到变速器或减速器和传动系统的传动效率η₂；

步骤8：实现基于动力总成复现整车工况的能量利用率解耦，步骤3中整车工况中的总驱动能量利用率η₀等于步骤6中发动机的热效率或电机电能转化效率η₁与步骤7中变速器或减速器和传动系统的传动效率之η₂乘积，η₀＝η₁η₂。

进一步的，在步骤2中：根据CO₂排放间接计算或车载油耗仪直接得到燃油消耗量G₁，根据电功率计得到电能消耗量G₂：

基于碳平衡法计算燃油消耗量G₁：

其中，M是各排放污染物的排放质量流量，下标HC、CO、CO₂分别代表碳氢排放，CO排放和CO₂排放，D是15℃下试验燃料的密度；

基于车载油耗仪直接测试得到燃油消耗量G₁：

其中，g(i)是采样时刻的瞬时燃油消耗量；

基于电功率计直接测试得到电能消耗量G₂：

其中，U(i)和I(i)分别是采样时刻的驱动电机输入电压和电流；

车辆外部阻力的总驱动功率P₀：

N(i)和n(i)分别是采样时刻的车轮扭矩和转速。

进一步的，在步骤3中：整车工况中非做功阶段包括怠速和减速工况：油门开度为零，燃烧压力为零，车轮扭矩≤0；

整车工况中的总驱动能量利用率η₀；

P₀是总驱动功率和G₀是做功阶段的总消耗能量。

进一步的，在步骤5中：控制参数功率误差在2％以内，车速误差在±2km/h以内，温度误差在±2℃以内。

进一步的，在步骤2中：车载油耗仪的测量精度≤0.5％，车轮转矩传感器的测量精度≤0.5Nm。

进一步的，在步骤4中：扭矩传感器的测试精度是最大量程的万分之五。

相对于现有技术，本发明一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置及方法，具有以下优势：

本发明一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置及方法，本发明采用的解耦方法区别于常规的能量利用率解耦方法，该方法以整车工况下动力总成的能量利用率解耦为目标，得到整车工况的总能量消耗，输出功率和实时运行参数，然后以车轮扭矩和车轮转速作为动力总成复现整车工况的控制参数，以动力总成温度作为边界条件，将变速器或减速器和传动系统在动力总成台架上复现整车工况，测试得到动力总成在整车工况下的输入功率，根据总能量消耗、输出功率、和输入功率计算得到总的能量利用率，发动机热效率或电机电能利用率，变速器或减速器和传动系统传递效率；整车工况的能量利用率测试及解耦在统一的整车工况下获取，不缺失任何一部分，使用的设备和传感器可以重复使用且数据重复性高；同时本发明适用于各种动力总成的乘用车车型，解耦周期短，一般完整的解耦周期是30天左右，如果按照现有技术中采用实时扭矩传感器的方式，仅扭矩传感器的设计加工至少需要4到8个月；同时解耦成本低，由于实时扭矩传感器只能一车一用，而且要求该车辆的飞轮和曲轴参数不能变动，否则也不能继续使用，因而成本很高，采用本发明公开的装置及方法，其使用的车载油耗仪和传感器可以重复使用，仅需要定期标定设备和传感器精度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明实施例一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法流程示意图；

图2为本发明实施例一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置结构示意图；

图3为本发明实施例一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法原理示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置，包括数采系统；数采系统分别连接车轮转矩传感器、车轮转角传感器、动力总成温度传感器、电功率计、车辆CAN总线接口及车载油耗仪；车轮转矩传感器和车轮转角传感器通过工装安装在驱动轮轮毂上，动力总成温度传感器安装在润滑油油底壳，车载油耗仪安装在车辆油箱燃油滤清器与喷油器之间，电功率计采集驱动电机的输入电压和电流，车辆CAN总线接口连接车辆的动力总成CAN总线数据。

如图1-3所示，一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，使用上述一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置：

步骤1：将测试车辆以整车状态置于动力总成台架上或底盘测功机上；

步骤2：运行整车工况，得到燃油消耗量G₁或电能消耗量G₂，根据车轮转矩传感器数据和车轮转角传感器数据计算得到车辆外部阻力的总驱动功率P₀，并把采集到的车轮转矩和角加速度作为整车工况复现的控制参数；通过设置在润滑油油底壳上的动力总成温度传感器得到动力总成温度，把动力总成温度作为复现整车工况的边界条件；

步骤3：将整车工况中非做功阶段的燃油消耗量或电能消耗量扣除，得到做功阶段的总消耗能量G₀，将总驱动功率P₀和做功阶段的总消耗能量G₀相比，得到整车工况中的总驱动能量利用率η₀；

步骤4：基于动力总成复现整车工况：按照整车上的变速器或减速器和传动系统布置状态将它们安装在动力总成台架上，由动力总成台架的主动电机替代发动机并驱动传动系统运转，按照需要分别在变速器或减速器的输出位置、传动轴的输入和输出位置处安装扭矩传感器；

步骤5：按照步骤2中采集的控制参数控制变速器和传动系统的运行负荷和转速，按照步骤2中采集的整车工况边界条件控制变速器或减速器和传动系统的运行温度；

步骤6：主动电机的输出功率即是变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂，将变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂与步骤3中做功阶段的总消耗能量G₀相比，计算得到发动机的热效率或电机电能转化效率η₁；

步骤7：将步骤2中总驱动功率P₀与步骤6中的变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂相比，得到变速器或减速器和传动系统的传动效率η₂；

步骤8：实现基于动力总成复现整车工况的能量利用率解耦，步骤3中整车工况中的总驱动能量利用率η₀等于步骤6中发动机的热效率或电机电能转化效率η₁与步骤7中变速器或减速器和传动系统的传动效率之η₂乘积，η₀＝η₁η₂。

如图1-3所示，在步骤2中：根据CO₂排放间接计算或车载油耗仪直接得到燃油消耗量G₁，根据电功率计得到电能消耗量G₂：

基于碳平衡法计算燃油消耗量G₁：

其中，M是各排放污染物的排放质量流量，下标HC、CO、CO₂分别代表碳氢排放，CO排放和CO₂排放，D是15℃下试验燃料的密度；

基于车载油耗仪直接测试得到燃油消耗量G₁：

其中，g(i)是采样时刻的瞬时燃油消耗量；

基于电功率计直接测试得到电能消耗量G₂：

其中，U(i)和I(i)分别是采样时刻的驱动电机输入电压和电流；

车辆外部阻力的总驱动功率P₀：

N(i)和n(i)分别是采样时刻的车轮扭矩和转速。

如图1-3所示，在步骤3中：整车工况中非做功阶段包括怠速和减速工况：油门开度为零，燃烧压力为零，车轮扭矩≤0；

整车工况中的总驱动能量利用率η₀；

P₀是总驱动功率,G₀是做功阶段的总消耗能量。

如图1-3所示，在步骤5中：控制参数功率误差在2％以内，车速误差在±2km/h以内，温度误差在±2℃以内。

如图1-3所示，在步骤2中：车载油耗仪的测量精度≤0.5％，车轮转矩传感器的测量精度≤0.5Nm。

如图1-3所示，在步骤4中：扭矩传感器的测试精度是最大量程的万分之五。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置，其特征在于：包括数采系统；所述数采系统分别连接车轮转矩传感器、车轮转角传感器、动力总成温度传感器、电功率计、车辆CAN总线接口及车载油耗仪；所述车轮转矩传感器和车轮转角传感器通过工装安装在驱动轮轮毂上，所述动力总成温度传感器安装在润滑油油底壳，所述车载油耗仪安装在车辆油箱燃油滤清器与喷油器之间，所述电功率计采集驱动电机的输入电压和电流，所述车辆CAN总线接口连接车辆的动力总成CAN总线数据。

2.一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，其特征在于：使用权利要求1所述的一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的装置：

步骤1：将测试车辆以整车状态置于动力总成台架上或底盘测功机上；

步骤2：运行整车工况，得到燃油消耗量G₁或电能消耗量G₂，根据车轮转矩传感器数据和车轮转角传感器数据计算得到车辆外部阻力的总驱动功率P₀，并把采集到的车轮转矩和角加速度作为整车工况复现的控制参数；通过设置在润滑油油底壳上的动力总成温度传感器得到动力总成温度，把动力总成温度作为复现整车工况的边界条件；

步骤3：将整车工况中非做功阶段的燃油消耗量或电能消耗量扣除，得到做功阶段的总消耗能量G₀，将总驱动功率P₀和做功阶段的总消耗能量G₀相比，得到整车工况中的总驱动能量利用率η₀；

步骤4：基于动力总成复现整车工况：按照整车上的变速器或减速器和传动系统布置状态将它们安装在动力总成台架上，由动力总成台架的主动电机替代发动机并驱动传动系统运转，按照需要分别在变速器或减速器的输出位置、传动轴的输入和输出位置处安装扭矩传感器；

步骤5：按照步骤2中采集的控制参数控制变速器和传动系统的运行负荷和转速，按照步骤2中采集的整车工况边界条件控制变速器或减速器和传动系统的运行温度；

步骤6：主动电机的输出功率即是变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂，将变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂与步骤3中做功阶段的总消耗能量G₀相比，计算得到发动机的热效率或电机电能转化效率η₁；

步骤7：将步骤2中总驱动功率P₀与步骤6中的变速器或减速器和传动系统的输入功率T₂相比，得到变速器或减速器和传动系统的传动效率η₂；

步骤8：实现基于动力总成复现整车工况的能量利用率解耦，步骤3中整车工况中的总驱动能量利用率η₀等于步骤6中发动机的热效率或电机电能转化效率η₁与步骤7中变速器或减速器和传动系统的传动效率之η₂乘积，η₀＝η₁η₂。

3.根据权利要求2所述的一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，其特征在于：在步骤2中：根据CO₂排放间接计算或车载油耗仪直接得到燃油消耗量G₁，根据电功率计得到电能消耗量G₂：

基于碳平衡法计算燃油消耗量G₁：

其中，M是各排放污染物的排放质量流量，下标HC、CO、CO₂分别代表碳氢排放，CO排放和CO₂排放，D是15℃下试验燃料的密度；

基于车载油耗仪直接测试得到燃油消耗量G₁：

其中，g(i)是采样时刻的瞬时燃油消耗量；

基于电功率计直接测试得到电能消耗量G₂：

其中，U(i)和I(i)分别是采样时刻的驱动电机输入电压和电流；

车辆外部阻力的总驱动功率P₀：

N(i)和n(i)分别是采样时刻的车轮扭矩和转速。

4.根据权利要求2所述的一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，其特征在于：在步骤3中：整车工况中非做功阶段包括怠速和减速工况：油门开度为零，燃烧压力为零，车轮扭矩≤0；

整车工况中的总驱动能量利用率η₀；

P₀是总驱动功率,G₀是做功阶段的总消耗能量。

5.根据权利要求2所述的一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，其特征在于：在步骤5中：控制参数功率误差在2％以内，车速误差在±2km/h以内，温度误差在±2℃以内。

6.根据权利要求2所述的一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，其特征在于：在步骤2中：车载油耗仪的测量精度≤0.5％，车轮转矩传感器的测量精度≤0.5Nm。

7.根据权利要求2所述的一种用于动力总成复现整车工况能量利用率解耦的方法，其特征在于：在步骤4中：安装的扭矩传感器的测试精度是最大量程的万分之五。