CN102353535B - 车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，包括目标机、宿主机、数据采集单元和硬件单元；硬件单元包括依次连接的驱动电机、无级变速器和负载电机，宿主机内建立simulink车辆传动模型，运行时利用RTW编译模型下载至目标机；目标机分别与驱动电机和负载电机对应的变频器连接，通过对车辆传动模型的仿真参数的设置，目标机使驱动电机具有和发动机相同的转速特性并使负载电机的运转情况接近于实车运行；数据采集单元采集无级变速器的运行数据，并输出数据，本发明利用无级变速器中变速机构的受力平衡，在进行控制***和液压***性能研究时，采用小功率驱动电机及负载电机代替发动机和大功率加载设备，变速器处于空载/轻载状态运行，大大降低了试验台的建设成本。

Description

车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台及试验方法

技术领域

 本发明涉及变速器试验装置，具体涉及一种车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台。

背景技术

常规车辆无级变速器试验台的设计目标是尽可能模仿车辆实际行驶工况，试验台由发动机、变速器、飞轮、加载设备等组成，其中发动机可由功率相当的电机代替，飞轮和加载设备可由满足要求的电机代替，这种试验台结构复杂，成本高，运行过程中能耗较大。

目前国内对无级变速器研究的一个重点是控制***和液压***，由于无级变速器的变速机构自身具有的受力平衡关系，液压***的运行状况几乎不受变速器负载的影响，在空载或轻载工况也能够进行正常的速比控制和夹紧力控制。

为了降低试验建设及运行成本，在不对无级变速器的效率和钢带寿命进行研究时，则不需要施加与实际工况相同的负载，而只要保证转速及速比变化等与真实情况接近皆可。将动力源改为小功率电机，只需保证变速器能够在空载或轻载工况运行即可，加载设备亦改为小功率电机，同时减小或取消惯量飞轮，从而大大降低了试验台建设成本。

快速控制原型是现在控制策略和控制算法研究的趋势，商业平台比较昂贵，因此利用MATLAB软件的xPC target功能设计车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台是一种值得考虑的低成本方法，而目前未有基于空载/轻载的无级变速器硬件在环试验台。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，利用无级变速器中变速机构自身具有的受力平衡关系，在进行控制***和液压***性能研究时，采用小功率驱动电机及负载电机代替发动机和大功率加载设备，大大降低了试验台的建设成本；本发明的目的之二是提供了一种车辆无级变速器低功耗硬件在环试验方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，所述试验台包括目标机、宿主机、数据采集单元和硬件单元；

所述硬件单元包括依次连接的驱动电机、无级变速器和负载电机，所述宿主机内建立simulink车辆传动模型，所述车辆传动模型的仿真参数通过宿主机进行输入，运行时，利用RTW编译模型下载至目标机；

所述目标机通过不同的通信接口分别与驱动电机和负载电机控制连接，通过对车辆传动模型的仿真参数的设置，目标机使驱动电机具有和发动机相同的转速特性，同时使负载电机的运转情况接近于实车运行；

所述数据采集单元通过传感器采集真实CVT的夹紧力和主、从动轮转速信号，输入车辆传动仿真模型，用于研究夹紧力控制算法和速比控制算法的控制效果，并用于计算车速和发动机转速，所得数据保存至目标机或上传至宿主机。

进一步，所述控制单元分别通过变频器I和变频器II实现对驱动电机和负载电机的转速控制；

进一步，所述数据采集单元包括采集卡与CVT接口板，所述CVT接口板与无级变速器上的传感器输出端相连接，并将采集的运行数据通过采集卡输出至目标机；

进一步，所述simulink车辆传动模型包括驾驶员、发动机、控制器、行驶阻力、行驶动力学、运动控制模块。

进一步，所述仿真参数包括发动机、CVT和路况参数，计算发动机转矩、行驶阻力、速比和***压力，并进一步计算目标车速和目标发动机转速。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该车辆无级变速器低功耗硬件在环试验方法，包括以下步骤：

1）将驱动电机、无级变速器和负载电机依次联接，组成硬件单元；

2）在宿主机内建立simulink车辆传动模型，并输入车辆传动模型的仿真参数，利用RTW编译模型下载至目标机；

3）运行目标机程序，硬件单元开始运转，驱动电机具有和发动机相同的转速特性，同时使负载电机的运转情况接近于实车运行；

4）数据采集单元通过传感器采集真实CVT的夹紧力和主从动轮转速信号，输入车辆传动仿真模型，用于研究夹紧力控制算法和速比控制算法的控制效果，并用于计算车速和发动机转速，所得数据保存至目标机或上传至宿主机。

本发明的有益效果是：

1．利用无级变速器中变速机构自身具有的受力平衡关系，在进行控制***和液压***性能研究时，采用小功率驱动电机及负载电机代替发动机和大功率加载设备，变速器处于空载/轻载状态运行，大大降低了试验台的建设成本；

2．相对于纯模型仿真***而言，本发明将变速器包含在硬件在环之中，提高运行精度；

3．本发明采用基于xPC的宿主机—目标机结构，保证***运行的实时性。

4．该***将变速器和电机进行联合控制，通过控制变频器使电机具有和发动机相同的转速特性，同时控制负载电机，使试验台的运转情况和实车运行接近，具有常规试验台的大部分功能，包括开发和验证控制策略和控制算法，便于对液压执行机构进行性能测试和分析，实现了低能耗，低成本。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明的试验台结构简图；

图2为本发明的离合器和变矩器闭锁工况下的动力学模型示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，包括宿主机1、目标机2、数据采集单元3和硬件单元；

硬件单元包括依次连接的驱动电机5、无级变速器6和负载电机7，通过在宿主机1内建立simulink车辆传动模型，所述车辆传动模型的仿真参数通过宿主机进行输入，运行时，利用RTW编译模型下载至目标机；

RTW是MATLAB的一个工具软件，可以将simulink模型编译并自动下载至目标机。

XPC是simulink的一个功能模块，用于实现一种宿主机-目标机式的硬件在环结构，其中，目标机为通用PC兼容机，在宿主机上建立simulink模型，通过RTW编译后，下载至目标机并实时运行。目标机是裸机，无需windows等操作***，只运行编译后的模型程序，保证了运行速度，因此可以实时运行。

目标机通过不同的通信接口分别与驱动电机和负载电机控制连接，simulink车辆传动模型包括驾驶员、发动机、控制器、行驶阻力、行驶动力学、运动控制模块。通过对车辆传动模型的仿真参数的设置（仿真参数包括发动机、CVT和路况参数），计算发动机转矩、行驶阻力、速比和***压力，并进一步计算目标车速和目标发动机转速。

目标机使驱动电机具有和发动机相同的转速特性，同时使负载电机的运转情况接近于实车运行；本实施例中，控制单元分别通过变频器I 8和变频器II 9实现对驱动电机和负载电机的转速控制。

所述数据采集单元通过传感器采集无级变速器的运行数据，并输出数据保存至目标机或上传至宿主机。本实施例中，数据采集单元包括采集卡与CVT接口板4， CVT接口板4与无级变速器上的传感器输出端相连接，并将采集的运行数据通过采集卡输出至目标机。

　Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态***建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性***、非线性***、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率***，也就是***中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态***模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到***的仿真结果。

与完全在PC机上运行的纯仿真模型比较，本发明的车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台具有以下特性：

1）用实际CVT代替CVT模型，其仿真效果与纯软件环境相比，更接近于真实情况；

2）运动控制模块根据传动***动力学，计算得到的目标发动机转速和车速，运动控制模块控制变频器使驱动电机和负载电机转速跟踪目标发动机转速和车速，试验台的运转特性与实际车辆相近；

3）CVT接口板是CVT和采集卡的信号转换接口，将CVT上的传感器信号转换成采集卡可以采集的信号，同时根据采集卡输出的控制信号对电磁阀进行驱动。电磁阀包括与变速机构有关的夹紧力阀和速比阀，其中夹紧力阀用于控制从动轮的夹紧力，速比阀用于控制主动轮的夹紧力，主动轮和从动轮都由固定盘和滑动盘组成，通过控制两个阀来调节主从动轮的夹紧力比值，改变主动轮和从动轮的工作半径，从而实现速比连续改变。

基于以上试验台，本发明的车辆无级变速器低功耗硬件在环试验方法，包括以下步骤：

1）将驱动电机、无级变速器和负载电机依次联接，组成硬件单元；

2）在宿主机内建立simulink车辆传动模型，并输入车辆传动模型的仿真参数，利用RTW编译模型下载至目标机；

3）运行目标机程序，硬件单元开始运转，驱动电机具有和发动机相同的转速特性，同时使负载电机的运转情况接近于实车运行；

4）对试验过程进行监控，并将数据保存在目标机或上传至宿主机；

5）试验运转结束后，对试验数据进行处理。

如图2所示，离合器和变矩器在闭锁工况下的动力学模型为：

；

式中，速比i通过采集试验台变速器输入/输出轴转速计算得到。

CVT目前最常见的一种结构为：发动机-离合器-变矩器-变速机构-主减速-车轮。由于离合器控制和变矩器控制是通用技术，并不是CVT特有的技术，因此不是CVT研究的重点，通常对CVT的控制研究主要集中在离合器闭合且变矩器闭锁状态的研究，此时的控制内容包括速比控制和夹紧力控制，是CVT特有的控制内容。

动力学仿真得到发动机转速和车速分别作为试验台驱动电机和负载电机的目标转速。由于CVT自身的受力平衡关系，速比变化率及控制特性只和转速有关，与传递的扭矩无关，因此只要使驱动电机转速特性与发动机转速相同，负载电机转速与驱动轮转速相同，就可准确地反映CVT的速比特性。

通过上述方程仿真得到发动机转速和车速，通过变频器使驱动电机转速跟踪计算得到的发动机转速，调节负载电机转速，跟踪目标车速对应的车轮转速。此时CVT就工作在与实际工况相同的发动机转速和车速下。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，其特征在于：所述试验台包括目标机、宿主机、数据采集单元和硬件单元；

所述硬件单元包括依次连接的驱动电机、无级变速器和负载电机，所述宿主机内建立simulink车辆传动模型，所述车辆传动模型的仿真参数通过宿主机进行输入，运行时，利用RTW编译模型下载至目标机；

所述目标机通过不同的通信接口分别与驱动电机和负载电机控制连接，通过对车辆传动模型的仿真参数的设置，目标机使驱动电机具有和发动机相同的转速特性，同时使负载电机的运转情况接近于实车运行；

所述数据采集单元通过传感器采集真实CVT的夹紧力和主、从动轮转速信号，输入车辆传动仿真模型，用于研究夹紧力控制算法和速比控制算法的控制效果，并用于计算车速和发动机转速，所得数据保存至目标机或上传至宿主机；

所述控制单元分别通过变频器I和变频器II实现对驱动电机和负载电机的转速控制。

2.根据权利要求1所述的车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，其特征在于：所述数据采集单元包括采集卡与CVT接口板，所述CVT接口板与无级变速器上的传感器输出端相连接，并将采集的运行数据通过采集卡输出至目标机。

3.根据权利要求1或2所述的车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，其特征在于：所述simulink车辆传动模型包括驾驶员、发动机、控制器、行驶阻力、行驶动力学、运动控制模块。

4.根据权利要求3所述的车辆无级变速器低功耗硬件在环试验台，其特征在于：仿真参数包括发动机、CVT和路况参数，用于计算发动机转矩、行驶阻力、速比和***压力，并进一步计算目标车速和目标发动机转速。

5.车辆无级变速器低功耗硬件在环试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将驱动电机、无级变速器和负载电机依次联接，组成硬件单元；

2）在宿主机内建立simulink车辆传动模型，并输入车辆传动模型的仿真参数，利用RTW编译模型下载至目标机；

3）运行目标机程序，硬件单元开始运转，驱动电机具有和发动机相同的转速特性，同时使负载电机的运转情况接近于实车运行；

4）数据采集单元通过传感器采集真实CVT的夹紧力和主、从动轮转速信号，输入车辆传动仿真模型，用于研究夹紧力控制算法和速比控制算法的控制效果，并用于计算车速和发动机转速，所得数据保存至目标机或上传至宿主机。

Images