CN115127835B - 一种动力总成台架模拟装置及模拟阻力和惯性力的方法 - Google Patents

Abstract

一种动力总成台架模拟装置及模拟阻力和惯性力的方法，涉及动力总成测试模拟领域，装置包括机械加载系统和液压控制系统，机械加载系统包括第一齿轮、第二齿轮、惯性飞轮和变速箱；第一齿轮与惯性飞轮连接，惯性飞轮与变速箱输出端连接；第二齿轮与油泵连接；液压控制系统包括液压油箱、过滤单元、油泵单元、调压单元和冷却单元；过滤单元连接油泵单元，油泵单元连接调压单元，油泵单元和调压单元之间设有压力传感器；调压单元出油口连接冷却单元，冷却单元连接液压油箱；方法包括车辆爬坡阻力模拟和车辆惯性力模拟。本发明动力总成加载装置可通过改变调压阀电流，模拟跟随车辆的爬坡阻力变化，在变速箱出现动力中断时，不会出现飞车现象。

Description

一种动力总成台架模拟装置及模拟阻力和惯性力的方法

技术领域

本发明涉及动力总成测试模拟技术领域，具体涉及一种动力总成台架模拟装置及模拟阻力和惯性力的方法。

背景技术

随着国家新能源政策的深入推广，矿车用新能源混合动力自动变速箱在宽体矿车和中型刚性矿车中得到了广泛的应用。

混合动力变速箱涉及到机械、液压、电机、电控、软件控制等专业领域，系统集成度高，控制复杂，需要进行大量的台架模拟测试验证，才能装车进行实车测试。非公路重载矿车常见的工况就是满载爬坡，在爬坡过程中的换挡动力中断以及换挡顿挫是矿车变速箱普遍面临的难题，因此必须要在台架上进行模拟工况测试。目前混合动力总成台架大多采用电机加载来模拟整车的爬坡阻力，变速箱的驱动系统采用速度控制模式，而加载电机采用扭矩控制模式，如果变速箱换挡过程中出现动力中断，加载电机会因失去阻力矩而出现飞车，导致测试失败。另外，重载矿车自身质量大，因此加速、减速过程中的惯性力作用效果明显，尤其在验证变速箱换挡顿挫性能时，必须要重点考虑。常用的加载电机不能模拟车辆自身的惯性作用力，因此在验证变速箱换挡平顺性时与真实工况相差很大，造成测试结果不准确。

中国专利CN114486279A公开了一种动力总成台架测试方法、系统及台架控制装置，方法部分包括：获取车辆的实车试验工况数据，然后控制动力总成测试台架模拟实车试验工况数据，以对动力总成进行热平衡测试，其中，动力总成包括发动机和变速器，获取动力总成测试台架在测试过程中的测试数据，以根据实车试验工况数据和测试数据确定测试结果；本发明通过动力总成测试台架模拟实车试验工况数据，以获得包括发动机和变速器在内的动力总成测试数据，使动力总成的测试环境与实车运行工况相近，以对动力总成的散热情况进行准确测试，在通过台架测试提高测试效率的前提下，提高了测试过程中测试数据的准确性，从而提高了动力总成测试结果的准确性。但是该专利无法有效地对台架进行惯性力模拟。

中国专利CN100595550开了一种在动力总成系统台架上模拟汽车惯量的方法，包括以下步骤：加载器以第一扭矩、第二扭矩从零分别倒拖到第一转速和第二转速，测出所需的第一时间和第二时间；根据转速和时间计算出台架的惯量；测出实车在路面的滑行时间，得出汽车速度随时间变化的滑行曲线和汽车的阻力曲线；在所述滑行曲线中取出一曲线段，计算出所述曲线段的时间；加载器按照汽车阻力曲线进行加载，测出加载器转速变化的时间；根据台架原有的惯量，在台架上加飞轮，使得台架的滑行曲线与实车的滑行曲线非常接近，以模拟汽车惯量。本发明还公开了一种利用动力总成系统台架检测汽车参数的方法。其优点在于：汽车惯量模拟与实际相结合，且所需设备简单，成本较低。但是该专利结构较为复杂，且不能同时对车辆的阻力和惯性力进行有效的模拟。

因此，如何设计一套台架加载系统，能够模拟整车爬坡阻力，避免加载飞车现象，还可以模拟车辆的惯性力成为本行业急需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的台架电机加载飞车的问题，提供了一种动力总成台架模拟装置及模拟阻力和惯性力的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种动力总成台架模拟装置，包括机械加载系统和液压控制系统；

所述机械加载系统包括齿轮箱、惯性飞轮和变速箱；所述齿轮箱包括第一齿轮和第二齿轮，且第一齿轮和第二齿轮啮合；

所述第一齿轮通过联轴器与惯性飞轮连接，惯性飞轮通过联轴器与变速箱输出端连接；

所述液压控制系统包括液压油箱、过滤单元、油泵单元、调压单元和冷却单元；所述过滤单元通过液压油管连接油泵单元的吸油口，油泵单元的出油口连接调压单元进油口，且油泵单元和调压单元之间还设置有压力传感器；调压单元出油口通过液压油管连接冷却单元进油口，冷却单元出油口通过液压油管连接液压油箱的回油口；

所述第二齿轮通过花键套与油泵单元连接。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第二齿轮为取力齿轮，且第二齿轮至少设置四个，且第一齿轮设置在四个第二齿轮的中间位置，四个第二齿轮间隔均布在第一齿轮的外部，四个第二齿轮于第一齿轮外啮合。

基于上述技术方案，更进一步地，所述过滤单元至少包括第一吸油过滤器，所述油泵单元至少包括第一油泵，所述调压单元至少包括第一调压阀，且第一吸油过滤器通过管路与第一油泵的吸油口连接，第一油泵出油口通过管路与第一调压阀进油口连接，且第一油泵和第一调压阀之间设有一个压力传感器，第一调压阀出油口连接冷却单元进油口。

基于上述技术方案，更进一步地，所述过滤单元还包括第二吸油过滤器，所述油泵单元还包括第二油泵，所述调压单元还包括第二调压阀，且第二吸油过滤器通过管路与第二油泵的吸油口连接，第二油泵出油口通过管路与第二调压阀进油口连接，且第二油泵和第二调压阀之间设有一个压力传感器，第二调压阀出油口连接冷却单元进油口。

基于上述技术方案，更进一步地，所述过滤单元还包括第三吸油过滤器，所述油泵单元还包括第三油泵，所述调压单元还包括第三调压阀，且第三吸油过滤器通过管路与第三油泵的吸油口连接，第三油泵出油口通过管路与第三调压阀进油口连接，且第三油泵和第三调压阀之间设有一个压力传感器，第三调压阀出油口连接冷却单元进油口。

基于上述技术方案，更进一步地，所述过滤单元还包括第四吸油过滤器，所述油泵单元还包括第四油泵，所述调压单元还包括第四调压阀，且第四吸油过滤器通过管路与第四油泵的吸油口连接，第四油泵出油口通过管路与第四调压阀进油口连接，且第四油泵和第四调压阀之间设有一个压力传感器，第四调压阀出油口连接冷却单元进油口。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第一齿轮和第二齿轮为圆柱齿轮；所述惯性飞轮为扁平圆柱状实心金属块。

基于上述技术方案，更进一步地，所述冷却单元为油水冷却器，且油水冷却器为管壳式换热结构，通过冷却水进行热交换，对液压系统液压油进行冷却。

一种动力总成台架模拟阻力方法，包括以下模拟过程：

设定第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀、第四调压阀的控制电流分别为I₁，I₂，I₃，I₄，设定油泵单元出口不同的工作压力，再通过压力传感器采集油泵出口的实际工作压力

，

，

，

；

设定油泵排量

，油泵机械效率

，则油泵吸收的总扭矩为：

，

设定中间齿轮与取力齿轮的齿比系数k，则齿轮箱的加载扭矩为：

，

设定整车在坡道上的下滑力

，滚动阻力

，风阻

，则整车的爬坡阻力为：

设定整车的后桥传动比

，车轮半径

，后桥的机械传动效率

，可以将整车的爬坡阻力换算成变速箱的输出力矩

：

，

通过齿轮箱模拟车辆爬坡阻力，即

；

一种动力总成台架模拟惯性力方法，包括以下模拟过程：

设定整车总质量为

，车轮转动惯量总和为

，后桥的等效转动惯量为

；

则整车在变速箱输出端的等效转动惯量为：

，

在变速箱输出端采用惯性飞轮来模拟整车的惯性作用力：

惯性飞轮设计成扁平状实心圆柱体，通常采用多片组合，以模拟不同的转动惯量;

设定惯性飞轮质量

，惯性飞轮半径

，则惯性飞轮转动惯量为：

，

在转动惯量相同的情况下，惯性飞轮半径越大，惯性飞轮质量越小。

基于上述技术方案，更进一步地，根据加载扭矩需求，多个调压阀可以设置成一致,若需要精细调整加载扭矩，也可以对多个调压阀进行单独设定。

基于上述技术方案，更进一步地，在加载过程中，通过改变调压阀的控制电流I来跟随整车爬坡阻力的变化，每个调压阀的控制电流可以设置成一致，也可以单独设置。

基于上述技术方案，更进一步地，所述各个吸油过滤器，用于液压控制系统液压油进行过滤，确保相对应的各个油泵吸入的液压油满足清洁度要求，降低油泵的磨损。

基于上述技术方案，更进一步地，各个油泵都优选柱塞泵，可以跟随各个第二齿轮转动，输出一定压力的压力油。

基于上述技术方案，更进一步地，各个调压阀都优选先导式电比例调压阀，可以根据控制电流来设定油路的工作压力。

基于上述技术方案，更进一步地，各个压力传感器用于实时监测各油泵出口液压油工作压力。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明动力总成加载装置可以通过改变各个调压阀电流，模拟跟随车辆的爬坡阻力变化，在变速箱出现动力中断时，不会出现飞车现象，能够模拟车辆的滑行减速过程，能够模拟车辆的惯性作用力，从而可以更加准确的验证变速箱的动力性和换挡平顺性。

（2）本发明中如果变速箱出现动力中断，各个油泵的出口压力保持不变，齿轮箱的加载扭矩维持不变，齿轮箱不会出现飞车的现象，也即是，本发明中的各个油泵被动加载，动力中断后减速至停止，不飞车；与此同时，在各个油泵阻力作用下，齿轮箱会逐渐减速，可以进一步模拟车辆的滑行减速。

附图说明

图1为本发明动力总成台架测试装置的整体结构示意图；

图2为本发明中齿轮箱的结构示意图；

图3为本发明中液压控制系统的结构示意图；

附图标记：1.齿轮箱；11.第一齿轮；12.第二齿轮；2.联轴器；3.惯性飞轮；4.变速箱；5.液压油箱；6.过滤单元；61.第一吸油过滤器；62.第二吸油过滤器；63.第三吸油过滤器；64.第四吸油过滤器；7.油泵单元；71.第一油泵；72.第二油泵；73.第三油泵；74.第四油泵；8.调压单元；81.第一调压阀；82.第二调压阀；83.第三调压阀；84.第四调压阀；9.冷却单元；10.压力传感器；13.基座；14.驱动端；15.转速扭矩传感器。

具体实施方式

值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，对其来源不做具体限定。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”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，并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。

以下原料来源，为示例性说明：

实施例1

如图1-图3所示的一种动力总成台架模拟装置，包括机械加载系统、液压控制系统和基座13；其中，机械加载系统安装在基座13上；

机械加载系统包括齿轮箱1、惯性飞轮3和变速箱4；齿轮箱1包括第一齿轮11和第二齿轮12，且第一齿轮11和第二齿轮12啮合；第二齿轮12为取力齿轮，且第二齿轮12至少设置四个，且第一齿轮11设置在四个第二齿轮12的中间位置，四个第二齿轮12间隔均布在第一齿轮11的外部，四个第二齿轮12于第一齿轮11外啮合，如图2所示，第一齿轮11和四个第二齿轮12之间的位置关系。第一齿轮11通过联轴器2与惯性飞轮3连接，惯性飞轮3通过联轴器2与变速箱4输出端连接，具体的，惯性飞轮3、一个联轴器2、转速扭矩传感器15、一个联轴器2、变速箱4顺次连接，其中，联轴器2两端连接两个旋转部件，用于传递动力，且转速扭矩传感器15用来检测变速箱4输出轴的转速和扭矩，变速箱4的一端为驱动端14，用于驱动变速箱4转动；第一齿轮11和第二齿轮12为圆柱齿轮；惯性飞轮3为扁平圆柱状实心金属块。

液压控制系统包括液压油箱5、过滤单元6、油泵单元7、调压单元8和冷却单元9；过滤单元6通过液压油管连接油泵单元7的吸油口，油泵单元7的出油口通过液压油管连接调压单元8进油口，且油泵单元7和调压单元8之间还设置有压力传感器10；调压单元8出油口通过液压油管连接冷却单元9进油口，冷却单元9出油口通过液压油管连接液压油箱5的出油口。冷却单元9为油水冷却器，且油水冷却器为管壳式换热结构，通过冷却水进行热交换，对液压系统液压油进行冷却；第二齿轮12通过联轴器2与油泵单元7连接。而液压控制系统中的调压单元8、冷却单元9等可以灵活布置，也即是可以直接设置在基座13上，也可以设置在基座13外。

具体的，过滤单元6至少包括第一吸油过滤器61，油泵单元7至少包括第一油泵71，调压单元8至少包括第一调压阀81，且第一吸油过滤器61通过管路与第一油泵71的吸油口连接，第一油泵71出油口通过管路与第一调压阀81进油口连接，且第一油泵71和第一调压阀81之间设有一个压力传感器10，第一调压阀81出油口连接冷却单元9进油口。过滤单元6还包括第二吸油过滤器62，油泵单元7还包括第二油泵72，调压单元8还包括第二调压阀82，且第二吸油过滤器62通过管路与第二油泵72的吸油口连接，第二油泵72出油口通过管路与第二调压阀82进油口连接，且第二油泵72和第二调压阀82之间设有一个压力传感器10，第二调压阀82出油口连接冷却单元9进油口。过滤单元6还包括第三吸油过滤器63，油泵单元7还包括第三油泵73，调压单元8还包括第三调压阀83，且第三吸油过滤器63通过管路与第三油泵73的吸油口连接，第三油泵73出油口通过管路与第三调压阀83进油口连接，且第三油泵73和第三调压阀83之间设有一个压力传感器10，第三调压阀83出油口连接冷却单元9进油口。过滤单元6还包括第四吸油过滤器64，油泵单元7还包括第四油泵74，调压单元8还包括第四调压阀84，且第四吸油过滤器64通过管路与第四油泵74的吸油口连接，第四油泵74出油口通过管路与第四调压阀84进油口连接，且第四油泵74和第四调压阀84之间设有一个压力传感器10，第四调压阀84出油口连接冷却单元9进油口。

各个吸油过滤器，用于液压控制系统液压油进行过滤，确保相对应的各个油泵吸入的液压油满足清洁度要求，降低油泵的磨损。各个油泵都优选柱塞泵，可以跟随各个第二齿轮12转动，输出一定压力的压力油。各个调压阀都优选先导式电比例调压阀，可以根据控制电流来设定油路的工作压力。各个压力传感器10用于实时监测各油泵出口液压油工作压力。

本装置整体的工作原理为：通过在变速箱4输出端连接联轴器2等直至连接至齿轮箱1，并由齿轮箱1驱动多个油泵输出一定压力的高压油，模拟整车的爬坡阻力，通过在变速箱输出端连接一个与整车等效惯量的惯性飞轮3来模拟整车的惯性作用力。

一种动力总成台架模拟阻力方法，包括以下模拟过程：

设定第一调压阀81、第二调压阀82、第三调压阀83、第四调压阀84的控制电流分别为I₁，I₂，I₃，I₄，设定油泵单元7出口不同的工作压力，再通过压力传感器10采集油泵出口的实际工作压力

，

，

，

；

设定油泵单元7排量

，油泵单元7机械效率

，则油泵单元7吸收的总扭矩为：

设定中间齿轮与取力齿轮的齿比系数k，则齿轮箱1的加载扭矩为：

设定整车在坡道上的下滑力

，滚动阻力

，风阻

，则整车的爬坡阻力为：

设定整车的后桥传动比

，车轮半径

，后桥的机械传动效率

，可以将整车的爬坡阻力换算成变速箱4的输出力矩

：

通过齿轮箱1模拟车辆爬坡阻力，即

。

一种动力总成台架模拟惯性力方法，包括以下模拟过程：

设定整车总质量为

，车轮转动惯量总和为

，后桥的等效转动惯量为

；

则整车在变速箱4输出端的等效转动惯量为：

在变速箱4输出端采用惯性飞轮3来模拟整车的惯性作用力：

惯性飞轮3以模拟不同的转动惯量，设定惯性飞轮质量

，惯性飞轮半径

，则惯性飞轮3转动惯量为：

在转动惯量相同的情况下，惯性飞轮3半径越大，惯性飞轮3质量越小。

因此飞轮采用半径较大的扁平圆柱状结构，可以降低飞轮质量。

本发明动力总成加载装置可以通过改变各个调压阀电流，模拟跟随车辆的爬坡阻力变化，在变速箱4出现动力中断时，不会出现飞车现象，能够模拟车辆的滑行减速过程，能够模拟车辆的惯性作用力，从而可以更加准确的验证变速箱4的动力性和换挡平顺性。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种动力总成台架模拟装置，其特征在于，包括机械加载系统和液压控制系统；

所述机械加载系统包括齿轮箱、惯性飞轮和变速箱；所述齿轮箱包括第一齿轮和第二齿轮，且第一齿轮和第二齿轮啮合；

所述第一齿轮通过联轴器与惯性飞轮连接，惯性飞轮通过联轴器与变速箱输出端连接；

所述液压控制系统包括液压油箱、过滤单元、油泵单元、调压单元和冷却单元；所述过滤单元通过液压油管连接油泵单元的吸油口，油泵单元的出油口连接调压单元进油口，且油泵单元和调压单元之间还设置有压力传感器；调压单元出油口通过液压油管连接冷却单元进油口，冷却单元出油口通过液压油管连接液压油箱的回油口；

所述第二齿轮通过花键套与液压控制系统中的油泵单元连接；

所述第二齿轮为取力齿轮，且第二齿轮至少设置四个，且第一齿轮设置在四个第二齿轮的中间位置，四个第二齿轮间隔均布在第一齿轮的外部，四个第二齿轮于第一齿轮外啮合；

所述过滤单元至少包括第一吸油过滤器，所述油泵单元至少包括第一油泵，所述调压单元至少包括第一调压阀，且第一吸油过滤器通过管路与第一油泵的吸油口连接，第一油泵出油口通过管路与第一调压阀进油口连接，且第一油泵和第一调压阀之间设有一个压力传感器，第一调压阀出油口连接冷却单元进油口；

所述过滤单元还包括第二吸油过滤器，所述油泵单元还包括第二油泵，所述调压单元还包括第二调压阀，且第二吸油过滤器通过管路与第二油泵的吸油口连接，第二油泵出油口通过管路与第二调压阀进油口连接，且第二油泵和第二调压阀之间设有一个压力传感器，第二调压阀出油口连接冷却单元进油口；

所述过滤单元还包括第三吸油过滤器，所述油泵单元还包括第三油泵，所述调压单元还包括第三调压阀，且第三吸油过滤器通过管路与第三油泵的吸油口连接，第三油泵出油口通过管路与第三调压阀进油口连接，且第三油泵和第三调压阀之间设有一个压力传感器，第三调压阀出油口连接冷却单元进油口；

所述过滤单元还包括第四吸油过滤器，所述油泵单元还包括第四油泵，所述调压单元还包括第四调压阀，且第四吸油过滤器通过管路与第四油泵的吸油口连接，第四油泵出油口通过管路与第四调压阀进油口连接，且第四油泵和第四调压阀之间设有一个压力传感器，第四调压阀出油口连接冷却单元进油口。

2.根据权利要求1所述的一种动力总成台架模拟装置，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮为圆柱齿轮；所述惯性飞轮为扁平圆柱状实心金属块。

3.根据权利要求1所述的一种动力总成台架模拟装置，其特征在于，所述冷却单元为油水冷却器，且油水冷却器为管壳式换热结构。

4.一种动力总成台架模拟阻力方法，使用权利要求1-3任一所述的一种动力总成台架模拟装置，其特征在于，包括以下模拟过程：

设定第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀、第四调压阀的控制电流分别为I₁，I₂，I₃，I₄， 设定油泵单元出口不同的工作压力，再通过压力传感器采集油泵出口的实际工作压力

，

，

，

；

设定油泵单元排量

，油泵单元机械效率

，则油泵单元吸收的总扭矩为：

，

设定中间齿轮与取力齿轮的齿比系数k，则齿轮箱的加载扭矩为：

，

设定整车在坡道上的下滑力

，滚动阻力

，风阻

，则整车的爬坡阻力 为：

，

设定整车的后桥传动比

，车轮半径

，后桥的机械传动效率

，可以将 整车的爬坡阻力换算成变速箱的输出力矩

：

，

通过齿轮箱模拟车辆爬坡阻力，即

。

5.一种动力总成台架模拟惯性力方法，使用权利要求1-3任一所述的一种动力总成台架模拟装置，其特征在于，包括以下模拟过程：

设定整车总质量为

，车轮转动惯量总和为

，后桥的等效转动惯量为

；

则整车在变速箱输出端的等效转动惯量为：

，

在变速箱输出端采用惯性飞轮来模拟整车的惯性作用力：

，

设定惯性飞轮质量

，惯性飞轮半径

，则惯性飞轮转动惯量为：

，

在转动惯量相同的情况下，惯性飞轮半径越大，惯性飞轮质量越小。

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