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技术领域

本发明涉及一种实验平台及其功能实现方法，特别是关于一种基于AMT(Automated Mechanical Transmission，机械自动式变速器)的电动汽车实验平台及其功能实现方法。 

背景技术

随着科技的进步、社会的发展，石油和环境成为当今人们所关注的焦点。电动汽车以其石油零消耗、行驶过程零排放的特点能够比较好的缓解环境污染问题，电动汽车正逐渐受到人们的重视。传统研究电动汽车的方法以软件模拟仿真为主，设置理想的仿真条件和有限的置信度，这种研究方法所设置的条件与实际情况可能有较大差别；如果采用改装传统车的方法来进行研究，需要投入大量的人力和物力，而且研发周期很长。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种与实际工况更接近且置信度高的基于AMT的电动汽车实验平台及其功能实现方法。 

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于AMT的电动汽车实验平台，其特征在于：它包括仿真系统、动力系统、加载系统、制动系统、信息采集系统和CAN总线；所述仿真系统、动力系统、加载系统、制动系统和信息采集系统之间均通过所述CAN总线连接，所述仿真系统根据输入的工况参数运行仿真程序，并将仿真产生的路况信号和车辆运行状态信号通过所述CAN总线传输至所述动力系统、加载系统和制动系统，所述动力系统根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号为车辆提供动力，所述加载系统和制动系统模拟车辆运行的工况，所述信息采集系统采集车辆的运行状态信息并通过所述CAN总线传输至所述仿真系统，由所述仿真系统判断是否停止仿真程序。 

所述仿真系统包括上位机和工控机，所述信息采集系统采集的车辆运行状态信息传输至所述工控机，所述工控机将接收到车辆运行状态信息和仿真工况参数进行处理整合后，运行仿真程序并输出路况信号和车辆运行状态信号，输出的路况信号和车辆运行状态信号均分别传输至所述动力系统、加载系统和制动系统；所述动力系统包括动力电池管理系统、动力电池、驱动电机、驱动电机控制器、AMT箱体、半轴、惯性轮、AMT控制器和AMT选换挡执行机构；所述动力电池管理系统用于判断所述动力电池的SOC是否过低，所述动力电池为所述驱动电机供电，所述驱动电机控制器控制所 述驱动电机给所述动力系统提供动力；所述驱动电机通过所述AMT箱体和半轴将动力传递至所述惯性轮，所述惯性轮模拟整车的惯性；所述AMT控制器根据车辆运行状态发出选换挡指令控制所述AMT选换挡执行机构换到最佳挡位；所述加载系统包括加载装置控制器和加载装置，根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号，所述加载装置控制器控制所述加载装置在所述惯性轮上施加压力，模拟汽车行驶过程中的行驶阻力；所述制动系统包括制动控制器和制动器，所述制动控制器通过所述CAN总线接收所述动力系统输出的动作电信号，并根据接收到的动作电信号控制所述制动器进行制动；所述信息采集系统包括100N·m扭矩传感器、1000N·m扭矩传感器、AMT输出轴转速传感器、加速踏板和制动踏板；所述100N·m扭矩传感器、1000N·m扭矩传感器和AMT输出轴转速传感器分别采集所述驱动电机的输出转速与转矩、AMT箱体的输出轴转速与转矩以及AMT箱体的输出轴转速，并将采集结果均传输至所述AMT控制器，所述AMT控制器将接收到的所述AMT箱体的输出轴转速与所述驱动电机的输出转速进行对比；所述加速踏板和制动踏板分别将驾驶员的动作转换成动作电信号并传输至所述AMT控制器。 

所述工控机、动力电池管理系统、驱动电机控制器、AMT控制器、加载装置控制器以及制动控制器之间均通过所述CAN总线连接。 

一种所述基于AMT的纯电动汽车实验平台的功能实现方法，其包括以下步骤：1)通过上位机的人机交互界面输入路况信息；2)驾驶员通过控制加速踏板和制动踏板，模拟实际驾驶工况；3)上位机将输入的路况信息传输至工控机，工控机运行仿真程序，并通过CAN总线分别向驱动电机控制器、AMT控制器、加载装置控制器以及制动控制器发出路况信号和车辆运行状态信号；4)动力电池管理系统判断动力电池的SOC值是否低于预设的安全阈值,如果动力电池22的SOC值低于安全阈值，则实验平台停止运行；否则，实验平台继续运行；5)根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号以及各自制定的控制策略，AMT控制器和制动控制器分别独立控制AMT选换挡执行机构和制动器；根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号，加载装置控制器对加载装置进行控制；根据驱动或制动需求，驱动电机控制器控制驱动电机动作；6)信息采集系统中的100N·m扭矩传感器、1000N·m扭矩传感器和AMT输出轴传感器分别进行信号采集，并将采集到的信号均传输至AMT控制器，AMT控制器通过CAN总线将信号传输至工控机；7)通过上位机监测驾驶员是否停止运行实验平台，如果监测到驾驶员停止运行实验平台，则实验平台停止运行，否则返回步骤2)。 

所述步骤5)中，两参数换挡策略包括：首先，输入车速u、加速踏板的开度α和电池的SOC值，并判断电池的SOC值是否高于临界值SOC₀，若高于电池的SOC值高 于临界值SOC₀，则对加速踏板开度的变化率dα/dt进行判断；否则，根据车速u和加速踏板的开度α，进行经济性换挡；其次，根据预设的加速踏板开度变化率的阈值，判断加速踏板开度的变化率dα/dt，若加速踏板开度变化率dα/dt大于加速踏板开度变化率的阈值，则根据车速u和加速踏板的开度α，进行动力性换挡；否则，根据车速u和加速踏板的开度α，进行经济性换挡；最后，根据预设的车速、电子节气门开度、电子节气门开度变化率、制动踏板开度和坡度五参数换挡策略，对是否换挡进行判断，若换挡，则根据AMT控制器发出的换挡指令进行换挡，否则，结束换挡。 

所述步骤5)中，回馈制动策略包括：首先，输入制动踏板的开度β和电池的SOC值，并判断电池的SOC值是否高于临界值SOC₁，若电池的SOC值高于临界值SOC₁，则不进行回馈制动，由制动控制器控制制动器进行机械制动；否则，进一步判断电动汽车的制动模式；其次，根据制动踏板的开度β，判断电动汽车的制动模式；若进行滑行制动，则通过驱动电机控制器控制驱动电机进行制动，驱动电机转化成制动模式进行制动能量回收，回收的制动能量经驱动电机控制器存储到动力电池中；若进行中轻度制动，则在车辆减速过程中通过驱动电机进行制动并回收能量，停车时通过制动器制动；若进行紧急制动，由制动控制器控制制动器进行机械制动。 

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的实验平台包括通过CAN总线连接的仿真系统、动力系统、加载系统、制动系统和信息采集系统，仿真系统根据输入的工况参数运行仿真程序，并将仿真产生的路况信号和车辆运行状态信号传输至动力系统、加载系统和制动系统，动力系统为车辆提供动力，加载系统和制动系统模拟车辆运行的工况，信息采集系统采集车辆的运行状态信息并传输至仿真系统，由仿真系统判断是否停止仿真程序；因此本发明的运行工况与实际工况更接近，且测试结果的置信度更高。2、本发明由于在仿真系统中设置上位机和工控机，通过上位机进行人机交互，通过工控机协调控制动力系统、加载系统、制动系统和信息采集系统，采用本发明的实验平台能够对换挡和回馈制动等策略以及AMT系统的可靠性进行详细试验和研究。3、采用本发明的实验平台能够实时地得到装配有AMT的电动汽车在实际工况下的性能，从而加快电动汽车中软、硬件的研发进展，节约研发成本，因此本发明在电动汽车研发中的应用价值高。基于以上优点，本发明可以广泛应用于电动汽车的研发中。 

附图说明

图1是本发明的基于AMT的电动汽车实验平台的结构示意图 

图2是本发明的基于AMT的电动汽车实验平台的功能实现方法流程图 

图3是换挡控制策略流程图 

图4是回馈控制策略流程图 

具体实施方式

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，本发明基于AMT的电动汽车实验平台包括仿真系统1、动力系统2、加载系统3、制动系统4、信息采集系统5和CAN总线6。仿真系统1、动力系统2、加载系统3、制动系统4和信息采集系统5之间均通过CAN总线6连接。仿真系统1根据输入的工况参数运行仿真程序，并将仿真产生的路况信号和车辆运行状态信号通过CAN总线6传输至动力系统2、加载系统3和制动系统4，动力系统2根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号为车辆提供动力，加载系统3和制动系统4模拟车辆运行的工况，信息采集系统5采集车辆的运行状态信息并通过CAN总线6传输至仿真系统1，由仿真系统1判断是否停止仿真程序。 

上述实施例中，如图1所示，仿真系统1包括上位机11和工控机12。通过上位机11设置仿真工况参数并传输至工控机12，信息采集系统5采集的车辆运行状态信息传输至工控机12，工控机12将接收到车辆运行状态信息和仿真工况参数进行处理整合后，运行仿真程序并输出路况信号和车辆运行状态信号，输出的路况信号和车辆运行状态信号均分别传输至动力系统2、加载系统3和制动系统4。 

动力系统2包括动力电池管理系统21、动力电池22、驱动电机23、驱动电机控制器24、AMT箱体25、半轴26、惯性轮27、AMT控制器28和AMT选换挡执行机构29。动力电池管理系统21用于判断动力电池22的SOC(State of Charge，电池荷电状态)是否过低，动力电池22为驱动电机23供电，驱动电机控制器24控制驱动电机23给动力系统2提供动力；驱动电机23通过AMT箱体25和半轴26将动力传递至惯性轮27，惯性轮27模拟整车的惯性；AMT控制器28根据车辆运行状态发出选换挡指令控制AMT选换挡执行机构29换到最佳挡位，从而使车辆保持较好的动力性和经济性。 

加载系统3包括加载装置控制器31和加载装置32。根据接收到的由工控机12输出的路况信号和车辆运行状态信号，加载装置控制器31控制加载装置32在惯性轮27上施加一定的压力从而产生摩擦力,以模拟汽车行驶过程中的行驶阻力。 

制动系统4包括制动控制器41和制动器42。制动控制器41通过CAN总线6接收动力系统2输出的动作电信号，并根据接收到的动作电信号控制制动器42进行制动。 

信息采集系统5包括100N·m扭矩传感器51、1000N·m扭矩传感器52、AMT输出轴转速传感器53、加速踏板54和制动踏板55。100N·m扭矩传感器51、1000N·m扭矩传感器52和AMT输出轴转速传感器53分别采集驱动电机23的输出转速与转矩、AMT箱体25的输出轴转速与转矩以及AMT箱体25的输出轴转速，并将采集结果均传输至 AMT控制器28，AMT控制器28将接收到的AMT箱体25的输出轴转速与驱动电机23的输出转速进行对比，用于测试AMT输出轴转速传感器53的准确性。加速踏板54和制动踏板55分别将驾驶员的动作转换成电信号并传输至AMT控制器28。 

上述实施例中，如图1所示，仿真系统1中的工控机12，动力系统2中的动力电池管理系统21、驱动电机控制器24和AMT控制器28，加载系统3中的加载装置控制器31以及制动系统4中的制动控制器41之间均通过CAN总线6连接，用于信息传输。 

设定汽车运行工况为：电动汽车在平直、无风、良好沥青公路上依次经过起步、加速、匀速、制动减速和停车五个过程。本发明基于AMT的纯电动汽车实验平台的工作过程为： 

本发明的实验平台启动后，通过上位机11的人机交互界面输入路况信息，上位机11将输入的路况信息传输至工控机12。工控机12根据接收到路况信息，开始运行仿真程序。 

驾驶员模拟驾驶，踩下加速踏板54，使电动汽车起步。动力电池管理系统21判断动力电池22的SOC值是否过低；若SOC过低，则本发明的实验平台停止运行；否则，继续运行，电动汽车处于起步阶段。 

动力电池22给驱动电机23供电，驱动电机23在驱动电机控制器24的控制下通过AMT箱体25和半轴26带动惯性轮27转动；与此同时，根据路况信息和电动汽车运行状态，加载装置控制器31计算出需要加载的力，并控制加载装置32在惯性轮27上一定的摩擦力。起步过程中车速逐渐上升，电动汽车处于加速阶段。 

根据加速踏板54的开度和车速，AMT控制器28输出升档指令，并控制AMT选换挡执行机构29进行升挡动作，使AMT箱体25保持在一个合适的挡位；当实际车速达到车速预定值，保持加速踏板54的开度不变，使电动车保持匀速运动。 

松开加速踏板54，轻踩制动踏板55，此时制动控制器41根据制动踏板55的开度判断出制动模式为中轻度制动，制动控制器41先向驱动电机控制器24发出制动信号，驱动电机控制器24控制驱动电机23进行回馈制动。当车速低于一定值时，制动控制器41向制动器43发出制动信号，制动器9根据接收到的制动信号进行制动，使电动汽车停车。在减速过程中，AMT控制器28输出降挡指令，并控制AMT选换挡执行机构29进行降挡动作，使AMT箱体25保持在一个合适的挡位。 

电动汽车停止后，关闭本发明的实验平台。 

在以上整个工作过程中，各个传感器实时采集所需要的信号并传输给相应的控制器，各控制器和工控机12之间通过CAN总线6时刻保持通信，工控机12汇总所有接收到的信息，处理整合后对各个控制器发出相应的控制指令，同时传给上位机11，上 位机11的人机交互界面实时显示车辆运行信息。 

如图2所示，一种基于AMT的纯电动汽车实验平台的功能实现方法，其包括以下步骤： 

1)通过上位机11的人机交互界面输入路况信息。 

2)驾驶员通过控制加速踏板54和制动踏板55，模拟实际驾驶工况。 

3)上位机11将输入的路况信息传输至工控机12，工控机12运行仿真程序，并通过CAN总线6分别向驱动电机控制器24、AMT控制器28、加载装置控制器31以及制动控制器41发出路况信号和车辆运行状态信号。 

4)动力电池管理系统21判断动力电池22的SOC值是否低于预设的安全阈值,如果动力电池22的SOC值低于安全阈值,则本发明的实验平台停止运行；否则，本发明的实验平台继续运行。 

5)根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号以及AMT控制器28的控制策略，AMT控制器28控制AMT选换挡执行机构29，其控制过程为：AMT控制器28对是否换挡进行判断，如果不换挡，则执行步骤6)；如果换挡，则AMT控制器28控制AMT选换挡执行机构29进行AMT换挡。 

根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号以及制动控制器41的控制策略，制动控制器41控制制动器43动作，其控制过程为：制动控制器41对是否制动进行判断，如果不制动，则执行步骤6)；如果制动，则制动控制器41控制制动器43动作。 

根据接收到的路况信号和车辆运行状态信号，加载装置控制器31对加载装置32进行控制，其控制过程为：加载装置控制器31对是否改变加载进行判断，如果不改变加载，则执行步骤6)；如果改变加载，则加载装置控制器31控制加载装置32施加一定的压力从而产生摩擦力,以模拟汽车行驶过程中的行驶阻力。 

根据驱动或制动需求，驱动电机控制器24控制驱动电机23动作，其控制过程为：驱动电机控制器24判断是够改变输出，如果不改变输出，则执行步骤6)；如果改变输出，则驱动电机控制器24控制驱动电机23的调钮进行调速。 

6)信息采集系统5中的100N·m扭矩传感器51、1000N·m扭矩传感器52和AMT输出轴传感器53分别进行信号采集，并将采集到的信号均传输至AMT控制器28，AMT控制器28通过CAN总线6将信号传输至工控机12。 

7)通过上位机11监测驾驶员是否停止运行实验平台，如果监测到驾驶员停止运行实验平台，则实验平台停止运行，否则返回步骤2)。 

上述步骤5)中，控制策略包括两参数换挡策略和回馈制动策略。 

如图3所示，两参数换挡策略包括： 

首先，输入车速u、加速踏板的开度α和电池的SOC值，并判断电池的SOC值是否高于临界值SOC₀，若高于电池的SOC值高于临界值SOC₀，则对加速踏板开度的变化率dα/dt进行判断；否则，根据车速u和加速踏板的开度α，进行经济性换挡。 

其次，根据预设的加速踏板开度变化率的阈值，判断加速踏板开度的变化率dα/dt，若加速踏板开度变化率dα/dt大于加速踏板开度变化率的阈值，则根据车速u和加速踏板的开度α，进行动力性换挡；否则，根据车速u和加速踏板的开度α，进行经济性换挡。 

最后，根据预设的车速、电子节气门开度、电子节气门开度变化率、制动踏板开度和坡度五参数换挡策略，对是否换挡进行判断，若换挡，则根据AMT控制器28发出的换挡指令进行换挡，否则，结束换挡。 

如图4所示，回馈制动策略包括： 

首先，输入制动踏板55的开度β和电池的SOC值，并判断电池的SOC值是否高于临界值SOC₁，若电池的SOC值高于临界值SOC₁，则不进行回馈制动，由制动控制器41控制制动器43进行机械制动；否则，进一步判断电动汽车的制动模式。 

其次，根据制动踏板55的开度β，判断电动汽车的制动模式；若进行滑行制动，则通过驱动电机控制器24控制驱动电机23进行制动，驱动电机23转化成制动模式进行制动能量回收，回收的制动能量经驱动电机控制器24存储到动力电池22中；若进行中轻度制动，则在车辆减速过程中通过驱动电机23进行制动并回收能量，停车时通过制动器43制动；若进行紧急制动，为保证安全，由制动控制器41控制制动器43进行机械制动。 

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。