[发明专利]车辆动力安全模拟试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆动力安全模拟试验系统，具体地是涉及一种以异步电机为 核心的车辆动力安全模拟试验系统。

技术背景

车辆动力学安全系统是保证车辆安全行驶的重要保证，目前车辆动力系统 ABS/TCS(制动系统/牵引系统)的验证仍是个很大的难题。通常情况是，考虑模 拟尽可能的地面条件下，直接以实际驾驶车辆运行进行验证。这种方案除了试 车过程具有危险性外，由于涉及各种路面与轮胎之间非线性化关系，不可能穷 举车辆可能遇到的地面特性。采用计算机模拟来验证软件算法(数字模拟)，无 法反映功率变换和地面摩擦的关系。

发明内容

本发明的发明目的在于针对已有技术存在的缺陷，提出一种车辆动力安全 模拟试验系统，以异步电机为核心的物理系统模拟轮胎-地面的实际(物理)关 系，并设计试验模拟台架和系统。该模拟系统可以代替车辆实际运行，实现汽 车动力学安全系统ABS/TCS的验证。

为达到上述发明目的，本发明的构思是：

如图1所示，本发明提出的一种车辆动力学性能与ABS/TCS地面试验模拟系统 示意图。这是一种用物理系统模拟轮胎-地面的实际(物理)关系的方法，该地 面试验模拟系统包括：用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置 (1)、试验模拟平台(2)、模拟试验控制单元(3)、给三相异步电机供电的三 相电源(4)、车辆动力系统及其控制系统(5)、模拟试验台数据显示界面(6)、 车辆实时仿真系统(7)。车辆动力系统及其控制系统(5)对试验模拟平台(2) 中电机进行驱动控制，用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置(1) 由给三相异步电机供电的三相电源(4)供电；车辆实时仿真系统(7)模拟车 辆模型，把速度送给模拟试验控制单元(3)；模拟试验控制单元(3)计算定子 电压和转子电阻，并送给用于模拟轮胎地面关系以异步电机为核心的电气装置 (1)加以实现，改变试验模拟平台(2)中绕线异步电动机的电压和转子电阻， 通过调整定子电源电压和转子侧电阻即可得到不同的电磁转矩-转差关系曲线， 从而模拟出不同路面特性下的摩擦力-滑移率关系曲线，实现用物理系统模拟轮 胎-地面的实际(物理)关系。

发明人在建立轮胎-地面关系数学模型的基础上，应用异步电机运行原理， 导出电机转矩与等效滑差(表征车辆轮胎-地面滑移率)模型。

本发明提出的以异步电机为核心的物理模拟系统，用电气装置模拟轮胎地 面关系，即摩擦力与车辆轮胎-地面滑移率之间的非线性关系。既可以进行牵引 系统的功率试验，也可以直观测量表征车辆稳定性的滑移率等参数，实现 ABS/TCS控制算法的验证。

采用异步电机模拟地面与轮胎关系的优势在于：异步电机本身的转矩-转差 率关系曲线类似于轮胎-地面曲线。如图7所示(a)(b)，图7(a)为异步电机 转矩特性、图7(b)为车辆轮胎-地面特性曲线。

图7(a)的异步电机转矩特性中，纵坐标为转矩(电磁转矩M、横坐标为异 步电机的滑差率s)

n₁,n_r分别为同步机械转速和电机转子机械转速。

图7(b)的车辆轮胎-地面特性中，纵坐标为地面作用在轮胎上的摩擦系数， 横坐标为轮胎与车辆速度表征的滑移率

(V车辆运动速度，ωr轮胎运动线速度)

将异步电机转子速度为模拟为车辆轮胎速度、将异步电机定子磁场运行速 度模拟为车辆速度。

在异步电机处于制动运行状态时，车辆的滑移率即为异步电机转差率。但 在异步电机处于牵引运行状态时，两者不相等。

为此定义异步电机新的参数——电机滑移率s’

异步电机处于牵引运行状态和制动运行状态时，电机滑移率均为车辆滑移 率，图8为异步电机电磁转矩-电机滑移率关系曲线。

对照图8和图7(b)曲线，异步电机M-s’曲线和轮胎-路面接触特性曲线相 似。利用M-s’曲线模拟轮胎-地面接触特性曲线，需要反映路面各种情况，因此 M-s’曲线必须有以下特点：

(1)最大值可变化(最大附着系数)

(2)最大附着系数对应的最大滑移率可变化

(3)车辆速度可以变化

对于(1)，与异步电机定子磁通有关，对于(2),与转子电阻有关。对于(3)， 与异步电机的定子供电频率有关，

定子磁通变化可以通过调节供电电压与(供电频率之比实现并提供。