[发明专利]一种电动轮驱动车辆的制动效能试验装置及方法

权利要求书

1.一种电动轮驱动车辆的制动效能试验装置，其特征在于：由以下部件组成：

测功机、恒温水冷系统、整车控制器、电机控制器、复合制动控制器、电机测温装置、制动器测温装置、电动轮试验台，电动轮试验环境温度舱、制动器试验台以及制动器试验环境温度舱；

其中，所述整车控制器、电机控制器以及制动控制器用于在试验中相互配合，为轮毂电机和制动器提供相应的控制指令；

所述测功机用于给不同温度、不同转速、不同制动转矩指令状态下轮毂电机所输出的制动转矩提供负载；

所述恒温水冷系统用于控制轮毂电机的温度，为测量不同温度下轮毂电机制动转矩提供相应的温度条件；

所述制动器试验台用于测量不同温度、不同转速、不同制动压力状态下制动器的摩擦力矩、制动响应速率；制动器试验台上设置所述制动器试验环境温度舱，用于在测试制动器摩擦力矩和制动响应时容纳轮毂电机、制动器和减速器，并提供相应的测试温度条件；

所述电动轮试验台用于测量不同温度、不同转速下的电动轮轮毂电机制动力矩；电动轮试验台上设置所述电动轮试验环境温度舱，用于在测试轮毂电机制动力矩时容纳轮毂电机、制动器和减速器，并提供相应的测试温度条件；

所述电机测温装置和制动器测温装置分别包括设置于待测电动轮和制动器上关键部位的温度传感器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电机测温装置中的温度传感器具体包括：设于轮辋上的接触式温度传感器、设于轮辋内部轮毂电机和制动器减速器之间用于测量空气温度的非接触式传感器、设于制动钳上的接触式温度传感器、设于减速器上的温度传感器、设于制动盘上的温度传感器、设于轮毂电机外壳接触式温度传感器；

制动器测温装置中的温度传感器具体包括：设于制动钳的温度传感器、针对制动盘的非接触式温度传感器。

3.一种利用如权利要求1或2任一项所述装置的电动轮驱动车辆的制动效能试验方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)电动轮试验步骤：

试验开始前先将电动轮安装在电动轮试验环境温度舱中；

试验开始，由整车控制器、电机控制器以及制动控制器分别提供相应的控制指令，并且由电动轮试验环境温度舱提供测试温度条件；

在室温(20℃)条件下，利用电动轮试验台标定轮毂电机在转速从0到最大转速n_max的范围、转矩指令从0到最大制动转矩-T_max范围时电机所能实际输出的制动力矩，从而构建室温条件下轮毂电机的输出制动力矩矩阵表；随后，利用恒温水冷系统以20℃为间隔向轮毂电机及其控制器依次提供40℃、60℃、80℃的温度条件，利用测功机标定轮毂电机在转速从0到最大转速n_max的范围、转矩指令从0到最大制动转矩-T_max范围时电机制动分别实际输出的制动力矩，从而构建40～80℃温度条件下轮毂电机的输出制动力矩矩阵表；随后利用恒温水冷系统以10℃为间隔向轮毂电机及其控制器依次提供90℃、100℃、110℃的温度条件，从而构建90～110℃温度条件下轮毂电机实际输出制动力矩矩阵表；然后利用恒温水冷系统向轮毂电机及其控制器提供115℃的电机最高允许温度条件，从而构建电机最高允许温度条件下轮毂电机的实际输出制动力矩矩阵表；通过以上各制动力矩矩阵表得到轮毂电机制动力矩-温度的变化数据；

针对所述轮毂电机制动力矩-温度的变化数据，利用插值法拟合出电机制动力矩与温度变化的函数关系式，得出制动温升引起的轮毂电机输出制动力矩的变化规律；依据所述变化规律预估电机制动效能因数；

(2)制动器试验步骤：

试验开始前先将电动轮安装在制动器试验环境温度舱中；

试验开始，由整车控制器、制动控制器分别提供相应的控制指令，并且由制动器试验环境温度舱提供测试温度条件；

在室温20℃条件下，通过制动试验台测试在不同转速情况下制动衬片上的压紧力与摩擦产生的制动力，进而得出室温状态下制动盘的摩擦因数；调节制动器试验环境温度舱的温度到100℃，通过制动器试验台测试在不同转速情况下制动衬片上的压紧力与摩擦产生的制动力，进而得出100℃状态下制动盘的摩擦因数；然后，参照以上方法，以20℃为间隔对制动器试验环境温度舱的温度进行调节，得出不同转速、不同温度下制动盘的摩擦因数，通过拟合得到温升引起的制动器摩擦片摩擦因数变化的函数；

根据制动强度利用二维查表法得到摩擦副制动压力，利用制动时的初始车速计算得出摩擦副相对滑动速度，结合所述温升引起的制动器摩擦片摩擦因数变化函数，通过二次回归拟合出关于制动管路压力、温度以及制动初始车速的制动器动态摩擦因数的函数：

式中，μ_mb(t)表示制动器动态摩擦因数；p(t)为制动管路压力(Pa)；T(t)为制动器温度(℃)；v₀为制动初始车速(m/s)；β₀表示动态摩擦因数拟合系数的常数项；β₁₁、β₁₂分别表示与制动管路压力相关的动态摩擦因数一次、二次拟合系数；β₂₁、β₂₂分别表示与制动器温度相关的动态摩擦因数一次、二次拟合系数；β₃₁、β₃₂分别表示与制动初始车速相关的动态摩擦因数一次、二次拟合系数；

再结合制动器供应商提供的制动效能因数与摩擦因数关系曲线数据查表预估机械制动效能因数；

(3)电动轮驱动车辆复合制动系统等效制动效能的计算：

根据机械制动力与电机制动力在总需求制动力中的占比，并结合某温度下预估的电机等效制动效能因数和机械制动效能因数，计算相应的等效制动效能因数：

式中，K_{ef_veh}表示等效制动效能因数；i代表第i个电动轮；n代表电动轮数量；λ_{i_eB}代表第i个电动轮中电机再生制动力所占比例，λ_{i_eM}代表第i个电动轮中制动器机械制动力所占比例，λ_{i_eB}+λ_{i_eM}＝1；K_{ef_eB_i}表示第i个电动轮中电机等效制动效能因数，K_{ef_eM_i}表示第i个电动轮中机械制动效能因数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：根据电动轮复合制动系统实时温升预测模型得到的轮毂电机和制动器的温度，结合制动温升与电机制动力矩及制动器摩擦因数之间的映射关系，利用电动轮制动温升特性与整车制动效能之间的映射关系，得出电动轮复合制动系统综合制动效能的表征模型，并通过计算整车制动效能因数，建立制动效能与整车制动动力学之间的耦合模型，推导得到如下式所示的电动轮驱动车辆整车制动效能评价指标，用于电动轮驱动车辆整车制动效能评价：

其中，是预估的车辆制动减速度(m/s²)；为预估的车辆制动距离(m)；n是车辆电动轮或行车制动器的数量；p_B为制动液压强(Pa)；d_w为制动轮缸直径(m)；η_B为制动器效率；μ_B为制动器摩擦系数；D₁和D₂分别为摩擦衬片有效内、外径(m)；K_{ef_veh}为等效制动效能因数；m为车辆质量(kg)；r为轮胎半径(m)；v₀为车辆制动初速度(m/s)。