[發明專利]一種電動輪驅動車輛的制動效能試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202111052323.1
• 申請日: 2021-09-08
• 公開（公告）號: CN113670499A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 許世維;張小鵬;許冀陽;楊乃興
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01L5/28
• 分類號: G01L5/28;G01M17/007
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 楊帥峰;岳東升

1.一種電動輪驅動車輛的制動效能試驗裝置，其特征在于：由以下部件組成：

測功機、恒溫水冷系統、整車控制器、電機控制器、復合制動控制器、電機測溫裝置、制動器測溫裝置、電動輪試驗臺，電動輪試驗環境溫度艙、制動器試驗臺以及制動器試驗環境溫度艙；

其中，所述整車控制器、電機控制器以及制動控制器用于在試驗中相互配合，為輪轂電機和制動器提供相應的控制指令；

所述測功機用于給不同溫度、不同轉速、不同制動轉矩指令狀態下輪轂電機所輸出的制動轉矩提供負載；

所述恒溫水冷系統用于控制輪轂電機的溫度，為測量不同溫度下輪轂電機制動轉矩提供相應的溫度條件；

所述制動器試驗臺用于測量不同溫度、不同轉速、不同制動壓力狀態下制動器的摩擦力矩、制動響應速率；制動器試驗臺上設置所述制動器試驗環境溫度艙，用于在測試制動器摩擦力矩和制動響應時容納輪轂電機、制動器和減速器，并提供相應的測試溫度條件；

所述電動輪試驗臺用于測量不同溫度、不同轉速下的電動輪輪轂電機制動力矩；電動輪試驗臺上設置所述電動輪試驗環境溫度艙，用于在測試輪轂電機制動力矩時容納輪轂電機、制動器和減速器，并提供相應的測試溫度條件；

所述電機測溫裝置和制動器測溫裝置分別包括設置于待測電動輪和制動器上關鍵部位的溫度傳感器。

2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述電機測溫裝置中的溫度傳感器具體包括：設于輪輞上的接觸式溫度傳感器、設于輪輞內部輪轂電機和制動器減速器之間用于測量空氣溫度的非接觸式傳感器、設于制動鉗上的接觸式溫度傳感器、設于減速器上的溫度傳感器、設于制動盤上的溫度傳感器、設于輪轂電機外殼接觸式溫度傳感器；

制動器測溫裝置中的溫度傳感器具體包括：設于制動鉗的溫度傳感器、針對制動盤的非接觸式溫度傳感器。

3.一種利用如權利要求1或2任一項所述裝置的電動輪驅動車輛的制動效能試驗方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

(1)電動輪試驗步驟：

試驗開始前先將電動輪安裝在電動輪試驗環境溫度艙中；

試驗開始，由整車控制器、電機控制器以及制動控制器分別提供相應的控制指令，并且由電動輪試驗環境溫度艙提供測試溫度條件；

在室溫(20℃)條件下，利用電動輪試驗臺標定輪轂電機在轉速從0到最大轉速n_max的范圍、轉矩指令從0到最大制動轉矩-T_max范圍時電機所能實際輸出的制動力矩，從而構建室溫條件下輪轂電機的輸出制動力矩矩陣表；隨后，利用恒溫水冷系統以20℃為間隔向輪轂電機及其控制器依次提供40℃、60℃、80℃的溫度條件，利用測功機標定輪轂電機在轉速從0到最大轉速n_max的范圍、轉矩指令從0到最大制動轉矩-T_max范圍時電機制動分別實際輸出的制動力矩，從而構建40～80℃溫度條件下輪轂電機的輸出制動力矩矩陣表；隨后利用恒溫水冷系統以10℃為間隔向輪轂電機及其控制器依次提供90℃、100℃、110℃的溫度條件，從而構建90～110℃溫度條件下輪轂電機實際輸出制動力矩矩陣表；然后利用恒溫水冷系統向輪轂電機及其控制器提供115℃的電機最高允許溫度條件，從而構建電機最高允許溫度條件下輪轂電機的實際輸出制動力矩矩陣表；通過以上各制動力矩矩陣表得到輪轂電機制動力矩-溫度的變化數據；

針對所述輪轂電機制動力矩-溫度的變化數據，利用插值法擬合出電機制動力矩與溫度變化的函數關系式，得出制動溫升引起的輪轂電機輸出制動力矩的變化規律；依據所述變化規律預估電機制動效能因數；

(2)制動器試驗步驟：

試驗開始前先將電動輪安裝在制動器試驗環境溫度艙中；

試驗開始，由整車控制器、制動控制器分別提供相應的控制指令，并且由制動器試驗環境溫度艙提供測試溫度條件；

在室溫20℃條件下，通過制動試驗臺測試在不同轉速情況下制動襯片上的壓緊力與摩擦產生的制動力，進而得出室溫狀態下制動盤的摩擦因數；調節制動器試驗環境溫度艙的溫度到100℃，通過制動器試驗臺測試在不同轉速情況下制動襯片上的壓緊力與摩擦產生的制動力，進而得出100℃狀態下制動盤的摩擦因數；然后，參照以上方法，以20℃為間隔對制動器試驗環境溫度艙的溫度進行調節，得出不同轉速、不同溫度下制動盤的摩擦因數，通過擬合得到溫升引起的制動器摩擦片摩擦因數變化的函數；

根據制動強度利用二維查表法得到摩擦副制動壓力，利用制動時的初始車速計算得出摩擦副相對滑動速度，結合所述溫升引起的制動器摩擦片摩擦因數變化函數，通過二次回歸擬合出關于制動管路壓力、溫度以及制動初始車速的制動器動態摩擦因數的函數：

式中，μ_mb(t)表示制動器動態摩擦因數；p(t)為制動管路壓力(Pa)；T(t)為制動器溫度(℃)；v₀為制動初始車速(m/s)；β₀表示動態摩擦因數擬合系數的常數項；β₁₁、β₁₂分別表示與制動管路壓力相關的動態摩擦因數一次、二次擬合系數；β₂₁、β₂₂分別表示與制動器溫度相關的動態摩擦因數一次、二次擬合系數；β₃₁、β₃₂分別表示與制動初始車速相關的動態摩擦因數一次、二次擬合系數；

再結合制動器供應商提供的制動效能因數與摩擦因數關系曲線數據查表預估機械制動效能因數；

(3)電動輪驅動車輛復合制動系統等效制動效能的計算：

根據機械制動力與電機制動力在總需求制動力中的占比，并結合某溫度下預估的電機等效制動效能因數和機械制動效能因數，計算相應的等效制動效能因數：

式中，K_{ef_veh}表示等效制動效能因數；i代表第i個電動輪；n代表電動輪數量；λ_{i_eB}代表第i個電動輪中電機再生制動力所占比例，λ_{i_eM}代表第i個電動輪中制動器機械制動力所占比例，λ_{i_eB}+λ_{i_eM}＝1；K_{ef_eB_i}表示第i個電動輪中電機等效制動效能因數，K_{ef_eM_i}表示第i個電動輪中機械制動效能因數。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于：根據電動輪復合制動系統實時溫升預測模型得到的輪轂電機和制動器的溫度，結合制動溫升與電機制動力矩及制動器摩擦因數之間的映射關系，利用電動輪制動溫升特性與整車制動效能之間的映射關系，得出電動輪復合制動系統綜合制動效能的表征模型，并通過計算整車制動效能因數，建立制動效能與整車制動動力學之間的耦合模型，推導得到如下式所示的電動輪驅動車輛整車制動效能評價指標，用于電動輪驅動車輛整車制動效能評價：

其中，是預估的車輛制動減速度(m/s²)；為預估的車輛制動距離(m)；n是車輛電動輪或行車制動器的數量；p_B為制動液壓強(Pa)；d_w為制動輪缸直徑(m)；η_B為制動器效率；μ_B為制動器摩擦系數；D₁和D₂分別為摩擦襯片有效內、外徑(m)；K_{ef_veh}為等效制動效能因數；m為車輛質量(kg)；r為輪胎半徑(m)；v₀為車輛制動初速度(m/s)。