动力传动试验台技术方案说明书

混合动力传动试验台

名称

方案设计阐明书

代号TZXXXXXXXXXX

版本A.1

编制工艺

校核原则化

审核批准

版本变更人变更日期变更阐明变更编号

目次

目次..................................................................

1概述...................................................................

2合用范围...............................................................

3规范性引用文献.........................................................

4环境条件...............................................................

5试验台重要功能.........................................................

6试验台方案原理阐明....................................................

7方案分析...............................................................

8试验台重要技术参数....................................................

9设备构成及功能.........................................................

10试验工装..............................................................

11设备清单....

12系统保护....

13试验设备布置

14总体工艺规定

1概述

新能源汽车产业受到越来越多的重视，前途一片光明，机械传动能力是电动汽车的基础关键技术之一,

而我企业缺乏对应的技术积累，人才储备和试验条件。这已成为制约我企业，尤其是动力系统的发展、深

入捱高口勺重要瓶颈，建立混合动力传动试验台成为当务之急。

混合动力传动试验台重要用于混合动力汽车的功能试验：功能实现、功能评价；性能试验：性能分析、

耦合分析，为混合动力系统部件选型、参数匹配及控制方略的制定、优化提供大量可靠数据。

2合用范围

本方案设计的传动试验台合用于湖南南车时代电动汽车的10米至12米的混联、AMT并联的混合动力系

统进行功能试验与性能试验。详细车型参数如下表：

表110米客车整车技术参数

整车整备质5:11吨

整车满载质量16.5吨

风阻系数0.7〜0.75

迎风面积7.5m-

滚动阻力系数0.0165

轮胎半径0.478^0.523

变速器传动比禁江S6T50:1档6.98：2档4.06；3档2.74；

4档1.89：5档1.31：6档1；倒档6.43

北奔：1档6.43：2档4.18：3档2.53：4档

1.54：5档1

后桥传动比5.571

表212米客车整车技术参数

整车整备质量13.2吨

整车满载质量18吨

风阻系数0.7〜0.75

迎风面积7.5m2

滚动阻力系数0.0165

轮胎半径0.478~0.523

变速器传动比恭江S6T50:1档6.98；2当4.06；3

档2.74；4档1.89；5档1.31：6档1；

倒档6.43

北奔：1档6.43；2档4.18；3档2.53：

4档1.54：5档1

后桥传动比6.43

3规范性引用文献

卜列文献中口勺条款通过本技术条件口勺引用而成为本技术条件的条款。但凡注日期口勺引用文献，其隧即

所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不合用于技术条件，然而，鼓励根据本技术条件到达协议的

各方研究与否可使用这些文献的最新版本。但凡不注日期的引用文献，其最新版本合用于本技术条件。

表3有关原则

序号原则/文献号原则/文献名称备注

1GB/T17692-1999汽车用发动机净功率测试措施

2QC/T524-1999发动机性能试验措施

3GB/T18297-2023汽车发动机性能试验措施

4GB/T19055-2023汽车发动机可靠性试验措施

电动汽车用电机及其控制器试验措施技

5GB/T18488.1-2023

术条件

6GB/T18488.2-2023电动汽车用电机及其控制器试验措施

7GB755-87旋转电机基本技术规定

8GB/T1029-93三相似步电机试验措施

9GB1032-85三相异步电机试验措施

10GB775-2023旋转电机定额及性能

4环境条件

如下是混合动力系统传动试验台重要使用环境规定：

>电源电压：380V+10%：220V上10%;0-30V直流可调电源，功率为900W；5V直流电源模块，功率>50（%

>环境温度：0、40℃；噪音W70dB；相对湿度W90%；海拔高度W】000m；

>冷却水规定：汽车通用冷却液，含乙二醇，温度W70C；自来水，冷却水压20.15Mpa：

>整车气压环境；

>接地规定：有独立的接地地线；

>供电系统连接：手动操作H勺分断设备：

>电网频率：额定频率50Hz,频率变化范围49Hz〜51Hz；

>安装条件：厂房内，有独立控制室（厂房规定良好通风）。

5试验台重要功能

混合动力系统传动试验台应具有如卜功能：

>试验台可模拟混合动力汽车H勺道路行驶工况，完毕混合动力电动汽车的多工况性能试验。

>试验台可进行混合动力汽车的电机性能参数测试及电机控制梏的测试。

>试验台可实现离合器自动控制、选换挡控制功能和性能分析，可进行AMT系统动力性、经济性换

挡试验以及AMT与其他部件B勺匹配试验。

>试验台可进行发动机口勺性能试验。

>试验台可完毕混合动力传动系统性能试验。

>试验台可完毕混合动力部件之间的耦合分析并进行匹配试验。

>试验台可进行111〜181范围内的不一样质量口勺混合动力系统的模拟试验。

试验台可进行混合动力系统控制方略H勺验证及优化试验。

>试验台可进行关键部件的可靠性试验。

>试验台测控系统可对试验过程中的试验数据进行采集、显示及记录。

6试验台方案原理阐明

通过前期对吉林大学、法士特及奥庆大学传动试验台的调研，最终确定通过与史庆大学合作共同开发

混合动力系统传动试验台，初步确定该试验台的方案如下：

m丽期龌善1ISGO万向融传感歌普合善万舟输电机万嵋4龌箴嗨裁融琥万柳5传解4

图1混联式混合动力客车试验台方案

9000

图2AMT并联式混合动力客车试验台方案

该混合动力试验台系统原理框图如图所示。

交流电源------------直流电源冷却水AC

CA、通信-------------信号线

--------------控制线I।机械连接部分

情

聋

传

离

惯性

飞

机

感

测功

感

感

发机

动

合

机

电

Is轮

电SG

机

器

器

«器

DC

控制单元

图3混联式混合动力试验台原理图

混联式混合动力客车试验台原理如上图所示，该试验台分为机械连接部分和电气连接部分，机械连接

部分重要有发动机、传感器、ISG电机、离合器、电机、惯性飞轮、测功机以及联轴器，电气连接部分重

要有传感器和试验过程中所需的各控制单元（发动机控制单元、电机控制器、dspace等）。对于电气连接

部分，各控制单元之间的通信方式为CAN通信，各信号的采集采用专用数据采集设备，测功机采用380V交

流电驱动，各传感器和控制单元采用直流电（0〜30V直流可调电源，功率为900N）驱动。对于ISG电机和

电机，可采用直流电源或动力电池驱动，待详细实行方式确定后，再另加。

交流电源-------------直流电源冷却水AC

-CAN通信-------------信号线

--------------控制线II机械连接部分

离传

合惯性飞

发动机n感电机感感测功机

器AMT轮

DC

控制单元

图4AMT并联式混合动力客车试验台原理图

AMT并联式混合动力客车试验台的原理图如上图所示，该试验台分为机械连接部分和电气连接部分，

机械连接部分重要有发动机、传感器、离合器、电机、AMT、惯性飞轮、测功机以及联轴器，电气连接部

分重要有传感器和试验过程中所需的各控制单元（发动机控制单元、电机控制器、变速器控制单元、dspace

等）。对于电气连接部分，各控制单元之间的通信方式为CAN通信，各信号的采集采用专用数据采集设备,

测功机采用380V交流电驱动，各传感器和控制单元采用直流电（0〜30Y直流可调电源，功率为900W）驱动。

对于电机，可采用直流电源或动力电池驱动，待详细实行方式确定后，再另加。

7方案分析

7.1整车加载需求分析

在经典都市工况下根据表1、表2的整车参数，根据各时刻的对应车速，计兑得到加载过程中所需加载

力和加载功率，加速过程计算公式如下:

F=nigf+Cl)Air/2\A5(1)

T=Fr/i

e（2）

P=Fxw/3600（3）

其中m为质量，f为滚动阻力系数，为风阻系数，A为风阻面积，r为轮胎半径（取最大值0.523）,

’，为后桥传动比,u为车速。

在减速过程中，各计算公式如下：

3.6（4）

F=ma（5）

⑹

P=FXM/36（X）,其中匕为第n个时刻的车速，m为质量，r为轮胎半径（取最大值0.523）,。为

后桥传动比,u为车速。

公交车城区工况瞬态车速

60

a

s40

号

20

0

02C0400600800100012001400

时间⑴

图5经典都市工况曲线

通过处理分析得出表1、表2车型在整备质量及满载质量状况下的转矩、功率需求如下图:

特速(rpm)

图610米、12米车经典都市工况下转矩需求

电矶功率曲线

10米年班超质量时所需功率

10来车潜找质量时所需功率

12米不维备质■时所得功率

12来年满货质量时所需功率

1

250030003500

为速(rpm>

图7ID米、12米车经典都市工况卜功率需求

可见选用额定功率450K*、额定转速1000r/min测动机，可以满足经典都市工况下的加载需求。

7.2不一样稳定车速下加载需求

是为了验证客车台架试验的性能，及不一样车速下的加载特性，根据式(1)、(2)、(3)及汽车动力

学，〃=0.377切/0其中:

U为车速:

n为转速；

r为车轮半径：

4为后桥传动比：

现从车速从0增长到100,其对应H勺后桥前负载扭矩，及功率，和对应的转速如下表4,表5：

表410米长客车加载数据

车速(km/h)后桥前需求整备质量时后桥前满载质量时后桥前整备质量时后桥满载质量时

转速(r/min)需求转矩(N*m)需求转矩(N*m)前需求功率(Kw)后桥前需求

功率(Kw)

00(167.0)(250.4)00

10283169.5252.95.017.49

20565177.0260.510.4715.41

30848189.4272.316.8224.23

401130206.9290.424.4934.37

501413229.4312.933.9446.29

601695256.9340.445.6060.42

701978289.3372.859.9377.22

802260326.8410.377.3597.12

902543369.2452.798.32120.56

1002826416.7500.2123.29147.99

表512米车客车加载数据

车速(km/h)后桥前需求转整备质量时后满载质量时后整备质量时后满载质量时后

速(r/min)桥前需求转矩桥前需求转矩诉前需求功率桥前需求功率

(N*m)(N*m)JKw)(Kw)

00(173.6)(236.7)00

10326175.8238.96.008.16

20652182.3245.412.4516.76

30978193.0256.219.7826.25

401304208.2271.428.4437.07

501631227.7290.138.8849.66

601957251.5314.651.5364.47

702283279.6342.766.8481.93

802609312.1375.285.26102.51

902935318.8412.0107.22126.62

1003261389.9453.1133.17154.73

其不一样车速所对应的扭矩，功率及其转速曲线，如图2所示:

1000r----:-----------------------：-------------------------

1咪眯车整整备备质质量量时时，

800.1100米米车车满满栽裁质质房量时时.

12米车整备质量时

E

.12米车满教质质量时

N600-----------------------------------------------------------Y---

骰

骅

％

400----------二二^二•二一I----------------

建

200--_____------------------------------------------------------------

0^-------------------------:-------------------------:-------------------------

050100150

车速km/h

M

x

lisa-

悌

K

图8不一样车速下对应的转矩、功率图

可见选用额定功率450Kw,额定转速1000r/min的电机完全可以满足规定。

7.3惯性飞轮设计

整车参数如下表:

表6整车参数

整备质量满载质量后桥传动比

10米车11吨16.5吨5.63,5.571

12米车13.2吨18吨6.43

轮胎半径0.478m到0.523m之间

飞轮密度7850Kg/m3

惯性飞轮设计计算初始根据:

7.3.110米车惯量计算

若后桥传动比为5.57h根据轮胎半径的取值范围，选用轮胎半径r=O.523m,则试验台飞轮所需模

拟的最大转动惯量为:

22

rmr16500x0.523，

Jx=~T=-Z77P-=145.4及gm-

由两部分构成:

1](¥¥)*f)COQ2

整备质量当量转动惯量：(=晨=96.95依“2

J・J，1

(16500-11000)x0.523

载重质量当量话动惯量：4S.47kg.rn

5.571

根据飞轮的当量转动惯量可以得出飞轮半径与飞轮厚度之间H勺关系式:

,14,

JfP叫I

式中，P为飞轮密度，。为飞轮半径，/为飞轮厚度。

惯性飞轮组半径与质量对比

当量转动匕轮盘r=500mm备注£轮盘r=550mm备注

惯量Kg.m2厚度mm质量Kg厚度mm质量Kg

整备质量96.95125.8775.6每10mm85.9640.8每10mm厚

载重质量48.4762.9387.8厚的飞43.0320.8H勺飞轮盘

总质量145.42188.71163.4轮盘重128.9961.6重量为

量为74.6Kg

61.7Kg

若后桥传动比为5.63试验台飞轮所需模拟的最大转动惯量为

2

z-16500x0.5231/107Q/2

3=——前丞——=142.39依〃？

由两部分构成：

整备质量当量转动惯量：4=：=94.93kg.〃?2

却击山口近0吩汕A世L7•(16500—11000)x0.52322

我重质量当量转动惯量：J12=-----------------------47.46咫.〃？

5.63~

惯性飞轮组半径与质量对比

当量转动七轮盘r=500mni备注飞本仑盘r=550uiiu备注

惯量Kg.m2厚度mn质量Kg厚度mm质量Kg

整备质量94.93123.2759.57每10mm厚R*'J84.1518.51每10mm厚口勺

载重质量47.4661.6379.79飞轮盘重量42.1259.56飞轮盘重量

总质量142.39184.81139.36为61.7Kg126.2778.07为74.6Kg

7.3.212米车惯量计算

根据轮胎半径H勺取值范围，选用轮胎半径r=0.523m,则试验台W轮所需模拟的最大转动惯量为

2

,18000x0.52311QnQ.2

Ji=———i——=119.08kg.m

由两部分构成：

整备质量当量转动惯量：J2I=,=87.33占g.〃J

6.43-

2

扑击国口近口田办柳厂,(18000-13200)x0.523..2

我重质量当量转动惯量：J22=-----------------------=31”5%名加

惯性飞轮组半径与质量对比

当量转动飞轮盘r=500mm备注飞轮盘r=550mm备注

惯量Kg.m2厚度mm质量Kg厚度mm质量Kg

整备质量87.33113.3698.54每10mm厚H勺77.4477.2每10mm摩的飞轮

载重质量31.7541.2254.01飞轮盘重量27.1173.25盘重量为74.6Kg

总质量119.08154.5952.55为61.7Kg104.5650.45

结论：根据以上计完可以得出，在轮胎半径为0.523m时，10米车和12米车的飞轮的当量转动惯量

范围为87.33〜145.42Kg.m?之间。为了设计出来口勺飞轮可以模拟两种车型的整车惯量，采用飞轮组的形式,

飞轮组由一种固定飞轮部分和多种可动飞轮部分构成。

飞轮组设计

根据计算的6轮当量转动惯量范围，可以设计成固定匕轮部分和可动匕轮部分的形式，假设固定飞轮

部分的当量转动惯量为100Kg.m?,取飞轮半径为0.5m,则固定部分的厚度和质量为:

100

0.1298"?

0.5pm/0.5x7850x3.1416x0.51

叫=夕"工=7850x3.1416x0.52x0.1298=800.26kg

可动E轮半径与质量对比

当量转动飞轮盘r=300mm飞论盘r=d00mm

编号

惯量Kg.m2厚度mm质量Kg厚度mm质量Kg

1550.1111.215.835.07

210100.1222.1831.770.36

320200.2444.3563.4141.38

由上表可以选用可动飞轮部分的半径为r=300mm

8试验台重要技术参数

8.'电源参数

供电电源：AC380v±10%,220V±10%,50Hz,0〜30V直流电源模块，功率900w,5V直流电源模块,

功率》500儿

8.2数据采集模块

PowerLink.普联

FC2023数据采集模块在FC2023发动机、电机自

动测控系统里是一种CAN节点，用于接入多种形式的

FC2022

传感器，对发动机、电机测量采集H勺数据实时发送到多通道敷据采鬃模块

CAN总线上，通过FC2023数据显示单元显示或由计

算机显示。淘仪动力评试仪卷布限公司；

«

•技术参数

电源DC24V

通道数⑹台

温度测量精度±0.5FS

压力测量精度±0.5FS

通讯方式CAN

可测量：

不超过10V的直流电压信号

不超过20mA的直流甩流信号

不超过250()欧姆的电阻信号

使用条件：

环境温度:0-40y

环境湿度：W85RH

•供货范围

检定记录1份

FC2023数据采集模块1个

CAN通讯线1根

3芯信号线100m

3芯插座16个

5A保险丝管1个

8.3测功机参数

>吸取/驱动额定功率：470kW；

>吸取/驱动额定扭矩：4156Nm；

>驱动、吸取持续最高工作转速：>28OOr/min：

>基速：IO8Or/min：

>系统控制精度：扭矩精度：W±lN.m,转速精度：W±lr/min：

>转速传感器测量范围：>12023r/min；

>转速传感器速度辨别率：Wlr/min：

>转速传感器转速测量精度：《士1r/min；

>电力测功机转动惯量(不带传动轴)：W0.35kgnf；

>过载能力：2120%额定负荷过载(每10分钟1分钟)：

>扭矩响应时间：W50ms；

>扭矩、转速采集频率：>103Hz；

>冷却方式：强制空气冷却或水冷：

>测功机在转速0〜2800r/min范围内空载运行，距离测功机1米处测量的噪声均不得超过9()dB(A)：

8.4控制系统

控制系统采用工控机集中控制实现对应的功能，设备控制信号的传递采用上位机来实现，包括与控制

有关的检测数据传送等。控制系统与电机控制器之间采用CAN总线通讯。与测试系统其他部件H勺数据传送

采用CANBUS或者RS485通讯方式。

8.5测试系统

测试电压参照范围：0〜±800V,精度:＜1%

测试电流参照范围：0〜±30()A,精度：＜1%

8.6辅助系统

控制电源：隔离变压器提供AC220V,容量2kVA,满足控制箱工作的需要：

UPS：容量IkVA(满足逆变器控制电源工作的需要，保证控制电源不间断工作至少3分钟)：

水冷系统：温度可调，最高温度70C,流量＞15L/min；

辅助工装：按照试验需求制造，工装规定易于拆装、美观、牢固。

9设备构成及功能

整个试验台重要由电源系统、测功机系统、控制系统、测控系统、被试电机及其控制器、辅助系统等

构成。

9/电源系统

电源系统重要功能是为电机及其控制器以及测功机提供牵引供电电源。其中电机电源由220V交流电

提供。测功机系统引入电源是由顾客厂房高压供电电网提供H勺三相交流380V工频电源。

9.2测功机系统

9.2.1测功机系统概述

测功机系统术要有负载电机、ABBACS800系列四象限变频器、高精度、高转速转矩转速传感器、FC2023

电力测功机控制仪控制仪、机械堵转装置、传动轴及其保护罩、被测电机固定工装、FC2420T1水温调整

装置以及电机开发试验台控制系统等构成。

9.2.2测功机系统重要设备构成

9.2,2.1负载电机

负载电机采用一台三相永磁同步电机，参数

如下：

型号：1PH8358-1*D：*-***O

额定功率：470kW

恒转矩：4156N.m(0-1080r/min)

恒功率：470kW(1080-l400r/min)

最高工作转速:2800r/niin

额定定额S1

峰值定额S230s

噪声W90UBA(最高转速)

9.2.2.2ABBACS800系列变频器

ABB在提供所有类型测试台应用的交流变频器方面享有无与伦比

的声誉，在齿轮、发动机、电机、传动设备等测试中所用电机，ABB

变频器可对其进行精确的速度及转矩控制。

由于采用了称为直接转矩控制(DTC)的智能技术，ABB变频器带

来了老式直流电机和其他交流电机控制方面无法实现的超高精确度以

及动态转矩控制。

直接转矩控制（DTC）是ABB工业领域变频器中H勺ABB电机控制平台，用以进行交流电机的精确控制。

施加于测试台的负荷应当满足测试区控制系统的规定。这就需要延迟时间最小，与此同步在整个测

试周期内保持恒定的性能。

DTC通过提供下列特性，满足这些需要：

*转矩之精确度，可反复性以及线性度

*非常迅速的转矩上升时间

与老式H勺交流变频器控制不•样，DTC保证交流电机转矩为首要控制元素，而不是电机电流。采用了

DTC控制的电机，电流是实现所需转矩的成果。再之，DTC控制交流电机转矩的间隔为25us,大概每秒

控制40,000次。这就保证了精确度以及施加于测试台的负载转矩的动态特性。

为了到达最佳的动态特性，需要认真考虑交流电机的惯量以及漏电感。该数值越小，转矩上升时因就

越快，轴转矩的变化就越快。在许多则试程序中，这是一种关键H勺问题。无论与否正在使用ABB电机或者

使用其他制造商的电机，ARB工业变频器均有一种内置的电机模型，在测试台调试到该特定型号交流电机

n勺参数期间，该模型自动进行精确调整.

ABB工业变频器H勺特点是拥有一种有源前端单元，有助于节省能源。在测试过程中，发动机或汽车产

生的能源被回馈到电网。反馈回来的电流质量很高，没有谐波成分。这是由于在电网侧有一种集成的止弦

波滤波器并能保持恒定的功率因数，保证不干扰其他的功率装置。这样，在供电设备方面的投资可以做到

最小。有源前端也赔偿电网的低电压电平，以便电压电平不影响测试台的测试性能。

9.2.2.3高精度、高转速转矩转速传感器

采用德国HBM企业原装进口T1OF系列扭矩传

感器，T系列扭矩传感器是一种非接接触式的传感器、

由转子和定子构成，转子随轴旋转，扭矩以脉冲频率信号经定子输出，本构造新奇、小巧，动态响应高。

T系列扪矩传感器的重耍技术特性：

额定扭矩：2023、5(XX)N.m

额定转速：9(XX)r/min

超载能力：200%

破坏载荷：N400%

测量精度：W±0.05%F.S；

扭矩传感器标定设备精度等级：ClassMl级、

扭矩传感器标定设备规定标定操作简朴快捷，并可以多次使用。

9.2.2.4FC2023电力测功机控制仪

用于被试电机机械功率H勺测试。

FC2023电力测功机控制仪与HBM扭力环及与其

信号兼容的扭矩传感器，电力测功器，变频器等配

套使用，用来测量和控制发动机的扭矩，转速，功

率等参数。

仪器采用数字增量式PID控制算法，控制精度高。扭矩，转速设定采用光电式数字电位器，无接触,

无磨损，长寿命。无记忆，便干实现控制方式口勺无扰动切换。

输入，输出，电源所有隔离，具有很高的抗干扰能力。

采用先进的CAN现场总线技术。CAN先进的“无主”构造，使系统的构筑和扩充非常的以便。

与变频器连接采用RS485接口，直接用数据通讯，防止了模拟信号带来口勺干扰等问题，使系统运行

更可靠，智能化程度更高。

仪器支持正，反转双向调零。

仪器自带中文库，配合液晶显示屏和简洁H勺键盘，使仪器的人机对话十分轻松。菜单式和选项式H勺

操作，简朴明了。

技术参数

转速测量精度：±1rpm

扭矩测量精度：±0.2%FS

转速控制精度：±lrpm

扭矩控制精度：±0.1研S

电源：220V+10V-10%/50/60Hz;0.4kVA

环境温度：0to40°C

重量：5kg

尺寸：4U机箱（宽440）

9.3机械堵转装置

机械堵转装置用于电机堵转试验，其构造特点如下：

I、调整灵活、简便，可以实现旋转方向8个角度（圆周等分）的定位与锁死：

2、锐角倒钝，表面防锈处理；

3、焊缝强度不小于或等于基体强度；

4、工作寿命：24000小时。

9.4传动轴及其保护罩

传动轴及其保护罩参数如下:

承受最大扭矩：传动轴I为2023N.m：传动轴2为5000N.m

最高工作转速：＞12O23r/min：

通过严格的动平衡测试，具有轴向和径向偏差赔偿能力，不出现扭振现象；

保护罩在轴向和径向日勺尺寸与传动轴相匹配，安装完毕后和所有的部件均无干涉：

工作寿命；24000小时。

9.5试验台固定工装

被测电机固定工装用于固定被测电机，技术规定如F：

1、焊缝强度等同于基体强度：

2、锐角倒钝，表面防锈处理；

3、使被测电机安装简朴、牢固：

4、在0〜12023r/min转速范围内不容许有明显的震荡和晃动；

5、电机转了•与传动轴连接完毕后，轴向窜动量WO.2mm：在。〜12OOOr/niin转速范围内运转平

稳、无异响（如有需要带必要的旋转支撑并保持润滑良好，且以便添加润滑脂或