用于测试和评估混合动力电动汽车的驱动系统的性能和能效
的系统
技术领域
[0001] 本
发明属于用在汽车领域的模拟和测试系统的技术领域，特别地，属于用以测试和评估/鉴定混合动力电动汽车的驱动系统的能效的系统（装置+方法）的技术领域。
背景技术
[0002] 目前存在各种混合动力车，这些混合动力车在驱动系统方面具有不同的架构。混合动力
电动车的驱动系统包括基于
电机EM的电驱动和基于
内燃机ICM的传统驱动（关于车辆的总功率，其功率分配被看作混动程度），其能够具有
串联、并联或串并联混合的 架构。在具有串联架构的驱动系统内，车辆仅使用
电驱动系统通过电机所产生的机械功率被驱动。在这种架构中，必须的
电能来自基于
电池的存储系统或者来自传统的基于ICE的驱动系统，基于ICE的驱动系统产生的机械功率通过与
转轴连接的电机被转换成电功率。在并联架构中，传统的基于ICE的驱动的主要来源是驱动车辆所必须的机械功率，而基于EM的电驱动系统给车辆提供了额外的机械功率，例如当车辆必须
加速时，或者如果驱动系统与轮轴的机械耦合系统允许的话，车辆可以在城市行驶工况下行驶。 在这种架构（并联）中，传统的驱动系统（ICE）能够提供比驱动车辆所需要的机械功率额外的机械功率。这种额外的功率通过发电机被转换成电功率并且用于给电驱动系统的电池自动充电，因此无需给电池外部地充电。具有串并联混合架构的混动驱动系统具有串联和并联架构所提供的所有功能（丰田PRIUS例如就使用了混合架构）。电驱动通常在低速下单独工作，而在高速下，传统的驱动和电驱动同时工作。传统的驱
动能够组合车辆的驱动功能、电池自动充电功能、或者甚至提供电驱动系统所需要的电能，这取决于所建立的混动程度以及车辆的
能源管理可能性。
[0003] 正如所观察的，根据车辆的驱动系统的架构、所建立的需要或无需外部电池充电的混动程度以及加入车辆的能源管理可能性，存在多种的混合动力电动车辆的操作可能性或模式。这类驱动架构和车辆的利益和巨大的好处在于非常高的改进能效的需求、
燃料经济性以及高速运输领域内政府要求减少
温室气体排放的措施。通过组合的驱动系统的合并和能源管理以及较高的混动程度，存在多种可能性改进混合动力电动车辆的能效，也存在多种能源管理方法和策略，这些能源管理方法和策略通过车辆设计和随后验证的第一阶段内多个模拟被评估和构思。从这个意义上讲，已经发现，在混电驱动系统被安装在车辆内从而进行随后的准真实评估之前，还没有用于这些复杂的混电驱动系统的灵巧、灵活和快速地可重建的验证方法。
[0004] 另外，从能效
角度考虑，要考虑的非常重要的方面是有效地管理车辆
制动的再生能源。电驱动的进入意味着，车辆内积累的部分运动
能量在车辆的制动或下坡过程中能够以电能的形成被回收到电池内。为此，车辆的传统的
电制动系统（ABS）必须被完美地管理和同步，从而使得从驾驶者的角度，仅有单独的制动响应，但是从驱动系统和车辆的角度，实现驾驶者所的需制动是通过适当地管理电
再生制动的方式以传统
制动系统的
刹车盘/
垫片内的热量形式损耗最小的能量。在本发明的建议中，涉及再生制动的方面也被看作关于车辆的混电驱动系统的能效的重要的全局测试观点。
[0005] 汽车的模拟和测试系统已经是已知的，模拟和测试系统包括测试台，其中驱动的车辆在不同的状况下被模拟，这些数据用于测试车辆的不同元件的动态性能和持久性，例如
悬架系统[US2007/0260372 A1, US1996/5487301, US1999/5942673, WO2007/133599 A2, US2007/0260438 A1, US2007/0118258 A1]、内燃机的性能[US2004/6754615 B1, US2010/7680639 B2]、变速箱、传动元件、鉴定和评估轮胎[US2009/0012763]等。虽然存在一些用于混合动力车辆和驱动系统的测试装置和
模拟器从而测试混合动力汽车和驱动系统的不同方面[CN101241168, CN201193984U, CN101660972]，但是，
发明人尚未意识到，从能效角度考虑，这些不同的方面涉及关于具有复杂先进架构的驱动系统的测试，并且进一步能够快速地适应和再构造所有涉及架构和操作模式的可能性。在已知的用于混合动力车辆和驱动系统的模拟系统中，仿真车辆的装置通过连续可变
传动系统（CVT = Continuous Variable Transmission，连续可变传动装置）、和/或行星传动系统、和/或一个或多个允许以确定的方式将不同的机械功率提供者与车辆的轮子耦合的
离合器与电机连接并且与内燃机连接。因此，可以使用具有昂贵的机械耦合件（离合器、
联轴器和行星可变传动系统）的座板来测试具有专
门架构的系统，因此，用于混合动力车辆的现有的模拟系统专门地涉及单个的构造，并且根据上述耦合件所施加的限制，涉及现有的能量管理可能性。因此，现有的模拟系统的确定在于，模拟系统专门用于特定的车辆或架构，并且它们不能以灵巧、灵活以及动态可重建的方式测试不同的架构和能量策略/操作模式。
发明内容
[0006] 本发明的目的是通过
权利要求1所述的用于测试和评估混电驱动系统（或系统的零件/部件）的性能和能效（再生制动的管理和驱动的能量管理）来克服
现有技术中的缺点。
[0007] 本发明系统包括由仿真装置控制的测试台，所述仿真装置能够实时地仿真车辆的驱动，并且能够机械地与内燃机以及与要被测试的混电驱动系统的电机连接。所述测试台进一步包括：
[0008] 第一电机（EM1），所述第一电机能够通过第一直接机械耦合件与混电驱动系统的电机（EM）耦合；
[0009] 第二电机（EM2），所述第二电机能够通过第二直接机械耦合件与混电驱动系统的内燃机（ICE）耦合；
[0010] 电能转换装置（PS2），所述电能转换装置控制由所述第一电机所提供的
扭矩并且控制由所述第二电机所提供的扭矩并且控制传递给功率分配和
接线盒的功率，所述功率分配和接线盒包含混电驱动系统的直流总线，以及
[0011] 控制
连接线，所述控制连接线将所述电能转换装置（PS2）与所述仿真装置连接。
[0012] 所述仿真装置通过电能转换装置，根据阻力计算由所述第一电机施加在所述电机的转轴上的阻力矩并且计算由第二电机施加在所述内燃机的转轴上的阻力矩并且计算传递给功率分配和接线盒的功率，所述功率分配和接线盒包含直接总线，所述阻力由于在测试过程中车辆的仿真驱动的效应和混电驱动系统的操纵模式的效应与驱动力相反。操作模式被看做不同的工作模式，在测试过程中，系统/测试台能够在混电驱动系统上再生，不同的工作模式可以是：串联模式、并联模式、串并联模式、纯电模式、具有变域扩大器的纯电模式以及再生制动模
块。
[0013] 仿真装置是移动车辆的实时仿真器，如果使用真实的或仿真的驾驶者，以及车辆被驱动所在的环境是否被仿真，所述仿真器具有不同的方法。
[0014] 在优选的实施方式中，由仿真装置所控制（和监视）的测试台能够与属于要被测试的混电驱动系统的下述子系统连接：
[0015] -能够机械地连接的要被测试的内燃机（ICE）；
[0016] -能够机械地连接的要被测试的电机（EM）；
[0017] -通过直流功率电连接线以及控制电连接线能够电连接的直流功率分配和接线盒（HVDC节、混电驱动系统的高压直流总线）；
[0018] -在控制层通过
接口装置能够电连接的能量管理子系统（其自身的交换或加入另一交换内的功能）（EMS）；
[0019] -在控制层通过接口装置能够电连接的制动管理子系统（其自身的交换或加入另一交换内的功能）；
[0020] -在控制层通过接口装置能够电连接的控制板管理子系统（其自身的交换或加入另一交换内的功能）。
[0021] 所述系统能够加入第一扭矩
传感器和第一控制连接线，所述第一扭矩传感器被安装在第一电机的转轴上，而第一控制连接线将第一扭矩传感器和电能转换装置（PS2）连接。
[0022] 所述系统能够加入第二扭矩传感器和第二控制连接线，所述第二扭矩传感器被安装在第二电机的转轴内，第二控制连接线将第二扭矩传感器和电能转换装置（PS2）连接。
[0023] 所述电能转换装置（PS2）能够包括定频交流输入端、与所述第一电机（EM1）连接的第一变频和振幅交流输出端、与所述第二电机（EM2）连接的第二变频和振幅交流输出端以及与要被测试的混电驱动系统的功率分配和接线盒（HVDN节）连接的直流功率输出端。该装置包括一组子系统，子系统允许控制和再生不同的操作模式以及每个模式中的功率分配，同时测试混电驱动系统。
[0024] 在本发明的实施方式中，电能转换装置（PS2）包括下述子系统，下述子系统能够是独立的装置，但是优选地被相互连接：
[0025] 两位AC/DC转换器，所述两位AC/DC转换器通过其输入端与交流源连接输入端（三相）连接，以及通过其直流输出端与功率分配盒并通过DC/DC
降压转换器与要被测试的混电驱动系统的功率分配盒（HVDC节）以及第一DC/AC变换器连接，所述第一DC/AC变换器通过第一交流输出端与第一电机（EM1）连接，而第二DC/AC变换器通过第二交流输出端与第二电机（EM2）连接。
[0026] 功率半导
体模块是AC/DC转换器、第一DC/AC变换器、第二DC/AC变换器以及DC/DC转换器的部件，功率
半导体模块从模块接受激励
信号，所述模块包含激励
电路并且进而将DSP（
数字信号处理器）与控制单元连接，DSP控制电能转换装置（PS2）的电能转换阶段的静态和动态响应并且执行对第一电机（EM1）和第二电机（EM2）的控制。为了实现所述控制，控制单元基于DSP从与DC/DC降压转换器的输出端连接的
电流传感器、从与第二DC/AC变换器的输出端连接的三电流传感器、从与第一DC/AC变换器的输出端连接三电流传感器、从安装在第一电机（EM1）的转轴内的第一扭矩传感器、从安装在第二电机（EM2）的转轴上的第二扭矩传感器、从安装在要被测试的混电驱动系统的功率分配和接线盒（HVDC节）内的
电压传感器、从第一电机（EM1）的转轴上的第一角
位置传感器、以及从安装在第二电机（EM2）的转轴上的第二角
位置传感器接收测量值。
[0027] 控制单元通过控制连接线接收信号并且发送状态信号，控制连接线将电能转换装置（PS2）与仿真装置（DVE）连接。
[0028] 仿真装置能够包括：
[0029] -用于仿真内燃机和电机的朝向
车轮的输出转轴的耦合系统的性能的模块。所述模块因此从机器（ICM）和机械（EM）的转轴内的扭矩测量值获得作为结果的有效驱动扭矩，有效扭矩涉及
驱动轮的转轴。该模块进一步计算阻力矩（与车辆的驱动相反的阻力），所述阻力矩通过测试台的第一电机（EM1）和第二电机（EM2）被施加在内燃机（ICM）和电机（EM）的转轴上。
[0030] -用于仿真车辆的纵向和横向动态性能的模块。该模块能够实时地计算由于车辆的运动效应出现在驱动轮内的所有纵向、横向和垂直力。
[0031] -能够仿真连续可变传动装置（CVT）的性能的模块，如果有的话。
[0032] -使用制动命令仿真车轮的传统ABS（主动制动系统）制动系统的性能的模块。制动命令通过接口装置从制动管理子系统被接收。该系统获得每个车轮内的制动力并且将它们发送给纵向和横向动态性能模块。
[0033] -用于仿真驾驶环境（道路特性、直延伸、曲线、倾斜、交通信号、道路轮廓、甚至是区域等）的虚拟实时演示模块。
[0034] 仿真装置（DVE）能够加入用于仿真驾驶者的模块，所述驾驶者在所选择的情景中驾驶，从而使得测试自动化以根据驾驶者的反映去报重复性。该模块的输出对应
油门和制动
踏板和
方向盘的
转向角度的仿真响应并且被发送给控制板管理子系统，以及他们会在使用虚拟驾驶者的情况下被选择，否则控制板管理子系统会选择来自车辆控制板的由真实的驾驶者处理的输入。
[0035] 从前述
说明书中能够推断出，本发明系统是一种基于动态再构建测试台的系统，所述测试台由两个电机和一组功率和控制装置形成，测试台允许测试/特点在于混电车辆的驱动系统的不同架构/构造的动态性能和从能量的角度主要部件的性能（PBAT电池包、ICM内燃机、EM电机、电机EMPINV变换器
控制器、EMS能量管理子系统以及制动管理子系统）。要被测试的驱动系统的可能架构/构造是：1：并联混动，2：串联混动，3：组合的串并联混动以及4：具有变域扩大的电动。所述系统（测试台）由装置实时地控制，所述装置实现闭环技术中的“DVE”（闭环中的驾驶者-车辆-环境），给定虚拟情景下的真实驾驶，其允许实时地测试混电驱动系统，考虑被选车辆在其纵向和横向响应下动态性能。剩余的功率装置（PS2转换装置）和控制装置（DVE仿真器、接口）能够容易和快速地重构测试台和使测试台适应混电车辆的驱动系统的不同架构/构造。
[0036] 本发明（系统和方法）能够提供的优点在于，半真实地评估不同混合动力驱动架构的能量效率以及评估和优化能量管理方法，包括管理车辆的再生制动。目的是获得真实的数据和证据（从能效的角度）从而用于：1：设计和实施以及最终优化混合动力驱动系统的机械功率提供者（电机和内燃机）之间所需的传动系统和机械耦合件的架构和结构，2：优化调整混电驱动系统的电部件和机械部件的响应，以及3：设计和优化车辆的能量管理运算程序（选择车辆的工作模式以及在不同的电提供者和机械提供者之间分配功率）以及管理/同步运算程序。因此，测试系统被用于优化前述方面/构思的设计，使得紧密地关于混电车辆的驱动系统的能效。
[0037] 本发明的主要贡献是。
[0038] -灵活性-使用相同的一组装置容易快速地重建混电驱动系统的不同架构/构造。
[0039] -其防止需要在测试台中有机械可变传动CVT（连续可变传动）系统，所述CVT系统具有行
星系统从而将两个驱动源耦合，在混合车辆的情况下在串并联构造中，例如丰田Prius，是复杂的并且对要被评估的能量策略施加确定的限制。可变传动系统和行星耦合系统可以在仿真装置（闭环的DVE）内被模块化/仿真从而用于这种构造。
[0040] -实时仿真装置DVE考虑车辆的纵向响应和动态/横向响应以及车辆能量性能的发生率。为了测试驱动系统的能量性能（能效、EMS策略等），车辆的纵向动态/性能模块以及甚至是考虑参数状态（稳定状态模块、朝后模块）的模块通常被使用，不用理会过渡状态和车辆的横向动态/性能所具有的效应。在高速下，两个效应（纵向响应、横向动态内的过渡效应）不会被考虑，但是在低速以及根据涉及小转角（轮胎/车轮参数、腔体角度等）的参数，它们具有较大的效应。在该装置中，实时地在纵向动态和横向动态内，并且进一步使用向前技术（通过数值积分方法解决代表车辆动态的差分方程），考虑过渡和永久状态，车轮被仿真。这意味着车辆能量性能的测试被更准确地实施。
[0041] -能够测试车辆制动管理的可能性也会从被实施的能量性能测试中得出。在电动车中，有两种方法制动车辆：1：通过电驱动系统（EM，PINV）再生制动，电驱动系统在第二象限内操作并且将被制动的车辆的聚集的部分动能返回给电池系统（PBAT）,以及2：通过车辆内的摩擦（
摩擦片、垫片）和ABS（主动制动系统）系统的传统制动。由于电池的能量吸收能力方面的限制，能量吸收能力通常取决于充电的状态、所使用的电化学技术、
温度等，根据驾驶者的需要，仅使用电能再生制动，车辆不能整体地制动。因此，使用两个策略（再生制动、传统的ABS制动），车辆的整体制动的同步和管理是要被测试的关键元素，其影响车辆的能量效率以及所述车辆和其拥有者的安全性。所述系统允许通过实时地在仿真装置（DVE）内仿真ABS制动性能来测试所述管理，所述仿真装置（DVE）通过制动管理子系统接收命令。因此，实施两种制动可能性之间的管理/同步的交换/子系统能够被测试，并且整体的车辆制动性能及其在纵向和横向响应上的发生率能够被实时地仿真。由于电再生制动效应，电驱动元件的转轴上的制动扭矩会被测量并且发送给仿真装置（闭环中的DVE），仿真装置会使用制动扭矩以及传统ABS制动的仿真计算车辆的纵向和横向动态响应。
[0042] -在仿真装置内（闭环内的DVE）以及涉及其“环境”部分，实时的不同地形特征的仿真应当被提及，例如：干燥
沥青、湿沥青、
雪地等，以及基于摩擦的相应系数的曲线/图表的计算。另外，具有倾斜的弯曲和延伸，以及普通的交通信号会被再生。虚拟的真实情景能够在该装置中被再生从而驾驶是真实的。
[0043] -在仿真装置（闭环中的DVE），以及关于驾驶者部分，允许自动测试确保重复性的从而测试/调整/优化不同能量策略的驾驶者模块的加入必须必提及。该模块也可以被通过，并且驾驶者是人的测试可以被实施，驾驶者作用在车辆控制板上并且在再生虚拟情景下驾驶。
[0044] -具有实时地仿真车辆、环境和驾驶者的仿真装置（闭环中的DVE）允许从该装置给能量管理系统发送状态变量，例如真实的车辆速度、目前车辆位置或者甚至是将出现（
电子水平线）的变量，例如即将出现的交通信号、即将出现的地形的倾斜或弯曲等。这些信号可以由能量管理系统处理，并且使用其知识和处理所获得优势因此可以被评估从而优化能量策略并且根据所获得的优势决定是否值得在车辆中包括所述传感器。
[0045] -接口装置（测试系统/要被测试的驱动系统的接口）允许在控制层在要被测试的驱动系统的子系统/交换（ECU、车辆的
电子控制单元）和所述测试系统之间相互连接。
附图说明
[0046] 下文中基于附图描述本发明的方面和实施方式。
[0047] 图1是本发明系统的一种实施方式的模块图，所述系统与汽车的混电驱动系统的主要部件/子系统连接。
[0048] 图2.1、2.2、2.3、2.4显示了根据混动架构和/或操作模式的可能的能量流动，所述混动架构和/或操作模式根据要被测试的能量策略而被选择。要指出的是，在所有的操纵模式中，仿真装置（3）根据所实施的驱动、车辆模式、耦合系统的模式以及电机（2d）的扭矩和速度测量值和内燃机（2c）的经连接装置（15）来自能量转换装置（5）的扭矩和速度测量值，计算施加给每个电机（9, 6）的阻力矩。
[0049] 图2.1（点划线箭头）显示了当电机（2d）和内燃机（2c）之间以及根据能量管理子系统（2a）所确定的分配，
驱动器（并联模式）所需要的总机械功率被提供时的能量流动。
[0050] 图2.2显示了能量流动（点划线箭头），当在并联模式中，内燃机（2c）进一步提供了额外的机械功率，额外的机械功率的值是由能量管理子系统（2a）决定，经过类似发电机操作的第二电机EM2（9），能量管理子系统（2a）用于给电池块（2b）自动充电。如果在第二电机（9）的能效图方面关于最终与内燃机（2c）连接的发电机的差值，这种额外量的能量在仿真装置（3）所进行的计算中被考虑。
[0051] 图2.3显示了能量流动（点划线），当车辆以电动模式被驱动，而所需的电能部分地或完全地由内燃机（2c）通过第二电机（9）和电能转换装置（5）（串联模式）产生。由内燃机（2c）-第二电机（9）-能量转换装置（5）的组装体所产生的电能量会由要被测试的能量管理子系统（2a）确定，所需的剩余电能由电池块（2b）来提供。根据所安装的混动程度以及如果能量管理子系统（2a）内所实施的策略需要，甚至是内燃机（2c）-第二电机（9）-能量转换装置（5）的组装体可以提供驱动车辆所需要的能量以及用于给电池块（2b）再充电的额外能量。
[0052] 图2.4显示了与架构相应的能量流动（点划线），这种架构是完全电驱动系统，这种完全电驱动系统在其内加入变域扩大单元（2f），变域扩大单元（2f）以可控的方式与车辆的混动驱动系统的配电箱连接（例如，
燃料电池、小型的内燃机-发电机-
整流器组装体，或者甚至是高功率
密度的超级电容系统）。车辆/驱动器所需要的机械功率由电机（2d）提供，电机（2d）在电池块（2b）和变域扩大单元（2f）。两者之间的分配由能量管理子系统（2a）决定，能量管理子系统（2a）甚至可以决定，变域扩大单元（2f）会产生更多的对电池块（2b）自动充电所必须的能量/电功率。
[0053] 图3显示了当车辆制动并且由于再生制动的效应存在能量回收时的能量流动（点划线箭头）。
[0054] 图4显示了用于图1所示的系统的电能转换装置（5）的实施方式的模块图。
[0055] 图5显示了仿真装置（3）的方案。
[0056] 指示下述元件的参考标记能够在附图中看到。
[0057] 1. 测试台。
[0058] 2. 混电驱动系统（要被测试的）。
[0059] 2a. 能量管理子系统（要被测试的能量管理策略）。
[0060] 2b. 电池块（要被测试的）。
[0061] 2c. 内燃机（要被测试的）。
[0062] 2d. 电机（要被测试的）。
[0063] 2e. 功率变换器（要被测试的
电极的）。
[0064] 2f. 变域扩大单元（要被测试的）。
[0065] 2g. 能量管理子系统/内燃机控制连接。
[0066] 2h. 能量管理子系统/功率变换器控制连接。
[0067] 2i. 能量管理子系统/电池块控制连接。
[0068] 2j. 能量管理子系统/可能的变域扩大单元控制连接。
[0069] 2k. 车辆的制动管理子系统（要被测试的）。
[0070] 2l. 控制板管理子系统。
[0071] 2m. 车辆控制板，油门、制动、方向盘位置。
[0072] 2n. 制动管理子系统/接口装置控制连接。
[0073] 2o. 制动管理子系统/接口装置控制连接。
[0074] 2p. 能量管理子系统/制动管理子系统控制连接。
[0075] 2q. 能量管理子系统/控制板管理子系统控制连接。
[0076] 2r. 控制板/控制板管理子系统控制连接。
[0077] 2s. 接口装置/控制板管理子系统控制连接。
[0078] 3. 仿真装置（车辆、环境和驱动的实时DVE）。
[0079] 3a. 仿真车辆的纵向/横向动态性能的模块。
[0080] 3b. 仿真连续可变传动（CVT）的性能的模块。
[0081] 3c. 仿真制动系统（ABS）的性能的模块。
[0082] 3d. 仿真用于内燃机（2c）和电机（2d）朝车轮的
输出轴的耦合系统的性能的模块。
[0083] 3e. 信号接收/反馈变量块。
[0084] 3f. 虚拟演示模块。
[0085] 3g. 车辆和演示显示器。
[0086] 3h. 驱动器模块。
[0087] 3i. 变量记录块。
[0088] 34. 3a和3f之间的内部连接。
[0089] 35. 3a和3e之间的内部连接。
[0090] 36. 3a和3d之间的内部连接。
[0091] 37. 3b和3d之间的内部连接。
[0092] 38. 3a和3c之间的内部连接。
[0093] 39. 3a和3b之间的内部连接。
[0094] 40. 3c和3e之间的内部连接。
[0095] 41. 3d和3e之间的内部连接。
[0096] 42. 3a和3g之间的内部连接。
[0097] 4. 测试台的仿真装置和车辆的混电驱动系统的能量管理、制动管理和控制板管理子系统之间的接口装置。
[0098] 5. 电能转换装置（测试台的）。
[0099] 5a. 两位AC/DC转换器。
[0100] 5b. 第二DC/AC变换器。
[0101] 5c. 第一DC/AC变换器。
[0102] 5d. DC/DC降压转换器。
[0103] 5e. 包含功率半导体的第一电路的模块。
[0104] 5f. 基于DSPs（数字
信号处理器）的控制单元。
[0105] 5g. DC/DC降压转换器的输出端的电流传感器。
[0106] 5h. 与第二变换器的输出端连接的3电流传感器。
[0107] 5i. 与第一变换器的输出端连接的3电流传感器。
[0108] 5p. 安装在功率分配和接线盒HVDC接头的电压传感器连接。
[0109] 5j. 功率半导体激励模块/两位AC/DC转换器控制连接。
[0110] 5k. 功率半导体激励模块/ DC/AC变化器1控制连接。
[0111] 5l. 功率半导体激励模块/ DC/AC变化器2控制连接。
[0112] 5m. 功率半导体激励模块/ DC/AC降压转换器控制连接。
[0113] 5n. 基于DSPs/功率半导体激励模块控制连接的控制单元。
[0114] 6. 第一电机（测试台的）。
[0115] 7. 第一直接机械耦合件。
[0116] 9. 第二电机（测试台）。
[0117] 10.第二直接机械耦合件。
[0119] 11a. 定频交流（三相）输入端（连接）。
[0120] 12. 直流功率连接。
[0121] 13. 接口装置/能量管理子系统控制连接。
[0122] 14. 接口装置/仿真装置DVE控制连接。
[0123] 15. 仿真装置/电能转换装置控制连接。
[0124] 18a. 第二电机位置传感器与电能转换装置的连接。
[0125] 18b. 第一电机位置传感器与电能转换装置的连接。
[0126] 19a. 与第二电机连接的电能转换装置的可变
频率和振幅第二交流输出端（连接）。
[0127] 19b. 与第一电机连接的电能转换装置的可变频率和振幅第一交流输出端（连接）。
[0128] 20. 混动电驱动系统的功率分配和接线盒（HVDC接头直接总线分配器模块）。
[0129] 21. 安装在HVDC接头/电能转换装置内的电压传感器连接。
[0130] 22. 安装在第二电机内的扭矩传感器与电能转换装置的控制连接。
[0131] 23. 安装在第一电机内的扭矩传感器与电能转换装置的控制连接。
[0132] 24. 安装在第二电机的转轴内的第二扭矩传感器。
[0133] 25. 安装在第一电机的转轴内的第一扭矩传感器。
具体实施方式
[0134] 在图1所示的实施方式中，本发明系统包括测试台1，测试台1具有实时仿真装置DVE3、具有电能转换装置5、第一电机6、第一直接机械耦合件7、第二电机9、第二直接机械耦合件10以及在控制和监督时用于连接的接口装置4，测试台1具有要被测试的混电驱动系统。
[0135] 电能转换装置5实现不同的可控的可变电压、电流和频率转换。电能转换装置5通过定频交流输入端11a与三相电流供应连接11连接，并且具有通过第一交流输出端19b与第一电机6连接的交流输出端、通过第二交流输出端19a与第二电机9连接的交流输出端、以及直流功率连接12，直流功率连接12与混电驱动系统2的功率分配和接线盒（HVDC-节或高压DC总线）的直流功率连接线连接。电能转换装置5通过控制连接15与仿真装置DVE3连接、通过控制连接22与安装在第二电机9的转轴内的第二扭矩传感器24连接、通过控制连接23与安装在第一电机6的转轴内的第一扭矩传感器25连接、通过连接18a与第二电机9的
转子的角位置传感器连接、以及通过连接18b与第一电机6的转子的角位置传感器连接。
[0136] 仿真装置DVE3根据电流驱动器所执行的或虚拟驱动环境下所仿真的驱动实时地仿真车辆的纵向和横向动态响应。仿真装置3计算车辆的驱动轮内出现的所有纵向、垂直和横向的力矢量并且实时地获得固定的
坐标系统中三坐标轴（x、y、z）内以及关于移动参考系统内的系统的三角度内（偏转、
俯仰、滚动）的车辆重力的中心的位置，所述移动参考系统位于车辆的重力的中心内。实施实时计算和控制系统的仿真装置3也计算和施加阻力矩参考（相当于与由车辆的驱动系统所施加的力相对的所有力），所述阻力矩通过第一电机6和第二电机9被施加在内燃机2c的转轴上以及电机2d的转轴上。对此（计算车轮内的力矢量、计算车辆的位置、以及计算内燃机2c和电机2d的转轴内的等效阻力矩），装置DVE3使用：1：仿真车辆的纵向和横向动态性能的模块，所述动态性能是在给定驱动周期时被仿真的，所述驱动周期是由实际的驱动器实现的并且在虚拟的驱动演示上仿真的，2：从能量转换装置5所获得机械功率供应者（内燃机2c和电机2d）的当前扭矩和速度测量值，3：如果存在一个连续可变传动装置，仿真连续可变传动装置（CVT）的性能的模块，4：仿真两个机械驱动功率提供者（内燃机2c和电机2d）之间的耦合系统的性能以及将结果扭矩传递给车轮的转轴的模块，以及5：由能量管理子系统所决定和选择的操作模式（串联、并联、纯电、具有变域扩大的电模式）。仿真装置3通过控制连接15与电能转换装置5连接，并且通过控制连接14与接口装置4连接。
[0137] 进一步地，要被测试的混电驱动系统包括要被测试、优化或验证的能量管理子系统（其自身的交换或加入另一交换的功能）、要被测试的电池块2b、要被测试的内燃机2c、要被测试的电机2d、要被测试的电机2d的功率变换器2e的控制器以及要被测试的（可选择的）变域扩大单元（2f），其中根据要被测试的混电驱动系统的架构和操作模式，要被测试/优化/验证的能量管理策略被编程。要被测试的能量管理子系统2a分别通过控制连接2g, 2h, 2i, 2j与电池块2b、内燃机2c、功率变换器2e以及变域扩大单元（2f）连接，并且分别通过控制连接2p, 2q与制动管理子系统2k（它们自身的交换或加入另一交换的功能）以及控制板管理子系统2l连接。直流功率连接12把电高压DC（直流）功率连接线分配给电池块2b、功率转换器2e以及通过直流功率分配和接线盒（高压DC总线或HVDC-节）分配给变域扩大单元
2f。控制连接2r也将车辆控制板（油门、制动、方向盘）与控制板管理子系统2l连接，并且控制连接2n将控制板管理子系统2l与制动管理子系统2k连接。
[0138] 接口装置4分别通过控制连接13,14将仿真装置DVE3与能量管理子系统2a连接，并且一方面，根据加入其中的测量，负责给仿真装置DVE3发送由能量管理子系统2a所计算的命令和功率分配，而另一方面，根据其中所实施的或要被验证或优化的能量策略，需要或无需通过能量管理系统2a，从仿真装置DVE3给能量管理子系统2a发送电流或甚至是未来车辆、驱动器或环境的状态变量（例如现有车辆速度、现有车辆位置、
进程和将来的交通信号等）。接口装置4也通过连接2o将仿真装置DVE3与制动管理子系统2k连接以及通过连接2s与控制板管理子系统2l连接。一方面，仿真装置DVE3给制动管理子系统发送车辆变量，所述子系统需要协调制动，并且制动管理子系统2k给仿真装置DVE3发送ABS制动命令从而使得它们用于通过模块3c仿真ABS系统。另一方面，仿真装置DVE给控制板管理子系统2l发送被仿真的油门、制动和方向盘信号从而使得它们在仿真装置DVE3内实施的虚拟驱动器模块3h被使用的情况下被选择。
[0139] 正如所看到的，混电驱动系统2通过第一直接机械耦合件7和第二直接机械耦合件10机械地与测试台1连接，第一直接机械耦合件7将将电机2d耦合至测试台1的第一电机6，而第二直接机械耦合件10将内燃机2c耦合至测试台2的第二电机9。要被测试的混电驱动系统2也通过直流功率连接12与功率分配和接线盒电连接，直流功率连接12连接电能转换装置5，功率分配和接线盒对应高压DC总线（HVDC节）、与连接21电连接，连接21将安装在功率分配和接线盒20内的电压传感器与电能转换装置5连接，以及从能量管理子系统2a经控制连接13、从制动管理子系统2k经连接2o以及从控制板管理子系统2l经连接2s与接口装置4电连接。
[0140] 在图4所示的实施方式中，电能转换装置5包括两位AC/DC转换器5a，两位AC/DC转换器5a通过其输入端与定频交流输入端（连接）11a连接、通过其中一个直流输出端与DC/DC降压转换器5d连接、通过另一直流输出端与第二DC/AC变换器5b连接以及通过另一直流输出端与第一DC/AC变换器5c连接，上述第二DC/AC变换器5b与第二交流输出端19a连接，上述第一DC/AC变换器5c与第一交流输出端19b连接。AC/DC转换器5a、第二DC/AC变换器5b、第一DC/AC变换器5c以及DC/DC降压转换器5d从包含（功率半导体）激励电路的模块接收
控制信号，因此它们通过各自的控制连接5j, 5k, 5l被连接以及进一步基于一个或多个DSP（
数字信号处理器）与控制单元5f连接。控制单元5f也从与DC/DC降压转换器5d的输出端连接的电流传感器5g接收信号、从与第一交流输出端19b连接的3电流 传感器5h接收信号、从与第一交流输出端19b连接的3电流传感器5i接收信号、从要被测试的驱动系统的直流总线HVDC接头内的电压传感器连接5p接收信号、从与第二电机9的位置传感器连接的连接18a接收信号以及从与第一电机6的位置传感器连接的连接18b接收信号。另一方面，控制单元5f从控制连接15接收启动信号以及发送状态信号，控制连接15将控制单元5f与仿真装置DVE3连接。下述内容被容纳在控制单元5f中。
[0141] 1：通过第一DC/AC变换器5c执行第一电机6的扭矩控制的运算程序。该控制是基于电流读数和位置值读数实现的，所述电流读数是通过安装在第一DC/AC变换器5c的三相交流输出端内的3电流传感器5i来实现的，而位置值读数是通过由连接18b连接的传感器而实现的。目的是控制电机2d的扭矩从而使其与参考阻力矩相等，参考阻力矩是通过仿真装置DVE3计算的并且经过控制连接15发送给控制单元5f的。扭矩的规则是基于第一电机的
定子电流的规则实施的，定子电流的参考值是通过控制单元5f基于第一电机6的参数被计算的并且随后根据实际的扭矩测量值被调整，实际的扭矩测量值是通过安装在第一电机6的转轴内的第一扭矩传感器25来获得的。第一电机的扭矩能够是正的或负的，速度能够使正的和负的。
[0142] 2：通过第二DC/AC变换器5b执行第二电机9的扭矩控制的运算程序。该控制是基于电流读数以及通过位置值读数来实现的，电流读数通过安装在第二DC/AC变换器5b的三相交流输出端内的3电流传感器来实现的，位置值读数是通过由连接18a连接的传感器来实现的。其目的是控制第二电机9的扭矩从而使得其等于参考阻力矩，参考阻力矩是通过仿真装置DVE3计算的并且通过控制连接15发送给控制单元5f。扭矩的规则是基于第二电机9的定子电流的规则实现的，定子电流的参考值是由控制单元5f基于第二电机9的参数而被计算的并且随后根据实际的扭矩测量值被调整，实际的扭矩测量值是通过安装在第二电机9的转轴内的第二扭矩传感器24而获得的。第二电机的扭矩能够是正的或负的，虽然在这种情况下，速度总是相同的方向并且仅对应内燃机2c旋转的旋转方向。
[0143] 3：控制两位AC/DC转换器5a的
输出电压、保持电压稳定并且处于相应的值从而使得剩余的能量转换阶段正确地工作的运算程序。这些运算程序确保AC/DC转换器5a的两位特性，因此转换器内的电流可以是正的或负的，并且电功率因此可以是正的（三相电流供应连接11给测试台1传递功率/能量）或负的（测试台1给三相电流供应连接11返回功率/能量）。
[0144] 4：控制DC/DC降压转换器5d的输出电压的运算程序。该控制是基于连接21的读数以及电流传感器5g的读数来实现的，连接21的读数是来自安装在DC（直流）功率分配和接线盒或HVDC节内的电压传感器，电流传感器5g被安装在DC/DC降压转换器5d的直流输出端内。该控制的目的是给HVDC节传递电功率，电功率是根据能量策略被计算的，能量策略是在能量管理子系统2a内被测量的。
[0145] 5：计算所有的发送给功率半导体元件的激励命令，功率半导体元件被安装在不同转换阶段。
[0146] 6：通过控制连接15给仿真装置DVE3反馈变量，反馈变量对应于：1：通过扭矩传感器24, 25的连接22, 23所获得的扭矩，2：基于转子的角位置和传感器的集成所获得的速度，以及3：通过第一电机6和第二电机9的电流传感器5h, 5i所获得的电流。
[0147] 7：通过控制连接线从仿真装置DVE3接收扭矩参考以及功率参考，所述扭矩参考被施加在第一电机6和第二电机9上，功率参考通过DC/DC降压转换器5d发送给功率分配盒DC节。
[0148] 关于第一电机6的实施方式，第一电机6具有最大扭矩-速度特性，其
覆盖了操作（扭矩，速度）的所有可能点，其中，通过要被测试的混电驱动系统2的功率变换器2e控制的电机2d能够工作。
[0149] 关于第二电机9的实施方式，第二电机9具有最大扭矩-速度特性，其覆盖了操作（扭矩，速度）的所有可能点，其中要被测试的混电驱动系统2的内燃机2c能够工作。
[0150] 在图5所描述的实施方式中，仿真装置DVE3在实时计算和控制系统内被编程，并且包括仿真车辆的纵向和横向动态性能的模块3a、虚拟演示模块3f、车辆和演示显示器3g、仿真驾驶者（在所选择的演示上驾驶）的驱动器模块3h、仿真连续可变传动（CVT）的性能的模块3b、仿真制动系统（ABS）的性能的模块3c、仿真用于电机2d和内燃机2c的朝向车轮（和参考计算器）的输出轴的耦合系统的性能的模块3d、信号接收/反馈变量块3e以及变量记录块3i。这些模块如图5所示的相互连接。
[0151] 仿真车辆的纵向和横向动态性能的模块3a在其中实施微分方程，微分方程代表车辆的纵向和横向动态，车辆的纵向和横向动态通过数值积分来解决。其是三体模块。由于车辆的运动效应，模块实时地解决和获得驱动轮中出现的所有纵向、垂直和横向力（矢量），进一步获得固定参考系统上的坐标（x,y,z）内的车辆的重力的中心的绝对位置，以及重力的中心的角位置，角位置涉及位于重力的中心内的移动参考系统上的三个角度（偏转、俯仰和滚动）。为此，下述内容被使用：1：对应当前驱动（纵向）力矩的输入，当前驱动扭矩涉及驱动轮的转轴，并且由模块3d被计算并且通过内部连接36获得，2：对应油门和制动踏板和方向盘位置的输入，油门和制动踏板和方向盘位置从控制板管理子系统2l经过接口装置4和连接2s, 4, 35获得，3：仿真的响应，该响应涉及车轮内的制动扭矩，并且通过用于仿真制动系统（ABS）的性能的模块3c以及通过内部连接38接收的，4：多个动态参数以及车辆被驱动的环境/进程的来自内部连接34的信息或参数（
摩擦系数、倾斜等），动态参数代表车辆（例如前部）、重量、直径、转轴直径的距离、轮胎参数、
气动力系数、悬架参数、侧倾中心等。轮胎和路面之间的
接触特别地使用代表不同类型的轮胎的曲线被模型化，其包括非线性部分。
[0152] 仿真连续可变传动（CVT）的性能的模块3b和仿真用于内燃机2c和电机2d朝车轮的输出轴的耦合系统的性能的模块3d防止在测试台1内需要具有可变的传动装置CVT机械系统（连续可变传动装置）以及行星耦合件。
[0153] 用于仿真连续可变传动（CVT）的性能的模块3b能够通过计算/决定
传动比值再生CVT的性能，传动比值被施加在内燃机2c的转轴和朝向驱动轮传动系统的输出转轴之间。被选择的传动比率通过连接37被发送给模块3d。模块3b根据内燃机2c的扭矩和速度状态变量（实际测量值）选择要被施加的传动比率，所述扭矩和速度状态变量是通过连接35从模块3a接收的，进一步通过连接35从信号接收/反馈变量块3e接收传动比率。不同的选择或规则能够在该模块中被实施，从而选择最佳时间以改变和选择传动比值从而评估要被测试的混合动力驱动系统的能效内的发生率。
[0154] 用于仿真用于内燃机2c和电机2d朝车轮的输出轴的耦合系统的性能的模块3d通过连接36与车辆的模块3a相互连接。该模块3d执行两个功能。在第一个功能中，它计算涉及驱动轮的转轴的现有驱动纵向扭矩。为此，该模块3d使用：1：内燃机2c（扭矩传感器24）内和电机2d的转轴（扭矩传感器25）内现有扭矩测量值，所述扭矩测量值是通过连接15、信号接收/反馈变量块3e和连接41从电能转换装置5获得的，2：由用于仿真连续可变传动（CVT）的性能的模块3b所选择的传动比，所述传动比通过连接37被接收，3：在电机2d和朝向驱动轮传动系统的输出转轴之间存在的传动比值，4：代表耦合系统的不同静态和动态参数，例如摩擦、限额等，以及5：操作模式（串联、并联、纯电、具有变域扩大的电动模式）和由要被测试的能量管理子系统2a所决定和选择的每个模式中的功率分配，操作模式和功率分配通过2a, 13, 4, 14, 3e, 41被接收。
[0155] 在第二功能中，用于仿真用于内燃机2c和电机2d朝车轮的输出轴的耦合系统的性能的模块3d计算等价阻力矩，等价阻力矩涉及主机械功率提供者的机器（电机2d和内燃机2c）的转轴，并且它们被通过连接15发送给电能转换装置5从而后者能够将它们以可控的方式分别通过电机6和9施加在电机2d和内燃机2c的转轴内。为此，模块3d接收阻力矩（与车辆的驱动力相对的），阻力矩涉及驱动轮的转轴并且由用于仿真车辆的纵向和横向动态性能的模块3a通过连接36而被计算，并且使用下述内容将它们转换成每个内燃机2c和电机2d的转轴内的阻力矩：1：由用于仿真连续可变传动（CVT）的性能的模块3b所选择的传动比，所述传动比通过内部连接线被接收，2：电机2d的转轴和朝向驱动轮传动系统的输出转轴之间存在的传动比值，3：代表耦合系统的不同静态和动态参数，例如摩擦、限额，以及4：操作模式（串联、并联、纯电、具有变域扩大的电动模式）和由要被测试的能量管理子系统2a所决定和选择的每个模式中的功率分配，操作模式和功率分配通过2a, 13, 4, 14, 3e, 41被接收。
[0156] 模块3d的参考计算器块也在第二功能内根据能量管理子系统2a的决定计算要被发送给功率分配和接线盒HVDC节的参考功率，参考功率通过连接13,14通过接口装置4被接收。该参考计算器块通过连接15发送所述计算的参考功率给电能转换装置5，从而它能够在DC/DC转换阶段施加所述参考功率。
[0157] 用于仿真制动系统（ABS）的性能的模块3c实时地仿真传统的ABS制动的性能，所述性能的仿真是由通过内部连接38给用于仿真车辆的纵向和横向动态性能的模块3a发送计算的响应来实现的。为此，它通过接口装置4和连接2o和14以及内部连接40从制动管理子系统2k接收与ABS系统的控制命令对应的输入。车辆的用于在两个制动可能性之间实施管理/同步的子系统因此能够被测试，并且所有的车辆制动性能及其在纵向和横向相应内的发生可能性能够实时地通过仿真装置DVE3被仿真。
[0158] 信号接收/反馈变量块3e用于通过连接15接收来自能量转换装置5的电机6和9的扭矩测量值（传感器24和25）和速度测量值（位置18b和18a，数值积分时间），并且用于通过连接13, 2o, 2s和14接收来自接口装置4的子系统2a，2k的信号/变量。所接收的测量值和变量通过不同的模块3a, 3b, 3c, 3d被分配，不同的模块3a, 3b, 3c, 3d通过图5所述的不同内部连接线构成装置DVE3。
[0159] 虚拟演示模块3f允许实时地仿真不同的地形特征，例如，干沥青、湿沥青、雪地等，以及基于相应的摩擦系数的曲线/图表计算。这些变量通过连接34被发送给用于仿真纵向和横向动态性能的模块3a。另外，具有倾斜的曲线和延伸以及普通的交通信号会被再生。虚拟的实时演示在该装置中能够被再生从而使得驱动是真实的。
[0160] 车辆和演示显示器3g用于实时地在
图形显示器上显示运动中的车辆。六坐标内的车辆位置（x,y,z, 偏转、俯仰和滚动）通过模块3a被计算并且通过内部连接42被发送给车辆和演示显示器3g。驱动器模块3h允许测试和确保重复性从而测试/调整/优化不同的能量策略。其用于产生或仿真虚拟驱动器的作用（油门的位置、制动的位置以及方向盘的位置）并且经接口装置4通过控制连接14和2s将它们发送给控制板管理子系统2l。如果虚拟驱动器模式被
选定，控制板管理子系统2l会选择来自驱动器模块3h的输入而不会选择来自控制板的输入，所述输入对应于实际驱动器所开启的控制（油门、制动、方向盘）。
[0161] 变量记录块3i与仿真车辆的纵向/横向动态性能的模块3a相互连接，并且从动态和能量的角度给中央数据取得和记录系统以使后者执行要实施的测试的相应分析。
[0162] 关于接口装置4的实施方式，接口装置4允许改变和将仿真装置DVE3与要被测试的混电驱动系统的子系统相互连接，对应于能量管理子系统（其自身的交换或加入另一交换的功能）2a，制动管理子系统（其自身的交换或加入另一交换的功能）2k以及控制板管理子系统（其自身的交换或引入另一交换的功能）。在该装置中，其作为网关，通信协议被采用从而使得通过连接13, 2o, 2s分配在仿真装置DVE3和混电驱动系统的子系统之间的变量被解析并且在两个部分中被理解。接口装置4通常会将通信协议的适配加入到CAN总线和/或Flexray通信总线上的应用层，CAN总线和/或Flexray通信总线是目前汽车领域最广泛使用的，但是存在这些控制连接线内被分配的变量，这些控制连接线能够通过物理输入/输出被交换，在这种情况下，接口装置4也具有适应变量/信号的电水平所必须的
硬件适配，所述变量/信号必须在装置之间被分配。
