专利名称：汽车电量平衡室内台架试验装置及其试验方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车电器系统试验装置和方法，具体的是涉及一种用于验证整车电 器系统，包括发电机、蓄电池及各种车用用电设备之间的输入输出电量是否达到平衡的 汽车电量平衡室内台架试验装置及其试验方法。
技术背景整车电量平衡是车辆电器系统的电量平衡的简称，是指汽车交流发电机、蓄电池和 其他各种用电设备之间的电能产生与消耗的相互制约关系。由于汽车电器系统日趋复杂，在新的车型的开发过程中，为了对汽车电器系统在各种运转工况是否达到电量平衡的状态进行评价，必须采用一定的手段对车用电器的电量 平衡与否进行验证。目前的整车电量平衡的研究和试验手段主要是在新车电器系统定义 阶段通过理论分析和经验公式获取交流发电机和蓄电池的额定性能参数，再在整车试制 装配和试验阶段通过大量的道路试验对各种工况下整车电量是否平衡的状态进行试验和 评价，该设计流程和试验方法在整车厂应用广泛。但是，随着整车厂产品更新周期的不 断縮小和产品越来越趋于多样化，如果对每一款车型都重复进行理论计算和道路试验， 不仅试验操作过程复杂、烦琐，还需要耗费大量的人工、能源和车辆成本。而且在道路 试验过程中试验人员对各项测试指标操作上的随意性很大，会影响到试验数据的准确性。 发明内容本发明的第一个目的是针对现有技术采用道路人工试验的缺陷和不足，而提出一种 汽车电量平衡室内台架试验装置，它可有效地减少了汽车试验人员的劳动消耗、时间和 能源消耗，适应车型广泛，测试项目多，数据处理快，且测试数据准确，精度高。本发明的另外一个目的是针对现有技术对各种工况的试验操作复杂等缺陷和不足， 而提供一种通过汽车电量平衡室内台架试验装置来测试汽车交流发电机、蓄电池和其他 各种用电设备之间的电能产生与消耗是否达到平衡的试验方法。本发明实现第一个目的的技术解决方案为汽车电量平衡室内台架试验装置，包括 有机械台体，所述的机械台体上设置有蓄电池电量测试仪器、车用电器电源接口和/或车 用电器负载模拟装置、变频器、电动机、交流发电机，有一工控机经控制线分别与车用 电器电源接口和/或车用电器负载模拟装置以及变频器相连接，变频器设置在电动机的电 源控制端，电动机的输出轴与交流发电机的动力轴相连接，交流发电机的电源输出端分
别与车用电器电源接口和/或车用电器负载模拟装置以及蓄电池相连接，蓄电池的输出端 与蓄电池电量测试仪器相连接。
本发明装置所述的机械台体上设有环境温度传感器，交流发电机的动力轴上设置有 发电机转速传感器，车用电器电源接口的电源输入端上连接有与车用电器电量传感器， 车用电器负载模拟装置的电源输入端上连接有负载电流传感器，环境温度传感器、发电 机转速传感器、车用电器电量传感器和/或负载电流传感器以及蓄电池电量测试仪器的信 号输出端均与工控机相连接。
本发明装置所述的蓄电池的输出端分别与车用电器电源接口和/或车用电器负载模 拟装置相连接。
本发明实现第二个目的的技术解决方案为汽车电量平衡室内台架试验装置的试验 方法，包括以下步骤
1) 试验准备在汽车电量平衡室内台架试验装置上，根据目标试验车型，选择配置 和安装车用电器，和/或启用车用电器负载模拟装置，选择配置和安装交流发电机、蓄电 池，安装并连接发电机转速传感器，检査工控机与变频器、蓄电池电量测试仪器、环境 温度传感器、车用电器电量传感器以及负载电流传感器的连接情况；
2) 工控机系统初始化和系统参数设置通过数据库直接加载或在工控机控制软件系 统的主界面上通过人机交互形式设置试验循环的系统参数；
3) 系统运行按照加载或设置的参数启动变频器和电动机，带动交流发电机发电， 并启动车用电器和/或车用电器负载模拟装置，对汽车发电和用电系统进行循环试验；
4) 系统评价
A. 人工评价，g卩，试验员根据系统状态参数和蓄电池的电量情况进行经验判断，评 价车用电器、交流发电机和蓄电池之间电量平衡的优劣程度；
B. 工控机评价，工控机按照确定的系统参数，通过软件程序对各传感器输入的数据 进行处理，从而评价车用电器、交流发电机和蓄电池之间电量平衡的优劣程度。
作为整车道路试验的室内模拟系统，整车电平衡试验台架和工控机必须能够对以下 三个参数进行设置以完成对车辆道路运行工况的模拟
1.发动机的转速模拟参数，用来模拟车辆的行驶道路状况。例如，发动机怠速时代 表车辆可能是停止等待红绿灯的情况；发动机低速运转时代表车辆可能是在拥挤的城市 道路上行驶；发动机中速运转时代表车辆可能是在郊区公路上行驶；而发动机高速运转 则代表车辆是在高速公路上行驶。发动机转速的模拟通过变频器控制电动机的转速来实现。2. 汽车车用电器系统使用参数，该参数与气候状况密切相关，例如春秋季节常温、 夏季高温、冬季高寒、雨天、白天或夜晚等。因为在不同的气候状况下，车辆所使用的 电器是不同的。例如，车辆在夏季闷热雨夜在城区拥挤道路上行驶的工况下，发动机此 时应处于低速运转情况，而打开的电器则包括空调、大灯、雨刮、仪表、收音机及其 他一些常规电器。车用电器使用参数可通过控制车用电器电源接口上接入的各种常规电器使用组合形 式，使用时间和频次来反映；也可通过车用电器负载模拟装置的开关时间以及负荷变化 来反映，或由两者相互匹配使用来反映。3. 时间参数，包括不同工况的运行时间和本装置运行的循环次数。 这三个参数的不同设置情况代表了车辆的不同运行工况，可以涵盖车辆的所有运行状态。参数设置完成后，系统根据设置的循环工况开始运转，在此期间，由各种传感器监 测系统的运行情况，并根据各种参数对整车电量平衡与否进行系统评价。 本发明的有益之处在于1) 汽车电量平衡室内台架试验装置机动、灵活，大大减轻了以往道路试验的驾驶员 试验负担，提高了试验安全性；极大地减少汽车试验人员的劳动消耗、时间和能 源；2) 不受场地、气候、时间的限制，方便了试验人员的试验操作，测试方法简便，适 应车型广泛，测试项目多；3) 具有可重复性，数据处理快，且测试数据准确，显著提高了试验效率和精度；4) 可在整车试装之前，通过室内台架的方式模拟不同车型在不同的行驶工况下的汽 车用电器件、发电机、蓄电池之间的电量匹配关系，完全可替代并优于整车电量平衡的 道路试验。
图1是本发明的整车电量平衡试验装置的结构示意图；图中，工控机l，环境温度传感器2.1，发电机转速传感器2.2,车用电器电量传感 器2.3，负载电流传感器2.4:;蓄电池电量测试仪器3，车用电器电源接口4，车用电器 负载模拟装置5，变频器6，电动机7，交流发电机8，蓄电池9，机械台体IO。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明的特点、功能和效果，现结合
和具体实施方式
对本 发明进行详细的说明。如图1所示，汽车电量平衡室内台架试验装置，包括有机械台体io，所述的机械台 体10上设置有蓄电池电量测试仪器3、车用电器电源接口 4和/或车用电器负载模拟装置 5、变频器6、电动机7、交流发电机8，有一工控机l经控制线分别与车用电器电源接口 4和/或车用电器负载模拟装置5以及变频器6相连接，变频器6设置在电动机7的电源 控制端，电动机7的输出轴与交流发电机8的动力轴相连接，交流发电机8的电源输出 端分别与车用电器电源接口 4和/或车用电器负载模拟装置5以及蓄电池9相连接，蓄电 池9的输出端与蓄电池电量测试仪器3相连接。本发明汽车电量平衡室内台架试验装置采用工控机l作为主控系统，用以输出(1) 变频器6的控制信号；(2)车用电器，如车灯、电喇叭、车窗电机、空调压縮机的开关 控制信号；(3)车用电器负载模拟装置5的模拟用电状态信号。其中，工控机1可以实时接收、处理和显示各种传感器的信号；并且可以通过人机 对话的形式输入、修改、记录、显示整车模拟行驶循环工况。其中汽车发动机的转速可以通过变频器6控制电动机7的转速进行模拟，电动机7带动交流发电机8转动，进而可模拟出交流发电机8的发电量。因此，不同道路车况和 不同气候工况的组合，可以形成大量的行车循环。其中，车用电器电源接口 4上可分别连接部分车用电器，并可对部分车用电器的开 关进行控制。如在车用电器电源接口 4上可分别连接不同规格型号的车灯、电喇叭、车 窗电机、空调压縮机，并根据试验要求对各电器分别进行开关控制；其中，车用电器负载模拟装置5的作用是在机械台体10上模拟汽车上的车用电器的 耗电状况，它的输出电流由工控机1根据不同车况下的加权电流值进行实时控制。车用 电器负载模拟装置5可以模拟出整车上全部电器的耗电状况，也可模拟出整车上部分电 器的耗电状况，也可与车用电器电源接口 4配合使用，仅模拟出车用电器电源接口 4上 接入的电器以外的电器的耗电状况；由于汽车上配置的所有用电设备一般不会在同一时间全部投入工作，而许多用电设 备的工作频率及工作时间的长短，取决于季节和环境的变化。因此本发明装置可用车用 电器负载模拟装置5模拟部分汽车电器统计用电量，如车用仪表、空调压縮机、各种执 行器、ECU、各种车灯等耗电状况；而其他部分车用电器设备则可以根据实际需求在机械 台体10上的车用电器电源接口 4上直接安装，并由工控机1控制其使用状态；
其中，变频器6的输出信号是由工控机1根据行车循环参数进行实时控制，用以输 出对电动机7的控制信号以模拟不同工况下的发动机转速。
其中，交流发电机8是与具体车型匹配的交流发电机，交流发电机8的转动轴与电 动机7的输出轴连接，由电动机7驱动，通过工控机1对变频器6和电动机7的控制模 拟发动机在不同工况下的输出状态，并直接驱动交流发电机8发电。交流发电机8在给 车用电器电源接口4上的部分车用电器和/或电子负载5供电的同时，还给蓄电池9充电；
其中，蓄电池9的输出端分别与车用电器电源接口 4和/或车用电器负载模拟装置5 相连接。蓄电池9在极限用电高峰时可给车用电器电源接口 4上的部分车用电器和/或车 用电器负载模拟装置5供电，如图1中虚线所示；其中，蓄电池电量测试仪器3是蓄电池9的电量监测仪器，它可以用来实时监测蓄 电池9的电量状况，也是用来评价整车电量系统是否平衡的关键参数，蓄电池电量测试 仪器3的信号输出端接入工控机1;蓄电池电量测试仪器3可以是密度计，用以实时检测蓄电池的电量情况，反映蓄电 池充电和馈电程度，并据此对整车电量平衡与否进行判断和评价。
其中，所述的机械台体10上设有环境温度传感器2.1，交流发电机8的动力轴上设 置有发电机转速传感器2. 2，车用电器电源接口 4的电源输入端上连接有与车用电器电量 传感器2.3，车用电器负载模拟装置5的电源输入端上连接有负载电流传感器2.4,环境 温度传感器2.1、发电机转速传感器2.2、车用电器电量传感器2.3和/或负载电流传感 器2. 4以及蓄电池电量测试仪器3的信号输出端均与工控机1相连接。各传感器的信号 由数据采集系统输入工控机l， 一方面可以实时显示，作为评价整车电量系统是否平衡的 辅助参数；另一方面，可以用来监测系统是否出现故障。
其中，机械台体IO，是部分车用电器4、电子负载5、变频器6、电动机7、发电机 8、蓄电池9的安装基体。工控机1 、各传感器、数据采集系统和相应的控制软件作为控制与数据采集分析部分， 通过各传感器和蓄电池电量测试仪器3对车用电器电流、电压、温度、转速等信号的状 态采集，由工控机l对系统的状态进行监测，并在不同车况下输出系统的控制信号。
本发明汽车电量平衡室内台架试验装置的试验方法，包括以下步骤1)试验准备在汽车电量平衡室内台架试验装置上，根据目标试验车型，选择配置 和安装车用电器，和/或启用车用电器负载模拟装置5，选择配置和安装交流发电机8、 蓄电池9，安装并连接发电机转速传感器2. 2，检査工控机1与变频器6、蓄电池电量测
试仪器(3)、环境温度传感器2.1、车用电器电量传感器2.3以及负载电流传感器2.4 的连接情况；2) 工控机1系统初始化和系统参数设置通过数据库直接加载或在工控机1控制软 件系统的主界面上通过人机交互形式设置试验循环的系统参数，如通过工控机1人机对 话的参数设置界面输入各种模拟参数；3) 系统运行按照加载或设置的参数启动变频器6和电动机1，带动交流发电机8 发电，并启动车用电器4和/或车用电器负载模拟装置5，对汽车发电和用电系统进行循 环试验；工控机1根据设置的参数控制变频器6、电动机7和交流发电机8的运动，模拟在该 工况下交流发电机8的发电状况；同时，工控机1控制车用电器电源接口 4上的部分车 用电器和车用电器负载模拟装置5的开关状态和用电负荷，用以模拟车辆在该工况下行 驶时的车用电器用电情况；同时，交流发电机8输出的电流向蓄电池9充电，并向部分 车用电器和车用电器负载模拟装置5供电；只有在交流发电机8输出电流小于用电需求 时，蓄电池9才作为附加能源向部分车用电器和车用电器负载模拟装置5供电，如图1 中虚线所示；蓄电池电量测试仪器3采集并向工控机1输出蓄电池9电量的相关信息。即本发明 装置经过一定时间和周期的运行之后，蓄电池9是长期处于馈电状态还是充电状态，需 要根据蓄电池9电量参数进行判断，根据整车电量平衡的评判标准对系统进行判断和评 价。4)系统评价A. 人工评价，即，试验员根据系统状态参数和蓄电池9的电量情况进行经验判断， 评价车用电器、交流发电机8和蓄电池9之间电量平衡的优劣程度；B. 工控机l评价工控机1按照确定的系统参数，通过软件程序对各传感器输入的 数据进行处理，从而评价车用电器、交流发电机8和蓄电池9之间电量平衡的优劣程度。最后还可进行数据输出以图表、表格或曲线的形式反映历史运行数据。 考虑到在汽车行驶中，交流发电机8的转速随着车速和挡位的变化而变化，即交流 发电机8的实际输出电流也相应地改变。因此，整车电平衡台架试验装置需要模拟在多种的行驶工况进行试验，例如(1)正常温度下的白天高速行车，(2)夏季闷热雨夜条 件下的城市拥挤工况行车等等。因为在不同的行车条件下交流发电机8的发电状况不同，车辆所使用的电器设备也不同。
例如，在整车电平衡台架试验之前，经过理论分析某款车型交流发电机8的额定输 出电流为79A，通过本发明整车电平衡台架试验装置试验，该型号交流发电机8满足常 用电器在夏季用电量的需要，并且还能为蓄电池提供一定的充电电流；并且该交流发电 机8在车辆低速行驶工况下发电量能够达到50A，可满足车辆基本行驶所需电量。因此 可以认为我们的交流发电机8、蓄电池9选型与车用电器的用电量是匹配的；但是，如果， 选择交流发电机8的额定输出电流仅为50A，通过本发明整车电平衡台架试验装置试验 表明，该交流发电机8在夏季闷热雨夜条件下的城市拥挤工况行车时蓄电池9处于长期 馈电状态，说明交流发电机8选型过小，需要更换更大额定电流的交流发电机8。
权利要求
1、汽车电量平衡室内台架试验装置，包括有机械台体(10)，其特征在于，所述的机械台体(10)上设置有蓄电池电量测试仪器(3)、车用电器电源接口(4)和/或车用电器负载模拟装置(5)、变频器(6)、电动机(7)、交流发电机(8)，有一工控机(1)经控制线分别与车用电器电源接口(4)和/或车用电器负载模拟装置(5)以及变频器(6)相连接，变频器(6)设置在电动机(7)的电源控制端，电动机(7)的输出轴与交流发电机(8)的动力轴相连接，交流发电机(8)的电源输出端分别与车用电器电源接口(4)和/或车用电器负载模拟装置(5)以及蓄电池(9)相连接，蓄电池(9)的输出端与蓄电池电量测试仪器(3)相连接。
2、 按权利要求l所述的汽车电量平衡室内台架试验装置，其特征在于所述的机械 台体(10)上设有环境温度传感器(2.1)，交流发电机(8)的动力轴上设置有发电机转 速传感器(2.2)，车用电器电源接口 (4)的电源输入端上连接有与车用电器电量传感器(2.3)，车用电器负载模拟装置(5)的电源输入端上连接有负载电流传感器(2.4)，环 境温度传感器(2.1)、发电机转速传感器(2.2)、车用电器电量传感器(2.3)和/或负 载电流传感器(2.4)以及蓄电池电量测试仪器(3)的信号输出端均与工控机(1)相连 接。
3、 按权利要求l所述的汽车电量平衡室内台架试验装置，其特征在于所述的蓄电 池(9)的输出端分别与车用电器电源接口 (4)和/或车用电器负载模拟装置(5)相连 接。
4、 权利要求l所述的汽车电量平衡室内台架试验装置的试验方法，其特征在于包括 以下步骤1) 试验准备在汽车电量平衡室内台架试验装置上，根据目标试验车型，选择配置 和安装车用电器，和/或启用车用电器负载模拟装置(5)，选择配置和安装交流发电机(8)、 蓄电池(9)，安装并连接发电机转速传感器(2.2)，检査工控机(1)与变频器(6)、蓄 电池电量测试仪器(3)、环境温度传感器(2.1)、车用电器电量传感器(2.3)以及负载 电流传感器(2.4)的连接情况；2) 工控机(1)系统初始化和系统参数设置通过数据库直接加载或在工控机(1) 控制软件系统的主界面上通过人机交互形式设置试验循环的系统参数；3) 系统运行按照加载或设置的参数启动变频器(6)和电动机(1)，带动交流发 电机(8)发电，并启动车用电器(4)和/或车用电器负载模拟装置(5)，对汽车发电和 用电系统进行循环试验；4)系统评价A. 人工评价，g卩，试验员根据系统状态参数和蓄电池的电量情况进行经验判断，评 价车用电器、交流发电机(8)和蓄电池(9)之间电量平衡的优劣程度；B. 工控机评价，工控机(1)按照确定的系统参数，通过软件程序对各传感器输入的数据进行处理，从而评价车用电器、交流发电机(8)和蓄电池(9)之间电量平衡的优劣程度。
全文摘要
汽车电量平衡室内台架试验装置及其试验方法，有一工控机1经控制线分别与车用电器电源接口4和/或车用电器负载模拟装置5以及变频器6相连接，变频器6设置在电动机7的电源控制端，电动机7的输出轴与交流发电机8的动力轴相连接，交流发电机8的电源输出端分别与车用电器电源接口4和/或车用电器负载模拟装置5以及蓄电池9相连接，蓄电池9的输出端与蓄电池电量测试仪器3相连接。工控机1启动电动机1，带动交流发电机8发电，并启动车用电器对汽车发电和用电系统进行试验，并作出电量平衡优劣程度的评价。测试方法简便，适应车型广泛，测试项目多，数据处理快，且测试数据准确，显著提高了试验效率和精度，完全可替代整车电量平衡的道路试验。
文档编号G01R31/00GK101158704SQ20071016838
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者朵兴茂, 俊 郑, 马建清 申请人:东风汽车有限公司