慣量等效計算方法

1、4.1飛輪慣量匹配方法的研究4.1.1 方法1. 混合動力車輛道路行駛模型: 車輛行駛阻力公式為：Ft Ff Fw Fi Fj（ 4-1）其中Fjm-dV是車輛行駛慣性力，v （m/s）是車輛行駛速度。臺架測試時主要利用電力測功機模擬電動車輛行駛受到的空氣阻力、 滾動阻力和爬坡阻力，而慣性力和轉(zhuǎn)動慣量主要由機械飛輪實現(xiàn)加載。首 先建立兩種模型，一種是道路上行駛的車輛驅(qū)動系統(tǒng)牽引模型，一種是臺 架測試的牽引系統(tǒng)轉(zhuǎn)動模型，通過兩種模型分析，研究車輛動力驅(qū)動系統(tǒng) 在臺架測試時的慣量匹配方法。車輛道路行駛模型可以簡化為圖4-1的形式，發(fā)動機/電機通過變速傳動（變速器和主減速器以及差速機構(gòu)）牽引車輪克服

2、道路阻力行駛。圖4-1車輛道路行駛模型圖4-1中，mt為輸出轉(zhuǎn)速（rad/s ）， J1為發(fā)動機/電機轉(zhuǎn)動慣量，J 為折算到發(fā)動機/電機軸上的車輛慣量； v為車輛行駛速度（m/s）， i為 車輛傳動比。車輛在道路上行駛時，動能可以表示為：1 2 1 2 1Er -mV 異1 mtJi 2i i(4-2)其中Ji和i是車輛上其它旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量和旋轉(zhuǎn)角速度。為了 便于分析和計算，將車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量的慣性力，引入質(zhì)量換算系數(shù)，由此，上式可以簡化為：1 2Ermv（4-3）22. 的選擇計算車輛慣量的簡單方法是利用車輛質(zhì)量換算系數(shù)將旋轉(zhuǎn)慣量轉(zhuǎn)變?yōu)槠揭茟T量。多種因素與的大小有關(guān)

3、，如車輪旋轉(zhuǎn)慣量、齒輪旋轉(zhuǎn)慣量等，一般情況可以使用公式（4-4 ）計算 。(4-4)Jw Jw1 Jw2是車輛上所有主動旋轉(zhuǎn)部件和被動旋轉(zhuǎn)部件的慣量之和。不同的車輛具有不同的傳動比，因此具有不同的，表4-1是不同內(nèi)燃機車輛不同擋位對應(yīng)的值。表4-1質(zhì)量換算系數(shù)的數(shù)值VehicleTyp亡id5i234s14SBMW 1800Car4.103.S42.051351.001.431.141.081 06BMW 2300Car3453,852.121.3S1.001J71.14l.OS1.06BENZ MB500Car3.323.982.461.5S1.001.271.121.0641.04BENZ

4、Truck4 886 113.242 191.471.00141.15109I 061 05BENZBlis5.637.513.992301391.001.611.181.08L.041.03可以看出，擋位越高，對應(yīng)值越小，一般在直接擋時=1-1.5，具體數(shù) 值可以根據(jù)公式（4-4 ）計算得到。3. 車輛動力驅(qū)動系統(tǒng)的臺架測試模型圖4-2為車輛發(fā)動機/電機臺架測試時的配置，其中Jl1、Jl2、Jl3和Jl4是四個聯(lián)軸器的慣量；Jst為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器的慣量；Jk為齒輪箱旋轉(zhuǎn)部件的慣量；Jz和Jb分別是增/減速箱中主動齒輪和被動齒輪的慣量；Jd為測功機轉(zhuǎn)子的慣量；i定義為增/減速箱的減速比；Jin

5、是機械飛輪的慣量，與 圖4-1的車輛道路行駛模型對比，臺架測試要保證發(fā)動機/電機軸的轉(zhuǎn)速以及加載到發(fā)動機/電機軸上的轉(zhuǎn)矩和慣量應(yīng)該與車輛在實際道路上行駛時的值一致礙儀増宓箱圖4-2車輛動力驅(qū)動系統(tǒng)的臺架測試模型采用機械慣量模擬車輛在實際行駛過程中的慣性阻力Fj，同時也注意到，在從事臺架測試時，臺架上的其他傳動部件也將其慣量加載到了主動軸上，根據(jù)圖 4-2，建立臺架測試過程中的動能公式：EmtEstEdeEinEd2(j1J stJl1Jl2)2 mt1(J12J stJl1Jl2Jz)知JstJ|1Jl2JzHJi2Ja)2 mt1 J2 mt2 mtEli2EtJ inEl2E|3E|4|(

6、JinJd J|3 J|4)()2(Jin2JdJl3 Jl4 Jb ) 2.2) mtiJ d J| 3 J|4 Jb)T2i（4-5）其中Emt為發(fā)動機 上增減速箱動能； 機所具有的動能。Est為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器動能；E.為機械飛輪慣量動能；E|4為四個聯(lián)軸器的動能，其中：Jin Jd Jl3 Jl4 Jb/電機動能；k為旋轉(zhuǎn)角速度;E|i、 E|2、 E|3、Ede為臺架Ed為測功J1 J a J1 Jst J l1 Jl2 Jz72（ 4-6 丿i以上慣量都可以在計算得出。在實際測試過程中，考慮到J|l2J|3J|4JstJbJz的數(shù)值很小，公式（4-6丿可以簡化為:JJ1 血嚴（4-7

7、）i令公式（4-3丿與公式（4-5丿相等，即ErEt，得至U：v 2J m( )( 4-8 )mt將上式角速度mt用轉(zhuǎn)速n r/min替代，并將v（m/s）改變?yōu)閡a km/h。則公式（4-8 ）表示為：J 7.0433 m(Ua)2n(4-9 )根據(jù)汽車理論可知:r nUa 0.377-ig i0(4-10 )即:uar0.377 nig i0(4-11 )則可得:(4-12 )r 27.0433 m(0.377)2ig io結(jié)合公式（4-7 ），可以計算測試平臺應(yīng)該配置的飛輪慣量大小。4.1.2 建立飛輪慣量匹配圖（根據(jù)方法一）基于公式（4-9 ），可以建立慣量三維匹配圖（圖 4-3 ），

8、其中兩個橫 坐標分別為為車輛等效質(zhì)量m、車輛道路行駛速度和發(fā)動機 /電機軸旋轉(zhuǎn)速度的比值山/ n，縱坐標為慣量 J。米用對數(shù)表示公式（4-9 ）(4-13 )ln J 1.9521 ln( m) 2ln( ua / n)基于公式（4-13 ）可以得到對數(shù)坐標的慣量匹配圖（圖 4-4 ） 以上匹配慣量只認為測試平臺上的飛輪具有慣量，其他部件，如軸、 聯(lián)軸器和齒輪等的慣量完全忽略，這是考慮到機械飛輪慣量在測試平臺上 是主要慣量，遠大于轉(zhuǎn)軸和其他小型轉(zhuǎn)子部件慣量的緣故。2001印7500圖4-3三維慣量匹配圖Loo0 .12000fOODO8000(kg) 4tD0哄叭訕0 050.01002如基于

9、對數(shù)坐標的慣量匹配圖1 00.L. L-.1:6m=800kg 2:dm= 1000kg 3:5m=2000kg 4:5nn=3000kg 5:6m=4000kg 6:5m=S000kg 7:6m=6000kg 0:5m=7OOOkg 9i：6mF8000kg0.020.030.040.050.0020.0030 0040.00&0.000 0.01Ua/n圖4-4基于對數(shù)坐標的慣量匹配圖4.1.3 方法整車慣量包括整車平移質(zhì)量的慣量、車輪的轉(zhuǎn)動慣量和主減速器的轉(zhuǎn)動慣量，驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量等。表模擬需要考慮的汽車元件。4-2列出了試驗臺設(shè)計時，進行慣量表4-2需要慣量模擬的汽車元件1發(fā)動機r電機y3變速器4加勺傳動軸5整車質(zhì)量6車輪、差速器、車軸了'till!試驗古上沒出現(xiàn)的車輛止件參照圖4-5，整車慣量等效計算的任務(wù)是將整車平移質(zhì)量m、前后車輪的轉(zhuǎn)動慣量Jwf和Jwr，以及差速器的轉(zhuǎn)動慣量Jd轉(zhuǎn)換成主減速器輸入軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量，即主減速器輸入軸處的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量是整車平移質(zhì)量 m、前后車輪的轉(zhuǎn)動慣量Jwf和Jwr以及差速器的轉(zhuǎn)動慣量 Jd各自當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量的和最后，等效到主減速器輸入軸處的整車等效慣量按下式計算:2 |m