慣量等效計(jì)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(dòng)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(tái)架測(cè)試時(shí)主要利用電力測(cè)功機(jī)模擬電動(dòng)車輛行駛受到的空氣阻力、 滾動(dòng)阻力和爬坡阻力，而慣性力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主要由機(jī)械飛輪實(shí)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(dòng)系統(tǒng)牽引模型，一種是臺(tái) 架測(cè)試的牽引系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)模型，通過兩種模型分析，研究車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 在臺(tái)架測(cè)試時(shí)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(dòng)機(jī)/電機(jī)通過變速傳動(dòng)（變速器和主減速器以及差速機(jī)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(dòng)機(jī)/電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J 為折算到發(fā)動(dòng)機(jī)/電機(jī)軸上的車輛慣量； v為車輛行駛速度（m/s）， i為 車輛傳動(dòng)比。車輛在道路上行駛時(shí)，動(dòng)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(dòng)慣量和旋轉(zhuǎn)角速度。為了 便于分析和計(jì)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(jì)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(jì)算 。(4-4)Jw Jw1 Jw2是車輛上所有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件和被動(dòng)旋轉(zhuǎn)部件的慣量之和。不同的車輛具有不同的傳動(dòng)比，因此具有不同的，表4-1是不同內(nèi)燃機(jī)車輛不同擋位對(duì)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(duì)應(yīng)值越小，一般在直接擋時(shí)=1-1.5，具體數(shù) 值可以根據(jù)公式（4-4 ）計(jì)算得到。3. 車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臺(tái)架測(cè)試模型圖4-2為車輛發(fā)動(dòng)機(jī)/電機(jī)臺(tái)架測(cè)試時(shí)的配置，其中Jl1、Jl2、Jl3和Jl4是四個(gè)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(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪的慣量；Jd為測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量；i定義為增/減速箱的減速比；Jin

5、是機(jī)械飛輪的慣量，與 圖4-1的車輛道路行駛模型對(duì)比，臺(tái)架測(cè)試要保證發(fā)動(dòng)機(jī)/電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速以及加載到發(fā)動(dòng)機(jī)/電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩和慣量應(yīng)該與車輛在實(shí)際道路上行駛時(shí)的值一致礙儀増宓箱圖4-2車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臺(tái)架測(cè)試模型采用機(jī)械慣量模擬車輛在實(shí)際行駛過程中的慣性阻力Fj，同時(shí)也注意到，在從事臺(tái)架測(cè)試時(shí)，臺(tái)架上的其他傳動(dòng)部件也將其慣量加載到了主動(dòng)軸上，根據(jù)圖 4-2，建立臺(tái)架測(cè)試過程中的動(dòng)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(dòng)機(jī) 上增減速箱動(dòng)能； 機(jī)所具有的動(dòng)能。Est為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器動(dòng)能；E.為機(jī)械飛輪慣量動(dòng)能；E|4為四個(gè)聯(lián)軸器的動(dòng)能，其中：Jin Jd Jl3 Jl4 Jb/電機(jī)動(dòng)能；k為旋轉(zhuǎn)角速度;E|i、 E|2、 E|3、Ede為臺(tái)架Ed為測(cè)功J1 J a J1 Jst J l1 Jl2 Jz72（ 4-6 丿i以上慣量都可以在計(jì)算得出。在實(shí)際測(cè)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(yán)（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?yán)碚摽芍?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(jì)算測(cè)試平臺(tái)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(gè)橫 坐標(biāo)分別為為車輛等效質(zhì)量m、車輛道路行駛速度和發(fā)動(dòng)機(jī) /電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)速度的比值山/ n，縱坐標(biāo)為慣量 J。米用對(duì)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(duì)數(shù)坐標(biāo)的慣量匹配圖（圖 4-4 ） 以上匹配慣量只認(rèn)為測(cè)試平臺(tái)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(jī)械飛輪慣量在測(cè)試平臺(tái)上 是主要慣量，遠(yuǎn)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(duì)數(shù)坐標(biāo)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(duì)數(shù)坐標(biāo)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(dòng)慣量和主減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。表模擬需要考慮的汽車元件。4-2列出了試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行慣量表4-2需要慣量模擬的汽車元件1發(fā)動(dòng)機(jī)r電機(jī)y3變速器4加勺傳動(dòng)軸5整車質(zhì)量6車輪、差速器、車軸了'till!試驗(yàn)古上沒出現(xiàn)的車輛止件參照?qǐng)D4-5，整車慣量等效計(jì)算的任務(wù)是將整車平移質(zhì)量m、前后車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jwf和Jwr，以及差速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd轉(zhuǎn)換成主減速器輸入軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即主減速器輸入軸處的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是整車平移質(zhì)量 m、前后車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jwf和Jwr以及差速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd各自當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)算:2 |m