慣量等效計算方法

4.1飛輪慣量匹配方法的研究4.1.1方法一混合動力車輛道路行駛模型：車輛行駛阻力公式為：F=Ff+F+F+F （4-1）其中Fj=8md-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動系統(tǒng)牽引模型，一種是臺架測試的牽引系統(tǒng)轉動模型，通過兩種模型分析，研究車輛動力驅動系統(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）牽引車輪克服道路阻力行駛。|匕離合器發(fā)動機電機菊速傳動|匕離合器發(fā)動機電機菊速傳動圖4-1車輛道路行駛模型圖4-1中，o血為輸出轉速（rad/s），J1為發(fā)動機/電機轉動慣量，J為折算到發(fā)動機/電機軸上的車輛慣量；-為車輛行駛速度（m/s），尹為“車輛傳動比。車輛在道路上行駛時，動能可以表示為：廠 1 1 1^ T(4-2)E=—mv2+J①2+XJ①2(4-2)r 2 2 1mt2 i i其中J和o,是車輛上其它旋轉部件的轉動慣量和旋轉角速度。為了便于分析和計算，，將車輛旋轉質量的慣性力偶矩轉化為平移質量的慣性力，引入質量換算系數(shù)8，由此，上式可以簡化為：E=28mv2 (4-3)8的選擇計算車輛慣量的簡單方法是利用車輛質量換算系數(shù) 8將旋轉慣量轉變?yōu)槠揭茟T量。多種因素與8的大小有關，如車輪旋轉慣量、齒輪旋轉慣量等，一般情況可以使用公式(4-4)計算8。TOC\o"1-5"\h\z。一1EJJi2i2叫 /…、8=1+( +1g0) (4-4)mr2 r2￡Jw=Jwi+Jw2是車輛上所有主動旋轉部件和被動旋轉部件的慣量之和。不同的車輛具有不同的傳動比，因此具有不同的 8，表4-1是不同內燃機車輛不同擋位對應的8值。表4-1質量換算系數(shù)8的數(shù)值VelucleType10L5L2345134BMW18：)0Car4.103.842.051351001.4S1.141.08L.06BMW2850Car3.453.852.121.3S1.001.371.141.08L.06BENZMB600Car3.323.982.4(51.581001.271.121.064L.04BENZTruck4.886.113.242.191.471.001.41.151091.061OSBENZBus5(537.513.992.301.391.001.611.1S1.08L.041.03可以看出，擋位越高，對應8值越小，一般在直接擋時8=1-1.5，具體數(shù)8值可以根據(jù)公式(4-4)計算得到。車輛動力驅動系統(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J、J、J和J11 12 13 14是四個聯(lián)軸器的慣量；J戲為轉速轉矩傳感器的慣量；匕為齒輪箱旋轉部件的慣量；J和Jb分別是增/減速箱中主動齒輪和被動齒輪的慣量；Jd為測功機轉子的'慣量；i定義為增/減速箱的減速比；Jm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 /電機軸的轉速以及加載到發(fā)動機/電機軸上的轉矩和慣量應該與車輛在實際道路上行駛

時的值一致。發(fā)動機電機醐器散儀增履圖4-2車輛動力驅動系統(tǒng)的臺架測試模型時的值一致。發(fā)動機電機醐器散儀增履采用機械慣量模擬車輛在實際行駛過程中的慣性阻力尸.，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力加載到了主動軸上，根據(jù)圖4-2，建立臺架測試過程中的動能公式：E=E+E+E+E+E+E+E+E+ETOC\o"1-5"\h\ztmtstdeind 11 12 13 14▽ 1 、/①、ZJ①2+(J+J+J+J)-—)2kk2ind13 14 i1 ①、)W2+—(J+J+J+J+J)?(―mt-)2

mt 2in d 13 14 biJ +J+J +J + J、+ d 玲 H b)W2mt=—(J+J+J+mt=—(J+J+J+J)?2+21st 11 12mtRL(J+J+J+J+J21 st 11 12=L(j+j+j+j+j21 st 11 12=2(J1+J)W21=—J①22mt(4-5)其中Em為發(fā)動機/電機動能；E為轉速轉矩傳感器動能;上增減速箱動能；st知為臺架Ed為測功Ok為旋轉角速度；Em為機械飛輪慣量動能；E、E、E、E為四個聯(lián)軸器的動能，其中：11 12 13 14J+J+J+J+JJ=J+J=J+J+J+J+J+―in d 13 14 b（4一6）1a1st1112z i2以上慣量都可以在計算得出。在實際測試過程中，考慮到機所具有的動能。JJJJJJJ的數(shù)值很小，公式（4-6）可以簡化為：11121314stbzJrJ+——^~d （4-7）1 i2令公式（4-3）與公式（4-5）相等，即E=E，得到:J-5m(^—)2(4-8)①mt將上式角速度w用轉速n（r/min）替代，并將v（m/s）改變?yōu)閡（km/h）。則公式（4-8）表示為：J=7.04335m(%)2 (4-9)n根據(jù)汽車理論可知：u=0.377二^ (4-10)ai-i即： ua=0.377—^ (4-11)ni-i則可得：J=7.04335m（0.377—）2=5m（-^—）2 （4-12）i-ii-ig0 g0結合公式（4-7），可以計算測試平臺應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），其中兩個橫坐標分別為為車輛等效質量5m、車輛道路行駛速度和發(fā)動機/電機軸旋轉速度的比值ua/n，縱坐標為慣量J。采用對數(shù)表示公式（4-9）（4-13）lnJ=1.9521+ln(5m)+2ln(u/n)（4-13）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，遠大于轉軸和其他小型轉子部件慣量的緣故。

三維慣量匹配圖圖4-3三維慣量匹配圖30-101:5m=800kg2:Sm=1000kg3:5m=2000kg4:5m=3000kg5:Sm=4000kg6:5m=5000kg7:5m=6000kg三維慣量匹配圖圖4-3三維慣量匹配圖30-101:5m=800kg2:Sm=1000kg3:5m=2000kg4:5m=3000kg5:Sm=4000kg6:5m=5000kg7:5m=6000kg8:5m=7000kg0.002 0.003 0.004 0.006 0.0080.01 0.02 0.03 0.040.05Ua/n圖4-4基于對數(shù)坐標的慣量匹配圖4.1.3方法二整車慣量包括整車平移質量的慣量、車輪的轉動慣量和主減速器的轉動慣量，驅動系統(tǒng)的轉動慣量等。表 4-2列出了試驗臺設計時，進行慣量模擬需要考慮的汽車元件。表4-2需要慣量模擬的汽車元件1發(fā)動機2電機3變速器4萬同傳動鞘5整車皿:最6車輪、差速器、車軸其他試驗臺上沒出現(xiàn)的車輛元件參照圖4-5,整車慣量等效計算的任務是將整車平移質量 m、前后車輪的轉動慣量Jf和J^，以及差速器的轉動慣量J轉換成主減速器輸入軸的當量轉動慣量，艮P主減速器輸入軸處的當量轉動慣量是整車平移質量m、前后車輪圖4-5整車慣量轉化示意圖的轉動慣量Jf和J、,以及差速器的轉動慣量Jd各自當量轉動慣量的和。最后，等效到主減速器輸入軸處的整車等效慣