慣量等效計(jì)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(jī)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(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(jī)/電機(jī)通過變速傳動（變速器和主減速器以及差速機(jī)構(gòu)）牽引車輪克服道路阻力行駛。|匕離合器發(fā)動機(jī)電機(jī)菊速傳動|匕離合器發(fā)動機(jī)電機(jī)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(zhuǎn)速（rad/s），J1為發(fā)動機(jī)/電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，J為折算到發(fā)動機(jī)/電機(jī)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(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量和旋轉(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)8，由此，上式可以簡化為：E=28mv2 (4-3)8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) 8將旋轉(zhuǎn)慣量轉(zhuǎn)變?yōu)槠揭茟T量。多種因素與8的大小有關(guān)，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(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 8，表4-1是不同內(nèi)燃機(jī)車輛不同擋位對應(yīng)的8值。表4-1質(zhì)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(yīng)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(jì)算得到。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(jī)/電機(jī)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?yàn)檗D(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器的慣量；匕為齒輪箱旋轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子的'慣量；i定義為增/減速箱的減速比；Jm是機(jī)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(jī) /電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速以及加載到發(fā)動機(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

時的值一致。發(fā)動機(jī)電機(jī)醐器散儀增履圖4-2車輛動力驅(qū)動系統(tǒng)的臺架測試模型時的值一致。發(fā)動機(jī)電機(jī)醐器散儀增履采用機(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(jī)/電機(jī)動能；E為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角速度；Em為機(jī)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(jì)算得出。在實(shí)際測試過程中，考慮到機(jī)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(zhuǎn)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?yán)碚摽芍簎=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(jié)合公式（4-7），可以計(jì)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），其中兩個橫坐標(biāo)分別為為車輛等效質(zhì)量5m、車輛道路行駛速度和發(fā)動機(jī)/電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)速度的比值ua/n，縱坐標(biāo)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(biāo)的慣量匹配圖（圖4-4）以上匹配慣量只認(rèn)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(jī)械飛輪慣量在測試平臺上是主要慣量，遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)軸和其他小型轉(zhuǎn)子部件慣量的緣故。

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(biāo)的慣量匹配圖4.1.3方法二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 4-2列出了試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)時，進(jìn)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(jī)2電機(jī)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(yàn)臺上沒出現(xiàn)的車輛元件參照圖4-5,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)動慣量Jf和J^，以及差速器的轉(zhuǎn)動慣量J轉(zhuǎn)換成主減速器輸入軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量，艮P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、前后車輪圖4-5整車慣量轉(zhuǎn)化示意圖的轉(zhuǎn)動慣量Jf和J、,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