惯量等效计算方法

4.1飞轮惯量匹配方法的研究4.1.1方法一1．混合动力车辆道路行驶模型：车辆行驶阻力公式为：tfwijFFFFF（4-1）其中jdvFmdt是车辆行驶惯性力，v(/)ms是车辆行驶速度。台架测试时主要利用电力测功机模拟电动车辆行驶受到的空气阻力、滚动阻力和爬坡阻力，而惯性力和转动惯量主要由机械飞轮实现加载。首先建立两种模型，一种是道路上行驶的车辆驱动系统牵引模型，一种是台架测试的牵引系统转动模型，通过两种模型分析，研究车辆动力驱动系统在台架测试时的惯量匹配方法。车辆道路行驶模型可以简化为图4-1的形式，发动机/电机通过变速传动（变速器和主减速器以及差速机构）牵引车轮克服道路阻力行驶。图4-1车辆道路行驶模型图4-1中，mt为输出转速（rad/s），1J为发动机/电机转动惯量，aJ为折算到发动机/电机轴上的车辆惯量；v为车辆行驶速度（m/s），i为车辆传动比。车辆在道路上行驶时，动能可以表示为：2221111222rmtiiEmvJJ（4-2）其中iJ和i是车辆上其它旋转部件的转动惯量和旋转角速度。为了便于分析和计算，将车辆旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，引入质量换算系数，由此，上式可以简化为：212rEmv（4-3）2．的选择计算车辆惯量的简单方法是利用车辆质量换算系数将旋转惯量转变为平移惯量。多种因素与的大小有关，如车轮旋转惯量、齿轮旋转惯量等，一般情况可以使用公式（4-4）计算。22102211()gJJiimrr（4-4）12是车辆上所有主动旋转部件和被动旋转部件的惯量之和。不同的车辆具有不同的传动比，因此具有不同的，表4-1是不同内燃机车辆不同挡位对应的值。表4-1质量换算系数的数值可以看出，挡位越高，对应值越小，一般在直接挡时=1-1.5，具体数值可以根据公式（4-4）计算得到。3．车辆动力驱动系统的台架测试模型图4-2为车辆发动机/电机台架测试时的配置，其中1lJ、2lJ、3lJ和4lJ是四个联轴器的惯量；stJ为转速转矩传感器的惯量；kJ为齿轮箱旋转部件的惯量；zJ和bJ分别是增/减速箱中主动齿轮和被动齿轮的惯量；dJ为测功机转子的惯量；i定义为增/减速箱的减速比；inJ是机械飞轮的惯量，与图4-1的车辆道路行驶模型对比，台架测试要保证发动机/电机轴的转速以及加载到发动机/电机轴上的转矩和惯量应该与车辆在实际道路上行驶时的值一致。图4-2车辆动力驱动系统的台架测试模型采用机械惯量模拟车辆在实际行驶过程中的惯性阻力jF，同时也注意到，在从事台架测试时，台架上的其他传动部件也将其惯量加载到了主动轴上，根据图4-2，建立台架测试过程中的动能公式：12342221123422112342341122111()()()22211()()()221()21tmtstdeindllllmtstllmtkkindllmtstllzmtindllbindllbstllzmtEEEEEEEEEEJJJJJJJJJiJJJJJJJJJJiJJJJJJJJJJi212()212amtmtJJJ（4-5）其中mtE为发动机/电机动能；stE为转速转矩传感器动能；deE为台架上增减速箱动能；k为旋转角速度；inE为机械飞轮惯量动能；dE为测功机所具有的动能。1lE、2lE、3lE、4lE为四个联轴器的动能，其中：3411122indllbastllzJJJJJJJJJJJJJi（4-6）以上惯量都可以在计算得出。在实际测试过程中，考虑到1234llllstbzJJJJJJJ的数值很小，公式（4-6）可以简化为：12indJJJJi（4-7）令公式（4-3）与公式（4-5）相等，即rtEE，得到：2()mtvJm（4-8）将上式角速度mt用转速/minnr替代，并将v（m/s）改变为/aukmh。则公式（4-8）表示为：27.0433()auJmn（4-9）根据汽车理论可知：00.377agrnuii（4-10）即：00.377agurnii（4-11）则可得：22007.0433(0.377)()ggrrJmmiiii（4-12）结合公式（4-7），可以计算测试平台应该配置的飞轮惯量大小。4.1.2建立飞轮惯量匹配图（根据方法一）基于公式（4-9），可以建立惯量三维匹配图（图4-3），其中两个横坐标分别为为车辆等效质量m、车辆道路行驶速度和发动机/电机轴旋转速度的比值/aun，纵坐标为惯量J。采用对数表示公式（4-9）ln1.9521ln()2ln(/)aJmun（4-13）基于公式（4-13）可以得到对数坐标的惯量匹配图（图4-4）以上匹配惯量只认为测试平台上的飞轮具有惯量，其他部件，如轴、联轴器和齿轮等的惯量完全忽略，这是考虑到机械飞轮惯量在测试平台上是主要惯量，远大于转轴和其他小型转子部件惯量的缘故。图4-3三维惯量匹配图图4-4基于对数坐标的惯量匹配图4.1.3方法二整车惯量包括整车平移质量的惯量、车轮的转动惯量和主减速器的转动惯量，驱动系统的转动惯量等。表4-2列出了试验台设计时，进行惯量模拟需要考虑的汽车元件。表4-2需要惯量模拟的汽车元件参照图4-5，整车惯量等效计算的任务是将整车平移质量m、前后车轮的转动惯量wfJ和wrJ，以及差速器的转动惯量dJ转换成主减速器输入轴的当量转动惯量，即主减速器输入轴处的当量转动惯量是整车平移质量m、前后车轮图4-5整车惯量转化示意图的转动惯量wfJ和wrJ以及差速器的转动惯量dJ各自当量转动惯量的和。最后，等效到主减速器输入轴处的整车等效惯量按下式计算：220wdmrJJJi（4-14）式中：m——整车质量，单位kg；r——车轮滚动半径，单位m；wJ——从动轮和驱动轮转动惯量之和，单位2kgm；dJ——主减速器器的转动惯量，单位2kgm；0i——主减速器速比。目前，一般台架试验平台惯量模拟模块拟采用由锻钢制造的飞轮。考虑到系统的通用性，飞轮采用多片设计。