惯量等效计算方法

4.1飞轮惯量匹配方法的研究4.1.1方法一混合动力车辆道路行驶模型：车辆行驶阻力公式为：F=Ff+F+F+F （4-1）其中Fj=8md-是车辆行驶惯性力，v（m/s）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。|匕离合器发动机电机菊速传动|匕离合器发动机电机菊速传动图4-1车辆道路行驶模型图4-1中，o血为输出转速（rad/s），J1为发动机/电机转动惯量，J为折算到发动机/电机轴上的车辆惯量；-为车辆行驶速度（m/s），尹为“车辆传动比。车辆在道路上行驶时，动能可以表示为：厂 1 1 1^ T(4-2)E=—mv2+J①2+XJ①2(4-2)r 2 2 1mt2 i i其中J和o,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8，由此，上式可以简化为：E=28mv2 (4-3)8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 8将旋转惯量转变为平移惯量。多种因素与8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8。TOC\o"1-5"\h\z。一1EJJi2i2叫 /…、8=1+( +1g0) (4-4)mr2 r2£Jw=Jwi+Jw2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 8，表4-1是不同内燃机车辆不同挡位对应的8值。表4-1质量换算系数8的数值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，挡位越高，对应8值越小，一般在直接挡时8=1-1.5，具体数8值可以根据公式(4-4)计算得到。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J、J、J和J11 12 13 14是四个联轴器的惯量；J戏为转速转矩传感器的惯量；匕为齿轮箱旋转部件的惯量；J和Jb分别是增/减速箱中主动齿轮和被动齿轮的惯量；Jd为测功机转子的'惯量；i定义为增/减速箱的减速比；Jm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。发动机电机醐器散仪增履图4-2车辆动力驱动系统的台架测试模型时的值一致。发动机电机醐器散仪增履采用机械惯量模拟车辆在实际行驶过程中的惯性阻力尸.，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力加载到了主动轴上，根据图4-2，建立台架测试过程中的动能公式：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为发动机/电机动能；E为转速转矩传感器动能;上增减速箱动能；st知为台架Ed为测功Ok为旋转角速度；Em为机械飞轮惯量动能；E、E、E、E为四个联轴器的动能，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以上惯量都可以在计算得出。在实际测试过程中，考虑到机所具有的动能。JJJJJJJ的数值很小，公式（4-6）可以简化为：11121314stbzJrJ+——^~d （4-7）1 i2令公式（4-3）与公式（4-5）相等，即E=E，得到:J-5m(^—)2(4-8)①mt将上式角速度w用转速n（r/min）替代，并将v（m/s）改变为u（km/h）。则公式（4-8）表示为：J=7.04335m(%)2 (4-9)n根据汽车理论可知：u=0.377二^ (4-10)ai-i即： ua=0.377—^ (4-11)ni-i则可得：J=7.04335m（0.377—）2=5m（-^—）2 （4-12）i-ii-ig0 g0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5m、车辆道路行驶速度和发动机/电机轴旋转速度的比值ua/n，纵坐标为惯量J。采用对数表示公式（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。

三维惯量匹配图图4-3三维惯量匹配图30-101:5m=800kg2:Sm=1000kg3:5m=2000kg4:5m=3000kg5:Sm=4000kg6:5m=5000kg7:5m=6000kg三维惯量匹配图图4-3三维惯量匹配图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1发动机2电机3变速器4万同传动鞘5整车皿:最6车轮、差速器、车轴其他试验台上没出现的车辆元件参照图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Jf和J^，以及差速器的转动惯量J转换成主减速器输入轴的当量转动惯量，艮P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Jf和J、,以及差速器的转动惯量Jd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