惯量等效计算方法

4 4 1 1 飞飞轮轮惯惯量量匹匹配配方方法法的的研研究究 4 4 1 1 1 1 方方法法一一 1 混合动力车辆道路行驶模型 车辆行驶阻力公式为 4 tfwij FFFFF 1 其中是车辆行驶惯性力 是车辆行驶速度 j dv Fm dt v m s 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 为输出转速 rad s 为发动机 电机转动惯量 mt 1 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 a Jv 为车辆传动比 车辆在道路上行驶时 动能可以表示为 i 4 2 222 1 111 222 rmtii EmvJJ 其中 和是车辆上其它旋转部件的转动惯量和旋转角速度 为了便 i J i 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 4 3 2 1 2 r Emv 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 4 4 2 2 10 22 1 1 g J J i i mrr 是车辆上所有主动旋转部件和被动旋转部件的惯量之和 12www JJJ 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 和 1l J 2l J 3l J 是四个联轴器的惯量 为转速转矩传感器的惯量 为齿轮箱旋转 4l J st J k J 部件的惯量 和 分别是增 减速箱中主动齿轮和被动齿轮的惯量 z J b J 为测功机转子的惯量 定义为增 减速箱的减速比 是机械飞轮的 d Ji in J 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 同时也 注 j F 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 1234 222 11234 22 11234 2 34 112 2 111 222 11 22 1 2 1 tmtstdeindllll mt stllmtkkindll mt stllzmtindllb indllb stllzmt EEEEEEEEEE JJJJJJJJJ i JJJJJJJJJJ i JJJJJ JJJJJ i 2 1 2 2 1 2 amt mt JJ J 4 5 其中为发动机 电机动能 为转速转矩传感器动能 为台架 mt E st E de E 上增减速箱动能 为旋转角速度 为机械飞轮惯量动能 为测功 k in E d E 机所具有的动能 为四个联轴器的动能 其中 1l E 2l E 3l E 4l E 4 6 34 1112 2 indllb astllz JJJJJ JJJJJJJJ i 以上惯量都可以在计算得出 在实际测试过程中 考虑到 的数值很小 公式 4 6 可以简化为 1234llllstbz J J J J J J J 4 7 1 2 ind JJ JJ i 令公式 4 3 与公式 4 5 相等 即 得到 rt EE 4 8 2 mt v Jm 将上式角速度用转速替代 并将v m s 改变为 mt minn r 则公式 4 8 表示为 a ukm h 4 9 2 7 0433 a u Jm n 根据汽车理论可知 4 10 0 0 377 a g r n u ii 即 4 11 0 0 377 a g ur nii 则可得 4 12 22 00 7 0433 0 377 gg rr Jmm iiii 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 4 1 1 2 2 建建立立飞飞轮轮惯惯量量匹匹配配图图 根根据据方方法法一一 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 车辆道路行驶速度和发动机 电机轴旋转m 速度的比值 纵坐标为惯量 a unJ 采用对数表示公式 4 9 ln1 9521 ln 2ln a Jmun 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 4 1 1 3 3 方方法法二二 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 前后车m 轮的转动惯量和 以及差速器的转动惯量转换成主减速器输入 wf J wr J d J 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 的转动惯量和以及差速器的转动惯量 各自当量转动惯量的和 wf J wr J d J 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 4 14 2 2 0 wd m rJJ J i 式中