汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬方法，包括如下步驟：1)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的固有參數(shù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)“油門(mén)開(kāi)度—轉(zhuǎn)速—扭矩”模型，2)建立慣量扭矩解算模型，獲得慣量扭矩TI；3)建立燃燒扭矩解算模型，獲得燃燒扭矩TC；4)對(duì)平均扭矩TM，慣量扭矩TI，以及燃燒扭矩TC進(jìn)行擬合，得到電動(dòng)機(jī)的輸入扭矩，即總的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩Ten。本發(fā)明專利技術(shù)模擬精確度高，實(shí)時(shí)性高，計(jì)算量小，能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)周期扭矩脈動(dòng)(扭振)模擬時(shí)的高動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)?zāi)M方法，尤其涉及一種汽車(chē)傳動(dòng)系試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬方法。
技術(shù)介紹
近年來(lái)汽車(chē)的NVH問(wèn)題越來(lái)越多的引起工程師的關(guān)注，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的周期性波動(dòng)會(huì)引起傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲，降低零部件的使用壽命。如果變速器齒輪設(shè)計(jì)不當(dāng)，發(fā)動(dòng)機(jī)周期扭矩脈動(dòng)會(huì)引起變速器的敲擊聲，從而影響汽車(chē)的NVH品質(zhì)。利用實(shí)物發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行NVH試驗(yàn)具有諸多缺點(diǎn)，1)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油為易燃物，且其工作過(guò)程中易產(chǎn)生著火等危險(xiǎn)因素，同時(shí)其排放的廢氣也不利于環(huán)保。2)NVH試驗(yàn)主要測(cè)量被試變速器的噪聲問(wèn)題，而在試驗(yàn)中實(shí)物發(fā)動(dòng)機(jī)的較高的噪聲會(huì)影響變速器NVH的測(cè)試。3)在傳動(dòng)系開(kāi)發(fā)的初始階段，通常情況下與其匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)也在開(kāi)發(fā)測(cè)試中，因此很難獲得發(fā)動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)在室內(nèi)臺(tái)架上對(duì)傳動(dòng)系進(jìn)行NVH等性能測(cè)試。綜上所述，利用高動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行室內(nèi)傳動(dòng)系臺(tái)架試驗(yàn)具有安全環(huán)保、試驗(yàn)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。如果要在室內(nèi)臺(tái)架上復(fù)現(xiàn)因發(fā)動(dòng)機(jī)周期扭轉(zhuǎn)振動(dòng)引起的NVH問(wèn)題，就需要一個(gè)高精度的扭振模型(模擬活塞連桿的慣量扭矩及各缸的燃燒扭矩)。發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬系統(tǒng)包括一個(gè)低慣量高動(dòng)態(tài)特性的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一個(gè)滿足實(shí)時(shí)控制要求的扭振模型(模擬活塞連桿的慣量扭矩及各缸的燃燒扭矩)。發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩周期脈動(dòng)頻率很高，如一個(gè)4缸2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為900r/min，則其點(diǎn)火頻率為30Hz，又經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)一個(gè)完整的周期扭振波形至少需要12個(gè)點(diǎn)才能完整地再現(xiàn)出來(lái)，所以要對(duì)轉(zhuǎn)速為900r/min時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)周期扭矩振動(dòng)進(jìn)行模擬，其通信頻率或控制周期至少要達(dá)到30×12＝360Hz，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6000r/min，則其通信頻率或控制周期應(yīng)達(dá)到2400Hz，因此發(fā)動(dòng)機(jī)模型的計(jì)算速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制要求。精確的發(fā)動(dòng)機(jī)模型在很多文獻(xiàn)中都有論述，如黑箱模型和基于物理結(jié)構(gòu)的模型等，由于這些模型需要大量的發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)或詳細(xì)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，這些參數(shù)在傳動(dòng)系試驗(yàn)中不易獲得，而且傳統(tǒng)的物理模型在模擬發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性時(shí)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算很難滿足高動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)的要求，因此這些模型不適用于傳動(dòng)系臺(tái)架的動(dòng)態(tài)模擬。因此迫切需要提供一種滿足高動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制要求的發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模型及模擬方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種汽車(chē)傳動(dòng)系試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬方法，精確度高，實(shí)時(shí)性高，計(jì)算量小，能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)周期扭矩脈動(dòng)(扭振)模擬時(shí)的高動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是這樣的：一種汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬方法，其特征在于：包括如下步驟：1)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的固有參數(shù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)“油門(mén)開(kāi)度—轉(zhuǎn)速—扭矩”模型，通過(guò)該“油門(mén)開(kāi)度—轉(zhuǎn)速—扭矩”模型能根據(jù)輸入的油門(mén)開(kāi)度或轉(zhuǎn)速信號(hào)，獲得與之對(duì)應(yīng)的扭矩信號(hào)，即獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的平均扭矩TM；2)建立慣量扭矩解算模型，獲得慣量扭矩TI：發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力為：PI=-mx··;]]>式中：m為活塞和連桿的總質(zhì)量，x為活塞行程，表示活塞加速度；由于往復(fù)慣性力通過(guò)連桿作用在曲柄銷(xiāo)上，在曲軸上產(chǎn)生周期性變化的力矩，從而引起軸系的慣量扭振，因此：x=(L+r)-(Lcosβ+rcosα)=r(1-cosα)+L(1-1-λ2sin2α);]]>式中L為連桿長(zhǎng)度，r為曲柄半徑，α為曲柄轉(zhuǎn)角，β為連桿與曲柄銷(xiāo)中心與曲軸旋轉(zhuǎn)中心線的夾角，λ為曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比；從而得到活塞加速度(近似公式)：x··=rωc2(cosα+λcos2α);]]>式中ωc為曲柄旋轉(zhuǎn)角速度；由此得到往復(fù)慣性力為：PI＝-mrωc2(cosα+λcos2α)；由往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的力矩為：TI=PIsin(α+β)cosβ·r≈-mr2ωc2(cosα+λcos2α)(sinα+λ2sin2α)=mr2ωc2(λ4sinα-12sin2α-3λ4sin3α-λ24sin4α);]]>3)建立燃燒扭矩解算模型，獲得燃燒扭矩TC：燃燒扭矩是由氣缸內(nèi)氣體燃燒膨脹對(duì)活塞引起的力傳遞到曲軸和飛輪產(chǎn)生的周期性力矩，其燃燒壓力為：P(α)=Pcomp(αIVC)×Vd(αIVC)kV(α)k;]]>式中：Pcomp(αIVC)進(jìn)氣支管壓力，Vd(αIVC)氣缸容積，V(α)壓縮過(guò)程中氣缸容積(瞬時(shí)容積)，k為膨脹系數(shù)；瞬時(shí)氣缸工作容積為：V(α)=πD24{xϵ-1+x2[(1+1λ)-cos(π180α)-1λ1-λ2sin2(π180α)]本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬方法，其特征在于：包括如下步驟：1)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的固有參數(shù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)“油門(mén)開(kāi)度—轉(zhuǎn)速—扭矩”模型，通過(guò)該“油門(mén)開(kāi)度—轉(zhuǎn)速—扭矩”模型能根據(jù)輸入的油門(mén)開(kāi)度或轉(zhuǎn)速信號(hào)，獲得與之對(duì)應(yīng)的扭矩信號(hào)，即獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的平均扭矩TM；2)建立慣量扭矩解算模型，獲得慣量扭矩TI：發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力為：PI=-mx··;]]>式中：m為活塞和連桿的總質(zhì)量，x為活塞行程，表示活塞加速度；由于往復(fù)慣性力通過(guò)連桿作用在曲柄銷(xiāo)上，在曲軸上產(chǎn)生周期性變化的力矩，從而引起軸系的慣量扭振，因此：x=(L+r)-(Lcosβ+rcosα)=r(1-cosα)+L(1-1-λ2sin2α);]]>式中L為連桿長(zhǎng)度，r為曲柄半徑，α為曲柄轉(zhuǎn)角，β為連桿與曲柄銷(xiāo)中心與曲軸旋轉(zhuǎn)中心線的夾角，λ為曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比；從而得到活塞加速度(近似公式)：x··=rωc2(cosα+λcos2α);]]>式中ωc為曲柄旋轉(zhuǎn)角速度；由此得到往復(fù)慣性力為：PI＝?mrωc2(cosα+λcos2α)；由往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的力矩為：TI=PIsin(α+β)cosβ·r≈-mr2ωc2(cosα+λcos2α)(sinα+λ2sin2α)=mr2ωc2(λ4sinα-12sin2α-3λ4sin3α-λ24sin4α);]]>3)建立燃燒扭矩解算模型，獲得燃燒扭矩TC：燃燒扭矩是由氣缸內(nèi)氣體燃燒膨脹對(duì)活塞引起的力傳遞到曲軸和飛輪產(chǎn)生的周期性力矩，其燃燒壓力為：P(α)=Pcomp(αIVC)×Vd(αIVC)kV(α)k;]]>式中：Pcomp(αIVC)進(jìn)氣支管壓力，Vd(αIVC)氣缸容積，V(α)壓縮過(guò)程中氣缸容積(瞬時(shí)容積)，k為膨脹系數(shù)；瞬時(shí)氣缸工作容積為：V(α)=πD24{xϵ-1+x2[(1+1λ)-cos(π180α)-1λ1-λ2sin2(π180α)]};]]>式中：為壓縮比，Vc為燃燒室容積，D為氣缸直徑；曲柄受到的單缸燃燒扭矩為活塞受到的燃燒壓力乘以活塞行程隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化率，即可得到：TC=(P(α)-Patm)×Ap×dxdα=(P(α)-Patm)πD24[rsin(α)+r22Lsin(2α)];]]>式中：P(α)為燃燒壓力，Patm大氣壓力，Ap氣缸活塞面積，活塞運(yùn)動(dòng)速率；4)對(duì)平均扭矩TM，慣量扭矩TI，以及燃燒扭矩TC進(jìn)行擬合，得到電動(dòng)機(jī)的輸入扭矩，即總的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩Ten:Ten＝TM+TI+TC。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬方法，其特征在于：包括如下步驟：
1)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的固有參數(shù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)“油門(mén)開(kāi)度—轉(zhuǎn)速—扭矩”模型，通過(guò)該“油
門(mén)開(kāi)度—轉(zhuǎn)速—扭矩”模型能根據(jù)輸入的油門(mén)開(kāi)度或轉(zhuǎn)速信號(hào)，獲得與之對(duì)應(yīng)的扭矩信號(hào)，
即獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的平均扭矩TM；
2)建立慣量扭矩解算模型，獲得慣量扭矩TI：
發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力為：
PI=-mx··;]]>式中：m為活塞和連桿的總質(zhì)量，x為活塞行程，表示活塞加速度；
由于往復(fù)慣性力通過(guò)連桿作用在曲柄銷(xiāo)上，在曲軸上產(chǎn)生周期性變化的力矩，從而引
起軸系的慣量扭振，因此：
x=(L+r)-(Lcosβ+rcosα)=r(1-cosα)+L(1-1-λ2sin2α);]]>式中L為連桿長(zhǎng)度，r為曲柄半徑，α為曲柄轉(zhuǎn)角，β為連桿與曲柄銷(xiāo)中心與曲軸旋轉(zhuǎn)
中心線的夾角，λ為曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比；
從而得到活塞加速度(近似公式)：
x··=rωc2(cosα+λcos2α);]]>式中ωc為曲柄旋轉(zhuǎn)角速度；
由此得到往復(fù)慣性力為：
PI＝-mrωc2(cosα+λ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李文禮，石曉輝，施全，王晶晶，易鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶理工大學(xué)，重慶市科學(xué)技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：重慶;50