專利名稱：一種電模擬機(jī)械慣量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變速器臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種電模擬機(jī)械慣量的方法。
背景技術(shù)：
變速器是汽車傳動(dòng)系中最重要的零部件之一，其性能直接關(guān)系到整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和舒適性，對(duì)整車性能的提高有重要影響，其性能、效率、可靠性和耐久性等參數(shù)不能只依靠計(jì)算，而必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證實(shí)，同時(shí)變速器齒輪、軸承的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、負(fù)荷、轉(zhuǎn)速以及潤(rùn)滑條件等參數(shù)的合理性也必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，從而為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和質(zhì)量評(píng)價(jià)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。變速器前期研發(fā)通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)可以有效提高質(zhì)量，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短開(kāi)發(fā)周期，變速器試驗(yàn)臺(tái)是針對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)實(shí)際工況模擬的要求而專門設(shè)計(jì)的設(shè)備，在變速器耐久試驗(yàn)、效率試驗(yàn)、匹配試驗(yàn)以及自動(dòng)變速器換檔規(guī)律和換檔品質(zhì)研究中 有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的試驗(yàn)臺(tái)為了保證試驗(yàn)條件與實(shí)際工況的一致性，除了采用電機(jī)加載模擬汽車的行駛阻力，還廣泛采用機(jī)械飛輪模擬實(shí)際汽車的慣量。機(jī)械飛輪模擬慣量的缺點(diǎn)在于存在模擬級(jí)差、慣量調(diào)整困難等缺點(diǎn)，而且大質(zhì)量的飛輪對(duì)加工精度和動(dòng)平衡等制造工藝有較高的要求，此外，試驗(yàn)時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的大慣量飛輪存儲(chǔ)的動(dòng)能對(duì)設(shè)備和試驗(yàn)人員有一定的危險(xiǎn)性，為了模擬不同車型對(duì)慣量模擬的要求，還需按等差或等比級(jí)數(shù)將飛輪部分設(shè)計(jì)成由多個(gè)大小不等的飛輪構(gòu)成飛輪組，增加了試驗(yàn)臺(tái)的復(fù)雜度，而且自動(dòng)化程度低。電模擬是利用試驗(yàn)臺(tái)中的加載電機(jī)的扭矩或轉(zhuǎn)速控制特性，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制其機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換特性來(lái)模擬機(jī)械飛輪的儲(chǔ)能特性，并以慣性扭矩的形式作用在主軸上，使試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力特性與采用機(jī)械飛輪的系統(tǒng)一致，國(guó)外對(duì)電慣量的研究已比較深入，并廣泛應(yīng)用于底盤測(cè)功機(jī)、變速器試驗(yàn)臺(tái)、制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)等儀器中，但該現(xiàn)有技術(shù)因具有高附加值，還未處于公開(kāi)狀態(tài)。隨著汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，變速器技術(shù)的發(fā)展對(duì)試驗(yàn)臺(tái)提出了更高的性能要求和技術(shù)水平，慣量電模擬成為新一代變速器試驗(yàn)臺(tái)必備的功能。近年來(lái)隨著電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合性能已接近完美，為電慣量的工程實(shí)現(xiàn)提供了可靠基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高慣量模擬精度的電模擬機(jī)械慣量的方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種包括步驟為
(1)將待測(cè)變速器固定安裝在變速器試驗(yàn)臺(tái)上，啟動(dòng)控制計(jì)算機(jī)和變頻器，所述控制計(jì)算機(jī)中輸入與所述待測(cè)變速器相匹配的車的參數(shù)；
(2)所述控制計(jì)算機(jī)檢測(cè)變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)車的參數(shù)計(jì)算所述變速器試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)的加載電機(jī)要加載的扭矩和要模擬的慣量；
(3)根據(jù)測(cè)量的角速度運(yùn)用卡爾曼濾波估計(jì)角加速度；(4)對(duì)所述估計(jì)角加速度進(jìn)行延遲補(bǔ)償，得到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的角加速度；
(5)所述準(zhǔn)實(shí)時(shí)的角加速度根據(jù)步驟(2)計(jì)算的模擬慣量的數(shù)值形成電慣量扭矩給定值，將所述電慣量扭矩給定值傳送至變頻器，變頻器控制所述加載電機(jī)的電磁扭矩實(shí)現(xiàn)機(jī)械慣量電模擬。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，步驟(3)和步驟(4)中以所述加載電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)前的狀態(tài)為初始值確定系統(tǒng)狀態(tài)向量，估計(jì)誤差方差陣中對(duì)角線上各元素的取值是相應(yīng)變量的濾波估計(jì)精度值平方的10倍，所述系統(tǒng)狀態(tài)向量和所述估計(jì)誤差方差陣在進(jìn)行卡爾曼濾波遞推前確定。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，步驟(3)根據(jù)角速度中的測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)特性確定測(cè)量噪聲協(xié)方差陣，通過(guò)試湊確定系統(tǒng)噪聲協(xié)方差陣。
在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，步驟(4)中根據(jù)估計(jì)角加速度中的噪聲統(tǒng)計(jì)特性確定測(cè)量噪聲協(xié)方差陣，通過(guò)試湊確定系統(tǒng)噪聲協(xié)方差陣。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的電模擬機(jī)械慣量的方法，滿足變速器試驗(yàn)對(duì)慣量模擬的要求，簡(jiǎn)化變速器試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高慣量模擬精度，能夠?qū)崿F(xiàn)慣量的無(wú)級(jí)調(diào)整，消除機(jī)械飛輪模擬慣量時(shí)存在的級(jí)差，保證了試驗(yàn)的可信度，提高了變速器試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)化程度，受到汽車臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備制造商的廣泛重視和關(guān)注。


圖I是本發(fā)明電模擬機(jī)械慣量的方法一較佳實(shí)施例的流程 圖2是本發(fā)明電模擬機(jī)械慣量的方法中延遲補(bǔ)償方法的原理圖，圖中Gsi表示未知的實(shí)際角加速度，^表示估計(jì)的角加速度，
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種電模擬機(jī)械慣量的方法，包括步驟為
(1)將待測(cè)變速器固定安裝在變速器試驗(yàn)臺(tái)上，啟動(dòng)控制計(jì)算機(jī)和變頻器，所述控制計(jì)算機(jī)中輸入與所述待測(cè)變速器相匹配的車的參數(shù)；
(2)所述控制計(jì)算機(jī)檢測(cè)變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)車的參數(shù)計(jì)算所述變速器試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)的加載電機(jī)要加載的扭矩和要模擬的慣量，計(jì)算步驟如下
1)計(jì)算車輪轉(zhuǎn)速
^■tire *-^-tire ^-trasmission
/i。，式中，ntiM為車輪轉(zhuǎn)速(RPM)，
■^■trasmission 為變
速器輸出軸轉(zhuǎn)速(RPM)，ic為變速器輸出軸至車輪的主傳動(dòng)比；
2)計(jì)算車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 tire = ntire /9. 55 ；
3)計(jì)算行駛車速Vi=CotireRtiM，式中，Rtire為車輪半徑(m)；
4)計(jì)算滾動(dòng)阻力FMll(Vi) =fW，式中，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，與行駛車速Vi有關(guān)，但在140km/h車速以下，f值維持不變，W為垂直載荷(N)；
5)計(jì)算空氣阻力Fw(u>占CdApU2，式中，Cd為空氣阻力系數(shù)；P為空氣密度，通常
r
P =1. 2258 N-S2- m_4，A為迎風(fēng)面積，即汽車行駛方向的投影面積(m2)，Ur為相對(duì)速度，在無(wú)風(fēng)時(shí)即汽車的行駛速度Vi (m/s)；
6)計(jì)算試驗(yàn)臺(tái)加載電機(jī)需加載扭矩的大小為 ^= (Froll (Vi) +Fw(Ur)〕· Rtire=a · co2+b · ω+c,式中，a、b、c為與滾動(dòng)系數(shù)、空氣阻力系數(shù)以及整車參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，ω為變速器輸出軸轉(zhuǎn)速(rad/s)。

7)計(jì)算試驗(yàn)臺(tái)需要模擬的慣量為
權(quán)利要求
1.一種電模擬機(jī)械慣量的方法，其特征在于，包括步驟為 (1)將待測(cè)變速器固定安裝在變速器試驗(yàn)臺(tái)上，啟動(dòng)控制計(jì)算機(jī)和變頻器，所述控制計(jì)算機(jī)中輸入與所述待測(cè)變速器相匹配的車的參數(shù)； (2)所述控制計(jì)算機(jī)檢測(cè)變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)車的參數(shù)計(jì)算所述變速器試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)的加載電機(jī)要加載的扭矩和要模擬的慣量； (3)根據(jù)測(cè)量的角速度運(yùn)用卡爾曼濾波估計(jì)角加速度； (4)對(duì)所述估計(jì)角加速度進(jìn)行延遲補(bǔ)償，得到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的角加速度； (5)所述準(zhǔn)實(shí)時(shí)的角加速度根據(jù)步驟(2)計(jì)算的模擬慣量的數(shù)值形成電慣量扭矩給定值，將所述電慣量扭矩給定值傳送至變頻器，變頻器控制所述加載電機(jī)的電磁扭矩實(shí)現(xiàn)機(jī)械慣量電模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電模擬機(jī)械慣量的方法，其特征在于，步驟(3)和步驟(4)中以所述加載電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)前的狀態(tài)為初始值確定系統(tǒng)狀態(tài)向量，估計(jì)誤差方差陣中對(duì)角線上各元素的取值是相應(yīng)變量的濾波估計(jì)精度值平方的10倍，所述系統(tǒng)狀態(tài)向量和所述估計(jì)誤差方差陣在進(jìn)行卡爾曼濾波遞推前確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電模擬機(jī)械慣量的方法，其特征在于，步驟(3)根據(jù)角速度中的測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)特性確定測(cè)量噪聲協(xié)方差陣，通過(guò)試湊確定系統(tǒng)噪聲協(xié)方差陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電模擬機(jī)械慣量的方法，其特征在于，步驟(4)中根據(jù)估計(jì)角加速度中的噪聲統(tǒng)計(jì)特性確定測(cè)量噪聲協(xié)方差陣，通過(guò)試湊確定系統(tǒng)噪聲協(xié)方差陣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電模擬機(jī)械慣量的方法，包括步驟為根據(jù)測(cè)量的角速度運(yùn)用卡爾曼濾波估計(jì)角加速度；對(duì)所述估計(jì)角加速度進(jìn)行延遲補(bǔ)償，得到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的角加速度；所述準(zhǔn)實(shí)時(shí)的角加速度根據(jù)模擬慣量的數(shù)值形成電慣量扭矩給定值，將所述電慣量扭矩給定值傳送至變頻器，變頻器控制所述加載電機(jī)的電磁扭矩實(shí)現(xiàn)機(jī)械慣量電模擬。通過(guò)上述方式，本發(fā)明提供的一種電模擬機(jī)械慣量的方法，滿足變速器試驗(yàn)對(duì)慣量模擬的要求，簡(jiǎn)化變速器試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高慣量模擬精度，能夠?qū)崿F(xiàn)慣量的無(wú)級(jí)調(diào)整，消除機(jī)械飛輪模擬慣量時(shí)存在的級(jí)差，保證了試驗(yàn)的可信度，提高了變速器試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)化程度，受到汽車臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備制造商的廣泛重視和關(guān)注。
文檔編號(hào)G01M13/02GK102914433SQ20121043636
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者張為公, 王皖君, 林國(guó)余 申請(qǐng)人:東南大學(xué)