CN106017759A - 用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，包括的步骤有：在发动机曲轴后部串联设置一级和二级惯性飞轮；测量发动机、一级和二级惯性飞轮的角速度；计算发动机、一级和二级惯性飞轮的角加速度；利用发动机和一级惯性飞轮两者的角加速度分别测定发动机曲轴的转动惯量和发动机的转动扭矩；根据测量工况需要设定发动机曲轴的转动惯量测量误差阀值，判断转动惯量的测定误差是否符合误差阀值要求；用优化后的转动惯量参数测定发动机的转矩。该方法具有原理可靠、工艺简单、耗油量少的优点，可以依据检测需求选择快速测量或精准测量。

Description

用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机转矩，具体是基于转动惯量原理用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法。

技术背景

发动机是汽车上重要的动力装置，其性能的好坏直接影响汽车的动力性、经济性、可靠性及排放等。发动机的有效功率是曲轴对外输出的功率，是一个综合性评价指标。通过该指标可以定性地确定发动机的技术状况，并定量地获得发动机的动力性。

现有检测发动机有效功率的方法，分为稳态测功和动态测功两种。稳态测功是指发动机在节气门开度一定、转速一定和其它参数保持不变的稳定状态下，在测功器上测定功率的一种方法。常见的测功器有水力测功器、电力测功器和电涡流测功器等。测功器可测出发动机的转速和转矩，然后通过计算得出功率。稳态测功时，不论发动机的工作行程数和形式如何，其有效功率P_e、有效转矩T_tq和转速n均具有下列关系

$P_e=\frac{T_{tq}n}{9550}---\left(1\right)$ （1）

动态测功是通过测试加速时间来测定平均功率，有的采用通过测角加速度以确定瞬时功率。

汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率 之高低在很大程度上取决于汽车的动力性。

$F_t=\frac{T_{tq}{i}_g{i}_0{\mathrm{\η}}_T}{r}---\left(2\right)$ （2）

其中，F_t—驱动力；

r-车轮滚动半径；

T_tq—发动机转矩；

i_g—变速器传动比；

i₀—主减速器传动比；

η_T—传动系的机械效率。

从式(1)、(2)可以看出，只要准确测定发动机的转矩，就可进一步测算发动机的有效功率和汽车的驱动力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于转动惯量原理用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，该方法具有原理可靠、工艺简单、耗油量少、测量速度快、精准度高的优点。

实现本发明的目的的技术方案是：

用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，包括如下步骤：

(1)在发动机曲轴后部串联设置一级和二级惯性飞轮；

(2)测量发动机、一级和二级惯性飞轮的角速度；

(3)计算发动机、一级和二级惯性飞轮的角加速度；

(4)利用发动机和一级惯性飞轮两者的角加速度分别测定发动机曲轴的转动惯量和发动机的转动扭矩；

(5)根据测量工况需要设定发动机曲轴转动惯量的测量误差阀值，利用测定的二级惯性飞轮与一级惯性飞轮两者的转动惯量的差值，判断转动惯量的测定结果是否的在误差阀值范围内；如果分别利用二级惯性飞轮与一级惯性飞轮测出的转动惯量的差值的绝对值小于等于误差阀值，则满足测量要求进入下一步；如果利用二级惯性飞轮和一级惯性飞轮测出的转动惯量的差值大于等于误差阀值，给二级惯性飞轮减小一个测试单位，返回步骤(2)，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行；如果二级惯性飞轮和一级惯性飞轮测出的转动惯量的差值小于等于负误差阀值，给二级惯性飞轮增大一个测试单位，返回步骤(2)，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行；

(6)用步骤(5)修正后的转动惯量参数测量发动机转速，进一步计算发动机的转矩。

通过计算得出的发动机转矩及相应工况点的转速可以计算出发动机的功率。

步骤(1)所述在发动机曲轴后部串联设置一级和二级惯性飞轮，是利用发动机缸体内现有的曲轴及与曲轴配装的飞轮，串联一级惯量飞轮，通过一级飞轮电磁离合器与发动机曲轴飞轮连接，二级惯量飞轮通过二级飞轮电磁离合器与一级惯量飞轮连接。

在发明方法中，设步骤(2)中的测量的发动机的角速度为ω₁，一级惯量飞轮的角速度为ω₂，二级惯量飞轮的角速度为ω₃；

设步骤(3)中的计算得到发动机的角加速度为β₁，一级惯量飞轮的角加速度为β₂，二级惯量飞轮的角加速度为β₃；

步骤(4)所述利用发动机和一级惯性飞轮两者的角加速度分别测定发动机曲轴的转动惯量和发动机的转动扭矩，先假设测定的发动机曲轴的转动惯量为J₁，一级惯量飞轮的转动惯量为J₂，二级惯量飞轮的转动惯量为J₃；

测定的发动机曲轴的转动惯量J₁，发动机的转扭矩T_tq(t)，具体方法是固定发动机油门在某一测试位置时，测出以下曲线：

发动机曲轴系统转速增长曲线：y₁＝ω₁(t)

一级惯量飞轮转速增长曲线：y₂＝ω₂(t)

二级惯量飞轮转速增长曲线：y₃＝ω₃(t)

发动机的惯量系统的曲线为：

不带惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

带一级惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

带二级惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

因油门固定，发动机转矩稳定，令为角加速度，则：

T_tq(t)＝J₁β₁，T_tq(t)＝(J₁+J₂)β₂

J₁β₁＝(J₁+J₂)β₂

$J_1=J_2\frac{{\mathrm{\β}}_2}{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2}$

$T_{tq}\left(t\right)=J_2\frac{{\mathrm{\β}}_1{\mathrm{\β}}_2}{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2}$

进一步，T_tq(t)＝(J₁+J₂)β₂＝(J₁+J₂+J₃)β₃

以J₃＝J₁+J₂为基准初次选用二级惯量飞轮，则可得：β₂＝2β₃

用前面测定的一、二级惯量飞轮转速增长曲线：y₂＝ω₂(t),y₃＝ω₃(t)；

进一步可求导出β₂、β₃。

步骤(5)所述根据测量工况需要设定发动机曲轴转动惯量的误差阀值ε，判断转动惯量的测定误差是否在误差阀值范围内；具体是：如果满足测量要求进入步骤(6)；如果给二级惯量飞轮J₃减小一个测试单位，返回步骤(2)，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行；如果给二级惯量飞轮J₃增大一个测试单位，返回第(2)步，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行。

步骤(6)所述用优化后的转动惯量参数及二级量飞轮J₃测量发动机转速， 进一步计算发动机的转矩T_tq(t)＝2J₃β₃，功率由于加载二级惯量飞轮载荷后，发动机转速上升平稳，所以测量结果更精准。

本发明方法是利用转动惯量与角加速的乘积等于转矩的基本原理测定发动机有效转矩，同时进一步测定发动机有效功率的新方法。利用发动机本身曲轴的等效转动惯量，在发动机曲轴后部串联一级和二级惯性飞轮；通过分别测量发动机转速的增长规律、串联一级惯性飞轮的加速时间曲线、串联二级惯性飞轮的加速时间曲线，完成如下四项工作：1、利用发动机自身及加载一级飞轮的两者的角加速度快速测量发动机曲轴系统的转动惯量；2、利用发动机自身及加载一级飞轮两者的角加速度快速测量发动机转矩；3、计算加载一级飞轮及二级惯量飞轮载荷测得的曲轴系统惯性误差大小，调整二级惯性飞轮惯量，进一步提高测量精准度；4、利用加载二级惯量飞轮载荷后，发动机加速运转平稳，准确测量发动机转矩。该方法具有原理可靠、工艺简单、耗油量少的优点，可以依据检测需求选择快速测量或精准测量。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为在发动机曲轴后部串联设置一级和二级惯性飞轮的结构示意图。

图中，1.二级惯性飞轮 2.一级惯性飞轮 3.发动机曲轴飞轮 4.发动机曲轴 5.一级电磁离合器 6.二级电磁离合器。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。

实施例

用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，包括如下步骤：

(1)在发动机曲轴后部串联设置一级和二级惯性飞轮，如图2所示：是利用发动机缸体内现有的曲轴4及与曲轴配装的飞轮3，在发动机曲轴飞轮3后串联一级惯量飞轮2，通过一级飞轮电磁离合器5与发动机曲轴飞轮3连接，二级惯量飞轮1通过二级飞轮电磁离合器6与一级惯量飞轮2连接。

(2)测量发动机、一级和二级惯性飞轮的角速度，设测量的发动机的角速度为ω₁，一级惯量飞轮的角速度为ω₂，二级惯量飞轮的角速度为ω₃。

(3)计算发动机、一级和二级惯性飞轮的角加速度，设计算得到发动机的角加速度为β₁，一级惯量飞轮的角加速度为β₂，二级惯量飞轮的角加速度为β₃。

(4)利用发动机和一级惯性飞轮两者的角加速度分别测定发动机曲轴的转动惯量和发动机的转动扭矩，先假设测定的发动机曲轴的转动惯量为J₁，一级惯量飞轮的转动惯量为J₂，二级惯量飞轮的转动惯量为J₃；

测定的发动机曲轴的转动惯量J₁，发动机的转扭矩T_tq(t)。

具体方法是固定发动机油门在80％开度位置时，测出以下曲线：

发动机曲轴系统转速增长曲线：上标表示油门位置(80％开度)，即工况点；下标表示不同惯量系统曲线类型；

一级惯量飞轮转速增长曲线：

二级惯量飞轮转速增长曲线：

发动机的惯量系统的惯量曲线为：

不带惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线： 带一级惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

带二级惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

因油门固定，发动机转矩稳定，令为角加速度，则：

$T_{tq}^8\left(t\right)=J_1{\mathrm{\β}}_1^8,T_{tq}^8\left(t\right)=(J_1+J_2){\mathrm{\β}}_2^8$

$J_1{\mathrm{\β}}_1^8=(J_1+J_2){\mathrm{\β}}_2^8$

$J_1=J_2\frac{{\mathrm{\β}}_2^8}{{\mathrm{\β}}_1^8-{\mathrm{\β}}_2^8}$

$T_{tq}^8\left(t\right)=J_2\frac{{\mathrm{\β}}_1^8{\mathrm{\β}}_2^8}{{\mathrm{\β}}_1^8-{\mathrm{\β}}_2^8}$

进一步，

以J₃＝J₁+J₂为基准初次选用二级惯量飞轮，则可得：

用前面测定的一、二级惯量飞轮转速增长曲线：

进一步可求导出

(5)根据测量工况需要设定发动机曲轴转动惯量的误差阀值ε，判断转动惯量的测定误差是否在误差阀值范围内；具体是：如果满足测量要求进入步骤(6)；如果给二级惯量飞轮J₃减小一个测试单位，返回步骤(2)，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行；如果 给二级惯量飞轮J₃增大一个测试单位，返回第(2)步，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行。

(6)用步骤(5)优化后的转动惯量参数及二级量飞轮J₃测量发动机转速，进一步计算发动机的转矩功率由于加载二级惯量飞轮载荷后，发动机转速上升平稳，所以测量结果更精准。

Claims (5)

1.用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在发动机曲轴后部串联设置一级和二级惯性飞轮；

(2)测量发动机、一级和二级惯性飞轮的角速度；

(3)计算发动机、一级和二级惯性飞轮的角加速度；

(4)利用发动机和一级惯性飞轮两者的角加速度分别测定发动机曲轴的转动惯量和发动机的转动扭矩；

(5)根据测量工况需要设定发动机曲轴转动惯量的测量误差阀值，利用测定的二级惯性飞轮与一级惯性飞轮两者的转动惯量的差值，判断转动惯量的测定结果是否的在误差阀值范围内；如果分别利用二级惯性飞轮与一级惯性飞轮测出的转动惯量的差值的绝对值小于等于误差阀值，则满足测量要求进入下一步；如果利用二级惯性飞轮和一级惯性飞轮测出的转动惯量的差值大于等于误差阀值，给二级惯性飞轮减小一个测试单位，返回步骤(2)，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行；如果二级惯性飞轮和一级惯性飞轮测出的转动惯量的差值小于等于负误差阀值，给二级惯性飞轮增大一个测试单位，返回步骤(2)，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行；

(6)用步骤(5)修正后的转动惯量参数测量发动机转速，进一步计算发动机的转矩。

2.根据权利要求1所述转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，其特征在于：步骤(1)所述在发动机曲轴后部串联设置一级和二级惯性飞轮，是利用发动机缸体内现有的曲轴及与曲轴配装的飞轮，串联一级惯量飞轮，通过一级飞轮电磁离合器与发动机曲轴飞轮连接，二级惯量飞轮通过二级飞轮电磁离合器与一级惯量飞轮连接。

3.根据权利要求1所述用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，其特征在于：设步骤(2)中的测量的发动机的角速度为ω₁，一级惯量飞轮的角速度为ω₂，二级惯量飞轮的角速度为ω₃；

设步骤(3)中的计算得到发动机的角加速度为β₁，一级惯量飞轮的角加速度为β₂，二级惯量飞轮的角加速度为β₃；

步骤(4)所述利用发动机和一级惯性飞轮两者的角加速度分别测定发动机曲轴的转动惯量和发动机的转动扭矩，先假设测定的发动机曲轴的转动惯量为J₁，一级惯量飞轮的转动惯量为J₂，二级惯量飞轮的转动惯量为J₃；

测定的发动机曲轴的转动惯量J₁，发动机的转扭矩T_tq(t)，具体方法是固定发动机油门在某一测试位置时，测出以下曲线：

发动机曲轴系统转速增长曲线：y₁＝ω₁(t)

一级惯量飞轮转速增长曲线为：y₂＝ω₂(t)

二级惯量飞轮转速增长曲线：y₃＝ω₃(t)

发动机的惯量系统的曲线为：

不带惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

带一级惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

带二级惯量飞轮的发动机曲轴转矩曲线：

因油门固定，发动机转矩稳定，令为角加速度，则：

T_tq(t)＝J₁β₁，T_tq(t)＝(J₁+J₂)β₂

J₁β₁＝(J₁+J₂)β₂

$J_1=J_2\frac{{\mathrm{\β}}_2}{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2}$

$T_{tq}\left(t\right)=J_2\frac{{\mathrm{\β}}_1{\mathrm{\β}}_2}{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2}$

进一步，T_tq(t)＝(J₁+J₂)β₂＝(J₁+J₂+J₃)β₃

以J₃＝J₁+J₂为基准初次选用二级惯量飞轮，则可得：β₂＝2β₃

用前面测定的一、二级惯量飞轮转速增长曲线：y₂＝ω₂(t),y₃＝ω₃(t)；进一步可求导出β₂、β₃。

4.根据权利要求1所述用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，其特征在于：步骤(5)所述根据测量工况需要设定发动机曲轴转动惯量的误差阀值ε，判断转动惯量的测定误差是否在误差阀值范围内；具体是：如果满足测量要求进入步骤(6)；如果给二级惯量飞轮J₃减小一个测试单位，返回步骤(2)，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行；如果给二级惯量飞轮J₃增大一个测试单位，返回第(2)步，再测量二级惯性飞轮的角速度，按流程进行。

5.根据权利要求1所述用转动惯量参数修正发动机转矩测量误差的方法，其特征在于：步骤(6)修正后的转动惯量参数及二级量飞轮J₃测定发动机转速，进一步计算发动机的转矩T_tq(t)＝2J₃β₃。