CN106895981B - 一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法，包括如下步骤：1)根据发动机的固有参数，建立发动机“油门开度—转速—扭矩”模型；2)向驱动电机加载扭矩型号，然后采集变速器输出半轴的转速和扭矩；3)分别建立汽车的行驶过程中的车轮滚动阻力扭矩模型、坡度阻力扭矩模型和空气阻力扭矩模型；4)得到：5)对于足够小的测试指令周期，则有：n_s(k+1)＝n_s(k)+Δn_s；将转速n_s(k+1)加载到负载电机上；6)重复步骤2)—步骤6)，完成汽车加速惯量电模拟。本发明能够精确模拟汽车的动态工况，从而有效提高汽车传动系试验的准确性。

Description

一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车传动系台架行驶工况负载动态模拟方法，尤其涉及一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法。

背景技术

汽车道路工况负载动态模拟技术是在室内试验台架上模拟汽车起步、加(减)速和动态换挡等行驶工况的关键技术。传动系动态试验要求台架系统能够模拟与实车路面行驶近似的工况负载，以便对汽车传动系总成实际工作中的参数进行测试。为了真实再现汽车的行驶工况，在室内台架上必须保证负载电机的速度及加速度与车轮实际路况一致。汽车传动系加速负载阻力和减速阻力的模拟是汽车道路行驶工况动态模拟技术的关键环节，对整车质量引起的惯性负载的模拟精度是保证台架模拟系统对被试传动系部件所施加载荷与真实工况一致的关键。

相对于惯量机械模拟方法，惯量电模拟方法是在试验台上移除惯性飞轮部分，除了台架自身的转动惯量之外，需要模拟的惯性阻力矩完全由测功机电磁扭矩来补偿，这种方法解决了机械惯性轮安装不便的问题，但是对负载模拟系统的控制策略和控制算法提出了较高的要求。车辆的动态特性主要由起步工况、加(减)速工况和换挡工况来体现，而动态工况的精确模拟与整车动力学特性建模和台架模拟控制技术相关。切实可行的负载模拟控制策略和控制算法是汽车道路行驶工况负载动态模拟的关键技术。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法，能够精确模拟汽车的动态工况，从而有效提高汽车传动系试验的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)根据发动机的固有参数，建立发动机“油门开度—转速—扭矩”模型，通过该“油门开度—转速—扭矩”模型能根据输入的油门开度或转速信号，获得与之对应的扭矩信号；

2)根据发动机加载油门开度信号，获得对应的扭矩信号，并向驱动电机加载该扭矩信号；然后采集变速器输出半轴的转速和扭矩，其中，输出半轴的转速作为车轮的转速n_s，输出半轴的扭矩作为发动机提供给车轮的驱动扭矩T_s；

3)分别建立汽车的行驶过程中的车轮滚动阻力扭矩模型、坡度阻力扭矩模型和空气阻力扭矩模型，其中：

车轮滚动阻力扭矩模型：T_f＝F_f·R＝δ·m_Veh·g·f_r·R；

式中：m_Veh—汽车质量(kg)，g—重力加速度(m/s²)，f_r—车轮摩擦系数(无因次)，R—车轮滚动半径(m)，δ—汽车旋转质量转换系数；

坡度阻力扭矩模型：T_i＝F_i·R＝m_veh·g·sin(γ)·R；

式中：γ—道路坡度(％)；

空气阻力扭矩模型：

式中：C_D—空气阻力系数(无因次)；A—迎风面积(m²)；ρ_ria—空气密度(N·s²·m^-4)；v—相对速度(m/s)；ω_em—汽车半轴角速度(rad/s)；n_s—车轮的转速(r/min)；

令：T_drag＝T_f+T_w+T_i；

4)根据车辆行驶方程式有：T_s+T_f+T_w+T_i+T_j＝0；

从而得到加速阻力扭矩：T_j＝T_s-T_drag＝T_s-(T_f+T_w+T_i)；

由于：

得到车轮直线加速度：

式中：u为车轮直线行驶速度，t为行驶时间；

从而得到半轴转速加速度：

由于：

从而得到：

5)对于足够小的测试指令周期，汽车在指令周期内为进行匀加速或匀加减运动，则有：

n_s(k+1)＝n_s(k)+Δn_s；

将转速n_s(k+1)加载到负载电机上，从而实现加速惯量电模拟；

6)重复步骤2)—步骤6)，从而完成汽车加速惯量电模拟。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：该控制方法避免了速度闭环补偿控制的复杂算法，降低了模型参数不准确对系统控制精度的影响；算法计算量小，实时性好，能够精确模拟汽车的动态工况，从而有效提高汽车传动系试验的准确性。

附图说明

图1为试验台架的结构示意图。

图2为本发明的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：本发明主要应用于室内汽车传动系试验台架，该试验台架如图1所示，其包括上位机1、电机驱动器2、驱动电机3、负载电机4、离合器、待测变速器5、编码器6以及转速扭矩传感器7，其中，驱动电机3通过离合器与待测变速器5的输入端相连，以驱动待测变速器5；待测变速器5的输出端接负载电机4，同时在待测试变速器输入、输出端分别连接转速扭矩传感器7用来采集测试数据，两个电机的转速闭环回馈信号由安装在两个电机上的编码器6获得。为了满足快速响应的闭环控制要求，在进行测试之前，输入发动机的固有参数，在试验过程中，本汽车试验台架由电机驱动器2驱动负载电机4模拟加速工况，便于在室内台架上进行汽车道路工况负载动态模拟。

参见图2，本汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法，包括如下步骤：

1)根据发动机的固有参数，建立发动机“油门开度—转速—扭矩”模型，通过该“油门开度—转速—扭矩”模型能根据输入的油门开度或转速信号，获得与之对应的扭矩信号。

2)根据发动机加载油门开度信号，获得对应的扭矩信号，并向驱动电机加载该扭矩信号；然后采集变速器输出半轴的转速和扭矩，其中，输出半轴的转速作为车轮的转速n_s，输出半轴的扭矩作为发动机提供给车轮的驱动扭矩T_s。

3)分别建立汽车的行驶过程中的车轮滚动阻力扭矩模型、坡度阻力扭矩模型和空气阻力扭矩模型，其中：

车轮滚动阻力扭矩模型：T_f＝F_f·R＝δ·m_Veh·g·f_r·R；

式中：m_Veh—汽车质量(kg)，g—重力加速度(m/s²)，f_r—车轮摩擦系数(无因次)，R—车轮滚动半径(m)，δ—汽车旋转质量转换系数；

坡度阻力扭矩模型：T_i＝F_i·R＝m_veh·g·sin(γ)·R；

式中：γ—道路坡度(％)；

空气阻力扭矩模型：

式中：C_D—空气阻力系数(无因次)；A—迎风面积(m²)；ρ_ria—空气密度(N·s²·m^-4)；v—相对速度(m/s)；ω_em—汽车半轴角速度(rad/s)；n_s—车轮的转速(r/min)；

令：T_drag＝T_f+T_w+T_i。

4)根据车辆行驶方程式F_e+F_f+F_w+F_i+F_j＝0；有：T_s+T_f+T_w+T_i+T_j＝0；

其中T_f、T_w、T_i、T_j分别为滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力转换到车轮上的扭矩；

从而得到加速阻力扭矩：T_j＝T_s-T_drag＝T_s-(T_f+T_w+T_i)；

由于：

得到车轮直线加速度：

式中:u为车轮直线行驶速度，t为行驶时间；

从而得到半轴转速加速度：

由于：

从而得到：

5)对于足够小的测试指令周期，汽车在指令周期内为进行匀加速或匀加减运动，则有：

n_s(k+1)＝n_s(k)+Δn_s；

将转速n_s(k+1)加载到负载电机上，从而实现加速惯量电模拟。

6)重复步骤2)—步骤6)，从而完成汽车加速惯量电模拟。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)根据发动机的固有参数，建立发动机“油门开度—转速—扭矩”模型，通过该“油门开度—转速—扭矩”模型能根据输入的油门开度或转速信号，获得与之对应的扭矩信号；

2)根据发动机加载油门开度信号，获得对应的扭矩信号，并向驱动电机加载该扭矩信号；然后采集变速器输出半轴的转速和扭矩，其中，输出半轴的转速作为车轮的转速n_s，输出半轴的扭矩作为发动机提供给车轮的驱动扭矩T_s；

3)分别建立汽车的行驶过程中的车轮滚动阻力扭矩模型、坡度阻力扭矩模型和空气阻力扭矩模型，其中：

车轮滚动阻力扭矩模型：T_f＝F_f·R＝δ·m_Veh·g·f_r·R；

式中：m_Veh—汽车质量(kg)，g—重力加速度(m/s²)，f_r—车轮摩擦系数(无因次)，R—车轮滚动半径(m)，δ—汽车旋转质量转换系数；

坡度阻力扭矩模型：T_i＝F_i·R＝m_veh·g·sin(γ)·R；

式中：γ—道路坡度；

空气阻力扭矩模型：

式中：C_D—空气阻力系数(无因次)；A—迎风面积(m²)；—空气密度(N·s²·m^-4)；v—相对速度(m/s)；ω_em—汽车半轴角速度(rad/s)；n_s—车轮的转速(r/min)；

令：T_drag＝T_f+T_w+T_i；

4)根据车辆行驶方程式有：T_s+T_f+T_w+T_i+T_j＝0；

从而得到加速阻力扭矩：T_j＝T_s-T_drag＝T_s-(T_f+T_w+T_i)；

由于：

得到车轮直线加速度：

式中：u为车轮直线行驶速度，t为行驶时间；

从而得到半轴转速加速度：

由于：

从而得到：

5)对于足够小的测试指令周期，汽车在指令周期内为进行匀加速或匀加减运动，则有：

n_s(k+1)＝n_s(k)+Δn_s；

将转速n_s(k+1)加载到负载电机上，从而实现加速惯量电模拟；

6)重复步骤2)—步骤6)，从而完成汽车加速惯量电模拟。