CN111880517A - 一种用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制系统，采用传感器测出动力舱传动输出的转速和扭矩信号，将转速和扭矩信号送至车辆动力学模型计算出期望的车速信号，将传感器测出的转速和扭矩信号以及车辆动力学模型计算出的车速信号送至控制器中，由控制器计算出加载电机需求的控制扭矩，并将该控制扭矩信号送至变频器作为加载电机的控制指令。本发明动力学模型采用动力装置实测的扭矩输出作为输入计算车速，控制器根据动力装置实测的转速以及动力学模型计算的车速作为输入计算加载电机所需的控制力矩，实现履带车辆动力装置在台架上复现最高车速、加速、爬坡等工况的动力性能外场试验，不需推导系统的逆动力学模型，实现简单。

Description

一种用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法
技术领域
本发明属于履带式工程车辆领域，涉及一种用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，特别是对于大功率军用履带式车辆动力性能试验的台架控制方法。
背景技术
对于履带式军用车辆、工程车辆总体设计，确定履带式车辆动力性能台架控制方法具有重要的意义，因为对于大功率履带式军用车辆、工程车辆外场试验困难，所需保障人员众多，所需周期及试验经费惊人。因此，若能在试验室环境在台架上开展动力性能试验代替外场试验具有重要的经济价值，而采用正确的台架控制方法是开展动力性能台架试验的前提。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种用于模拟履带车辆动力性能外场试验的台架控制方法，实现履带车辆动力装置在台架上复现最高车速、加速、爬坡等工况的动力性能外场试验。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于模拟履带车辆动力性能外场试验的台架控制系统，其包括动力舱、车辆动力学模型、控制器、变频器、加载电机，采用传感器测出动力舱传动输出的转速和扭矩信号，将转速和扭矩信号送至车辆动力学模型计算出期望的车速信号，同时将传感器测出的转速和扭矩信号以及车辆动力学模型计算出的车速信号送至控制器中，由控制器计算出加载电机需求的控制扭矩，并将该控制扭矩信号送至变频器作为加载电机的控制指令。
本发明还提供一种用于模拟履带车辆动力性能外场试验的台架控制方法，其包括以下步骤：
(1)进行履带车辆等效惯量计算
计算考虑行动系统惯量的履带车辆整车当量质量以及当量惯量，并将当量惯量等效至履带车辆动力装置传动输出轴上。
(2)根据动力学模型计算出车速
将台架加载电机实测的扭矩数值送车辆动力学模型，根据车辆运动方程式计算履带车辆的车速。
(3)计算反馈控制力矩
根据车速进一步计算出动力装置传动输出的转速，并与台架加载电机实测的转速相比较，作为反馈控制器的输入，进而计算出反馈控制力矩
(4)计算前馈控制力矩
根据考虑行动系统惯量的履带车辆整车当量质量以及当量惯量，计算前馈控制力矩。
(5)计算加载电机所需的控制转矩
将反馈控制力矩和前馈控制力矩求和，计算加载电机所需的控制转矩。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的用于模拟履带车辆动力性能外场试验的台架控制方法，动力学模型采用动力装置实测的扭矩输出作为输入计算车速，控制器根据动力装置实测的转速以及动力学模型计算的车速作为输入计算加载电机所需的控制力矩，实现履带车辆动力装置在台架上复现最高车速、加速、爬坡等工况的动力性能外场试验，不需推导系统的逆动力学模型，实现简单。
附图说明
图1为本发明控制系统的原理图。
图2为本发明控制方法的控制框图。
图3为履带车辆行动系统惯量等效计算示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1所示，本发明首先提供一种用于模拟履带车辆动力性能外场试验的台架控制系统，其包括动力舱、车辆动力学模型、控制器、变频器、加载电机，采用传感器测出动力舱传动输出的转速和扭矩信号，将转速和扭矩信号送至车辆动力学模型计算出期望的车速信号，同时将传感器测出的转速和扭矩信号以及车辆动力学模型计算出的车速信号送至控制器中，由控制器计算出加载电机需求的控制扭矩，并将该控制扭矩信号送至变频器作为加载电机的控制指令。
基于上述控制系统，参照图2所示，本发明用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，基本原理为：通过计算整车等效惯量，再采用台架加载电机实测的扭矩数值作为动力学模型的输入计算出反馈和前馈控制力矩，从而实现履带车辆动力装置性能台架试验对外场动力性能试验的复现。具体地，包括以下步骤：
(1)整车等效惯量的计算
参照图3所示，由下式进行履带车辆行动系统及整车平动等效惯量计算
Figure BDA0002618771370000031
其中，J为等效至主动轮处的惯量，Jc为整车平动部分等效惯量，JF为整车平动部分等效惯量，JLD为履带部分等效惯量；
mls：履带上部分的质量；
mlq：履带前部分的质量；
mlh：履带后部分的质量；
mlc：履带与轮子接触部分总质量；
mν：整车质量
α：前进角；
β：离去角；
R：主动轮半径；
mf：单个负重轮质量；
R1：负重轮外半径
R2：负重轮内半径
采用下式计算出考虑行动系统惯量的当量质量
m＝J/R2
采用下式计算出等效至传动输出的当量惯量
I1＝Ji2
其中，m为考虑行动系统惯量的当量质量，I1为等效至传动输出的当量惯量，i为动力装置输出至主动轮的传动比。
(2)根据动力学模型计算车速
T1(0.95-0.0017v)i/R-Gf-Gsinα1＝ma
其中，G为整车重量，f为路面阻力系数,v为车辆速度,α1为路面坡道角度，T1为动力装置传动输出扭矩，a为车辆加速度。对车辆加速度进行积分即可计算出车辆的速度。
(3)计算反馈控制力矩
根据步骤2计算出的车速，采用下式计算传动输出的转速
ω＝vi/R
其中，ω为传动输出转速的计算值。采用下式计算反馈控制的力矩
T2＝kp(ω-ω1)+ki∫(ω-ω1)
其中，ω1为传动输出转速的测量值，kp、ki为控制器的参数。
(4)计算前馈控制力矩
按下式计算前馈控制力矩
T3＝I2ma/I1+(1-I2/I1)T1
其中，I2为电机轴的惯量，T3为前馈控制力矩。
(5)计算加载电机所需的控制转矩
采用下式计算加载电机的控制转矩
T4＝T2+T3
其中，T4为加载电机的控制转矩。
由上述技术方案可以看出，本发明通过动力学模型采用动力装置实测的扭矩输出作为输入计算车速，控制器根据动力装置实测的转速以及动力学模型计算的车速作为输入计算加载电机所需的控制力矩，不需推导系统的逆动力学模型，实现简单。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制系统，其特征在于，包括动力舱、车辆动力学模型、控制器、变频器、加载电机，采用传感器测出动力舱传动输出的转速和扭矩信号，将转速和扭矩信号送至车辆动力学模型计算出期望的车速信号，同时将传感器测出的转速和扭矩信号以及车辆动力学模型计算出的车速信号送至控制器中，由控制器计算出加载电机需求的控制扭矩，并将该控制扭矩信号送至变频器作为加载电机的控制指令。
2.一种用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)进行履带车辆等效惯量计算
计算考虑行动系统惯量的履带车辆整车当量质量以及当量惯量，并将当量惯量等效至履带车辆动力装置传动输出轴上；
(2)根据动力学模型计算出车速
将台架加载电机实测的扭矩数值送至车辆动力学模型，根据车辆运动方程式计算履带车辆的车速；
(3)计算反馈控制力矩
根据车速进一步计算出动力装置传动输出的转速，并与台架加载电机实测的转速相比较，作为反馈控制器的输入，进而计算出反馈控制力矩；
(4)计算前馈控制力矩
根据考虑行动系统惯量的履带车辆整车当量质量以及当量惯量，计算前馈控制力矩；
(5)计算加载电机所需的控制转矩
将反馈控制力矩和前馈控制力矩求和，计算加载电机所需的控制转矩。
3.根据权利要求2所述的用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，由下式进行履带车辆行动系统及整车平动等效惯量计算：
Figure FDA0002618771360000021
其中，J为等效至主动轮处的惯量，Jc为整车平动部分等效惯量，JF为整车平动部分等效惯量，JLD为履带部分等效惯量；
mls：履带上部分的质量；
mlq：履带前部分的质量；
mlh：履带后部分的质量；
mlc：履带与轮子接触部分总质量；
mν：整车质量
α：前进角；
β：离去角；
R：主动轮半径；
mf：单个负重轮质量；
R1：负重轮外半径；
R2：负重轮内半径；
采用下式计算出考虑行动系统惯量的当量质量：
m＝J/R2
采用下式计算出等效至传动输出的当量惯量：
I1＝Ji2
其中，m为考虑行动系统惯量的当量质量，I1为等效至传动输出的当量惯量，i为动力装置输出至主动轮的传动比。
4.根据权利要求3所述的用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据动力学模型计算车速：
T1(0.95-0.0017v)i/R-Gf-G sinα1＝ma
其中，G为整车重量，f为路面阻力系数,v为车辆速度,α1为路面坡道角度，T1为动力装置传动输出扭矩，a为车辆加速度；
对车辆加速度进行积分即可计算出车辆的速度。
5.根据权利要求4所述的用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据步骤(2)计算出的车速，采用下式计算传动输出的转速：
ω＝vi/R
其中，ω为传动输出转速的计算值；
采用下式计算反馈控制的力矩：
T2＝kp(ω-ω1)+ki∫(ω-ω1)
其中，ω1为传动输出转速的测量值，kp、ki为控制器的参数。
6.根据权利要求5所述的用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，按下式计算前馈控制力矩：
T3＝I2ma/I1+(1-I2/I1)T1
其中，I2为电机轴的惯量，T3为前馈控制力矩。
7.根据权利要求6所述的用于模拟履带车辆动力性能试验的台架控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中，采用下式计算加载电机的控制转矩：
T4＝T2+T3
其中，T4为加载电机的控制转矩。
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