汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法，包括如下步骤：1)建立发动机“油门开度—转速—扭矩”模型；2)建立惯量扭矩解算模型，获得惯量扭矩T

Automotive transmission bench knock test; engine transient cycle torque simulation method

The invention discloses an automobile gearbox test bench on engine transient torque cycle simulation method, which comprises the following steps: 1) the establishment of engine throttle speed - torque model; 2) the establishment of inertia torque calculation model for inertia torque T

【技术实现步骤摘要】
汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法
本专利技术涉及一种汽车发动机性能试验模拟方法，尤其涉及一种汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩(扭振)模拟方法。
技术介绍
近年来汽车的NVH问题越来越多的引起工程师的关注，发动机扭矩的周期性波动会引起传动系的扭转振动，从而产生噪声，降低零部件的使用寿命。如果变速器齿轮设计不当，发动机周期扭矩脉动会引起变速器的敲击声，从而影响汽车的NVH品质。利用实物发动机驱动进行NVH试验具有诸多缺点，1)发动机燃油为易燃物，且其工作过程中易产生着火等危险因素，同时其排放的废气也不利于环保。2)NVH试验主要测量被试变速器的噪声问题，而在试验中实物发动机的较高的噪声会影响变速器NVH的测试。3)在传动系开发的初始阶段，通常情况下与其匹配的发动机也在开发测试中，因此很难获得发动机作为驱动在室内台架上对传动系进行NVH等性能测试。综上所述，利用高动态驱动电机代替发动机进行室内传动系台架试验具有安全环保、试验方便等诸多优点。如果要在室内台架上复现因发动机周期扭转振动引起的NVH问题，就需要一个高精度的扭振模型(模拟活塞连杆的惯量扭矩及各缸的燃烧扭矩)。发动机扭振模拟系统包括一个低惯量高动态特性的驱动电机和一个满足实时控制要求的扭振模型(模拟活塞连杆的惯量扭矩及各缸的燃烧扭矩)。发动机扭矩周期脉动频率很高，如一个4缸2冲程发动机怠速转速为900r/min，则其点火频率为30Hz，又经测试发现一个完整的周期扭振波形至少需要12个点才能完整地再现出来，所以要对转速为900r/min时的发动机周期扭矩振动进行模拟，其通信频率或控制周期至少要达到30×12＝360Hz，如果发动机转速为6000r/min，则其通信频率或控制周期应达到2400Hz，因此发动机模型的计算速度应满足实时控制要求。精确的发动机模型在很多文献中都有论述，如黑箱模型和基于物理结构的模型等，由于这些模型需要大量的发动机开发数据或详细的发动机设计参数，这些参数在传动系试验中不易获得，而且传统的物理模型在模拟发动机燃烧特性时复杂的数学计算很难满足高动态控制响应的要求，因此这些模型不适用于传动系台架的动态模拟。因此迫切需要提供一种满足高动态实时控制要求的发动机扭振模拟方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法，精确度高，实时性高，计算量小，能够满足发动机瞬态周期扭矩(扭振)模拟时的高动态控制响应。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法，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，即获得发动机的平均扭矩TM；2)建立惯量扭矩解算模型，获得惯量扭矩TI：发动机往复运动部件所产生的往复惯性力为：式中：m为活塞和连杆的总质量，x为活塞行程，表示活塞加速度；由于往复惯性力通过连杆作用在曲柄销上，在曲轴上产生周期性变化的力矩，从而引起轴系的惯量扭振，因此：式中L为连杆长度，r为曲柄半径，α为曲柄转角，β为连杆与曲柄销中心与曲轴旋转中心线的夹角，λ为曲柄半径与连杆长度比；从而得到活塞加速度(近似公式)：式中ωc为曲柄旋转角速度；由此得到往复惯性力为：PI＝-mrωc2(cosα+λcos2α)；由往复惯性力所产生的力矩为：其中，发动机固有的参数(m、L、r、α、β、λ、以及ωc)在实验前根据需要模拟的发动机的参数输入到惯量扭矩解算模型中；同时，根据惯量扭矩解算模型获得惯性扭矩最大幅值A1；3)在发动机测试台阶上测试被模拟发动机燃烧压力，同时通过转速编码器测量曲轴的转角；根据被模拟发动机在对应工况下的运行数据，得到被模拟发动机燃烧过程中的瞬时气缸工作容积；根据瞬时气缸工作容积和对应的燃烧压力，画出示功图，获得燃烧扭矩最大幅值A2：4)对平均扭矩TM，惯量扭矩最大幅值A1，以及燃烧扭矩最大幅值A2进行拟合，同时考虑被模拟发动机的气缸数量，计算出其惯量扭矩频率f1、燃烧扭矩频率f2，同时考虑点火提前角得到发动机扭振曲线，即总的发动机瞬态扭矩Ten：式中：t为发动机瞬态扭矩模拟周期。进一步地，当发动机为多缸发动机时，首先通过步骤1)—步骤5)上述方法得到平均扭矩、惯量扭矩最大幅值以及燃烧扭矩最大幅值，根据发动机惯量扭矩频率、发动机点火燃烧频率和点火提前角进行拟合，从而得到发动机总的瞬态周期扭矩。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术把发动机平均扭矩、惯量扭矩最大幅值以及燃烧扭矩最大幅值，根据发动机惯量扭矩频率、发动机点火燃烧频率和点火提前角进行拟合，从而得到发动机总的瞬态周期扭矩，各数学模型计算量小，从而节省了系统运行资源，精确度高，实时性高，能够满足发动机周期扭矩脉动(扭振)模拟时的高动态控制响应。2、本专利技术提供的发动机扭振模拟方法能够模拟发动机在不同缸数、不同曲轴和飞轮转动惯量下的扭振特性，易于移植到不同的控制器中，较好地满足了台架高动态响应的控制需求。附图说明图1为汽车传动系试验台架的结构示意图。图2为发动机扭矩MAP图。图3为发动机活塞结构示意图。图4为发动机示功图。图5发动机扭振曲线示意图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。实施例：本专利技术主要应用于室内汽车传动系试验台架，通过驱动电机模拟发动机的瞬态周期扭矩(即扭振)，目标是为变速器等传动系部件的性能测试提供一个逼真的发动机工况条件，以达到离合器、变速器等传动系部件的性能测试的目的；并且精确度高，实时性高，能够满足发动机周期扭矩脉动(扭振)模拟时的高动态控制响应。具体实施时，如：对汽车变速器敲击试验中变速器传动性能进行测试，该试验台架如图1所示，其包括上位机1、驱动器2、永磁同步电机3、交流异步电机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，永磁同步电机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的输出端接交流异步电机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，输入发动机的物理尺寸参数和压缩比等燃烧参数，在试验过程中，本汽车试验台架发动机扭振模拟方法根据输入的发动机参数、台架编码器6反馈的实时转速和油门踏板开度信号计算出总的发动机周期扭矩脉动目标曲线，发送给电机驱动器2，由电机驱动器2驱动电机模拟发动机实际工作过程的周期扭矩脉动，为被试变速器等传动系部件提供一个逼真的发动机周期扭矩脉动的工作环境，便于在室内台架上对被试变速器的NVH等性能进行测试。参见图2—图5，本汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法，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，发动机“油门开度—转速—扭矩”模型的建立为现有技术，通常根据发动机“油门开度—转速—扭矩”MAP图进行建立。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法，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，即获得发动机的平均扭矩T

【技术特征摘要】
1.一种汽车变速器台架敲击试验发动机瞬态周期扭矩模拟方法，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，即获得发动机的平均扭矩TM；2)建立惯量扭矩解算模型，获得惯量扭矩TI：发动机往复运动部件所产生的往复惯性力为：式中：m为活塞和连杆的总质量，x为活塞行程，表示活塞加速度；由于往复惯性力通过连杆作用在曲柄销上，在曲轴上产生周期性变化的力矩，从而引起轴系的惯量扭振，因此：式中L为连杆长度，r为曲柄半径，α为曲柄转角，β为连杆与曲柄销中心与曲轴旋转中心线的夹角，λ为曲柄半径与连杆长度比；从而得到活塞加速度(近似公式)：式中ωc为曲柄旋转角速度；由此得到往复惯性力为：PI＝-mrωc2(cosα+λcos2α)；由往复惯性力所产生的力矩为：

【专利技术属性】
技术研发人员：李文礼，石晓辉，施全，邹喜红，汪杨凡，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50