专利名称：一种电模拟机械惯量的方法
技术领域：
本发明涉及变速器台架试验设备领域，特别是涉及一种电模拟机械惯量的方法。
背景技术：
变速器是汽车传动系中最重要的零部件之一，其性能直接关系到整车的动力性、燃油经济性和舒适性，对整车性能的提高有重要影响，其性能、效率、可靠性和耐久性等参数不能只依靠计算，而必须经过试验证实，同时变速器齿轮、轴承的材料、结构设计、制造工艺、负荷、转速以及润滑条件等参数的合理性也必须通过试验来验证，从而为产品设计和质量评价提供可靠的科学依据。变速器前期研发通过台架试验可以有效提高质量，降低开发费用，缩短开发周期，变速器试验台是针对台架试验对实际工况模拟的要求而专门设计的设备，在变速器耐久试验、效率试验、匹配试验以及自动变速器换档规律和换档品质研究中 有广泛应用。传统的试验台为了保证试验条件与实际工况的一致性，除了采用电机加载模拟汽车的行驶阻力，还广泛采用机械飞轮模拟实际汽车的惯量。机械飞轮模拟惯量的缺点在于存在模拟级差、惯量调整困难等缺点，而且大质量的飞轮对加工精度和动平衡等制造工艺有较高的要求，此外，试验时高速旋转的大惯量飞轮存储的动能对设备和试验人员有一定的危险性，为了模拟不同车型对惯量模拟的要求，还需按等差或等比级数将飞轮部分设计成由多个大小不等的飞轮构成飞轮组，增加了试验台的复杂度，而且自动化程度低。电模拟是利用试验台中的加载电机的扭矩或转速控制特性，通过调整系统及计算机控制其机械能与电能转换特性来模拟机械飞轮的储能特性，并以惯性扭矩的形式作用在主轴上，使试验台的动力特性与采用机械飞轮的系统一致，国外对电惯量的研究已比较深入，并广泛应用于底盘测功机、变速器试验台、制动器试验台等仪器中，但该现有技术因具有高附加值，还未处于公开状态。随着汽车工业的技术进步，变速器技术的发展对试验台提出了更高的性能要求和技术水平，惯量电模拟成为新一代变速器试验台必备的功能。近年来随着电机控制技术、电力电子技术和计算机控制技术的发展，电气传动系统的综合性能已接近完美，为电惯量的工程实现提供了可靠基础。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种提高惯量模拟精度的电模拟机械惯量的方法。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种包括步骤为
(1)将待测变速器固定安装在变速器试验台上，启动控制计算机和变频器，所述控制计算机中输入与所述待测变速器相匹配的车的参数；
(2)所述控制计算机检测变速器输出轴转速，根据车的参数计算所述变速器试验台内的加载电机要加载的扭矩和要模拟的惯量；
(3)根据测量的角速度运用卡尔曼滤波估计角加速度；(4)对所述估计角加速度进行延迟补偿，得到准实时的角加速度；
(5)所述准实时的角加速度根据步骤(2)计算的模拟惯量的数值形成电惯量扭矩给定值，将所述电惯量扭矩给定值传送至变频器，变频器控制所述加载电机的电磁扭矩实现机械惯量电模拟。在本发明一个较佳实施例中，步骤(3)和步骤(4)中以所述加载电机转动前的状态为初始值确定系统状态向量，估计误差方差阵中对角线上各元素的取值是相应变量的滤波估计精度值平方的10倍，所述系统状态向量和所述估计误差方差阵在进行卡尔曼滤波递推前确定。在本发明一个较佳实施例中，步骤(3)根据角速度中的测量噪声统计特性确定测量噪声协方差阵，通过试凑确定系统噪声协方差阵。
在本发明一个较佳实施例中，步骤(4)中根据估计角加速度中的噪声统计特性确定测量噪声协方差阵，通过试凑确定系统噪声协方差阵。本发明的有益效果是本发明的电模拟机械惯量的方法，满足变速器试验对惯量模拟的要求，简化变速器试验台的机械结构，提高惯量模拟精度，能够实现惯量的无级调整，消除机械飞轮模拟惯量时存在的级差，保证了试验的可信度，提高了变速器试验台的自动化程度，受到汽车台架试验设备制造商的广泛重视和关注。
图I是本发明电模拟机械惯量的方法一较佳实施例的流程 图2是本发明电模拟机械惯量的方法中延迟补偿方法的原理图，图中Gsi表示未知的实际角加速度，^表示估计的角加速度，
具体实施例方式下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，本发明提供一种电模拟机械惯量的方法，包括步骤为
(1)将待测变速器固定安装在变速器试验台上，启动控制计算机和变频器，所述控制计算机中输入与所述待测变速器相匹配的车的参数；
(2)所述控制计算机检测变速器输出轴转速，根据车的参数计算所述变速器试验台内的加载电机要加载的扭矩和要模拟的惯量，计算步骤如下
1)计算车轮转速
^■tire *-^-tire ^-trasmission
/i。，式中，ntiM为车轮转速(RPM)，
■^■trasmission 为变
速器输出轴转速(RPM)，ic为变速器输出轴至车轮的主传动比；
2)计算车轮转动角速度 tire = ntire /9. 55 ；
3)计算行驶车速Vi=CotireRtiM，式中，Rtire为车轮半径(m)；
4)计算滚动阻力FMll(Vi) =fW，式中，f为滚动阻力系数，与行驶车速Vi有关，但在140km/h车速以下，f值维持不变，W为垂直载荷(N)；
5)计算空气阻力Fw(u>占CdApU2，式中，Cd为空气阻力系数；P为空气密度，通常
r
P =1. 2258 N-S2- m_4，A为迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积(m2)，Ur为相对速度，在无风时即汽车的行驶速度Vi (m/s)；
6)计算试验台加载电机需加载扭矩的大小为 ^= (Froll (Vi) +Fw(Ur)〕· Rtire=a · co2+b · ω+c,式中，a、b、c为与滚动系数、空气阻力系数以及整车参数有关的常数，ω为变速器输出轴转速(rad/s)。
7)计算试验台需要模拟的惯量为
权利要求
1.一种电模拟机械惯量的方法，其特征在于，包括步骤为 (1)将待测变速器固定安装在变速器试验台上，启动控制计算机和变频器，所述控制计算机中输入与所述待测变速器相匹配的车的参数； (2)所述控制计算机检测变速器输出轴转速，根据车的参数计算所述变速器试验台内的加载电机要加载的扭矩和要模拟的惯量； (3)根据测量的角速度运用卡尔曼滤波估计角加速度； (4)对所述估计角加速度进行延迟补偿，得到准实时的角加速度； (5)所述准实时的角加速度根据步骤(2)计算的模拟惯量的数值形成电惯量扭矩给定值，将所述电惯量扭矩给定值传送至变频器，变频器控制所述加载电机的电磁扭矩实现机械惯量电模拟。
2.根据权利要求I所述的电模拟机械惯量的方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中以所述加载电机转动前的状态为初始值确定系统状态向量，估计误差方差阵中对角线上各元素的取值是相应变量的滤波估计精度值平方的10倍，所述系统状态向量和所述估计误差方差阵在进行卡尔曼滤波递推前确定。
3.根据权利要求I所述的电模拟机械惯量的方法，其特征在于，步骤(3)根据角速度中的测量噪声统计特性确定测量噪声协方差阵，通过试凑确定系统噪声协方差阵。
4.根据权利要求I所述的电模拟机械惯量的方法，其特征在于，步骤(4)中根据估计角加速度中的噪声统计特性确定测量噪声协方差阵，通过试凑确定系统噪声协方差阵。
全文摘要
本发明公开了一种电模拟机械惯量的方法，包括步骤为根据测量的角速度运用卡尔曼滤波估计角加速度；对所述估计角加速度进行延迟补偿，得到准实时的角加速度；所述准实时的角加速度根据模拟惯量的数值形成电惯量扭矩给定值，将所述电惯量扭矩给定值传送至变频器，变频器控制所述加载电机的电磁扭矩实现机械惯量电模拟。通过上述方式，本发明提供的一种电模拟机械惯量的方法，满足变速器试验对惯量模拟的要求，简化变速器试验台的机械结构，提高惯量模拟精度，能够实现惯量的无级调整，消除机械飞轮模拟惯量时存在的级差，保证了试验的可信度，提高了变速器试验台的自动化程度，受到汽车台架试验设备制造商的广泛重视和关注。
文档编号G01M13/02GK102914433SQ20121043636
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者张为公, 王皖君, 林国余 申请人:东南大学