[发明专利]汽车试验台架发动机扭振模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机性能试验模拟方法，尤其涉及一种汽车传动系试验台架发动机扭振模拟方法。

背景技术

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型及模拟方法。

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发动机扭振模拟方法，精确度高，实时性高，计算量小，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。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种汽车试验台架发动机扭振模拟方法，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_M；

2)建立惯量扭矩解算模型，获得惯量扭矩T_I：

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，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：x为活塞行程，L为连杆长度，r为曲柄半径，α为曲柄转角，β为曲柄销中心和曲轴旋转中心所在的直线与连杆轴心线之间的夹角，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ω_c为曲柄旋转角速度；

由此得到往复惯性力为：

P_I＝-mrω_c²(cosα+λcos2α)；

由往复惯性力所产生的力矩为：

3)建立燃烧扭矩解算模型，获得燃烧扭矩T_C：

燃烧扭矩是由气缸内气体燃烧膨胀对活塞引起的力传递到曲轴和飞轮产生的周期性力矩，其燃烧压力为：

式中：P_comp(α_IVC)进气支管压力，V_d(α_IVC)气缸容积，V(α)压缩过程中气缸容积(瞬时容积)，k为膨胀系数；

瞬时气缸工作容积为：

式中：为压缩比，V_c为燃烧室容积，D为气缸直径；