机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法
【专利摘要】本发明涉及机电复合传动履带车辆技术领域，公开了一种机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，包括步骤：A.计算机电复合传动履带车辆整体动能；B.计算机电复合传动履带车辆总功率；C.计算机电复合传动履带车辆损失转矩；D.计算机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率；E.计算机电复合传动履带车辆加速阻力；F.计算机电复合传动履带车辆旋转质量换算系数。本发明能获得更加准确的车辆加速预测结果，从而缩短整车开发周期，降低整车开发费用。
【专利说明】
机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及机电复合传动履带车辆技术领域，尤其涉及一种机电复合传动履带车 辆时变旋转质量换算系数计算方法。
【背景技术】
[0002] 对于具有旋转质量的机电复合传动履带车辆，计算其加速度时较无旋转质量的物 体增加了δ倍，δ称为机电复合传动履带车辆的旋转质量换算系数或质量增加系数。在机电 复合传动履带车辆设计和研究中，常常采用重物悬垂法或试验台测定法等试验方法测定旋 转质量换算系数的数值，其基本思想都是基于能量守恒定理，在机电复合传动履带车辆生 产完成之后利用试验手段测取其实际的旋转质量换算系数值。随着车辆工业的快速发展和 车辆性能的快速提升，受限于整车开发周期及其研发费用，在初始研究阶段需要准确的旋 转质量换算系数而又无法进行实车的试验，因此需要严谨的计算推导旋转质量换算系数， 从而获得更加准确的车辆加速预测结果，从而缩短整车开发周期，降低整车开发费用。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在提供一种机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，很 好的解决上述问题，其能获得更加准确的车辆加速预测结果，从而缩短整车开发周期，降低 整车开发费用。
[0004] 本发明的技术方案是一种机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方 法，包括步骤：
[0005] Α.计算机电复合传动履带车辆整体动能；
[0006] Β.计算机电复合传动履带车辆总功率；
[0007] C.计算机电复合传动履带车辆损失转矩；
[0008] D.计算机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率；
[0009] Ε.计算机电复合传动履带车辆加速阻力；
[0010] F.计算机电复合传动履带车辆旋转质量换算系数。
[0011] 进一步的，所述步骤Α中，当车速为u时，机电复合传动履带车辆整体动能为：
[0012] E = Ev+Ew+Ef+Ei+Ea+Eb
[0013] 其中：
[0014] (1 )EV为机电复合传动履带车辆平动动能，表达式为：
[0016] (2)EW为机电复合传动履带车辆车轮旋转动能，表达式为：
[0018]其中，η为车轮数量，
[0019] (3)Ei为机电复合传动履带车辆履带旋转动能，表达式为：
[0021 ]其中，JLD为履带对于主动轮的当量惯量，表达式为：
[0022] JLd = + 2wi n, -^(1 - β) + ;V' (* - cos a) ?
[0023] (4)Ef为机电复合传动履带车辆发动机飞轮旋转动能，表达式为：
[0025] (5)Ea为机电复合传动履带车辆电机A转子旋转动能，表达式为：
[0027] (6)Eb为机电复合传动履带车辆电机B转子旋转动能，表达式为：
[0029]因此，机电复合传动履带车辆整体动能可以表达为下式：
[0031] 其中，u为车速，单位m/s。
[0032] 进一步的，所述步骤B中，当车速为u时，机电复合传动履带车辆总功率为：
[0033] Psum = _Pf_Pw_Pi_Pj+Pe+PA+PB_Pr，
[0034] 其中：
[0035] (1)车辆受到的路面阻力功率为：
[0036] Pf = FfU,
[0037] 其中:Ff为路面滚动阻力，其表达式为：
[0038] Ff=mgf cos γ ,
[0039] (2)车辆受到的空气阻力功率为：
[0040] Pw=FwU，
[00411其中:Fw为空气阻力，其表达式为：
[0043] (3)车辆受到的坡度阻力功率为：
[0044] Pi = FiU,
[0045] 其中:Fi为坡度阻力，其表达式为：
[0046] Fi=mg sin γ ,
[0047] (4)忽略前传动、汇流排以及侧传动效率，发动机的功率为：
[0049] 其中：ie为发动机转速与主动轮的转速比，其表达式为
[0050] (5)电机A的功率如下式所示，Pa为正值时电机A以电动机向外输出功率，Pa为负值 时电机A作为发电机发电，
[0052] 其中：iA为电机A转速与主动轮的转速比，其表达式为
[0053] (6)电机B的功率如下式所示，PB为正值时电机B以电动机向外输出功率，P B为负值 时电机B作为发电机发电，
[0055] 其中：iB为电机B转速与主动轮的转速比，其表达式为
[0056] (7)车辆的动力损失功率为：
[0058]其中：Tr为机电复合传动履带车辆损失转矩。
[0059] 进一步的，所述步骤C中，机电复合传动履带车辆主动轮受到的驱动转矩为：
[0060] T，t = 1^+1^ a+T'b，
[0061] 其中：
[0062] ( 1 )Te '为发动机转矩Te经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式为：
[0064] 其中，riTe为发动机输出功率经过传动机构的效率，
[0065] (2) Τα '为电机A转矩Τα经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式为：
[0067] 其中，nm为电机Α输出功率经过传动机构的效率，
[0068] (3)Tb'为电机B转矩TB经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式为：
[0070] 其中，lira为电机B输出功率经过传动机构的效率，
[0071] 机电复合传动履带车辆传动系中各处损失的转矩转换到主动轮处即为机电复合 传动履带车辆损失转矩，其表达式为：
[0073] 由于发动机、电机a、b的功率流在传动系中的流动路径不同，因此ητβ、ητΑ、ητΒ三种 效率并不相等，并且是时变的。
[0074] 进一步的，所述步骤D中，机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率为：
[0076] 其中机电复合传动履带车辆整体动能Ε从步骤Α中计算得到。
[0077] 进一步的，所述步骤E中，根据动力学中的功率方程，即机电复合传动履带车辆整 体动能对时间的变化率等于机电复合传动履带车辆总功率，可得机电复合传动履带车辆功 率平衡方程，为：
[0079]发动机、电机A和电机B的转速与车速关系式为：
[0081 ]由以上两式可得功率平衡式如下所示：
[0083]则机电复合传动履带车辆的加速阻力为：
[0085]进一步的，所述步骤F中，利用加速阻力Fj计算机电复合传动履带车辆旋转质量换 算系数S，将发动机输出轴角速度ω e，电机A输出轴角速度ω A，电机B输出轴角速度ω b转换 为车速u(m/s) ^Jr/min)相关的量并代入加速阻力计算式，
[0086]以下是各部分转速的换算关系：
[0088]将各部分转速的换算关系代入机电复合传动履带车辆的加速阻力计算式，得：
7
[0090]发动机转速对时间的导数和车速对时间的导数的关系为：
[0092]将其代入机电复合传动履带车辆的加速阻力计算式得到：
[0094]机电复合传动履带车辆的加速阻力与旋转质量换算系数的关系为：
[0096]得到机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数表达式为：
[0098]，其中：
[0100] 进一步的，通过测速器测量机电复合传动履带车辆的车速u。
[0101] 本发明的有益效果是：目前在机电复合传动履带车辆设计和研究中，确定旋转质 量换算系数的方法是基于能量守恒原理，采用重物悬垂法或试验台测定法等试验方法测定 旋转质量换算系数的数值，一般要在机电复合传动履带车辆生产完成之后利用试验手段测 取其实际的旋转质量换算系数值。现有的确定旋转质量换算系数的技术手段费时费力。本 发明提供的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法摆脱了现有技术通过 实验测得旋转质量换算系数值的局限性，提供了一种精确计算机电复合传动履带车辆时变 旋转质量换算系数的方法，从而获得更加准确的车辆加速预测结果，本发明可以极大的缩 短整车开发周期和降低整车开发费用。
【附图说明】
[0102] 图1机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法流程图。
【具体实施方式】
[0103] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进 行进一步详细说明。
[0104] 如图1所示，本发明提供了一种机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计 算方法，包括步骤：
[0105] A.计算机电复合传动履带车辆整体动能，
[0106] 当车速为u时，通过测速器测量机电复合传动履带车辆的车速u，机电复合传动履 带车辆整体动能如下式所示：
[0107] E = EV+Ew+Ef+Ei+EA+EB,
[0108] 其中：
[0109] (l)Ev为机电复合传动履带车辆平动动能，表达式如下所示：
[0111] (2)EW为机电复合传动履带车辆车轮旋转动能，表达式如下所示：
[0113] 其中，η为车轮数量，
[0114] (3)Ει为机电复合传动履带车辆履带旋转动能，表达式如下所示：
[0116]其中，JLD为履带对于主动轮的当量惯量，表达式如下所示：
[0117] Jm = + 2mU), ;：:{1 - cos β) + 2inUh.r(\ - cos a) ^
[0118] (4)Ef为机电复合传动履带车辆发动机飞轮旋转动能，表达式如下所示：
[0120] (5)Ea为机电复合传动履带车辆电机A转子旋转动能，表达式如下所示：
[0122] (6)Eb为机电复合传动履带车辆电机B转子旋转动能，表达式如下所示：
[0124]因此，机电复合传动履带车辆整体动能可以表达为下式：
[0126] 其中，u为车速，单位m/s。
[0127] B.计算机电复合传动履带车辆总功率，
[0128]当车速为u时，机电复合传动履带车辆总功率如下式所示：
[01 29] Psum = _Pf_Pw_Pi_Pj+Pe+PA+PB_Pr，
[0130]其中：
[0131] (1)车辆受到的路面阻力功率如下式所示：
[0132] Pf = FfU,
[0133] 其中:Ff为路面滚动阻力，其表达式为：
[0134] Ff=mgf cos γ ,
[0135] (2)车辆受到的空气阻力功率如下式所示：
[0136] Pw=FwU，
[0137] 其中:FW为空气阻力，其表达式为：
[0139] (3)车辆受到的坡度阻力功率如下式所示：
[0140] Pi = FiU,
[0141] 其中:Fi为坡度阻力，其表达式为：
[0142] Fi=mg sin γ，
[0143] (4)忽略前传动、汇流排以及侧传动效率，发动机的功率如下式所示：
[0145] 其中：ie为发动机转速与主动轮的转速比，其表达式为
[0146] (5)电机A的功率如下式所示，Pa为正值时电机A以电动机向外输出功率，Pa为负值 时电机A作为发电机发电，
[0148] 其中：iA为电机A转速与主动轮的转速比，其表达式为
[0149] (6)电机B的功率如下式所示，PB为正值时电机B以电动机向外输出功率，P B为负值 时电机B作为发电机发电。
[0151 ]其中：iB为电机B转速与主动轮的转速比，其表达式为
[0152] (7)车辆的动力损失功率如下式所示：
[0154] 其中：Tr为机电复合传动履带车辆损失转矩。
[0155] C.计算机电复合传动履带车辆损失转矩，
[0156] 机电复合传动履带车辆主动轮受到的驱动转矩如下式所示：
[0157]
[0158] 其中：
[0159] (l)Te'为发动机转矩Te经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式如下所示：
[0161 ]其中，为发动机输出功率经过传动机构的效率。
[0162] (2)Ta'为电机A转矩Τα经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式如下所示：
[0164] 其中，rim为电机Α输出功率经过传动机构的效率。
[0165] (3)Tb '为电机B转矩TB经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式如下所示：
[0167] 其中，lira为电机B输出功率经过传动机构的效率。
[0168] 机电复合传动履带车辆传动系中各处损失的转矩转换到主动轮处即为机电复合 传动履带车辆损失转矩，其表达式为：
[0170] 由于发动机、电机A、B的功率流在传动系中的流动路径不同，因此ητβ、ητΑ、ητΒ三种 效率并不相等，并且是时变的。
[0171] D.计算机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率。
[0172] 机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率如下式所示，其中机电复合传动 履带车辆整体动能Ε从第一步计算得到。
[0174] Ε.计算机电复合传动履带车辆加速阻力。
[0175]根据动力学中的功率方程，即机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率等 于机电复合传动履带车辆总功率，可得机电复合传动履带车辆功率平衡方程，如下所示：
[0177]发动机、电机Α和电机Β的转速与车速关系式如下：
[0179]由以上两式可得功率平衡式如下所示：
[0181]则机电复合传动履带车辆的加速阻力如下式所示：
[0183] F.计算机电复合传动履带车辆旋转质量换算系数。
[0184] 利用加速阻力h计算机电复合传动履带车辆旋转质量换算系数δ，将发动机输出 轴角速度ω e，电机Α输出轴角速度ωΑ，电机Β输出轴角速度ω β转换为车速与发动机转速相 关的量并代入加速阻力计算式。
[0185] 以下是各部分转速的换算关系：
[0187]将各部分转速的换算关系代入机电复合传动履带车辆的加速阻力计算式，得
[0189]发动机转速对时间的导数和车速对时间的导数的关系如下式所示：
[0191]将其代入机电复合传动履带车辆的加速阻力计算式得到：
[0193]机电复合传动履带车辆的加速阻力与旋转质量换算系数的关系如下式所示：
[0195] 得剞机电复合传动履带车辆时夺旋转质量换筧系数衷伏式为：
「01971 .?:由，
[0199]具体的，利用实施例中已知数据计算时变旋转质量换算系数，利用机电复合传动 履带车辆的传动比数值和行星排参数计算时变旋转质量换算系数表达式中的参数，如下式 所示：
[0201]将上述参数代入，可得到本实施例中机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系 数如下式所示：
[0203] 本发明提供的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法摆脱了现 有技术通过实验测得旋转质量换算系数值的局限性，提供了一种精确计算机电复合传动履 带车辆时变旋转质量换算系数的方法，从而获得更加准确的车辆加速预测结果，与现有的 计算方法相比，本发明可以极大的缩短整车开发周期和降低整车开发费用。
[0204] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形 都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，其特征在于，包括步骤： A. 计算机电复合传动履带车辆整体动能； B. 计算机电复合传动履带车辆总功率； C. 计算机电复合传动履带车辆损失转矩； D. 计算机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率； E. 计算机电复合传动履带车辆加速阻力； F. 计算机电复合传动履带车辆旋转质量换算系数。2. 根据权利要求1所述的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，其 特征在于:所述步骤A中，当车速为U时，机电复合传动履带车辆整体动能为： E = Ev+Ew+Ef+Ei+Ea+Eb 其中： (1化V为机电复合传动履带车辆平动动能，表达式为：(2化W为机电复合传动履带车辆车轮旋转动能，表达式为：其中，η为车轮数量， (3) Ει为机电复合传动履带车辆履带旋转动能，表达式为：其中，化〇为履带对于主动轮的当量惯量，表达式为：(4) Ef为机电复合传动履带车辆发动机飞轮旋转动能，表达式为：(5化A为机电复合传动履带车辆电机A转子旋转动能，表达式为：(6化B为机电复合传动履带车辆电机B转子旋转动能，表达式为：因此，机电复合传动履带车辆整体动能可W表达为下式：其中，U为车速，单位m/s。3. 根据权利要求2所述的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，其 特征在于:所述步骤B中，当车速为u时，机电复合传动履带车辆总功率为： Psum二-P广Pw-Pi-Pj+Pe+PA+扣-Pr， 其中： (1) 车辆受到的路面阻力功率为： Pf = FfU, 其中:Ff为路面滚动阻力，其表达式为： Ff=mgf COS γ， (2) 车辆受到的空气阻力功率为： Pw=FwU, 其中:Fw为空气阻力，其表达式为：(3) 车辆受到的坡度阻力功率为： Pi = Fill， 其中:Fi为坡度阻力，其表达式为： Fi=m邑 sin 丫， (4) 忽略前传动、汇流排W及侧传动效率，发动机的功率为：t 其中：ie为发动机转速与主动轮的转速比，其表达式为= "j' -1 (5) 电机A的功率如下式所示，Pa为正值时电机AW电动机向外输出功率，Pa为负值时电 机A作为发电机发电，其中：iA为电机A转速与主动轮的转速比，其表达式为 二万 (6) 电机B的功率如下式所示，Pb为正值时电机B W电动机向外输出功率，Pb为负值时电 机B作为发电机发电，其中：iB为电机B转速与主动轮的转速比，其表达式为^ 二；？ (7) 车辆的动力损失功率为：其中:Tr为机电复合传动履带车辆损失转矩。4.根据权利要求3所述的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，其 特征在于:所述步骤c中，机电复合传动履带车辆主动轮受到的驱动转矩为： 其中：(1 e为发动机转矩Te经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式为：其中，ητβ为发动机输出功率经过传动机构的效率， (2) 1" A为电机A转矩Τα经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式为：其中，ητΑ为电机A输出功率经过传动机构的效率， (3) T/b为电机B转矩Tb经过传动机构作用在主动轮上的转矩，其表达式为：其中，ητΒ为电机B输出功率经过传动机构的效率， 机电复合传动履带车辆传动系中各处损失的转矩转换到主动轮处即为机电复合传动 履带车辆损失转矩，其表达式为：由于发动机、电机A、Β的功率流在传动系中的流动路径不同，因此riTe、ητΑ、ιΙτβΞ种效率 并不相等，并且是时变的。5. 根据权利要求4所述的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，其 特征在于:所述步骤D中，机电复合传动履带车辆整体动能对时间的变化率为：其中机电复合传动履带车辆整体动能Ε从步骤A中计算得到。6. 根据权利要求5所述的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，其 特征在于:所述步骤E中，根据动力学中的功率方程，即机电复合传动履带车辆整体动能对 时间的变化率等于机电复合传动履带车辆总功率，可得机电复合传动履带车辆功率平衡方 程，为：发动机、电机A和电机B的转速与车速关系式为：由W上两式可得功率平衡式如下所示：7.根据权利要求6所述的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计算方法，其 特征在于:所述步骤F中，利用加速阻力門计算机电复合传动履带车辆旋转质量换算系数δ， 将发动机输出轴角速度ω e，电机A输出轴角速度ωΑ，电机Β输出轴角速度ω Β转换为车速U (m/s)，ne(:r/min)相关的量并代入加速阻力计算式， W下是各部分转速的换算关系：将各部分转速的换算关系代入机电复合传动履带车辆的加速阻力计算式，得：发动机转速对时间的导数和车速对时间的导数的关系为：将其代入机电复合传动履带车辆的加速阻力计算式得到：8.根据权利要求1-7任意一项所述的机电复合传动履带车辆时变旋转质量换算系数计 算方法，其特征在于:通过测速器测量机电复合传动履带车辆的车速U。
【文档编号】B60W40/13GK106080608SQ201610718378
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】刘辉, 韩立金, 李训明, 凌川
【申请人】北京理工大学