用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法
【專利摘要】本發明公開了用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，包括的步驟有：在發動機曲軸后部串聯設置一級和二級慣性飛輪；測量發動機、一級和二級慣性飛輪的角速度；計算發動機、一級和二級慣性飛輪的角加速度；利用發動機和一級慣性飛輪兩者的角加速度分別測定發動機曲軸的轉動慣量和發動機的轉動扭矩；根據測量工況需要設定發動機曲軸的轉動慣量測量誤差閥值，判斷轉動慣量的測定誤差是否符合誤差閥值要求；用優化后的轉動慣量參數測定發動機的轉矩。該方法具有原理可靠、工藝簡單、耗油量少的優點，可以依據檢測需求選擇快速測量或精準測量。
【專利說明】
用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及汽車發動機轉矩，具體是基于轉動慣量原理用轉動慣量參數修正發動 機轉矩測量誤差的方法。 技術背景
[0002] 發動機是汽車上重要的動力裝置，其性能的好壞直接影響汽車的動力性、經濟性、 可靠性及排放等。發動機的有效功率是曲軸對外輸出的功率，是一個綜合性評價指標。通過 該指標可以定性地確定發動機的技術狀況，并定量地獲得發動機的動力性。
[0003] 現有檢測發動機有效功率的方法，分為穩態測功和動態測功兩種。穩態測功是指 發動機在節氣門開度一定、轉速一定和其它參數保持不變的穩定狀態下，在測功器上測定 功率的一種方法。常見的測功器有水力測功器、電力測功器和電渦流測功器等。測功器可測 出發動機的轉速和轉矩，然后通過計算得出功率。穩態測功時，不論發動機的工作行程數和 形式如何，其有效功率Pe、有效轉矩T tq和轉速η均具有下列關系
[0005] 動態測功是通過測試加速時間來測定平均功率，有的采用通過測角加速度以確定 瞬時功率。
[0006] 汽車的動力性系指汽車在良好路面上直線行駛時，由汽車受到的縱向外力決定 的、所能達到的平均行駛速度。汽車是一種高效率的運輸工具，運輸效率之高低在很大程 度上取決于汽車的動力性。
[0008] 其中，Ft-驅動力；
[0009] r-車輪滾動半徑；
[0010] Ttq-發動機轉矩；
[0011] ig-變速器傳動比；
[0012] io-主減速器傳動比；
[0013] ητ-傳動系的機械效率。
[0014] 從式（1)、（2)可以看出，只要準確測定發動機的轉矩，就可進一步測算發動機的有 效功率和汽車的驅動力。
【發明內容】
[0015] 本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種基于轉動慣量原理用轉動慣量 參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，該方法具有原理可靠、工藝簡單、耗油量少、測量速 度快、精準度高的優點。
[0016] 實現本發明的目的的技術方案是：
[0017] 用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，包括如下步驟：
[0018] (1)在發動機曲軸后部串聯設置一級和二級慣性飛輪；
[0019] (2)測量發動機、一級和二級慣性飛輪的角速度；
[0020] (3)計算發動機、一級和二級慣性飛輪的角加速度；
[0021] (4)利用發動機和一級慣性飛輪兩者的角加速度分別測定發動機曲軸的轉動慣量 和發動機的轉動扭矩；
[0022] (5)根據測量工況需要設定發動機曲軸轉動慣量的測量誤差閥值，利用測定的二 級慣性飛輪與一級慣性飛輪兩者的轉動慣量的差值，判斷轉動慣量的測定結果是否的在誤 差閥值范圍內；如果分別利用二級慣性飛輪與一級慣性飛輪測出的轉動慣量的差值的絕對 值小于等于誤差閥值，則滿足測量要求進入下一步；如果利用二級慣性飛輪和一級慣性飛 輪測出的轉動慣量的差值大于等于誤差閥值，給二級慣性飛輪減小一個測試單位，返回步 驟(2)，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流程進行;如果二級慣性飛輪和一級慣性飛輪測 出的轉動慣量的差值小于等于負誤差閥值，給二級慣性飛輪增大一個測試單位，返回步驟 (2)，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流程進行；
[0023] (6)用步驟(5)修正后的轉動慣量參數測量發動機轉速，進一步計算發動機的轉 矩。
[0024] 通過計算得出的發動機轉矩及相應工況點的轉速可以計算出發動機的功率。
[0025] 步驟（1)所述在發動機曲軸后部串聯設置一級和二級慣性飛輪，是利用發動機缸 體內現有的曲軸及與曲軸配裝的飛輪，串聯一級慣量飛輪，通過一級飛輪電磁離合器與發 動機曲軸飛輪連接，二級慣量飛輪通過二級飛輪電磁離合器與一級慣量飛輪連接。
[0026] 在發明方法中，設步驟(2)中的測量的發動機的角速度為〇^，一級慣量飛輪的角 速度為ω 2，二級慣量飛輪的角速度為ω 3;
[0027] 設步驟(3)中的計算得到發動機的角加速度為&，一級慣量飛輪的角加速度為β2， 二級慣量飛輪的角加速度為β 3;
[0028] 步驟(4)所述利用發動機和一級慣性飛輪兩者的角加速度分別測定發動機曲軸的 轉動慣量和發動機的轉動扭矩，先假設測定的發動機曲軸的轉動慣量為，一級慣量飛輪 的轉動慣量為J 2，二級慣量飛輪的轉動慣量為J3;
[0029] 測定的發動機曲軸的轉動慣量心，發動機的轉扭矩Ttq(t)，具體方法是固定發動機 油門在某一測試位置時，測出以下曲線：
[0030] 發動機曲軸系統轉速增長曲線:yi= ωΚ?)
[0031] -級慣量飛輪轉速增長曲線:y2= ω2(?)
[0032]二級慣量飛輪轉速增長曲線:y3= ω3(?)
[0033] 發動機的慣量系統的曲線為：
[0034] 不帶慣量飛輪的發動機曲軸轉矩曲線:：
[0035] 帶一級慣量飛輪的發動機曲軸轉矩曲線：
[0036] 帶二級慣量飛輪的發動機曲軸轉矩曲線：
[0037] 因油門固定，發動機轉矩穩定，令 為角加速度，則：
[0038] Ttq(t)=Jifo,Ttq(t) = (Ji+J2)^2 [0039] Ji0i=(Ji+J2)02
[0042] 進一步，Ttq⑴=U+jWf (Ji+B+Jdfc
[0043] 以Β = 為基準初次選用二級慣量飛輪，則可得:β2 = 2β3
[0044] 用前面測定的一、二級慣量飛輪轉速增長曲線:y2= ω2(?)，y3= ω3(?);
[0045] 進一步可求導出β2、β3。
[0046] 步驟(5)所述根據測量工況需要設定發動機曲軸轉動慣量的誤差閥值ε，判斷轉動慣 量的測定誤差是否在誤差閥值范圍內;具體是:如果
滿足測量要求進入步驟(6);如果；
給二級慣量飛輪J3減小一個測試單位，返回步驟(2)，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流
程進行;如果 給二級慣量飛輪J3增大一 ，- 個測試單位，返回第(2)步，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流程進行。
[0047] 步驟(6)所述用優化后的轉動慣量參數及二級量飛輪J3測量發動機轉速，進一步
計算發動機的轉矩Ttq( t ) = 2J3&B，功率 由于加載二級慣量飛輪載荷后，發動 ? 機轉速上升平穩，所以測量結果更精準。
[0048] 本發明方法是利用轉動慣量與角加速的乘積等于轉矩的基本原理測定發動機有 效轉矩，同時進一步測定發動機有效功率的新方法。利用發動機本身曲軸的等效轉動慣量， 在發動機曲軸后部串聯一級和二級慣性飛輪;通過分別測量發動機轉速的增長規律、串聯 一級慣性飛輪的加速時間曲線、串聯二級慣性飛輪的加速時間曲線，完成如下四項工作：1、 利用發動機自身及加載一級飛輪的兩者的角加速度快速測量發動機曲軸系統的轉動慣量； 2、利用發動機自身及加載一級飛輪兩者的角加速度快速測量發動機轉矩;3、計算加載一級 飛輪及二級慣量飛輪載荷測得的曲軸系統慣性誤差大小，調整二級慣性飛輪慣量，進一步 提高測量精準度;4、利用加載二級慣量飛輪載荷后，發動機加速運轉平穩，準確測量發動機 轉矩。該方法具有原理可靠、工藝簡單、耗油量少的優點，可以依據檢測需求選擇快速測量 或精準測量。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發明方法的流程圖；
[0050] 圖2為在發動機曲軸后部串聯設置一級和二級慣性飛輪的結構示意圖。
[0051] 圖中，1.二級慣性飛輪2.-級慣性飛輪3.發動機曲軸飛輪4.發動機曲軸5.- 級電磁離合器6.二級電磁離合器。
【具體實施方式】
[0052]結合附圖和實施例對本
【發明內容】
作進一步的說明，但不是對本發明的限定。
[0053] 實施例
[0054] 用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，包括如下步驟：
[0055] (1)在發動機曲軸后部串聯設置一級和二級慣性飛輪，如圖2所示:是利用發動機 缸體內現有的曲軸4及與曲軸配裝的飛輪3,在發動機曲軸飛輪3后串聯一級慣量飛輪2,通 過一級飛輪電磁離合器5與發動機曲軸飛輪3連接，二級慣量飛輪1通過二級飛輪電磁離合 器6與一級慣量飛輪2連接。
[0056] (2)測量發動機、一級和二級慣性飛輪的角速度，設測量的發動機的角速度為ωι， 一級慣量飛輪的角速度為ω 2，二級慣量飛輪的角速度為ω 3。
[0057] (3)計算發動機、一級和二級慣性飛輪的角加速度，設計算得到發動機的角加速度 為扮，一級慣量飛輪的角加速度為&，二級慣量飛輪的角加速度為β 3。
[0058] (4)利用發動機和一級慣性飛輪兩者的角加速度分別測定發動機曲軸的轉動慣量 和發動機的轉動扭矩，先假設測定的發動機曲軸的轉動慣量為，一級慣量飛輪的轉動慣 量為J2，二級慣量飛輪的轉動慣量為J3 ;
[0059] 測定的發動機曲軸的轉動慣量心，發動機的轉扭矩Ttq(t)。
[0060] 具體方法是固定發動機油門在80 %開度位置時，測出以下曲線：
[0061] 發動機曲軸系統轉速增長曲線:= 上標表示油門位置(80%開度）， 即工況點；下標表示不同慣量系統曲線類型；
[0062] 一級慣量飛輪轉速增長曲線= L··
[0063] 二級慣量飛輪轉速增長曲線=
[0064] 發動機的慣量系統的慣量曲線為：
[0065] 不帶慣量飛輪的發動機曲軸轉矩曲線：
帶一級慣量飛輪的 發動機曲軸轉矩曲線：
[0066] 帶二級慣量飛輪的發動機曲軸轉矩曲線：
[0067]因油門固定，發動機轉矩穩定，令
為角加速度，則：
[0072] 進一步，7:;(，）=認 + )忠=(4 + ·Ζ2 + .人〇允
[0073] 以JfJi+Js為基準初次選用二級慣量飛輪，則可得：#28
[0074] 用前面測定的一、二級慣量飛輪轉速增長曲線： y2= \ = \f/.
[0075] 進一步可求導出/?
[0076] (5)根據測量工況需要設定發動機曲軸轉動慣量的誤差閥值ε，判斷轉動慣量的測定 誤差是否在誤差閥值范圍內；具體是:如果
滿足測量要求進入步驟(6);如果；
給二級慣量飛輪J3減小一個測試單位，返回步驟(2)，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流 程進行；如果
給二級慣量飛輪 J3增大一個測試單位，返回第(2)步，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流程進行。
[0077] (6)用步驟(5)優化后的轉動慣量參數及二級量飛輪J3測量發動機轉速，進一步計 算發動機的轉矩= 2^/3/?8 /力率.由于加載二級慣量飛輪載荷后， 發動機轉速上升平穩，所以測量結果更精準。
【主權項】
1. 用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 在發動機曲軸后部串聯設置一級和二級慣性飛輪； (2) 測量發動機、一級和二級慣性飛輪的角速度； (3) 計算發動機、一級和二級慣性飛輪的角加速度； (4) 利用發動機和一級慣性飛輪兩者的角加速度分別測定發動機曲軸的轉動慣量和發 動機的轉動扭矩； (5) 根據測量工況需要設定發動機曲軸轉動慣量的測量誤差閥值，利用測定的二級慣 性飛輪與一級慣性飛輪兩者的轉動慣量的差值，判斷轉動慣量的測定結果是否的在誤差閥 值范圍內；如果分別利用二級慣性飛輪與一級慣性飛輪測出的轉動慣量的差值的絕對值小 于等于誤差閥值，則滿足測量要求進入下一步；如果利用二級慣性飛輪和一級慣性飛輪測 出的轉動慣量的差值大于等于誤差閥值，給二級慣性飛輪減小一個測試單位，返回步驟 (2)，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流程進行;如果二級慣性飛輪和一級慣性飛輪測出 的轉動慣量的差值小于等于負誤差閥值，給二級慣性飛輪增大一個測試單位，返回步驟 (2)，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流程進行； (6) 用步驟(5)修正后的轉動慣量參數測量發動機轉速，進一步計算發動機的轉矩。2. 根據權利要求1所述轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，其特征在于:步 驟（1)所述在發動機曲軸后部串聯設置一級和二級慣性飛輪，是利用發動機缸體內現有的 曲軸及與曲軸配裝的飛輪，串聯一級慣量飛輪，通過一級飛輪電磁離合器與發動機曲軸飛 輪連接，二級慣量飛輪通過二級飛輪電磁離合器與一級慣量飛輪連接。3. 根據權利要求1所述用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，其特征在于： 設步驟(2)中的測量的發動機的角速度Sco 1，一級慣量飛輪的角速度為ω2,二級慣量飛輪 的角速度為《3; 設步驟(3)中的計算得到發動機的角加速度為，一級慣量飛輪的角加速度為此，二級 慣量飛輪的角加速度為&Β; 步驟(4)所述利用發動機和一級慣性飛輪兩者的角加速度分別測定發動機曲軸的轉動 慣量和發動機的轉動扭矩，先假設測定的發動機曲軸的轉動慣量為J1，一級慣量飛輪的轉 動慣量為J2，二級慣量飛輪的轉動慣量為J 3; 測定的發動機曲軸的轉動慣量心，發動機的轉扭矩Ttq(t)，具體方法是固定發動機油門 在某一測試位置時，測出以下曲線： 發動機曲軸系統轉速增長曲線:yi= W1U) 一級慣量飛輪轉速增長曲線為:y2= ω2(?) 二級慣量飛輪轉速增長曲線:y3 = ω 3 (t) 發動機的慣量系統的曲線為：不帶慣量飛輪的發動機曲軸轉矩曲線： 帶一級慣量飛輪的發動機曲軸轉矩曲_ 帶二級慣量飛輪的發動機曲車I因油門固定，發動機轉矩穩定 Ttq(t) =JlPl，Ttq(t) = (Jl+j2)02 JlPl= (Jl+J2)02進一步，Ttq(t) = (Jl+J2)&= (Jl+J2+J3)&B 以j3 = jl+j2為基準初次選用二級慣量飛輪，則可得:& = 2β3 用前面測定的一、二級慣量飛輪轉速增長曲線:y2= ω2(?)，y3= ω3(?);進一步可求導 出 β2、&3。4. 根據權利要求1所述用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，其特征在于： 步驟(5)所述根據測量工況需要設定發動機曲軸轉動慣量的誤差閥值ε，判斷轉動慣量的測給二級慣量飛輪J3減小一個測試單位，返回步驟(2)，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流 程進行；如男給二級慣量飛輪 定誤差是否在誤差閥值范圍內 滿足測量要求進入步驟(6);如 J3增大一個測試單位，返回第(2)步，再測量二級慣性飛輪的角速度，按流程進行。5. 根據權利要求1所述用轉動慣量參數修正發動機轉矩測量誤差的方法，其特征在于： 步驟(6)修正后的轉動慣量參數及二級量飛輪J3測定發動機轉速，進一步計算發動機的轉 矩 Ttq(t) =2j3&B。
【文檔編號】G01L3/00GK106017759SQ201610438784
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】黎孟珠, 梁民群, 馮日健, 謝醒曉, 楊永昭
【申請人】廣西師范大學