动力总成惯性参数转换方法

动力总成的惯性参数包括质量、质心坐标、转动惯量和惯性积,表1是某一款动力总成基于质心坐标系下的惯性参数。其中的质量不随坐标系变化而变化，而其它三个惯性参数（如质心坐标、转动惯量和惯性积） 会随着所用坐标系的不同而取值不同。下文主要分析质心坐标、转动惯量和惯性积这三种惯性参数的转换方法。

表1 某动力总成惯性参数（基于质心坐标系）

质量(kg)	质心坐标（基于E坐标,mm）	惯性参数（基于Ecg坐标，kg*m2）
转动惯量	质量惯性积
X	Y	Z	Ixx	Iyy	Izz	Ixy	Iyz	Izx
161	98.51	1.12	81.91	3.75	10.68	9.95	0.385	-0.1619	1.358

 

关于参考坐标系的问题，请读我的另一篇公众号文章《动力总成悬置系统设计中的坐标系定义问题》。

由于解耦参考坐标系有好几种，所以动力总成惯性参数在不同坐标系中进行转换就是不可不做的事情。转换的时候涉及到坐标系的平移和坐标系的旋转问题，转换的初始都是从质心坐标系开始的（常规来说测试获得的动力总成参数是参考质心坐标系的），质心坐标系与发动机坐标系的方向一般是平行的，而与整车坐标系以及TRA坐标系一般式不平行的。所以，从质心坐标系转换到发动机坐标系，只需进行惯性参数的平移即可，而从质心坐标系转换到整车坐标系或TRA坐标系就需要既平移又旋转才能获得结果。

具体的转换原理及公式可以参考王小莉、廖美颖合著的论文《汽车动力总成惯性参数的变换方法》，此文不再就理论方法进行详细探讨。

本文将教大家三种不同的惯性参数平移方法以及惯性参数平移结果是否正确的基本判断方法。

一、ADAMS转换法

这种方法比较简单，只需会基本的ADAMS操作即可。按图1在UG中取点读取各个点坐标记录在表1中。                      

                        图1动力总成坐标定位数模取点图

表1 整车坐标系下的发动机定位坐标

	X	Y	Z
点1（发动机后端面曲轴输出中心点）	1055.685	35.0367	549.164
点2（发动机坐标系X向）	955.875	35.908	555.2689
点3（发动机坐标系Z向）	1061.69	26.268	648.598
点4（发动机坐标系X向）	1055.51	-6.8	545.51
点5（发动机质心点）	962.266	27.597	6365.267

 

1、 打开ADAMS软件，根据发动机缸体四点定位坐标建立4个ponit(坐标见表1),在发动机缸体后端面点1处建立一个MARKER点，该点X向指向发动机缸体前端面点2，Z向指向点3，Y向以右手定则确定。见图2。

图2 Point建立

2、 选中MARKER点右键MODIFY就可以得到该点的角度信息，此即为发动机的仰角偏角信息,见图3。

图3发动机坐标系与整车坐标系角度关系提取

3、 建立一个实体，在该体的质心处（cm）点处另外创建一个参考MARKER点，把这个MARKER点的名称更改为REF，复制2中获得的仰角偏角信息进行替换。输入质量及转动惯量，在Inertia Reference Marker处选REF的坐标为转动惯量的坐标系。见图4。

图4 动力总成惯性参数的输入

4、 然后启用View菜单中Tools>Aggregate Mass进行各项设定，即可完成转动惯量从质心坐标系向整车坐标系的转换。转换过程及结果见图5。

图5 惯性参数坐标系转换过程及结果

 二、EXCEL编程法

根据上述论文中的公式用EXCEL编程，得到程序界面见图6.

图6 EXCEL计算程序

三、MATLAB编程法

使用MATLAB 语言，编制了动力总成惯性参数变换的计算工具见7 ，基于该工具能快速得到惯性参数的变换结果。

图7 转动惯量计算程序

四 应用实例

将表1中所示的惯性参数分别使用上述三种方法从质心坐标系向整车坐标系进行转换，质心坐标系与整车坐标系的夹角如表2所示。

表2 发动机坐标系相对于整车坐标系的角度
整车坐标系VS发动机坐标系	X(°)	Y（°）	Z（°）
U	176.4645	89.5009	86.5
V	90.803	174.9448	94.9907
W	86.5571	95.0303	6.1

用EXCEL编制软件计算结果见图8：

图8  EXCEL计算结果

用Matlab计算结果见图9：

图9 Matlab计算结果

ADAMS转换结果见图10：

图10 ADAMS转换结果

三种转换结果对比：

EXCEL编程及Matlab编程由于用的是同样的公式，输入数据完全一样，所以输出结果也一样，而ADAMS转换出来的数据转动惯量差异很小，但惯性集有些许差异，但对后期解耦计算影响也很小。如果不会编程，也可以使用ADAMS这种简单的转换方法。

 参考文献：王小莉，廖美颖汽车动力总成惯性参数的变换方法  广东技术师范学院学报 2015年11月

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