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四种国内主流动力总成惯性参数测试设备介绍
2020-01-27 20:08:07· 来源：汽车NVH云讲堂 作者：吕兆平
本文将给大家介绍四种动力总成质心及转动惯量测试设备。一、华南理工大学开发的汽车动力总成质心与惯性参数测试实验台该设备开发的原理参见上官文斌教授在《振动
本文将给大家介绍四种动力总成质心及转动惯量测试设备。
一、华南理工大学开发的汽车动力总成质心与惯性参数测试实验台
该设备开发的原理参见上官文斌教授在《振动工程学报》2010年4月发表的文章《汽车动力总成质心与惯性参数测试实验台的开发》，在此不再赘述。该设备使用的零部件厂有托普，主机厂有东风日产乘用车等，设备的图片如下：
图1 汽车动力总成质心与惯性参数测试实验台简图
二、北京科技大学开发的基于三线扭摆法的复杂刚体动力学参数测试系统
范让林博士开发的复杂刚体动力学参数测试系统应该是目前主机厂应用最广泛的一套测试系统，既有自主品牌公司，也有合资公司，既有整车厂家，也有零部件厂家。我公司也于2010年购买了一套，至今仍然在使用。该设备的图片如下：
图2 基于三线扭摆法的复杂刚体动力学参数测试系统简介
该套三线摆测试系统具有以下特点：
（1）三线摆试验台
三线摆试验台如图1 所示，主要由支架、力传感器、摆线以及托盘组成。
其测试过程具有如下特点和优点：
只需测量质量和距离等普通物理量
只需磅秤和直尺等普通测量仪器
所需物理量易于测量，所用仪器易于使用
测量精度高，重复性好，结果可靠
（2）数据处理软件
数据处理软件是三线摆测试系统的核心，是最具理论价值和技术含量的部分，基于Windows 系统运行，是一个高度智能化、具有极强判断能力的软件，有如下特点和优点：
既可在线处理测量数据，也可离线处理测量数据
既可测量刚体质心，也可测量刚体的转动惯量，还可测量刚体的惯性积，或者同时测量上述所有数据
数据处理软件具有判断测量数据①准确性的功能，随时告知测量人员其测量数据是否准确、是否需要重新测量
数据处理软件具有判断测量结果②可靠性、精确性的功能，并指出是否需要补充测量数据
对于不可靠的测量结果，数据处理软件可以指出如何改进测量、需要补充哪些测量数据
三、南京理工大学开发的MPC 型动力总成惯性参数测试仪
由于这套的原理与上述两套设备稍微有差异，为便于读者了解，故从其说明说上摘录测量原理如下：
1、质量质心、转动惯量测量原理
1.1 质量测量
动力总成的质量由P1、P2 二只传感器直接测得。（虽然用二个传感器称重，但是在测量架上安装三个测头，由三个测头共同承载。这样系统即可以达到稳定状态，又可以方便的调
水平）即：
（1）
式中，M－动力总成的质量
P1－加载动力总成后，传感器P1 的读数；
P01－空载时传感器P1 的读数；
P2－加载动力总成后，传感器P2 的读数；
P02－空载时传感器P2 的读数；
K1－传感器P1 的传递系数；
K2－传感器P2 的传递系数；
（1）式中K1，K2 的数值可由标定传感器得到，P1、P01、P2、P02 可直接测量出，所以动力总成的质量M 可很容易测得。
1.2 转动惯量及惯性积的测量
通过转动惯量的测量基本原理可知：过任意轴的转动惯量可由如下公式表示：
（2）
IH－动力总成过其质心的转动惯量；
IXX－动力总成过其质心平行与X 轴的转动惯量；
IYY－动力总成过其质心平行与Y 轴的转动惯量；
IZZ－动力总成过其质心平行与Z 轴的转动惯量；
IXY、IXZ、IYZ－三个方向的惯性积；
α－扭杆转轴H 与发动机上的坐标系X 轴的夹角；
β－扭杆转轴H 与发动机上的坐标系Y 轴的夹角；
δ－扭杆转轴H 与发动机上的坐标系Z 轴的夹角；
为了求得IXX、IYY、IZZ、IXY、IXZ、IYZ，需要建立6 个方程。也就是说要让发动机在测量平台上放置6 次，且每一次的姿态不重复。
从（2）式中不难看出，是否能较高精度的测得IXX、IYY、IZZ、IXY、IXZ、IYZ，关键是如何精确的测量IH 以及α、β、δ。
1.2.1 IH 的测量
通过测试仪我们只能直接测得工装及发动机总成组合体的转动惯量，但是可以通过（3），得到IH。
（3）
其中： I－转动惯量测量值；
I0 为测量工装的转动惯量，也称皮转动惯量；
M－动力总成的质量；
R－动力总成质心的投影到转轴H 的距离；
（4）
在(4)中A 可以通过标定仪器得到其参数，T、T0 是加载待测物与空载时的扭振周期，也可以精确的测量出，R 可以通过二次质心的测量，分别得到质心在X 方向与Z 方向上的分量通过
（5）
得到发动机质心到转轴的距离。
1.2.2 RX、RZ 的测量
如图3所示，传感器P1 与P2 的距离为LG，LG 可以在仪器做好后精确测量出，故而可以作为常数看待。扭转轴H 固定在传感器P1 与P2 的中点。发动机总成的质心在X 轴的投影到H 轴的距离为：
图3 测试原理图
（6）
其中P2X－为传感器P2 的读数；
K2－传感器P2 的传递系数；
Lg－传感器 P1，P2 的距离
M－动力总成的质量
同理，可以转动测量平台900，得到发动机总成的质心在Z 轴上的投影到H 轴的距离：
（7）
1.2.3 α、β、δ的测量
为了精确的测量α、β、δ，需要依靠动力总成的数模。首先要在动力总成上找至少3个特征点，（为了可以让动力总成任意放置6 种姿态后都可以方便测量，最好多找一些点），我们事先要知道这些特征点相对于动力总成坐标系的坐标，比如特征点D1的坐标为（X D1，Y D1，Z D1 ），特征点D2 的坐标为（XD2，Y D2，Z D2 ）…另外在测量平台上也找 3 个特征点A，B，C。通过测量动力总成上的特征点到平台上的点的距离，便可以得到一个三元二次非线性方程组，解这个方程组可以将平台上的点相对于动力总成坐标求出，从而得到α、β、δ。
1.2.4 质心三维坐标的测量
以上介绍了如何测量RX、RZ，同理可以将动力总成任意放置，偏转一定角度后测得在此偏转角下的质心位置，通过程序计算，便可得到发动机总成的三维质心位置(Gx ,Gy , Gz)
设备图片及技术参数：
图3 MPC 型动力总成惯性参数测试仪
2.MPC500 设备技术指标
质量测量范围：100~500kg；
质量测量误差：300g；
质心测量误差：2mm；
转动惯量测量精度：2%；
四、孝感市宝龙电子有限公司开发的动力总成质量质心转动惯量综合测试台
1、质量质心、转动惯量测量原理
1.1质量质心测量原理
质心台的测量是基于三点测力原理而设计的。即是在测量平台下方的同一园周上均布三个测力支承点，支承下置有测力传感器，
被测件安装在平台上，并且使被测件的中心轴通过平台的中心，又
垂直平台的工作平面，读出三个测力传感的输出通过运算可方便地
求出被测件的质量和质心位置坐标。上述原理如附图所示。
图4 质量质心测量原理示意图
图中：F1、F2、F3 三个支承点所测出的力。NM ――――被测件质量。Kg
O ――――三个测力点所在圆心。（平台中心）
R ――――测量点所在圆半径mm
Q(x，y) ――――被测件质心位置Q 的坐标
R ――――用极坐标表示的被测所在位置的半径mm
――――用极坐标表示的被测所在位置的夹角
根据三点测量原理，质心位置可按下式计算：
X=f1(p1、p2p3、R)
Y=ff2 (p1、p2p3、R)
当Q(x、y)为已知亦可求出按极坐标表示的Q(r)
1.2、转动惯量测量原理
图5 转动惯量测量原理示意图
扭摆台由转台(1)、扭杆(2)、摆动传感器(3)构成。
设扭杆摆动角为θ，转台转动惯量为J ，空气阻力系数为F ，扭
杆刚度系数为为K ，扭杆与夹具之间的摩擦力矩Tr，则扭摆台的的振动方程为：
2、设备图片及技术参数
图6 动力总成质量质心转动惯量综合测试台
设备主要技术参数：
试件最大质量： 500kg
试件最大长度： 2000mm
试件最大高度： 1500mm
质量测量精度：±1%F·S·
X 方向质心测量精度： ≤±1mm
Y 方向质心测量精度： ≤±1mm
Z 方向质心测量精度： ≤±1mm
转动惯量测量精度：±1% F·S·
气源压力: 0.6-1Mpa
四种测试设备介绍完了，怎么选择，仁者见仁智者见智，这里我还是保持中立吧！
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