车辆液力减速器仿真计算研究
基于MATLAB的液力变矩器汽车仿真与研究
基于MATLAB的液力变矩器汽车仿真与研究袁宏伟【摘要】本文以国产某车型为参数,首先建立液力变矩器数学模型,分析对比了在变矩比不同值时,装有液力变矩器与装有手动变速器驱动力的变化情况.由仿真数据可知,在高挡位时,装有液力变矩器的汽车驱动力下降较快.为了克服此因素,把变矩比数据改为1,即直接将泵轮和涡轮锁止,其他参数不变,再次仿真可知,随着车速的增加,驱动力变化平缓,较锁止前有很大的改善,效率也大大得到提升.【期刊名称】《内蒙古公路与运输》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P50-53)【关键词】MATLAB;液力变矩器;发动机;仿真【作者】袁宏伟【作者单位】内蒙古自治区交通运输管理局,内蒙古呼和浩特 010020【正文语种】中文【中图分类】U461.2如何提高汽车的动力性和燃油经济性是目前汽车行业中一个亟需解决的问题。
液力变矩器是装有自动变速器汽车的关键部分，对汽车的动力性和燃油经济性起着重要的作用。
文献[1]对比传统的匹配方法，采用MATLAB进行发动机与液力变矩器的匹配和分析，验证了仿真的可行性。
文献[2]针对液力变矩器与发动机匹配计算中求解共同点不准确问题，提出将液力变矩器和发动机特性的离散数据进行线性拟合，快速、准确求解共同工作点的算法。
本文结合以上算法，在此基础上比较了液力变矩器和手动变速器的优劣，并对液力变矩器的不足之处进行了改善和仿真，有效的减少制造成本，证明了仿真的可行性。
汽车常用综合式液力变矩器来实现液力传动，通常综合式液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮为主要原件。
一般综合式液力变矩器有变矩与偶合两种情况。
高速运行时，为了提高传递效率，液力变矩器一般装有锁止离合器，实现在泵轮与涡轮转速接近时，采用机械传动[3]。
液力变矩器可以根据涡轮轴上外部载荷的大小自动、无极地进行变速变矩。
能够反应液力变矩器各个性能参数的变化规律。
反应液力变矩器性能的主要特性有：自动适应性、经济性能、负荷性能、能容性能和穿透性能[4]。
液力机械自动变速传动系统控制仿真及试验(EI)
在信号的采集和控制方面，采用ＡＵＴＯＢＯｘ 作为中央控制器。采集的信号有发动机油门开度、发 动机转速和扭矩、变速箱输出的转速和扭矩、电涡流 测功机转速和扭矩、换挡手柄位置。控制部件有电子 油门、自动变速器换挡电磁阀、电涡流测功机。在试 验中利用ｄＳＰＡＣＥ提供的ＣＡＮ通讯、ＲＳ２３２串口 通讯、Ｄ／Ａ、Ａ／Ｄ、Ｉ／Ｏ、ＰＷＭ等接口实现了信号的 采集和控制。试验原理如图１０所示。利用 Ｃｏｎｔｒ０１ｄｅｓｋ软件开发了试验操作及监控软件，操作 界面如图１１。 ３．２．２试验结果
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基于整车动力性仿真和电子油门控制试验，在 试验台上进行了液力自动变速传动系统动力性控制 试验，试验结果如图１２所示。
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液力缓速器恒速控制策略的仿真
液力缓速器的叶轮设计对其性能 有着重要影响，通常采用径向叶 片式设计，叶片数量和形状对阻 力产生和热量转移有关键作用。
液力缓速器种类及特点
径向叶片式
径向叶片式液力缓速器是最常见的一种，具有较高的减速性能和稳定性。
轴向叶片式
轴向叶片式液力缓速器具有体积小、重量轻的优点，但减速性能相对较低。
蜗壳式
研究方法
首先，对液力缓速器的工作原理和特性进行分析；接着，设计并实现一种基于模糊逻辑的恒速控制策略；最后， 通过MATLAB/Simulink进行仿真实验，对比分析不同控制策略下的液力缓速器性能。
02
液力缓速器概述
液力缓速器工作原理
工作原理简介
液力缓速器是一种利用液力阻力 的减速装置，其工作原理基于液 体在旋转的叶轮中产生的阻力效 应。
结果分析
通过对实验结果的分析，可以得出液 力缓速器恒速控制策略的有效性和可 行性。
结果比较与讨论
结果比较
将实验结果与理论分析结果进行比较，发现两者基本一致，证明了恒速控制策 略的正确性。
结果讨论
通过对实验结果和理论分析结果的讨论，可以发现液力缓速器恒速控制策略在 实际应用中具有很高的价值，能够有效地提高车辆的制动性能和安全性。
仿真结果分析
仿真结果输出
通过仿真软件得出液力缓速器恒速控制策略 的仿真结果，包括关键参数的曲线图、数据 表等。
结果分析与解释
对仿真结果进行深入的分析和解释，明确各参数对 液力缓速器恒速控制效果的影响。
存在问题揭示
根据仿真结果，揭示液力缓速器恒速控制策 略中存在的问题，为优化提供依据。
仿真结果优化
蜗壳式液力缓速器具有较高的热效率，但设计复杂，体积较大。
液力缓速器恒速控制策略的仿真研究
《液力缓速器恒速控制策略的仿真研究》contents •引言•液力缓速器概述•液力缓速器恒速控制策略•液力缓速器恒速控制策略仿真•液力缓速器恒速控制策略优化•结论与展望目录01引言研究背景与意义液力缓速器的性能提升对于车辆的安全性和舒适性具有重要意义；恒速控制策略是液力缓速器性能提升的关键技术之一。
汽车工业的快速发展为液力缓速器提供了广阔的应用前景；03研究液力缓速器恒速控制策略，对于提高车辆的安全性和舒适性具有重要意义。
研究现状与发展01国内外对于液力缓速器的研究主要集中在结构设计、性能优化和控制方法等方面；02现有的液力缓速器控制策略主要基于经验或简单的逻辑控制，难以实现精确的恒速控制；研究液力缓速器的动力学模型和特性，分析其工作过程中的各种影响因素；研究方法采用仿真研究方法，建立液力缓速器的数学模型，通过仿真实验验证恒速控制策略的有效性和可行性。
研究内容研究内容与方法VS02液力缓速器概述工作原理简述液力缓速器是一种车辆减速装置，利用液体的工作原理来达到减速的目的。
液力缓速器的作用液力缓速器可以作为车辆的一种安全、可靠的减速和制动装置，提高车辆的安全性能和平稳性。
液力缓速器工作原理液力缓速器的种类液力缓速器可分为定子和转子两种类型，其中定子通常是一个环形或涡轮状的静止元件，而转子则是一个旋转元件。
液力缓速器的特点液力缓速器具有减速比大、平稳性好、可靠性高、操作方便等特点，同时对车辆的燃油经济性影响较小。
液力缓速器种类与特点液力缓速器适用于各种类型的车辆，如客车、货车、牵引车等，特别适用于需要减速和制动的场合。
液力缓速器的适用范围随着对车辆安全性能和平稳性的要求不断提高，液力缓速器的应用前景越来越广阔，特别是在重型车辆中的应用更加广泛。
液力缓速器的应用前景液力缓速器应用领域03液力缓速器恒速控制策略恒速控制的基本概念恒速控制是一种通过调节输入功率来保持输出转速恒定的控制方式。
在液力缓速器中，恒速控制策略可以优化缓速器的性能，提高车辆的制动效果和稳定性。
液力自动变速器(AT)换档规律的仿真建模计算及标定测试
0引言汽车传动系的自动变速是车辆电子技术的一项重要内容，也是目前车辆发展的趋势。
采用自动变速技术是提高车辆使用性能、改善车辆动力性和经济性的有效措施[1]。
本文围绕AT 自动变速器的控制方法及仿真技术，以工程的角度分析自动变速器换档规律的标定方法，描述了AT 换档规律标定的理论计算和工作步骤，具体的研究和开发工作如下。
针对变速器标定的动态仿真进行数学建模。
建立典型的自动变速器换档规律的数学逻辑模型，分析换档规律标定基本理论和运算原理，基于建模软件仿真建模。
对最优性换档规律进行建模，在所建立的模型中输入整车、发动机、变速器和液力变矩器等数据，通过建模计算得出最优的自动变速器换档规律仿真数据。
在上述基础上，使用仿真计算模型进行5AT 换档规律桌面标定，桌面标定是主要考虑动力性、经济性和驾驶性三方面的仿真模拟计算过程。
良好的桌面标定结果将大大减少后期整车标定的工作，在整车标定过程中，涉及到发动机油耗特性、变速器换档延迟、NEDC 循环工况需求、整车驾驶性（包括油门操控性能、液力变矩器锁止控制与振动噪声、液力变矩器滑摩控制与振动噪声）等均是影响最佳换档时机选择的主要因素，基本技术路线为：换档控制策略的设计与建模—系统仿真计算—分析校核—整车试验。
1计算模型的建立车辆的模型可以分成：发动机、离合或液力变矩器、变速器、轮胎、车辆行驶阻力和驾驶操作。
传动系统的扭矩和转速传输工作过程如图1所示。
图1仿真系统模型图2为建立的仿真系统模型，为了更好地实现仿真效果，运用Simulink 搭建了数学模型，运用Simdriveline 搭载了物理模型[2]。
图2仿真系统模型1.1汽车动力装置计算模型的建立①发动机数学建模。
发动机扭矩特性数学模型拟合将参考节气门开启角度和发动机的转速，其公式为：T 发动机=f （N 发动机·θ节气门）（1）式中T 发动机为发动机输出有效扭矩，Nm ；N 发动机为发动机旋转速度，rpm ；θ发动机为节气门开启角度，°。
车用液力变矩器混合流道CFD仿真方法
９８９
中国机械工程第 ２７ 卷第 ７ 期 ２０１６ 年 ４ 月上半月
问题,将传统变矩 器 流 道 模 型 和 导 轮 无 叶 片 模 型
有机结合,并根据 仿 真 和 实 验 数 据 制 定 模 型 选 择
方法,建立变矩器 混 合 流 道 模 型 进 行 多 工 况 动 态
交叉扩散项;
Sk 、
片流道模型(图１b)进行仿真,以变矩器变矩比 K
开始变为 １、导 轮 扭 矩 接 近 于 ０ 时 的 速 比 作 为 导
轮开始空转的速 比 点,并 与 从 液 力 变 矩 器 试 验 数
据中确定的偶合 器 工 况 转 换 点 进 行 对 比 验 证,如
图 ２ 所示.
∂u
∂p
２
V ∇ )
u＝ －
＋ (
Sω 为用户自定义的源项.
２ 偶合工况转换点
由于变 矩 器 的 通 用 特 性,变 矩 器 导 轮 开 始 空
过程仿真,并进行试验验证.
转的速比(偶合工况转换点)
io 随泵轮转速的变化
１ 基本原理
动态工况变矩器内部液体流动是非稳态湍流
运动,可用非稳态的连 续 性 方 程 和 Nav
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液力缓速器制动力矩的仿真计算与实证研究
液力缓速器制动力矩的仿真计算与实证研究黄俊刚;孙伟;张胜宾【摘要】In the braking torque calculation of existing hydraulic retarder, the flow field structure is excessively simplified. To solve this problem, VR120 hydraulic retarder was taken as the research object, braking torque was calculated under different rotational speeds with the whole-flow-passage calculation method. Test of braking torque under different rotational speeds were conducted with the combined bench test method which can deduct mechanical friction resistance moment in working condition for VR120. Through comparative analysis of test results with whole-flow-passage simulated ones, the relative error rate is within 9.7%, verifying the reliability of the whole-flow-passage simulation method.%为解决现有液力缓速器制动力矩仿真计算方案流场结构过度简化的问题,以VR120液力缓速器为研究对象,采用全流道计算方法开展了不同转速条件下的制动力矩计算.采用扣除机械摩擦阻力矩的台架试验方法实测了VR120不同转速条件下的制动力矩并与全流道式仿真计算结果进行对比,结果表明,相对误差在9.7%以内,证明了全流道制动力矩仿真计算方法的可靠性.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】4页(P33-36)【关键词】液力缓速器;制动力矩;仿真计算;台架试验【作者】黄俊刚;孙伟;张胜宾【作者单位】广东交通职业技术学院,广州 510650;深圳市特尔佳科技股份有限公司,深圳 518110;广东交通职业技术学院,广州 510650【正文语种】中文【中图分类】U463.53液力缓速器利用叶轮涡流损耗效应将车辆的动能转化为工作介质的热能，从而使汽车制动减速，制动力矩是其核心技术指标。
车用液力减速器制动性能的计算方法_鲁毅飞
2003043车用液力减速器制动性能的计算方法鲁毅飞 颜和顺项昌乐 闫清东(北京特种车辆研究所,北京 100072)(北京理工大学,北京 100081) [摘要] 介绍了车用液力减速器的工作原理和主要用途,建立了计算液力减速器制动性能的数学模型,并进行了液力减速器的性能试验,得到了液力减速器制动性能计算参数的选择范围,可为此类部件的进一步研究和使用所选取。
叙词:液力减速器,计算方法,试验The Calculation Method for BrakingPerformance of V ehicular Hydraulic RetarderLu Yifei &Yan HeshunBeijing S pecial Vehicle Res ear c h Institute ,Beijing 100072Xiang Changle &Yan QingdongBeijing Institute of Tec h nology ,Beijing 100081 [Abstract ] This paper describes the principle and main use of the vehicular hydraulic retarders .It sets up a m ath model to calculate the effectiveness of hy draulic retarder .A proper range of parameter in calculating the braking performance is obtained by testing .These are helpful for further research and use of the hy draulic re -tarders in vehicles .Keywords :Hydraulic retarder ,C alculate method ,Test原稿收到日期为2002年5月28日,修改稿收到日期为2002年7月19日。
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车辆液力减速器仿真计算研究杨凯华,阎清东Simulink Study of Vehicle Hydraulic RetarderY ang K ai2hua,Y an Qing2dong(北京理工大学车辆与交通工程学院,北京100081)摘 要:基于束流理论建立了液力减速器设计计算的数学模型,用Matlab作为仿真工具,建立了液力减速器和车辆传动系统的动力学仿真模型。
对液力减速器的特性进行了仿真计算,并对车辆减速制动过程进行了仿真计算分析,得到了有意义的仿真结果,对车辆液力减速器的选型、布置和使用控制具有参考价值。
关键词:液力减速器;液力传动;车辆制动中图分类号: 文献标识码:B 文章编号:100024858(2002)07200242031 前言现代车辆动力性能的提高和人们对车辆安全性和舒适性的要求使人们对车辆的减速制动性能提出了更高的要求[1]。
液力减速器高速制动力矩大,制动平稳,噪声小,寿命长,而结构体积较小,在现代车辆上得到了日益广泛的应用。
传统的研究液力减速器的方法是通过反复的试制和试验,研制周期长,耗资耗时。
本文用束流理论建立了液力减速器的数学模型,用Matlab 对使用液力减速器的车辆传动系统进行了仿真研究。
2 数学模型液力减速器内部流场是复杂的三维流动[2],由于目前的三维流动理论尚不成熟,不能用来对液力减速器的内部流场进行精确的计算和分析;目前经常用来对液力元件进行分析和计算的理论还是束流理论。
根据束流理论[3],可以得到计算液力减速器轴面速度、循环流量、转子力矩等的公式。
转子制动力矩T R:T R=ρQ(v uR2R R2-v uS1R S1)(1)式中 R R2、R S1———分别表示液力减速器转子出口和定子入口半径ρ———为工作液体密度Q———工作轮中的循环流量v u———液流绝对速度在牵连速度u方向上的投影3 车辆系统模型图1所示为某车辆传动系统简化的模型,系统输入有发动机的牵引力矩T e和外界的阻力矩T w。
阻力矩可由车辆行驶阻力除以履带车辆主动轮半径换算得到,车辆行使阻力主要包括空气阻力F1、道路阻力F2,车辆加速行驶时的加速阻力F3,车辆行使过程中各种阻力按照下面公式计算[4]:11液力变矩器 21变速箱 31液力减速器41主减速器 51制动器图1 车辆传动系统简化模型 收稿日期:2002205213 作者简介:杨凯华(1972—),男,汉族,湖南省宁乡县人,博士生,主要从事车辆传动系统及其控制方面的研究。
F1=12C D Aρv r(2)式中 C D———空气阻力系数,对履带车辆取016～018ρ———空气密度,一般ρ=112258N・s2・m-4A———车辆迎风面积,单位为m2v r———车辆与空气相对速度,即车速与风速代数和,单位为m/sF2=f mg cosθ±mg sinθ(3)式中f———车辆滚动阻力系数,对履带车辆,f≈0106 m———车辆总质量,单位为kgθ———斜坡角度(锐角),下坡取负,上坡取正F3=δmd vd t(4)式中 δ———车辆质量换算系数(δ>1)d vd t———车辆行驶加速度,单位为m/s205液压与气动2002年第7期4 仿真模型根据前面建立的数学模型,针对图1描述的车辆系统,用Matlab 建立仿真模型如图2所示[5]。
在仿真研究过程中,重点研究车辆高速行驶时液力减速器的制动效能,因此仿真过程中假设车辆机械制动器不使用,仿真过程中不考虑减速器充液时间的影响,不考虑油温对工作液体密度的影响。
车辆的档位和车速在仿真时作为参数输入,其他参数如主动轮半径、车辆质量、减速器至驱动轮转速比,根据车辆实际数据输入。
图2 车辆系统仿真模型5 仿真结果及分析511 减速器特性仿真计算D380液力减速器循环圆有效直径为338mm ,循环圆最小直径为205mm ,叶片前倾30°,转子叶片数为20,定子叶片数为24。
图3 特性曲线应用建立的液力减速器仿真计算模型对D380液力减速器进行计算,得到D380液力减速器充满工作液体时的制动力矩特性,计算特性与试验特性比较见图3a ;改变充液量,得到部分充液工况下的力矩特性见图3b ;当散热功率为定值时,液力减速器在不同散热功率限制下的制动特性曲线见图3c 。
通过对D380液力减速器特性的仿真计算,可以得到以下结论:(1)从试验特性和计算的比较可以看出,通过仿真计算得到的D380液力减速器力矩特性与试验特性基本吻合,这说明计算机模型合理,用Matlab 建立的液力减速器仿真计算模型正确;(2)从不同充液量下的制动力矩特性可以看出,液力减速的制动力矩随充液量的减小而减小,通过控制充液量可以有效地控制液力减速器的制动力矩;(3)从恒功率制动特性可以看出,液力减速器的连续制动力矩大小受散热器散热能力的限制,要提高液力减速器的连续制动性能就必须提高散热器的散热能力,液力减速器连续制动性能受散热器的性能制约。
512 车辆制动过程仿真图4是用图2所示的仿真模型进行仿真计算得到的重20t 、初始车速为72km/h 的某车辆在良好路面上的紧急制动特性,不考虑机械制动器的制动力,不考虑液力减速器的充液时间。
图5为全充液条件下下30°斜坡的连续制动的速度特性和制动功率特性。
图4 平路紧急制动特性图5 30°斜坡制动特性(下转第49页)副采用碳纤维增强的高分子材料与陶瓷组合,其中APP40R型寿命达几千小时,汉堡工业大学试制的轴向柱塞泵中滑靴、缸体和斜盘全部使用了陶瓷。
从已有的使用情况看,陶瓷多与不锈钢或工程塑料组成摩擦副,较少单独使用,且使用陶瓷的元件尺寸较小。
3 工程陶瓷用于水压元件尚存在的问题及解决策略脆性是现有工程陶瓷在应用时的最大弱点,脆性断裂和剥落是其主要失效方式,限制了它在高速高压条件下的使用。
离子键和共价健的微观组织结构使它不易在受力时发生类似金属中的晶间滑移,相反在工程陶瓷成形制作过程中形成的大量气孔、夹杂、位错和微观断裂纹等缺陷将成为应力集中源,当元件的尺寸增大时,各种缺陷与之俱增,元件的可靠性也随之降低。
较之金属和高分子材料低得多的弯曲强度和抗冲击强度,使工程陶瓷也不宜用于工作中存在振动冲击的元件,而受柱塞腔压力脉动、马达或泵启闭、柱塞腔进回水交变等内外在因素的影响,冲击常常不可避免。
我们的试验中发现整体陶瓷斜盘件的碎裂仍是限制其可靠性的首要因素。
从设计的角度,使元件处于受压状态,尽量减少拉应力和剪切应力,使元件结构上避免出现尺寸突变,增加过渡圆角等都是行之有效的措施。
还可以改进陶瓷的成形工艺,使元件组织尽可能均匀致密,减少各种缺陷的存在。
设计理论和设计方法的不成熟是限制工程陶瓷广泛应用的另一个因素。
由于陶瓷的各主要力学性能参数具有概率分布特性,适于金属的设计准则用于陶瓷将不再适用,可靠性设计和模糊设计等现代设计方法更具实用价值。
还有一个限制工程陶瓷应用的因素是它的加工工艺性。
陶瓷元件一般是通过制模、高温烧结成形,再进行机械加工制成,因此难以制做结构形状复杂的零件,硬而脆的特点使得它很难用通常的机加工装备加工,而当它与工程塑料构成摩擦副时,又必须具备很高的表面加工精度,否则微凸峰对塑料表面有强烈的切削作用,故实际使用时往往要通过金刚磨或抛光,这就增加了制造成本。
受材料研究水平的制约,整体工程陶瓷元件在水压传动中的广泛和有效使用尚待时日,开展陶瓷涂层及其他适用的表面工程技术在水压元件中的应用研究在现阶段具有重要的现实意义。
□(上接51页)分析仿真结果可以得到以下结论:(1)从图4a可以看出,液力减速器工作腔全充满工作液的情况下,车速可以在1s之内由72km/h降至大约17km/h,在2s时降至12km/h,充液量越大,车速下降越快,最终稳定车速越低;(2)从图4b可以看出,在开始制动的瞬间可以产生非常大的减速度,随车速的迅速降低,减速度绝对值迅速降低至零;(3)从图4c可以看出,制动功率也随车速和制动减速度的迅速降低而降低,最后稳定在50kW左右。
虽然在开始制动瞬间制动功率极大但是由于时间较短,并不会产生过多的热量,在车辆紧急制动时基本不用考虑发热的影响;(4)下30°斜坡时,在散热功率大于400kW的条件下可以使车辆以17km/h的速度匀速下坡,这也是车辆能匀速驶下30°斜坡的最低车速。
6 结论(1)对D380液力减速器进行了试验特性和计算特性的比较,证明了模型的正确性,并通过仿真计算得到了液力减速器的部分充液特性和恒功率制动特性;(2)通过仿真计算证明了液力减速可以有效使车辆在短时间内达到降低车速的要求,可以有效地控制车速;(3)对减速器用于车辆下长坡的连续制动过程进行了仿真计算和分析,结论合理,有参考价值。
参考文献:[1] Heimut Schreck,Heinz K ucher and Bernhard Reisch.ZF retarderin commercial vehicles[J].S AE Paper922452.[2] R.R.By.Navier2stokes analysis of the pum p flow field of an auto2m otive torque converter[J].T ransactions of the AS ME,Journal of Fluids Engineering,M arch1995,V ol.117,pp.116-122.[3] 朱经昌,等1车辆液力传动(上)[M]1北京:国防工业出版社,19821[4] 余志生1汽车理论[M]1北京:机械工业出版社,1990151[5] 张志涌1精通M AT LAB[M]1北京:北京航空航天大学出版社,2000181。