裝有液力自動(dòng)變速器的多軸全驅(qū)車輛動(dòng)力性建模與仿真

山西中北大學(xué)車輛工程學(xué)院　　劉蘇銘　楊世文

裝有液力自動(dòng)變速器的多軸全驅(qū)車輛動(dòng)力性建模與仿真

山西中北大學(xué)車輛工程學(xué)院劉蘇銘楊世文

基于重型車輛的特性，通過(guò)建立裝有液力自動(dòng)變速器的六輪全驅(qū)動(dòng)重型汽車傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分析研究發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作特性，并利用計(jì)算機(jī)軟件仿真得到其共同工作點(diǎn)以及共同工作時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩特性，從而計(jì)算出車輛動(dòng)力性能參數(shù)。通過(guò)本次研究，為改善重型車輛性能提供了重要的理論基礎(chǔ)，對(duì)加強(qiáng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著重要的意義。

重型車輛；液力自動(dòng)變速器；動(dòng)力性；建模與仿真

1　引言

在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展中，重型車輛作為采礦業(yè)、建筑業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等各行業(yè)必不可少的重要裝備，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有其不可忽視的作用，其中裝備有自動(dòng)變速器的重型車輛因其不同于裝備有手動(dòng)變速器車輛的特點(diǎn)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用和意義。目前，在諸多文獻(xiàn)中關(guān)于手動(dòng)變速器車輛動(dòng)力性領(lǐng)域內(nèi)有較多研究成果。國(guó)內(nèi)學(xué)者唐應(yīng)時(shí)、肖啟瑞等建立了手動(dòng)變速器車輛的傳動(dòng)系數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的同時(shí)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化［1］。但有關(guān)于裝配自動(dòng)變速器（Automatictransmission）（以下簡(jiǎn)稱AT）多軸車輛動(dòng)力性研究方面的文獻(xiàn)較少。對(duì)于AT變速器車輛動(dòng)力性研究的關(guān)鍵之一在于研究發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作特性。李春芾、陳慧巖等學(xué)者在研究液力變矩器算法的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真模擬，并得到發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作輸入、輸出特性的確定方法［3］。本文旨在建立某型號(hào)裝有AT變速器的6×6多軸重型汽車動(dòng)力性數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)軟件仿真對(duì)其動(dòng)力性參數(shù)進(jìn)行分析。

2　傳動(dòng)系數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)受力平衡原理，可得出車輛的行駛方程，即驅(qū)動(dòng)力等于行駛阻力，進(jìn)而求出其他參數(shù)。車輛的行駛阻力（Ft）包括：滾動(dòng)阻力（Ff）、坡度阻力（Fi）、空氣阻力（Fw）、加速阻力（Fj），其平衡關(guān)系為：

Ft=Ff+Fi+Fw+Fj（1）

行駛方程可具體化為：

式中Tt為液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩；ig、if、io分別為變速器傳動(dòng)比、分動(dòng)器傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比；ηT為傳動(dòng)系機(jī)械效率；r為車輪滾動(dòng)半徑；G為汽車重量；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；i為道路坡度；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；u為汽車速度；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；m為汽車質(zhì)量為汽車加速度。

2.1液力變矩器模型建立

液力變距器是發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力傳動(dòng)裝置的連接樞紐，研究整車動(dòng)力性能需要研究液力變矩器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響。在研究過(guò)程中可將液力變矩器作為發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分，二者共同構(gòu)成一個(gè)部件，并由其將動(dòng)力輸出。對(duì)液力變矩器建立數(shù)學(xué)模型有：

Tp=λpρgD5np2（3）

Tp為泵輪輸入轉(zhuǎn)矩；λp為泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)；np為泵輪轉(zhuǎn)速；ρ為工作液密度；g為重力加速度；D為變矩器有效直徑。

2.2最高車速數(shù)學(xué)模型

液力變矩器渦輪轉(zhuǎn)速ηT與汽車速度u可用公式表達(dá)：

液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩Tt與其轉(zhuǎn)速nt可用公式表達(dá)：

式中，系數(shù)a0、a1、a2…ak由最小二乘法確定；擬合階數(shù)k取值隨特性曲線。

將式（4）、式（5）帶入式（3）得到以車速u(mài)為變量的一元高次函數(shù)，整理后得到下式：

據(jù)式（6）可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的變化，若變速器和分動(dòng)器都處于高速檔時(shí)，對(duì)式（6）計(jì)算得到的極值即為汽車的最高車速。

3　實(shí)車計(jì)算

某多軸重型汽車技術(shù)參數(shù)如下：

整車最大總質(zhì)量：m=32000kg，AT變速器中各檔速比：ig1=5. 6；ig2=3.43；ig3=2.01；ig4=1.42；ig5=1；ig6=0.83，分動(dòng)器傳動(dòng)比：if=0. 89/1.536，主減速比：io=5.933，車輪半徑：r=0.6m，車輛迎風(fēng)面積：A=4.57m2，空氣阻力系數(shù)：CD=0.6，傳動(dòng)系機(jī)械效率ηT=0.9，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性見(jiàn)圖1，液力變矩器基本參數(shù)：ρ=810kg/m3，g=9. 8m/s2，D=0.375m，原始特性見(jiàn)表1。

通過(guò)Matlab軟件仿真得到車輛發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，如圖2所示。并通過(guò)擬合得到兩者共同工作時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩圖，如圖3所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，車輛的最高速度為112km/h，此結(jié)果與設(shè)計(jì)需要110km/h相近。

劉蘇銘，1990年生，山西五臺(tái)人，研究方向：車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。