车辆动力学(5)-系统动力学模型

第二章传动系统动力学模型第一节传动系统的控制换挡规律闭锁规律自动换挡、自动闭解锁的车辆控制器一、换挡规律排挡之间自动换挡点的控制参数(车速υ、油门开度α)变化规律。1.换挡规律每一个自动换挡系统都有一个换挡规律，它的曲线形状取决于车辆传动的要求，由自动换挡系统的结构和参数来实现。单参数换挡规律双参数换挡规律三参数换挡规律换档特性是由牵引特性和换档规律组合而成的。当牵引特性一定时，换档规律对车辆动力性、经济性和使用性能有决定意义。一、换挡规律ABBⅠⅡ1A122.单参数换挡规律换档重叠或换档延迟1)换入新档后不会因车速稍有变化而重新换回原来的排档，保证了换档过程的稳定性；不能实现驾驶员的干预换档。经济性差，实际中只有少数军用车辆上有所应用，目的是减少换档次数，发挥车辆动力性能。降档线升档线2)有利于减少换档循环，防止控制元件加速磨损与降低乘坐舒适性；3)变化换挡延迟可改变换挡规律。一、换挡规律ABBⅠⅡ1ABA1ⅠⅡBA1212ab122.双参数换挡规律等延迟型换档规律：换档延迟不随油门开度的变化而变化1）油门开度不变，假设为2车速达到时，I挡自动升入II挡2v车速降到时，II挡自动换回I挡1v2）车速不变，假设为1v行驶阻力减小，油门开度小于时，自动升入II挡1行驶阻力增加，油门开度大于时，自动换入I挡2干预换挡：松油门提前换高挡，猛踩油门强制换低挡降档线升档线驾驶员可干预，可提前换入高档或提前降到低档，很大程度上改善了车辆的燃油经济性。一、换挡规律2.双参数换挡规律发散型换档规律：换档延迟随油门开度的增大而增大，呈发散状分布，也称增延迟型换档规律。v12231223缺点：大油门降档时的车速低，功率利用差，较适用于后备功率大的轻型车辆。优点：1）大油门时换档延迟大，可减少换档次数。2）大油门时，升档车速高，接近最大功率点，动力性好。一、换挡规律2.双参数换挡规律收敛型换档规律：换档延迟随油门开度增大而减小，呈收敛状分布，也称减延迟型换档规律。v12231223发动机可以在较低转速下工作，燃油经济性好、噪声低、行驶平稳舒适。该规律适合于比功率较低的货车。1）在升降档时都有较好的功率利用，动力性好。2）低速时，可以松油门提前换高挡，改善燃油经济性。①改变油门开度予以消除。这是因为改变油门开度可以极大地改变输出的牵引力，消除出现循环换挡的起因；②在换挡规律的设计中，增大降挡速差能减轻或消除循环换挡现象。一、换挡规律消除循环换档的措施：③在恶劣路面，强制挂低挡。3.其它换档规律（a)组合型换档规律由两段或多段不同变化规律所组成的换档规律，便于在不同油门开度范围内得到不同的车辆性能。常见的组合型换档规律：小油门开度以舒适、稳定及少污染为主；大油门开度则以动力性能为主；在中等油门开度下，首先要求很好的燃料经济性，其次要有满意的动力性能。（b）多规律换档控制并列有几种不同换档规律的控制器，驾驶员改变选择开关，就可使同一变速箱改换用另一种换档规律进行控制。一、换挡规律丰田小轿车换档规律的特点？（b）升挡点的设计，考虑动力性和排放。各油门下升挡点都设计在较高车速。四档变速箱（a）采用发散型的换档规律，在节气门全开和中等开度时，降档速差都较大，大大减少换档次数，有利于提高变速箱的耐久性，且经济性也良好。一、换挡规律（d）合理使用超速档。在大于85%油门开度以上，为了不使动力性能变坏，换挡规律规定不得升入超速档。小于25%油门开度时，换挡点车速较高些，减小排放。其余中等开度，使用超速档节油。（c）设计了强制降档，当油门开度达85-90%时，可以提前降入低档，提高了降档后的发动机转速，改善了降档后的功率利用和动力性。阿里逊CLBT-6061重型车辆的换档规律？（a）采用收敛型换档规律。当油门全开时，降档速差最小，有利于得到优良的动力性能。在小油门开度时，降档速差最大，得到广泛的多档重叠工作区，可以大大减少换档次数，也有利于提高经济性。一、换挡规律（b）在75%-100%油门开度范围内，升档前变矩器已进入闭锁后的机械传动工况，发动机转速也很高，既得到良好的动力性，又具有很高的传动效率，也提高了经济性。当油门全开时，降档速差缩减到30-70转/分，采用了等速差的降档设计，使降档时得到很好的功率利用。（d）在小于25%油门开度范围内，采用了单参数的换档规律，其换档点与油门开度无关。这样可使降档前发动机转速不低于最小稳定转速，也可使变矩器保持在效率较高的区域工作。（c）在25%-75%油门开度范围内，升档前始终在液力传动工况下工作，变矩器基本上位于高效区或接近高效区的范围内工作。（2）换档时变矩器的缓冲解锁。（1）改善传动性能的闭、解锁。二、闭锁规律1.变矩器的闭锁控制二、闭锁规律i按涡轮转速按车速按挡位单参数控制一般把闭锁点设计在偶合器工况点附近，以保证得到较高的效率和牵引力。闭锁点应随油门开度而变，油门开度越小，闭锁点的转速则越低。在闭锁点与解锁点之间，也要有一定的解锁速差，以免过于频繁的闭锁一解锁循环。2.闭锁点的选择双参数控制按转速比控制按涡轮转速和油门开度按车速和油门开度1）按（涡轮转速）进行闭锁控制这种控制方法只能在少部分油门开度下保证有合理的动力性与经济性。只要涡轮转速达到某个固定不变的数值时，变矩器就闭锁。闭锁工况的工作区Tn对于多档变速器各档均闭锁时，一般低档闭锁较高，可以充分利用变矩器变矩性能，提高动力性；高档闭锁较低，以便尽早闭锁，利用机械传动，提高传动效率。Tn3.单参数闭锁控制把涡轮转速改成变速箱输出轴转速。只要当车速达到某一定值时，就能实现变矩器闭锁。闭锁工况的工作区这可以避免低挡范围内频繁闭锁，减少由此引起的冲击和磨损。2）按车速进行闭锁控制3.单参数闭锁控制3）按挡位进行闭锁控制只有在某些排挡范围内才能实现闭锁，例如前进挡或高挡范围内才能闭锁，而在其它排挡工作时，不论其转速多大，都只能用液力工况工作。3.单参数闭锁控制在油门全开时，可把闭锁点设计在偶合器工况点附近，随着油门开度减小，闭锁点转速也随之降低。显然，这种方法只要设计得当，可以在很大的油门开度范围内得到比较合理的闭锁点。这种控制方法也较简单。结构上易于实现。闭锁工况的工作区1）按涡轮转速和油门开度进行闭锁控制4.双参数闭锁控制每当传动比达到一定值时，实现闭锁。闭锁工况的工作区这种控制原理比较合理，在各种油门开度下都可得到合理的效率及动力性能。2）按变矩器的速比进行闭锁控制4.双参数闭锁控制闭锁工况的工作区3）按车速和油门开度进行闭锁控制4.双参数闭锁控制油门开度一定时，只有当车速到达一定值才闭锁；并可以根据挡位实现高挡闭锁而低挡不闭锁，是目前轿车常用的控制。一、实际系统的简化1)提出适于动态特性计算用的系统。第二节传动系统模型2)模型应正确反映该系统的性质。3)简化为具有惯性和弹性的离散系统。1.简化原则：1）一般忽略系统间隙；2）对于大惯量部件，以轴线作为该部件的质量集中点；3）相邻两集中质量间的连接轴，简化为弹性体，转动惯量可平均地分配到两集中质量上，其扭转刚度就是两集中质量间的当量扭转刚度。2.简化方法：一、实际系统的简化4）在分析动力传动系统时，发动机被看作一整体，可用一个总的惯量表示发动机的运动件的惯量；5）变速箱中惯性质量不做功的分支和与这些分支连接的作功部件是刚性联接的，惯量可以包括在作功元件内；6）汽车的质量对驱动轮均匀分布，可将两个平行的分支合并起来，合并后惯量和刚度等于两个分支的参数之和。一、实际系统的简化1）转动惯量利用三维建模软件确定复杂形状零部件的惯量。一、实际系统的简化2）轴的扭转刚度LGDLGIK324——材料的剪切弹性模量；——轴的横截面极惯性矩，；——轴的直径；——轴的长度。G32/4DI式中：DLI对于传动系的复杂轴段，常简化为阶梯轴或者套轴，按照刚度串联或者并联的方法求解。轴段串联使轴变长，刚度减小。3.模型参数二、缩减自由度的基本方法1.双质量系统代替单质量系统kk'keee11KeKJKe'1kJ'ke'kJkkkk'kJeeeJ1kkkk'kJeeeJ1112.单质量系统代替双质量系统1kk''kJJJkkkk''k-eJJJe111kkkk''keJJJe1''1ke''kJ''ke1kJkekJ二、缩减自由度的基本方法2J12e1J23e4J34e45e56e3J5J6Ja:例如：1、2合并成1个，4分配到3、5，6分配到5、021212JJJe3J21JJ21112JJJe5J4534ee4534454eeeJ4534344eeeJ23e6056606eeeJ6056566eeeJ6056eeb:21212JJJe21JJ2111223JJJee4534ee45344543eeeJJ605660654534344eeeJJeeeJ6056eec:二、缩减自由度的基本方法三、刚性体、弹性体当量模型1.刚性体当量模型BJTJeJ1J4JLJ2JeeMBT124LCLCHCRLMLCDT3J3C1C2C3B0J1J3J2JeeM12LCLCHCRLMC1C2C3LCDTBDTB三、刚性体、弹性体当量模型2.弹性体当量模型TJ1J4JLJ2JT124LCLCHCRLM3J3C1C2C3BJeJeeMBeBCeBKT1KT1C23K23C4LK4LCLCDTB三、刚性体、弹性体当量模型四、仿真模型四、仿真模型综合传动装置多质量弹性动力学仿真模型hC1AroadloadhBWB左侧行星机构及车体roadloadhC2hB右侧行星机构及车体1路面种类VfswitchTf'路面载荷VC1C2C3CLCHGrv换挡逻辑h291Grh276发动机＆变矩器CLCRh294h161W158hAhPWcrCL离合器CHh291h130hAhPCH离合器C3h161h325h130hAhPC3离合器C2h325h130hBodyhAhPC2离合器C1h332h158hBodyhAhPC1离合器hC1h325h33208332h332hC2hC3h32508325hCLh291h29408294h294h276hCHh29108291h158hC3h295h16108161Wcrh161h333h158W15808158hC3h323h286h13008130作业1建立系统换挡过程动态模型（框图、数学模型均可）1）模型应包括以下部件：发动机、带闭锁离合器的液力变矩器、换挡离合器、齿轮。2）模型应含换档控制器和闭锁控制器，换档规律和闭锁规律可假设。3）模型自由度自定。4）可针对一个升挡过程或从起步到加速整个过程建模。