液力變矩器控制油油充放油仿真模型的建立

液力變矩器控制油油充放油仿真模型的建立

目前，液壓變動(dòng)器廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外工程機(jī)械和商用車的綜合傳動(dòng)裝置中?？砷]鎖式液力變矩器的閉鎖與解鎖,決定了液力變矩器是工作在液力工況還是機(jī)械工況,實(shí)際上也改變了發(fā)動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)裝置輸出端的傳動(dòng)比,所以液力變矩器的閉鎖與解鎖應(yīng)該屬于換擋控制的范疇,但它又與換擋不同,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的研究。本文應(yīng)用Matlab軟件建立了可閉鎖式液力變矩器的仿真模型。針對(duì)液力變矩器不同閉鎖時(shí)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響進(jìn)行了仿真研究。1液力狀態(tài)的界定液力變矩器的閉鎖機(jī)構(gòu)是安裝在泵輪與渦輪間的閉鎖離合器,如圖1所示,其工作狀態(tài)決定了液力變矩器的3種不同工作狀況,即:液力狀態(tài)、機(jī)械狀態(tài)及機(jī)械液力混合狀態(tài)。液力狀態(tài)是指液力變矩器的閉鎖機(jī)構(gòu)不閉鎖的狀態(tài);機(jī)械狀態(tài)是指閉鎖機(jī)構(gòu)閉鎖時(shí)的狀態(tài);而機(jī)械液力混合狀態(tài)則指由液力狀態(tài)向機(jī)械狀態(tài)或由機(jī)械狀態(tài)向液力狀態(tài)過(guò)渡時(shí)的過(guò)渡狀態(tài)。閉鎖離合器的液壓缸是裝在泵輪殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)缸。在閉鎖過(guò)程中,離合器活塞受到液壓缸內(nèi)工作油壓的作用時(shí)克服變矩器補(bǔ)償油壓使活塞運(yùn)動(dòng),并將離合器主、被動(dòng)部分壓緊,進(jìn)而閉鎖液力變矩器。在不同的工作階段,離合器的主、被動(dòng)部分之間所傳遞的轉(zhuǎn)矩是不同的,在建模過(guò)程中要分別考慮并建立不同的轉(zhuǎn)矩傳遞模型。1.1帶排扭矩的數(shù)學(xué)模型本文所研究的液力變矩器的原始特性如圖2所示。相應(yīng)的公式為:式中:Tb——液力工況變矩器泵輪計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tt——液力工況變矩器渦輪計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩ρ——工作液體密度g——重力加速度λb——泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)K——變矩比D——變矩器循環(huán)圓有效工作直徑nb——泵輪轉(zhuǎn)速(1)液力工況轉(zhuǎn)矩模型液力變矩器工作在液力工況時(shí),泵輪及渦輪上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩除了式(1)及式(2)以外,還有帶排轉(zhuǎn)矩TL,帶排轉(zhuǎn)矩是指當(dāng)離合器處于分離狀態(tài)時(shí),離合器摩擦副之間雖然沒(méi)有結(jié)合但仍然會(huì)產(chǎn)生一定的拖滯轉(zhuǎn)矩,通常稱為帶排轉(zhuǎn)矩,帶排轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)文獻(xiàn)。液力工況轉(zhuǎn)矩模型為:式中:Thb——液力工況下泵輪負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tb——液力變矩器泵輪計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩TL——帶排轉(zhuǎn)矩Tht——液力工況下渦輪上負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tt——液力變矩器渦輪計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩(2)機(jī)械液力混合工況轉(zhuǎn)矩模型在液力變矩器閉鎖過(guò)程中,離合器摩擦副主、被動(dòng)部分未同步前,泵輪及渦輪上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩除了式(1)及式(2)以外,還有閉鎖機(jī)構(gòu)的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf,摩擦轉(zhuǎn)矩Tf的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)文獻(xiàn)。機(jī)械液力混合工況轉(zhuǎn)矩模型為:式中:Tmb——機(jī)械液力混合工況下泵輪負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tb——液力變矩器泵輪計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tf——摩擦轉(zhuǎn)矩Tmt——機(jī)械液力混合工況下渦輪上負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Tt——液力變矩器渦輪計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩(3)機(jī)械工況轉(zhuǎn)矩模型閉鎖離合器閉鎖并且離合器的主、被動(dòng)部分同步后,離合器主、被動(dòng)部分以相同轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng),作為一個(gè)整體模擬,泵輪與渦輪上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩由液力變矩器的輸入、輸出轉(zhuǎn)矩決定。1.2流量平衡方程結(jié)合圖1,閉鎖過(guò)程中的充油過(guò)程可以用以下方程描述:閉鎖離合器活塞運(yùn)動(dòng)方程:工作液壓油的充油量:離合器液壓缸卸壓孔卸油量:流量平衡方程:式中:mLC——離合器活塞的質(zhì)量BLC——粘性阻尼系數(shù)ALC——活塞工作面積Ab——補(bǔ)償油壓作用面積——活塞運(yùn)動(dòng)加速度、速度及位移pLC——作用在活塞上的油壓pb——補(bǔ)償油壓d1——進(jìn)油道直徑d2——卸壓孔直徑pcon——控制閥出口油壓v——油液動(dòng)力黏度L1——充油道長(zhǎng)度L2——卸壓孔長(zhǎng)度QC——充入離合器液壓缸的總流量QL——通過(guò)卸壓孔流量1.3保壓缸充油過(guò)程建模依據(jù)圖1,針對(duì)液力變矩器不同工況下的數(shù)學(xué)模型和閉鎖式離合器液壓缸充油過(guò)程模型,應(yīng)用Matlab軟件所建立的閉鎖式液力變矩器仿真模型如圖3所示。2封閉式液位變動(dòng)器的定時(shí)機(jī)對(duì)傳動(dòng)性能的影響的模擬研究2.1液力性開(kāi)裂點(diǎn)對(duì)傳動(dòng)裝置的影響所研究的綜合式液力變矩器控制閉鎖的方式為雙參數(shù)控制,即根據(jù)渦輪與泵輪傳動(dòng)比進(jìn)行的閉鎖控制,為了得到較高的動(dòng)力特性,閉鎖點(diǎn)應(yīng)選在液力傳動(dòng)工況加速度特性曲線與機(jī)械傳動(dòng)工況加速度曲線的交點(diǎn)處。在同一張圖上繪制液力工況車輛加速度特性曲線與機(jī)械工況加速度特性曲線,并在圖上繪制加速過(guò)程中變矩器傳動(dòng)比與車速的關(guān)系曲線。由圖中找到液力工況加速度曲線與機(jī)械工況加速度曲線的交點(diǎn)車速,然后再找到對(duì)應(yīng)車速的變矩器傳動(dòng)比,即為動(dòng)力性閉鎖點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的液力變矩器傳動(dòng)比,全油門開(kāi)度下的閉鎖點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。閉鎖離合器控制油壓變化規(guī)律見(jiàn)圖4。為了分析不同閉鎖點(diǎn)對(duì)傳動(dòng)裝置的影響,在仿真中還假定了以下3種情況:在換入新的擋位0.8s后閉鎖、在換入新的擋位1.5s后閉鎖及在Ⅲ擋液力變矩器閉鎖后,換擋操作不再解鎖液力變矩器。圖5為不同閉鎖時(shí)機(jī)液力變矩器渦輪與泵輪的傳動(dòng)比。2.2動(dòng)力性鎖試驗(yàn)結(jié)果圖6為以上所述不同閉鎖時(shí)機(jī)的車速時(shí)間歷程曲線(Ⅲ擋后),4條曲線非常接近,這說(shuō)明以不同閉鎖時(shí)機(jī)進(jìn)行液力變矩器的閉鎖對(duì)車輛的加速度影響不大。但是可以觀察到1.5s閉鎖的車速曲線在Ⅲ擋后處于其它曲線的下方,0.8s曲線處于其它曲線的上方,但是1.5s與0.8s同一時(shí)刻下的車速相差不大于1km/h;不解鎖換擋與動(dòng)力性閉鎖兩種工況下的曲線則基本重合。由此可知,不同的閉鎖時(shí)機(jī)對(duì)車輛的平均加速度影響不大,但Ⅲ擋以后早閉鎖比晚閉鎖的加速特性稍好一些。2.3液力變矩器的動(dòng)載圖7為不同閉鎖時(shí)機(jī)傳動(dòng)裝置輸出端的動(dòng)載系數(shù)曲線。由圖中可見(jiàn)傳動(dòng)裝置輸出端的動(dòng)載系數(shù)在低擋時(shí)較大,高擋時(shí)較小,這與低擋位的傳動(dòng)比大、傳動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩大有關(guān)。但是在同一擋位時(shí)不同閉鎖時(shí)機(jī)的動(dòng)載系數(shù)峰值之間相差并不明顯。在換擋過(guò)程中不解鎖液力變矩器會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)載,這主要是因?yàn)闆](méi)有考慮到換擋離合器的緩沖作用。液力變矩器閉鎖時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)到緩沖離合器間的“剛性”較高,但是由于緩沖離合器的緩沖作用,將整個(gè)動(dòng)力傳遞路線所造成的沖擊“柔化”了,所以在傳動(dòng)裝置的輸出端并沒(méi)有較高的動(dòng)載。在圖7還可發(fā)現(xiàn),根據(jù)iy進(jìn)行閉鎖(動(dòng)力性閉鎖規(guī)律)的動(dòng)載系數(shù)比1.5s閉鎖的動(dòng)載系數(shù)稍大一些,這是因?yàn)檫@兩種閉鎖時(shí)機(jī)液力變矩器閉鎖時(shí)緩沖離合器已同步,而1.5s閉鎖時(shí)刻要比根據(jù)iy閉鎖稍遲,液力變矩器的iy值更大,變矩系數(shù)K更小,所以閉鎖沖擊會(huì)小一些。但0.8s閉鎖并不比上述兩種情況閉鎖時(shí)動(dòng)載系數(shù)更大,這是因?yàn)?.8s閉鎖時(shí),緩沖離合器控制油壓還未達(dá)到最大值且其主、被動(dòng)邊還未同步,緩沖離合器對(duì)0.8s的動(dòng)載起到了緩沖的作用。2.4擋及耦合作用圖8為不同閉鎖時(shí)機(jī)綜合傳動(dòng)裝置中某一緩沖離合器的滑摩功,圖中曲線平滑的部分對(duì)應(yīng)于該離合器處于分離狀態(tài)(Ⅱ、Ⅳ及Ⅵ擋)及離合器同步(Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ擋)狀態(tài),上升段對(duì)應(yīng)Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ擋離合器未同步階段。由圖8可見(jiàn),在Ⅲ擋后換擋時(shí)不解鎖液力變矩器的滑摩功最大,達(dá)到了2.2×105J,其余3種情況下的滑摩功為1.65×105J~1.7×105J,不解鎖換擋比解鎖換擋的滑摩功大33%以上。0.8s閉鎖的滑摩功比根據(jù)iy閉鎖及1.5s閉鎖的滑摩功大3%左右。3換擋時(shí)不嚴(yán)格由以上仿真分析可知,不同的閉鎖時(shí)機(jī)對(duì)車輛的平均加速度影響不大,但Ⅲ擋