基于matlab_Simulink的发动机与液力变矩器匹配仿真

2005年第3期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　总第99期

Vehicle&PowerTechnology文章编号:10094687(2005)03003903

基于matlab/Simulink的发动机与

液力变矩器匹配仿真

骆清国,　桂　勇

(装甲兵工程学院,北京　100072)

摘　要:用Matlab/Simulink模拟仿真液力变矩器与发动机的匹配,该文首先用matlab/smulink中插值的方法模拟发动机调速特性和负荷特性并建立发动机模块,用matlab/smulink、matlab/stateflow混合建模,模拟液力变矩器的输入、输出特性并建立液力变矩器模块1然后结合仿真,判断设计的结构参数对匹配性能的影响以及能否达到设计的要求1从仿真结果看,仿真车型变矩器的效率,变矩系数,以及发动机与变矩器共同工作输出的扭矩、转速能达到设计的要求1

关键词:发动机;液力变矩器;仿真;匹配中图分类号:TP39119　　　文献标识码:A

SimulatingEngineandhydraulicTorqueConverters

MatchBaseonMatlab/Simulink

LUOQing2guo,　GUIYong

(ArmoredForceEngineeringCollege,Beijing100072,China)

Abstract:Thispaper,SimulatesthematchoftheengineandhydraulictorqueconvertersmatchbasedOnMatlab/Simulink1First,thispaperusesinterpolationmethodinMatlab/Simulinktosimulateenginespeedregulationcharacteristic,loadbearingcharacteristicandtobuildenginemodular1Thenitusemat2lab/smulinkandmatlab/stateflowtosimulatethehydraulictorqueconvertersinputcharacteristic,outputcharacteristicandbuildthemodular1Lastthroughsimulation,thispaperjudgestheinfluenceofdesignvalueonmatchingperformanceandfindifthedesignvaluemeetstherequest1Fromtheresultswecanfindthatnotonlytheefficiencyandtorqueconvertquotientofhydraulictorqueconvertersbutalsothetorqueandrotationalspeedwhenengineandhydraulictorqueconvertersworktogethercanmeetthere2questofdesign1

Keywords:engine;hydraulictorqueconverters;simulate;matching

　　由于液力变矩器有很好的自适应性,能提高车

辆的寿命以及通过性、舒适性,简化车辆的操作等优点,因此在各种车辆中已得到广泛应用1为了充分发挥液力变矩器性能,使其和动力系统有机的结合以达到良好的整车性能,经济性能和环保效果,

修稿日期:20050530

必须研究如何实现两者的最佳合理匹配1

1　匹配原则

①保证涡轮轴有较大的输出功率,以充分利

作者简介:骆清国(1965-),男,河北邢台人,装甲兵工程学院教授1

・40・车辆与动力技术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2005年　

用发动机的功率,要求发动机额定功率工况与变矩器最高效率工况相对应;

②应使车辆具有最大的起步扭矩和一定的超载能力,不应使变矩器进入制动工况,而应使变矩器在高效率区工作;

③兼顾燃料经济性的要求,应尽量使变矩器的输入特性曲线通过发动机的低耗油区1

带车辆的发动机及液力变矩器起步过程的仿真结果图以检查仿真的效果1

图1为发动机模型,图2为液力变矩器模型,图3为地面阻力模型1

2　匹配模型

(1)发动机模型的建立

车辆在行驶过程中,发动机转速取决于车辆行驶速度,扭矩取决于行驶阻力,两者没有特定的关系1但从柴油机的万有特性图可知不同转速和负荷下的扭矩,这样只需建立阻力模型并将其等效到发动机曲轴端,再通过对万有曲线数据进行线性插值的方法即可得出发动机扭矩转速之间的关系1

(2)阻力模型的建立车辆在行驶过程中一般考虑其地面阻力和空气阻力1

a1地面阻力的计算

图1　发动机模型

考虑车辆在硬路面上行驶时其行驶阻力为:

Ff=f・w1

其中　f为滚动阻力系数;w为车辆全重1

b1空气阻力的计算

图2　液力变矩器模型

ρFk=Cd・・A・V/2.

其中　Cd为空气阻力系数;ρ为空气密度;A为车辆迎风面积;V为行驶速度1

(3)液力变矩器模型的建立

a1液力变矩器的输入特性

2

变矩器的输入扭矩为:

25

γ・nBMB=λ・D1MB・

其中　MB为泵轮扭矩;λMB为泵轮转矩系数;γ为工作液密度;nB为泵轮转速;D为变矩器直径1

b1液力变矩器的输出特性

图3　地面阻力模型

在车辆行驶的过程中,由于发动机、液力变矩器处于动态过程,工作过程相当复杂,要对其共同工作过程进行仿真很难实现,本文考虑发动机和变矩器的静态工况,给定发动机固定转速,当油门逐渐增大到最大油门时,仿真两者共同工作输出的扭矩,转速以及变矩器效率、变矩系数随时间的变化的关系,是否达到设计要求1

仿真结果如图4、5、6、7、8、9所示1其中仿真特性参数:①传动比i=nT/nB;②变矩系数K=-MT/MB;

③效率η=K・i;

变矩器的输出扭矩为:

25

γ・nBMT=λ・D1MT・

　　其中MT为涡轮扭矩;λMB为涡轮转矩系数1

3　模型的仿真

发动机和液力变矩器的匹配就是分别计算出发动机外特性曲线图和液力变矩器的输入曲线图考察两者的交点,看是否符合匹配要求以及计算出输出特性看输出特性是否符合要求1本文采用的是某履

　第3期　　　　　　　骆清国等:基于matlab/Simulink的发动机与液力变矩器匹配仿真・41・

图4　泵轮转速—时间图图8　效率—时间图图5　泵轮扭矩—时间图

图9　变矩系数—时间图

4　结　论

随着油门的增加,泵轮由于与发动机连接扭矩

逐渐增大,同时在变矩器工作液的带动下涡轮的输出扭矩增加,变矩器效率随着扭矩的增加先变小后变大,但一直处在比较高的效率区,变矩系数到后期大于1,说明后阶段涡轮扭矩增加的要快1从仿真结果得到以下结论:

①变矩器效率能达到设计要求;②涡轮、泵轮的转速,扭矩都在合理的范围之内1

参考文献:

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图6　涡轮转速—时间图

京大学出版社,20011

[2]　商高高,何仁1发动机与液力变矩器共同工作特性

的分析[J]1江苏理工大学学报(自然科学版),2000,

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