车辆动力学5系统动力学模型.ppt

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1、第二章第二章 传动系统动力学模型传动系统动力学模型第一节第一节 传动系统的控制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、换挡规律一、换挡规律排挡之间自动换挡点的控制参数(车速、油门开度)变化规律。1.换挡规律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。单参数换挡规律单参数换挡规律双参数换挡规律双参数换挡规律三参数换挡规律三参数换挡规律换换档档特特性性是是由由牵牵引引特特性性和和换换档档规规律律组组合合而而成成的的。当当牵牵引引特特性性一一定定时时，换档规律对车辆动力性、经济性和使用性能有决定意义。换档规

2、律对车辆动力性、经济性和使用性能有决定意义。一、换挡规律一、换挡规律2.单参数换挡规律单参数换挡规律换档重叠或换档延迟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，保证了换档过程的新换回原来的排档，保证了换档过程的稳定性；稳定性；不能实现驾驶员的干预换档。经济性差，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，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，发挥车辆动力性目的是减少换档次数，发挥车辆动力性能。能。降档线降档线升档线升档线2)有利于减少换档循环，防止控制元件有利于减少换档循环，防止控制元件加

3、速磨损与降低乘坐舒适性；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。变化换挡延迟可改变换挡规律。一、换挡规律一、换挡规律2.双参数换挡规律双参数换挡规律等延迟型换档规律等延迟型换档规律：换档延迟不随油门开：换档延迟不随油门开度的变化而变化度的变化而变化1）油门开度不变，假设为）油门开度不变，假设为车速达到车速达到 时，时，I挡自动升入挡自动升入II挡挡车速降到车速降到 时，时，II挡自动换回挡自动换回I挡挡2）车速不变，假设为）车速不变，假设为行驶阻力减小，油门开度小于行驶阻力减小，油门开度小于 时，自动升入时，自动升入II挡挡行驶阻力增加，油门开度大于行驶阻力增加，油门开度大于

4、 时，自动换入时，自动换入I挡挡干预换挡：松油门提前换高挡，猛踩油门强制换低挡干预换挡：松油门提前换高挡，猛踩油门强制换低挡降档线降档线升档线升档线驾驶员可干预，可提前换入高档或提前降驾驶员可干预，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到低档，很大程度上改善了车辆的燃油经济性。济性。一、换挡规律一、换挡规律2.双参数换挡规律双参数换挡规律发散型换档规律发散型换档规律：换档延迟随油门开度的：换档延迟随油门开度的增大而增大，呈发散状分布，也称增延迟增大而增大，呈发散状分布，也称增延迟型换档规律。型换档规律。缺点：缺点：大油门降档时的车速低，功率利用差，较适用大油门降档时的车速低

5、，功率利用差，较适用于后备功率大的轻型车辆。于后备功率大的轻型车辆。优点：优点：1）大油门时换档延迟大，可减少换档次数。）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，）大油门时，升档车速高，接近最大功率点，动力性好动力性好。一、换挡规律一、换挡规律2.双参数换挡规律双参数换挡规律收敛型换档规律收敛型换档规律：换档延迟随油门开度增：换档延迟随油门开度增大而减小，呈收敛状分布，也称减延迟型大而减小，呈收敛状分布，也称减延迟型换档规律换档规律。发动机可以在较低转速下工作，燃油经济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。该规律适性好、噪声低、行

6、驶平稳舒适。该规律适合于比功率较低的货车。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）在升降档时都有较好的功率利用，动力性好。力性好。2）低速时，可以松油门提前换高挡，改）低速时，可以松油门提前换高挡，改善燃油经济性。善燃油经济性。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；出的牵引力，消除出现循环换挡的起因；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。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、换挡规律一、换挡规律消除循环换档的措施：消除

7、循环换档的措施：在恶劣路面，强制挂低挡。在恶劣路面，强制挂低挡。3.其它换档规律其它换档规律（a)a)组合型换档规律组合型换档规律 由由两两段段或或多多段段不不同同变变化化规规律律所所组组成成的的换换档档规规律律，便便于于在在不不同同油油门开度范围内得到不同的车辆性能。门开度范围内得到不同的车辆性能。常常见见的的组组合合型型换换档档规规律律：小小油油门门开开度度以以舒舒适适、稳稳定定及及少少污污染染为为主主；大大油油门门开开度度则则以以动动力力性性能能为为主主；在在中中等等油油门门开开度度下下，首首先先要要求求很好的燃料经济性，其次要有满意的动力性能。很好的燃料经济性，其次要有满意的动力性能。

8、（b b）多规律换档控制）多规律换档控制 并并列列有有几几种种不不同同换换档档规规律律的的控控制制器器，驾驾驶驶员员改改变变选选择择开开关关，就就可使同一变速箱改换用另一种换档规律进行控制。可使同一变速箱改换用另一种换档规律进行控制。一、换挡规律一、换挡规律丰田小轿车换档规律的特点？丰田小轿车换档规律的特点？（b b）升升挡挡点点的的设设计计，考考虑虑动动力力性性和和排排放放。各各油油门门下下升升挡挡点点都都设设计在较高车速。计在较高车速。四档变速箱四档变速箱（a a）采采用用发发散散型型的的换换档档规规律律，在在节节气气门门全全开开和和中中等等开开度度时时，降降档档速速差差都都较较大大，大大

9、大大减减少少换换档档次次数数，有有利利于于提提高高变变速速箱箱的的耐耐久久性性，且经济性也良好。且经济性也良好。一、换挡规律一、换挡规律（d d）合合理理使使用用超超速速档档。在在大大于于85%85%油油门门开开度度以以上上，为为了了不不使使动动力力性性能能变变坏坏，换换挡挡规规律律规规定定不不得得升升入入超超速速档档。小小于于25%25%油油门门开开度度时时，换换挡挡点点车车速速较较高高些些，减减小小排排放放。其其余余中中等等开开度度，使使用用超超速速档档节油。节油。（c c）设设计计了了强强制制降降档档，当当油油门门开开度度达达85-90%85-90%时时，可可以以提提前前降降入入低低档档

10、，提提高高了了降降档档后后的的发发动动机机转转速速，改改善善了了降降档档后后的的功功率率利利用用和和动力性。动力性。阿里逊阿里逊CLBT-6061CLBT-6061重型车辆的换档规律？重型车辆的换档规律？（a a）采采用用收收敛敛型型换换档档规规律律。当当油油门门全全开开时时，降降档档速速差差最最小小，有有利利于于得得到到优优良良的的动动力力性性能能。在在小小油油门门开开度度时时，降降档档速速差差最最大大，得得到到广广泛泛的的多多档档重重叠叠工工作作区区，可可以以大大大大减减少少换换档档次次数数，也也有利于提高经济性。有利于提高经济性。一、换挡规律一、换挡规律（b b）在在75%-100%75

11、%-100%油油门门开开度度范范围围内内，升升档档前前变变矩矩器器已已进进入入闭闭锁锁后后的的机机械械传传动动工工况况，发发动动机机转转速速也也很很高高，既既得得到到良良好好的的动动力力性性，又又具具有有很很高高的的传传动动效效率率，也也提提高高了了经经济济性性。当当油油门门全全开开时时，降降档档速速差差缩缩减减到到30-7030-70转转/分分，采采用用了了等等速速差差的的降降档设计，使降档时得到很好的功率利用。档设计，使降档时得到很好的功率利用。（d d）在在小小于于25%25%油油门门开开度度范范围围内内，采采用用了了单单参参数数的的换换档档规规律律，其其换换档档点点与与油油门门开开度度

12、无无关关。这这样样可可使使降降档档前前发发动动机机转转速速不不低低于于最最小小稳稳定定转转速速，也也可可使使变变矩矩器器保保持持在在效效率较高的区域工作。率较高的区域工作。（c c）在在25%-75%25%-75%油油门门开开度度范范围围内内，升升档档前前始始终终在在液液力力传传动动工工况况下下工工作作，变变矩矩器器基基本本上上位位于于高高效效区区或或接接近近高高效区的范围内工作。效区的范围内工作。（2 2）换档时变矩器的缓冲解锁。）换档时变矩器的缓冲解锁。（1 1）改善传动性能的闭、解锁。）改善传动性能的闭、解锁。二、闭锁规律二、闭锁规律1.变矩器的闭锁控制变矩器的闭锁控制二、闭锁规律二、闭

13、锁规律按按涡轮转涡轮转速速按按车车速速按按挡挡位位单参数控制单参数控制 一一般般把把闭闭锁锁点点设设计计在在偶偶合合器器工工况况点点附附近近，以以保保证证得得到到较较高高的的效效率率和和牵牵引引力力。闭闭锁锁点点应应随随油油门门开开度度而而变变，油油门门开开度度越越小小，闭闭锁锁点点的的转速则越低。转速则越低。在在闭闭锁锁点点与与解解锁锁点点之之间间，也也要要有有一一定定的的解解锁锁速速差差，以以免免过过于于频频繁的闭锁一解锁循环。繁的闭锁一解锁循环。2.2.闭锁点的选择闭锁点的选择双参数控制双参数控制按按转转速比控制速比控制按按涡轮转涡轮转速和油速和油门门开度开度按按车车速和油速和油门门开度

14、开度1 1）按（涡轮转速）进行闭锁控制）按（涡轮转速）进行闭锁控制 这这种种控控制制方方法法只只能能在在少少部部分分油油门门开开度下保证有合理的动力性与经济性。度下保证有合理的动力性与经济性。只只要要涡涡轮轮转转速速达达到到某某个个固固定定不不变变的的数值时，变矩器就闭锁。数值时，变矩器就闭锁。闭锁工况的闭锁工况的工作区工作区对对于多档于多档变变速器各档均速器各档均闭锁时闭锁时，一般低档，一般低档闭锁闭锁 较较高，高，可以充分利用可以充分利用变变矩器矩器变变矩性能，提高矩性能，提高动动力性；高档力性；高档闭锁闭锁 较较低，以便尽早低，以便尽早闭锁闭锁，利用机械，利用机械传动传动，提高，提高传动

15、传动效率。效率。3.单参数闭锁控制单参数闭锁控制 把把涡涡轮轮转转速速改改成成变变速速箱箱输输出出轴轴转转速速。只只要要当当车车速速达达到到某某一一定定值值时时，就就能能实实现现变变矩器闭锁。矩器闭锁。闭锁工况的闭锁工况的工作区工作区 这这可可以以避避免免低低挡挡范范围围内内频频繁繁闭闭锁锁，减减少少由由此此引引起起的的冲击和磨损。冲击和磨损。2 2）按车速进行闭锁控制）按车速进行闭锁控制 3.单参数闭锁控制单参数闭锁控制3 3）按挡位进行闭锁控制）按挡位进行闭锁控制 只只有有在在某某些些排排挡挡范范围围内内才才能能实实现现闭闭锁锁，例例如如前前进进挡挡或或高高挡挡范范围围内内才才能能闭闭锁锁

16、，而而在在其其它它排排挡挡工工作作时时，不不论论其其转速多大，都只能用液力工况工作。转速多大，都只能用液力工况工作。3.单参数闭锁控制单参数闭锁控制 在在油油门门全全开开时时，可可把把闭闭锁锁点点设设计计在在偶偶合合器器工工况况点点附附近近，随随着着油油门门开开度度减减小小，闭闭锁锁点点转转速速也也随随之之降降低低。显显然然，这这种种方方法法只只要要设设计计得得当当，可可以以在在很很大大的的油油门门开开度度范范围围内内得得到到比比较较合合理理的的闭闭锁锁点点。这这种种控控制制方方法法也也较简单。结构上易于实现。较简单。结构上易于实现。闭锁工况的闭锁工况的工作区工作区1 1）按涡轮转速和油门开度

17、进行闭锁控制）按涡轮转速和油门开度进行闭锁控制 4.双参数闭锁控制双参数闭锁控制 每每当当传传动动比比达达到到一一定定值值时时，实实现现闭锁。闭锁。闭锁工况的闭锁工况的工作区工作区这这种种控控制制原原理理比比较较合合理理，在在各各种种油油门门开开度度下下都都可可得得到到合合理理的的效效率率及及动动力性能。力性能。2 2）按变矩器的速比进行闭锁控制）按变矩器的速比进行闭锁控制 4.双参数闭锁控制双参数闭锁控制闭锁工况的闭锁工况的工作区工作区3 3）按车速和油门开度进行闭锁控制）按车速和油门开度进行闭锁控制 4.双参数闭锁控制双参数闭锁控制油油门门开开度度一一定定时时，只只有有当当车车速速到到达达

18、一一定定值值才才闭闭锁锁；并并可可以以根根据据挡挡位位实实现现高高挡挡闭闭锁锁而而低低挡挡不不闭闭锁锁，是目前轿车常用的控制。是目前轿车常用的控制。一、实际系统的简化一、实际系统的简化 1)提出适于动态特性计算用的系统。第二节第二节 传动系统模型传动系统模型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、实际系统的简化一、实际系统的简化 4 4）在分析

19、动力传动系统时，发动机被看作一整体，可用）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；一个总的惯量表示发动机的运动件的惯量；5 5）变速箱中惯性质量不做功的分支和与这些分支连接的）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；作功部件是刚性联接的，惯量可以包括在作功元件内；6 6）汽车的质量对驱动轮均匀分布，可将两个平行的分支）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。合并起来，合并后惯量和刚度等于两个分支的参数之和。一、实际系统的简化一、实际系统的简化

20、 1）转动惯量转动惯量 利用三维建模软件确定复杂形状零部件的惯量。一、实际系统的简化一、实际系统的简化 2）轴的扭转刚度）轴的扭转刚度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。式中：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二、缩减自由度的基本方法1.1.双质量系统代替单质量系统双质量系统代替单质量系统2.2.单质量系统代替双质量系统单质量系统代替双质量系统 二、缩减自由度的基本方法二、缩减自由度的基本方法a:例如：1、2合并成1个，4分配到3、5，6分配到5、0b:c:二、

21、缩减自由度的基本方法二、缩减自由度的基本方法三、刚性体、弹性体当量模型三、刚性体、弹性体当量模型1.1.刚性体当量模型刚性体当量模型三、刚性体、弹性体当量模型三、刚性体、弹性体当量模型2.2.弹性体当量模型弹性体当量模型三、刚性体、弹性体当量模型三、刚性体、弹性体当量模型 四、仿真模型四、仿真模型四、仿真模型四、仿真模型作业作业1建立系统换挡过程动态模型（框建立系统换挡过程动态模型（框图、数学模型均可）图、数学模型均可）1）模型应包括以下部件：发动）模型应包括以下部件：发动机、带闭锁离合器的液力变矩器、机、带闭锁离合器的液力变矩器、换挡离合器、齿轮。换挡离合器、齿轮。2）模型应含换档控制器和闭锁）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控制器，换档规律和闭锁规律可假设。假设。3）模型自由度自定。）模型自由度自定。4）可针对一个升挡过程或从起）可针对一个升挡过程或从起步到加速整个过程建模。步到加速整个过程建模。