装有液力自动变速器的多轴全驱车辆动力性建模与仿真

山西中北大学车辆工程学院　　刘苏铭　杨世文

装有液力自动变速器的多轴全驱车辆动力性建模与仿真

山西中北大学车辆工程学院刘苏铭杨世文

基于重型车辆的特性，通过建立装有液力自动变速器的六轮全驱动重型汽车传动系统数学模型，分析研究发动机与液力变矩器共同工作特性，并利用计算机软件仿真得到其共同工作点以及共同工作时的输出转矩特性，从而计算出车辆动力性能参数。通过本次研究，为改善重型车辆性能提供了重要的理论基础，对加强我国经济建设有着重要的意义。

重型车辆；液力自动变速器；动力性；建模与仿真

1　引言

在现代化社会发展中，重型车辆作为采矿业、建筑业、运输业等各行业必不可少的重要装备，对我国经济建设有其不可忽视的作用，其中装备有自动变速器的重型车辆因其不同于装备有手动变速器车辆的特点对我国经济发展有重要作用和意义。目前，在诸多文献中关于手动变速器车辆动力性领域内有较多研究成果。国内学者唐应时、肖启瑞等建立了手动变速器车辆的传动系数学模型，实现计算机仿真的同时对传动系统进行了优化［1］。但有关于装配自动变速器（Automatictransmission）（以下简称AT）多轴车辆动力性研究方面的文献较少。对于AT变速器车辆动力性研究的关键之一在于研究发动机与液力变矩器共同工作特性。李春芾、陈慧岩等学者在研究液力变矩器算法的基础上实现计算机仿真模拟，并得到发动机与液力变矩器共同工作输入、输出特性的确定方法［3］。本文旨在建立某型号装有AT变速器的6×6多轴重型汽车动力性数学模型，并通过软件仿真对其动力性参数进行分析。

2　传动系数学模型建立

根据受力平衡原理，可得出车辆的行驶方程，即驱动力等于行驶阻力，进而求出其他参数。车辆的行驶阻力（Ft）包括：滚动阻力（Ff）、坡度阻力（Fi）、空气阻力（Fw）、加速阻力（Fj），其平衡关系为：

Ft=Ff+Fi+Fw+Fj（1）

行驶方程可具体化为：

式中Tt为液力变矩器输出转矩；ig、if、io分别为变速器传动比、分动器传动比、主减速器传动比；ηT为传动系机械效率；r为车轮滚动半径；G为汽车重量；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；u为汽车速度；δ为汽车旋转质量换算系数；m为汽车质量为汽车加速度。

2.1液力变矩器模型建立

液力变距器是发动机与动力传动装置的连接枢纽，研究整车动力性能需要研究液力变矩器对发动机工作的影响。在研究过程中可将液力变矩器作为发动机的一部分，二者共同构成一个部件，并由其将动力输出。对液力变矩器建立数学模型有：

Tp=λpρgD5np2（3）

Tp为泵轮输入转矩；λp为泵轮转矩系数；np为泵轮转速；ρ为工作液密度；g为重力加速度；D为变矩器有效直径。

2.2最高车速数学模型

液力变矩器涡轮转速ηT与汽车速度u可用公式表达：

液力变矩器输出转矩Tt与其转速nt可用公式表达：

式中，系数a0、a1、a2…ak由最小二乘法确定；拟合阶数k取值随特性曲线。

将式（4）、式（5）带入式（3）得到以车速u为变量的一元高次函数，整理后得到下式：

据式（6）可以发现发动机在转速范围内的变化，若变速器和分动器都处于高速档时，对式（6）计算得到的极值即为汽车的最高车速。

3　实车计算

某多轴重型汽车技术参数如下：

整车最大总质量：m=32000kg，AT变速器中各档速比：ig1=5. 6；ig2=3.43；ig3=2.01；ig4=1.42；ig5=1；ig6=0.83，分动器传动比：if=0. 89/1.536，主减速比：io=5.933，车轮半径：r=0.6m，车辆迎风面积：A=4.57m2，空气阻力系数：CD=0.6，传动系机械效率ηT=0.9，发动机输出转矩特性见图1，液力变矩器基本参数：ρ=810kg/m3，g=9. 8m/s2，D=0.375m，原始特性见表1。

通过Matlab软件仿真得到车辆发动机与液力变矩器共同工作时的转矩和转速，如图2所示。并通过拟合得到两者共同工作时的输出转矩图，如图3所示。

根据计算结果可知，车辆的最高速度为112km/h，此结果与设计需要110km/h相近。

刘苏铭，1990年生，山西五台人，研究方向：车辆动力传动系统。