基于MATLAB的液力变矩器汽车仿真与研究

基于MATLAB的液力变矩器汽车仿真与研究
袁宏伟
【摘要】本文以国产某车型为参数,首先建立液力变矩器数学模型,分析对比了在变矩比不同值时,装有液力变矩器与装有手动变速器驱动力的变化情况.由仿真数据可知,在高挡位时,装有液力变矩器的汽车驱动力下降较快.为了克服此因素,把变矩比数据改为1,即直接将泵轮和涡轮锁止,其他参数不变,再次仿真可知,随着车速的增加,驱动力变化平缓,较锁止前有很大的改善,效率也大大得到提升.
【期刊名称】《内蒙古公路与运输》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】4页(P50-53)
【关键词】MATLAB;液力变矩器;发动机;仿真
【作者】袁宏伟
【作者单位】内蒙古自治区交通运输管理局,内蒙古呼和浩特 010020
【正文语种】中文
【中图分类】U461.2
如何提高汽车的动力性和燃油经济性是目前汽车行业中一个亟需解决的问题。

液力变矩器是装有自动变速器汽车的关键部分，对汽车的动力性和燃油经济性起着重要的作用。

文献[1]对比传统的匹配方法，采用MATLAB进行发动机与液力变矩器的匹配和分析，验证了仿真的可行性。

文献[2]针对液力变矩器与发动机匹配计算中求解共同
点不准确问题，提出将液力变矩器和发动机特性的离散数据进行线性拟合，快速、准确求解共同工作点的算法。

本文结合以上算法，在此基础上比较了液力变矩器和手动变速器的优劣，并对液力变矩器的不足之处进行了改善和仿真，有效的减少制造成本，证明了仿真的可行性。

汽车常用综合式液力变矩器来实现液力传动，通常综合式液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮为主要原件。

一般综合式液力变矩器有变矩与偶合两种情况。

高速运行时，为了提高传递效率，液力变矩器一般装有锁止离合器，实现在泵轮与涡轮转速接近时，采用机械传动[3]。

液力变矩器可以根据涡轮轴上外部载荷的大小自动、无极地进行变速变矩。

能够反应液力变矩器各个性能参数的变化规律。

反应液力变矩器性能的主要特性有：自动适应性、经济性能、负荷性能、能容性能和穿透性能[4]。

液力变矩器完全可以有它的外特性和原始性能来表示，并用外特性和原始特性曲线上的有关参数进行评价。

液力变矩器的三个重要参数：
1)变矩比K
在液力变矩器中，涡轮的输出转矩TT与泵轮的输入转矩TP之比，称为变矩比。

即
2)变矩器速比i
在液力变矩器中，涡轮转速nT与泵轮转速nP之比，称为变矩器速比。

即
3)变矩器的效率η
在液力变矩器中，变矩器的效率为输出功率和输入功率之比。

即
液力变矩器施加于发动机的负荷特性由泵轮的转矩变化特性决定，即
式中，λP为泵轮转矩系数；ρ为液体的密度；g为重力加速；D为变矩器的直径；nP为泵轮的转速。

某国产小型轿车，其发动机输出转矩特性可由台架试验得到，具体参数如表1所示：
基本参数：额定功率41.2kW，满载质量970kg，转速范围800～6000r/min，最大转矩88.1N·m，车轮滚动半径0.272m，传动系的机械效率0.9，迎风面积
2.0m2，空气阻力系数0.3，滚动阻力系数0.012，质量换算系数
δ=1.03+0.04ig2，主减速器比为4.388，变速器速比
ig=3.416,1.894,1.280,0.914,0.757。

工作液密度ρ=810kg/m3，液力变矩器的有效直径D=0.28m。

其他参数见表2。

为了得到发动机和液力变矩器稳定的共同工作点数据，根据以上参考数据和公式编写M文件程序，程序计算流程图如图1所示。

把编辑好的程序保存在MATLAB/work中，命名为torque1-1.m。

在MATLAB
中的Command Window窗口运行即可得到如图2所示的效果。

从图2可以看出，发动机转矩曲线和变矩器泵轮转矩曲线有不同的交点，这些交
点就是它们的共同工作点。

为了得到具体的数值，再次使用MATLAB进行编辑，便可得到稳定共同工作点的数值，如表3所示。

对表2进行4阶多项式拟合便可以得到发动机与液力变矩器共同工作的输出转矩
曲线，如图3所示。

由运行的程序同时可以得到装有液力变矩器和装有手动变速器的汽车驱动力图，如图4所示。

从图4可以看出，在1档时，手动变速器的最大驱动力在4500N左右，远远小于液力变矩器的最大驱动力，所以对比这组曲线可知，装有液力变矩器的车辆在起步时很平顺，并且加速性能较好。

但是在高档位时，随着车速的增加，变矩器的效率
开始出现下滑趋势，存在不足之处。

为了克服上述所存在的不利因素，采取锁止的方式，即泵轮和涡轮直接锁在一起。

在原来的程序上进行修改，只需要把变矩比数组中小于1的数据都改为1，即表明泵轮和涡轮锁住。

为了更加直观看出修改后的效果，并在程序中在编写上变矩器速比与传动效率及变矩比的关系曲线。

运行修改后的程序，仿真计算得到图5～7。

由改善后的仿真结果可知，液力变矩器采取锁止方式后，不但在低速时驱动力依然保持很大，而且在5档位时，最小驱动力与手动变速器5档时的驱动力基本一致。

由图6知，当泵轮和涡轮锁止后，效率随着变矩器速比提高，变矩比固定为1，传动效率接近100%。

(1)通过仿真对比不同变矩比下，液力变矩器在低档位时，由于传动比和传动效率
增加，驱动力比高档要大，而且远大于手动变速器在低档位时的驱动力，但是在高档位时明显的存在不足。

(2)为了使液力变矩器在高档时也发挥高的效率，进行改善后，由仿真结果可知，
液力变矩器在低档位保持较好的驱动力，在高档位时，最小驱动力达到接近800N，与手动变速器基本相当。

同时，证明此液力变矩器汽车仿真模型的可行性。