车辆动力学第二章2液力变矩器

G12 G22
(s) (s)
M M
B T
(s) (s)
利用系统 辨识得到
五、液力变矩器的闭、解锁控制
1.变矩器的闭、解锁控制 • 改善传动效率的闭、解锁。 • 换挡时变矩器的缓冲解锁。
单参数控制
按涡轮转速 按车速 按挡位
按车速和油门开度 双参数控制 按涡轮转速和油门开度
按转速比控制
五、液力变矩器的闭、解锁控制
K
h
M BnB
B
0
i
综合式液力变矩器
λX106 K
10 2.4
2.0 8
1.6 6
1.2 4
0.8
2 0.4
η
η
K
1.0
λ
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0.0
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
传动比 i
二、液力变矩器的原始特性
i
0 0.387 0.435 0.510 0.595 0.641 0.700 0.757 0.784 0.805 0.853 0.901 0.946
二、液力变矩器的原始特性
3.静态原始特性 —稳态工况下获得的原始特性
λX106 K
10 2.4
2.0 8
1.6 6
1.2 4
0.8
2 0.4
0 0.0 0.0
0.2
0.4
0.6
传动比 i
i
η
η
K
1.0
λ
0.8 ，D，nB
0.6
0.4
0.2
0.0
0.8
1.0
i=nT / nB
M B gBnB2 D5
闭锁工况的 工作区
nT
五、液力变矩器的闭、解锁控制
2. 单参数闭锁控制
2）按车速进行闭锁控制
只要当车速达到某一定 值时，就能实现变矩器 闭锁。
这可以避免低挡范围内 频繁闭锁，减少由此引 起的冲击和磨损。
闭锁工况的 工作区
五、液力变矩器的闭、解锁控制
2. 单参数闭锁控制
3）按挡位进行闭锁控制 只有在某些排挡范围内才能实现闭锁，例如前进挡 或高挡范围内才能闭锁，而在其它排挡工作时，不 论其转速多大，都只能用液力工况工作。
例4（续）：
2 Impeller
采用1-3挡液力工况，4Im挡pe闭ller锁为 In e rti a
机械工况的控制
T orque Converte
I
1 Gear
Lockup Control
Gear P
4
1 Gear
液压系统模型：G(s) 1 0.04s 1
==
Convert
1
1
0.04s+1
P
Lockup
2. 单参数闭锁控制
1）按涡轮转速进行闭锁控制 只要涡轮转速达到某个固定不变 的数值时，变矩器就闭锁。
冲击大，只能在少部分油门开度 下有合理的动力性与经济性。
对于多挡变速器各挡均闭锁时，一般低挡闭锁 nT 较高，
可以充分利用变矩器变矩性能，提高动力性；高挡闭锁
nT较低，以便尽早闭锁，利用机械传动，提高传动效率。
2 Impeller
Impeller In e rti a
原始特性
T orque Converter
I
T
Lockup Control
1
Gear P
P
Gear
F
B
闭锁控制
Lockup Cl u tch
1 T urbi ne T urbi ne In e rti a
闭锁离合器
五、液力变矩器的闭、解锁控制
3 0.8
2
1 0.4
0 0.0 0.0
η
K
λ
η
K_e
λ_e
η_e
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
传动比 i
• 试验方法
：
动力装置
转速转矩 传感器
液力变矩器（被试件）
转速转矩 传感器
测功机
三、液力变矩器动态模型
• 理论方法：MB、MT通过内特性计算
: MB
Q(a1Q
试验台架
加载装置
四、液力变矩器试验辨识模型
2.辨识试验 例3
试验测试结果
G11(s)幅频和相频特性
四、液力变矩器试验辨识模型
3.试验辨识模型
传递函数辨识模型：
把液力变矩器的每个工况（对应一个速比i）视为线性系统， 由多个工况点的传递函数模型来描述系统的动态特性。
TB
(s) (s)
G11 ( s) G21 ( s)
有相同的 B (i)、T (i) 曲线。这些曲线能够本质地反映某系 列液力变矩器的性能，被称作液力变矩器的原始特性。
二、液力变矩器的原始特性
一般用 B (i), K (i),h(i) 这三条曲线表示液力变矩器的原始特性。
i nT nB
K MT MB
普通液力变矩器
B
MB
gnB2
D
5
h K
B
h M TnT
0 .1 5
0.30 0.45 0.60
传动比i
0 .7 5
0 .9 0
0 .8 0 .2
= +52.36rad/s2 = -52.36rad/s2
0 .4
0 .6
0 .8
传动比i
三、液力变矩器动态模型 1.动态模型
JB
B Me
MB
TB
JT
D
MT
T M f
J
B
dB
dt
Me
MB
JT
dT
（1）激励信号的频带必须覆盖系统的频带，激励信号最高频率f ：
对于M序列：
1
f
, t
f
3 fmax
（2）M序列周期 N pt 要大于系统的过渡过程时间：
N pt (1.2 ~ 1.5)Ts
四、液力变矩器试验辨识模型
2.辨识试验
液压辅助泵站
驱动装置
转速转矩 传感器
S S
液力变矩器
散热器
转速转矩 传感器
M T KM B
二、液力变矩器的原始特性 4.动态原始特性 —非稳态工况下获得的原始特性
能容系数 变矩比K
x1 0 -5
0 .9 0 0 .7 5 0 .6 0
加速 减速
2 .0
= +52.36rad/s2 = -52.36rad/s2
1 .6
0 .4 5 1 .2
0 .3 0
0 .1 5 0 .0 0
M B Q(a1Q B RB22 )
MT
Q(a2Q B RB22
T
RT
2 2
)
三、液力变矩器动态模型
四、液力变矩器试验辨识模型
1.系统辨识
输入信号
动态特性
输出信号
输入信号要求充分激励系统的模态。
周期为15（即 15t ）的M序列，伪随机信号
四、液力变矩器试验辨识模型
辨识试验要求
估计系统的过渡过程时间 Ts 和系统的最高频率 fmax ，以此作为选择激励信号的依据。
2020车辆动力学第二章2液 力变矩器
一、液力变矩器简介
1.液力传动特点
☺自动适应性（自动、无级
变速和变矩）
☺良好的稳定的低速性能
AT(Automatic Transmission)
☺减振 效率较低
M
h MT
h
结构复杂
MB
0
n
一、液力变矩器简介 2.液力变矩器
单向联轴器
三元件向心涡轮两相液力变矩器
五、液力变矩器的闭、解锁控制
3. 双参数闭锁控制
1）按涡轮转速和油门开度进行闭锁控制
在油门全开时，可把闭锁点设 计在偶合器工况点附近，随着 油门开度减小，闭锁点转速也 随之降低。
闭锁工况的 工作区
nT
五、液力变矩器的闭、解锁控制
3. 双参数闭锁控制
2）按车速和油门开度进行闭锁控制 油门开度一定时，只有当车速到 达一定值才闭锁；并可以根据挡 位实现高挡闭锁而低挡不闭锁， 是目前轿车常用的控制。
闭锁工况的 工作区
五、液力变矩器的闭、解锁控制
3. 双参数闭锁控制
3）按变矩器的速比进行闭锁控制
每当传动比达到一定值时，实现闭 锁。 这种控制原理比较合理，在各种油 门开度下都可得到合理的效率及动 力性能。
闭锁工况的 工作区
nT
五、液力变矩器的闭、解锁控制 例4： 含闭锁控制的变矩器Simulink模型
2.详细模型
JB
JTy MT
Me
M
D B
J By
MB JT
M
D T
Mf
J
B
dB
dt
Me
M
D B
JT
dT
dt
M
D T
M
f
泵轮液力转矩
FBy 、FTy 流道几何参数的形状因素 Q 循环圆内的液体循环流量
M
D B
MB
FBy
dQ dt
J By
dB
dt
M
D T
MT
FTy
dQ dt
JTy
dT
dt
FBy lBrBctgBdlB , FTy lT rT ctgT dlT
1. 原始特性含义
m代表模型变矩器，s代表实物变矩器
2
5
Ms Mm
s g m g
ns nm
Ds Dm
Ms
s gns2 Ds5
Mm
m gnm2 Dm5
M
转矩系数： B
MB
gnB2 D5
=B(i)
T
MT
gnT2 D5
=T(i)
i nT nB
同一类型而且几何相似的液力变矩器，在尺寸不同的情况下
dt
MT
Mf
iMBT
/ B gBnB2
D5
MT KM B
三、液力变矩器动态模型 例1 Simulink模型
J
B
dB
dt
Me
MB
JT
dT
dt
MT
Mf
iMBT
/ B gBnB
2D5
MT KM B
三、液力变矩器动态模型 例1（续）
iK
A 2
60
1
gB D5
Speed ratio：[0 0.50 0.60 0.70 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.92 0.94 0.96 0.97] Torque ratio：[2.2320 1.5462 1.4058 1.2746 1.1528 1.1412 1.1296 1.1181 1.1067 1.0955 1.0843 1.0732 1.0622 1.0513 1.0405 1.0192 0.9983 0.9983 0.9983]
一、液力变矩器简介 3.工作原理
闭锁离合器
单向联轴器
T
B
D
(a)
M D i iM
1
2
3
D
4
B 106(min2
2.
M D i iM
1
MD
0
(b)
MB MT MD 0 MD 0
MT MB
一、液力变矩器简介 4.液力变矩器结构
闭锁离合器
涡轮
泵轮 导轮
单向联轴器
D
循环圆 有效直径D
二、液力变矩器的原始特性
Capacity Factor：[12.2938 12.8588 13.1452 13.6285 14.6163 14.7747 14.9516 15.1502 15.3748 15.6309 15.9253 16.2675 16.6698 17.1492 17.7298 19.3503 22.1046 29.9986 50.00]
T urbi ne In e rti a
v Motion Sensor
60/2/pi Gain
Scope1
v Motion Sensor1
60/2/pi Gain1
Scope2
Di vi d e
Scope3
三、液力变矩器动态模型 例2(续)
泵轮转速 仿
真
结
果
涡轮转速
变矩器速比
三、液力变矩器动态模型
0.81
1.00
1.62
0.85
1.01
1.12
0.91
1.03
0.62
0.97
二、液力变矩器的原始特性
2. 液力变矩器原始特性的确定方法
i nT
nB
nB
MB
，D
K MT MB
nT MT
B
MB
gnB2 D5
h M TnT
M BnB
λX106
K
2.8 8
2.4 7
6 2.0
5 1.6
4 1.2
Actuator
Dyna m i cs
涡轮液力转矩
三、液力变矩器动态模型
2.详细模型
( J B
J By )
dB
dt
FBy
dQ dt
Me
MB
(
JT
J
Ty
)
dT
dt
FTy
dQ dt
MT
Mf
Q f (B ,T )
M B gBnB2D5
1）MB、MT通过原始特性确定 MT KM B
i T / B
2）MB、MT通过内特性直接计算:
某液力变矩器原始特性
K
B×106（ min2 r-2 m-1 ）
h
2.54
3.05
0.00
1.77
2.77
0.69
1.69
2.71
0.73
1.55
2.62
0.79
1.38
2.52
0.82
1.30
2.45
0.83
1.20
2.34
0.84
1.09
2.22
0.83
1.04
2.13
0.81
1.00
2.04
B RB22 )
a1
RB 2 cAD 2
,
MT
Q(a2Q
B RB22
T
RT
2 2
)
b B2
2
wB2
a2
RB 2 ctg B 2
AB 2
RT 2ctgT 2
AT 2
B2
2
a B2
uB2
wB1
1 b
B1
RB2
a B1 1
B1
uB1
RB2
RB1
R B1
nB
nB
三、液力变矩器动态模型
例2 Simulink模型
Sine Wave
T Torque Actuator
Env
Dri ve l i n e En vi ro n m e n t
Impeller In e rti a
T orque Converter