Разработка динамической модели механической трансмиссии автомобиля с комбинированной энергетической установкой параллельного типа..pdf

Разработка динамической модели механической трансмиссии автомобиля
с комбинированной энергетической установкой параллельного типа
# 01, январь 2011
авторы: Селифонов В. В., Нгуен Х. Т.
УДК 629.113
МГТУ «МАМИ»
tuannkcn@yahoo.com
Анализ литературных источников [1-4] показывает, что определение динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля 4х2 с комбинированной энергической установкой (КЭУ)
параллельного типа можно выполнять по модели, изображенной на рис. 1.
Рис. 1 - Динамическая модель трансмиссии автомобиля с КЭУ параллельного типа
В модели на рис.1 приняты следующие обозначения:
Моменты инерции:
J Д – вращающиеся части двигателя, маховика и кожуха ФС;
J c – сцепления;
JЭ – электродвигателя;
J КП – коробки передач;
http://technomag.edu.ru/doc/165160.html
Страница 1
J К – колес с шинами;
J а –поступательно движущаяся масса автомобиля;
Коэффициенты жесткости:
сС – валов и зубьев зубчатых колес коробки передач;
сТР – остальных узлов трансмиссии;
сШ - шин;
Коэффициенты демпфирования
bС – сцепления;
bТР – остальных узлов трансмиссии;
bШ – шин.
Передаточные числа
iКП – коробки передач;
i0 – главной передачи
iЭ – от вала электродвигателя до карданной передачи трансмиссии
Моменты
МД – момент ДВС;
МЭ – крутящий момент электродвигателя в тяговом режиме или момент генератора при
зарядке;
и МС, Мf и МСCП – моменты трения сцепления, сопротивления качению на ведущих колесах и сумма моментов сопротивления подъему и аэродинамического сопротивления.
Дифференциальные уравнения движения для системы (рис. 1) можно записать в следующем виде:
Электронный журнал, №1 январь 2011г. http://technomag.edu.ru/
Страница 2
 J Д Д  М Д  М С ,

 J СС  М С  M UC ,
 J ЭЭ  М Э  М UE ,

iЭ М TP

 J КП КП  М UC  М UE i  i i ,
КП
0 КП

 J К К  M TP  M К  М f ,

 J AA  M К  М СCП .
(1)
В данной системе – упругие моменты в ветвях трансмиссии автомобиля МUC, MТР, MUE,
МШ описываются следующими соотношениями:
M UC  bC (С   КП )  cC (C   КП ),
i
i
M UE  bЭ (Э   КП Э )  cЭ ( Э   КП Э ),
iКП
iКП


M TP  bТР ( КП   К )  cТР ( КП   К ),
i0iКП
i0iКП
M К  bШ ( К   А )  c Ш ( К   А ).
(2)
где: φД, φЭ, φС, φКП, φК, φА – углы поворота масс JД, JЭ JС, JКП, JК, JА соответственно
Данную математическую модель можно использовать при исследовании динамических
нагрузок в трансмиссии при запуске ДВС с хода, что актуально для автомобилей с гибридной силовой установкой параллельного типа.
Для проверки адекватности разработанной модели проведем исследование динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля с КЭУ при трогании автомобиля с места.
Для обеспечения возможности решения системы уравнений (1) необходимо определить
состояние сцепления – находится оно в режиме буксования или замкнуто.
На рис. 2. представлена схема фаз работы сцепления
Здесь: МC, МСЗ – мгновенный момент трения сцепления и момент, передаваемый сцеплением при замыкании.
http://technomag.edu.ru/doc/165160.html
Страница 3
Рис. 2 - Схема переключения состояния работы сцепления
Сцепление остается в состоянии замыкания, если M С  М СЗ и  Д   С  0 ; в остальных
случаях оно будет буксовать.
Для фрикционного сцепления транспортных машин момент трения сцепления МС может описывать зависимостью [1, 5]:
М С  fРПЖ RT sign( Д  С ) ,
(3)
где: f – коэффициент трения сцепления; Рпж – усилие, развиваемое на поверхностях
трения пружинами нажимного устройства сцепления, Rт – радиус трения.
Следует отметить, что после замыкания увеличение силы РПЖ не влияет на момент, передаваемый сцеплением. При этом момент, передаваемый сцеплением, достигает своего максимального значения МСЗ [5],
Момент МСЗ может быть найден следующим образом:.
когда сцепление замыкается, скорость буксования становится равной нулю.
Из первого и второго уравнений системы (1) получим:
1
М Д  М СЗ   1 М СЗ  M UC   М СЗ  I Д M UC  I C M Д
IД
IС
I Д  IC
(4)
где: МСЗ – момент, передаваемый сцеплением при замыкании.
Таким образом, в общем случае момент трения сцепления МС в (1) можно записать в
следующем виде:
 fРПЖ RT sign ( Д  С ), при буксовании

M c   I Д M UC  I C M Д
, при замыкании

I Д  IC

Электронный журнал, №1 январь 2011г. http://technomag.edu.ru/
(5)
Страница 4
На рис. 3 показана модель Simulink[7] для расчета динамических нагрузок трансмиссий
автомобилей с КЭУ при экстренном разгоне автомобиля с места с приводом ведущих колес
от двигателя внутреннего сгорания на сухом асфальте при резком включении сцепления на
2-ой передаче. В качестве модельного образца взята трансмиссия автомобиля со следующими параметрами: JД=0.36; JЭ=0.2; JС=0.14; JКП=0.2; JК=13; JА=115 (кг.м2); cС=6200; cТР=10000;
cШ=27000(Нм/рад); bС=3; bТР=0; bШ=800 (Нмс/рад).
Mucd
1/s
Mucout
Mued
1/s
Mueout
Mtp
Mtpd
1/s
Mtpout
Ml
Mld
1/s
Mlout
1/s
weout
1/s
welout
pe2d
pel2d
MATLAB
Function
pc2d
1/s
wcout
1/s
whsout
1/s
wlout
1/s
waout
MATLAB Fcn
phs2d
pl2d
Mc1out
pa2d
Step1
Mc
Step
Mc
Mdout
Mcout
stick
Step2
Scope3
stick
Scope6
Scope5
Рис. 3 - Имитирующая модель SIMULINK для расчета динамических нагрузок
трансмиссий автомобилей с КЭУ
Начальные условия для расчета: при t=0; Мд=70Нм; угловая скорость ДВС
wД0=80(рад/с); угловая скорость вала сцепления wC=0(рад/с); VА=0 км/ч, усилие Рпж задается в
виде скачкообразной зависимости:
при t  t c
при t  t c
0,
0,
откуда и (3)  M З  
PПЖ  
PПЖ max , при t  t c
М c max , при t  t c
где tc – время включения сцепления; Pпжmax – максимальные усилие, развиваемое на поверхностях трения пружинами нажимного устройства сцепления; МЗ – заданный момент трения сцепления.
http://technomag.edu.ru/doc/165160.html
Страница 5
На рис. 4 и 5 представлены результаты расчёта соответственно при Мсmax=100 и
Мсmax=140(Н.м), время включения ФС tc=0.2с.
а)
б)
Рис. 4 – Зависимость угловых скоростей wд, wc, заданного момента трения МЗ, момента МС и упругого
момента на ведомом валу сцепления МUC (а) и упругих моментов МТР, МК (б)
от времени при Мсmax=100Нм
а)
б)
Рис. 5 – Зависимость угловых скоростей wд, wc ,заданного момента трения МЗ, момента МС и упругого
момента на ведомом валу сцепления МUC (а) и упругих моментов МТР, МК (б)
от времени при Мсmax=140Нм
На рис.4,а и рис.5,а представлены зависимости угловых скоростей вала ДВС wд, и ведомого диска сцепления wc, заданного момента трения сцепления Мз, упругого момента на
ведомом валу сцепления МUC и момента Мс от времени. С увеличением максимального моЭлектронный журнал, №1 январь 2011г. http://technomag.edu.ru/
Страница 6
мента трения сцепления уменьшается время буксования сцепления. При моменте трения
сцепления Мсmax=100 Нм время буксования сцепления составляет 1,75 с, а при увеличении
Мсmax до 140 Нм время буксования сцепления уменьшается до 0,8 с. На рис. 4,б и рис.5,б
представлены результаты расчета упругих моментов в трансмиссиях моста и в колесах.
Вывод
Полученные результаты расчетов динамических нагрузок в трансмиссии при трогании
автомобиля с КЭУ с места с приводом ведущих колес от двигателя внутреннего сгорания
(рис.4 – 5) показали соответствие полученных результатов результатам ранее проведенных
экспериментов [6]. В частности установлено, что:
1. При трогании автомобиля с места с заданным темпом включения сцепления упругие
моменты, возникающие в ветвях трансмиссии автомобиля, являются функцией максимального момента трения сцепления Мсmax,
2. После замыкания сцепления (t≈1,75 с на рис 4 а. и t≈0,8 c на рис 5.а.), момент МС, передаваемый сцеплением (при этом МC=МCЗ) приблизительно равен крутящему моменту ДВС.
3. Полученные результаты свидетельствуют о практической приемлемости предложенной динамической модели, что позволяет использовать ее при более сложных расчетах, таких, как определение динамических нагрузок в трансмиссии при запуске ДВС с
хода, что актуально для автомобилей с комбинированной силовой установкой параллельного типа.
Список литературы
1. Барский И.Б, Шарипов В.М и др. Сцепление транспортных и тяговых машин. М.: Машиностроение, 1989. 344 с.
http://technomag.edu.ru/doc/165160.html
Страница 7
2. Альгин В.Б, Павловский В.А. Динамика трансмиссии автомобиля и трактора. Мн.: Наука и техника, 1986. 216 с.
3. И.С. Цитович, В.Б. Альгин. Динамика автомобиля. Мн.: Наука и техника, 1981. 191 с.
4. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия / А.И. Гришкевич
[и др.] Мн.: Выш. шк., 1985. 240 с.
5. Селифонов В.В. Автоматические управление сцепления. М.: МАМИ, 1988. 27с.
6. Петров В.А. Автоматические сцепления автомобилей. М.: Машгиз, 1961. 278 с
7. The MathWorks, Inc. 2002 - Simulink Model-Based and System-Based Design.
Электронный журнал, №1 январь 2011г. http://technomag.edu.ru/
Страница 8