CN105589988B - 一种装载机动力匹配计算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种装载机动力匹配计算方法和装置,其中方法包括步骤:发动机运行时,获取根据发动机的实时转速;根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机实时转速,得到风扇消耗的扭矩;获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系。本发明的提高了动力匹配计算的严谨性,减小了计算误差,为后面的油耗计算、自动变速箱控制计算提供了更加准确的动力数据依据。
Description
技术领域
本发明涉及装载机动力开发领域,尤其涉及一种装载机动力匹配计算方法及装置。
背景技术
装载机动力系统匹配计算中,需要扣除发动机输出扭矩损耗、动力系统扭矩损耗、外界阻力等。其中,在计算发动机输出扭矩损耗时,发动机风扇的扭矩损耗往往以发动机额定转速下的风扇扭矩消耗为计算依据。但实际上,在不同发动机转速下,风扇的阻力是不同的,其损耗的扭矩也不同,如果只考虑额定转速下的扭矩损耗,会影响发动机有效输出扭矩与转速的关系曲线计算,进而影响整车牵引力及车速的匹配计算的精确性。
发明内容
为了克服现有技术中现有技术中,装载机动力匹配计算只考虑额定转速下风扇消耗的功率,造成动力匹配不精确的问题,本发明提供了一种装载机动力匹配计算方法及装置。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明提供了一种装载机动力匹配计算方法,包括步骤:
发动机运行时,获取根据发动机的实时转速;
根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机实时转速,得到风扇消耗的扭矩;
获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算方法中,根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机的实时转速,得到风扇消耗的扭矩具体为:
其中,
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
PeFAN为风扇额定功率,单位为kW;
NENG为发动机实时转速,单位为r/min;
NFAN为风扇额定转速,单位为r/min。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算方法中,获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系步骤具体为:
TTC=TENG-TFAN-Teng-TPumpTM-THydraulic
其中,TTC为变矩器输入扭矩,单位为Nm;
TENG为发动机输出扭矩,单位为Nm;
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
Teng为发动机附件消耗扭矩,单位为Nm;
TPumpTM为变速泵消耗扭矩,单位为Nm;
THydraulic为液压系统消耗扭矩,单位为Nm。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算方法中,所述变速泵消耗扭矩为:
其中,C为泵排量,单位为ml/r;
P为泵额定压力,单位为MPa;
i=NENG/NPUMP,NENG为发动机实时转速,单位为r/min,NPUMP为变速泵转速,单位为r/min;
η为齿轮泵效率。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算方法中,获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系步骤之后还包括步骤:
计算装载机行走动力分配和加速性能。
本发明还提供了一种装载机动力匹配计算装置,包括:
第一获取模块,用于发动机运行时,获取根据发动机的实时转速;
第一计算模块,用于根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机实时转速,得到风扇消耗的扭矩;
第二计算模块,用于获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算装置中,所述第一计算模块得到风扇消耗的扭矩利用公式为:
其中,
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
PeFAN为风扇额定功率,单位为kW;
NENG为发动机实时转速,单位为r/min;
NFAN为风扇额定转速,单位为r/min。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算装置中,所述第二计算模块获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系利用公式:
TTC=TENG-TFAN-Teng-TPumpTM-THydraulic;
其中,TTC为变矩器输入扭矩,单位为Nm;
TENG为发动机输出扭矩,单位为Nm;
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
Teng为发动机附件消耗扭矩,单位为Nm;
TPumpTM为变速泵消耗扭矩,单位为Nm;
THydraulic为液压系统消耗扭矩,单位为Nm。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算装置中,所述装载机动力匹配计算装置还包括:
变速泵消耗扭矩计算模块,所述变速泵消耗扭矩计算模块利用公式对变速泵消耗扭矩进行计算:
C为泵排量,单位为ml/r;
P为泵额定压力,单位为MPa;
i=NENG/NPUMP,NENG为发动机实时转速,单位为r/min,NPUMP为变速泵转速,单位为r/min;
η为齿轮泵效率。
进一步来说,所述的装载机动力匹配计算装置中,所述装载机动力匹配计算装置还包括:
第三计算模块,用于计算装载机行走动力分配和加速性能。
本发明的有益效果是:本发明的提高了动力匹配计算的严谨性,减小了计算误差,为后面的油耗计算、自动变速箱控制计算提供了更加准确的动力数据依据。
附图说明
图1表示本发明的装载机动力匹配计算方法的流程图;
图2表示本发明的发动机输出扭矩与转速关系曲线图;
图3表示本发明的车速与牵引力关系曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
参照图1所示,本发明提供一种装载机动力匹配计算方法,包括步骤:发动机运行时,获取根据发动机的实时转速;根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机实时转速,得到风扇消耗的扭矩;获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系。实际上,在不同发动机转速下,风扇的阻力是不同的,其损耗的扭矩也不同,考虑了不同发动机转速下,风扇的阻力对动力系统的影响。
发动机动力计算:考虑了发动机转速变化时,风扇消耗能量的动态影响。根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机的实时转速,得到风扇消耗的扭矩具体为:
其中,TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;PeFAN为风扇额定功率,单位为kW;NENG为发动机实时转速,单位为r/min;NFAN为风扇额定转速,单位为r/min。
获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系步骤具体为:
TTC=TENG-TFAN-Teng-TPumpTM-THydraulic;
其中,TTC为变矩器输入扭矩,单位为Nm;TENG为发动机输出扭矩,单位为Nm;TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;Teng为发动机附件消耗扭矩,单位为Nm;TPumpTM为变速泵消耗扭矩,单位为Nm;THydraulic为液压系统消耗扭矩,单位为Nm。
变速泵消耗扭矩为:
其中,C为泵排量,单位为ml/r;P为泵额定压力,单位为MPa;i=NENG/NPUMP,NENG为发动机实时转速,单位为r/min,NPUMP为变速泵转速,单位为r/min;η为齿轮泵效率。
获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系步骤之后还包括步骤:计算装载机行走动力分配和加速性能。
变矩器效率:
ηTC=iTCKTC×100
ηTC:变矩器效率(%);iTC:变矩器速比(NTurbine/NPump);KTC:扭矩传输比(TTurbine/TPump);
涡轮输出扭矩:TTurbine=TPumpKTC;TTurbine:涡轮输出扭矩(Nm);TPump:泵轮输入扭矩(Nm);KTC:扭矩传输比(TTurbine/TPump);
任意转速下泵轮输出扭矩:
其中,TiPump:任意转速下泵轮输入扭矩(Nm);TPump:参考转速下泵轮输入扭矩(Nm);NENG:发动机实时转速(r/min);NReference:参考转速(r/min);
液压系统动力分配计算中,变速泵消耗扭矩同为:
泵消耗功率:
其中,Pe:泵消耗功率(kW);T:泵消耗扭矩(Nm);NENG:发动机实时转速(r/min)。
行走动力分配及加速性能计算:考虑了不同速度下的风阻、路面阻力、道路坡度等因素,包括如下参数的计算:
1.车速:
其中,VVehicle:行驶速度(km/h);NTurbine:涡轮输出转速(r/min);
RTire:轮胎滚动半径(m);iTM:变速箱传动比;iAxle:驱动桥传动比;
2.牵引力:
FTractive:牵引力(kN);iTM:变速箱传动比;iAxle:驱动桥传动比;
ηTM:变速箱效率;ηAxle:驱动桥效率;RTire:轮胎滚动半径(m);
3.变矩器输入扭矩:
TTC=TENG-TFAN-Teng-TPumpTM-THydraulic
TTC:变矩器输入扭矩(Nm);TENG:发动机输出扭矩(Nm);
TFAN:风扇消耗扭矩(Nm);Teng:发动机附件消耗扭矩(Nm);
TPumpTM:变速泵消耗扭矩(Nm);THydraulic:液压系统消耗扭矩(Nm);
4.变矩器输入功率:
PTC:变矩器输入功率(kW);TTC:变矩器输入扭矩(Nm);
NENG:发动机实时转速(r/min);
5.整机效率:
ηVehicle=ηTCηTMηAxle;
ηVehicle:整机效率;ηTC:变矩器效率;ηTM:变速箱效率;ηAxle:驱动桥效率;
6.滚动阻力:
FRolling:滚动阻力(kN);CRolling:滚动摩擦系数(%);
MVehicle:整车重量(kg);g=9.81:重力加速度(m/s2);
α:道路坡角(角度°/弧度rad)
7.坡度阻力:
iGradien=tanα×100;
FGradien:滚动阻力(kN);MVehicle:整车重量(kg);g=9.81:重力加速度(m/s2);α:道路坡角(角度°/弧度rad);iGradien:坡度(%)。
8.道路阻力:
Froad:道路阻力(kN)。
9.空气阻力:
其中,FWindage:空气阻力(kN);CWindage:空气阻力系数;A:车头横截面积(m2);ρ=1.2258:空气密度(N*s2*m-4);ur:相对速度(m/s);VVehicle:无风行驶速度(km/h)。
10.加速度:
其中,aVehicle:车辆加速度(m/s2);FTractive:牵引力(kN);FRoad:道路阻力(kN);FWindage:空气阻力(kN);MVehicle:整车重量(kN)。
行走动力分配及加速性能计算:考虑了不同速度下的风阻、路面阻力、道路坡度等因素,使得动力匹配结果更加精确。
本发明还提供了一种装载机动力匹配计算装置,其特征在于,包括:第一获取模块,用于发动机运行时,获取根据发动机的实时转速;第一计算模块,用于根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机实时转速,得到风扇消耗的扭矩;第二计算模块,用于获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系。
所述第一计算模块得到风扇消耗的扭矩利用公式为:
其中,TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
PeFAN为风扇额定功率,单位为kW;NENG为发动机实时转速,单位为r/min;NFAN为风扇额定转速,单位为r/min。
所述第二计算模块获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系利用公式:
TTC=TENG-TFAN-Teng-TPumpTM-THydraulic;其中,TTC为变矩器输入扭矩,单位为Nm;TENG为发动机输出扭矩,单位为Nm;TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;Teng为发动机附件消耗扭矩,单位为Nm;TPumpTM为变速泵消耗扭矩,单位为Nm;THydraulic为液压系统消耗扭矩,单位为Nm。
所述装载机动力匹配计算装置还包括:变速泵消耗扭矩计算模块,所述变速泵消耗扭矩计算模块利用公式对变速泵消耗扭矩进行计算:
其中,C为泵排量,单位为ml/r;P为泵额定压力,单位为MPa;i=NENG/NPUMP,NENG为发动机实时转速,单位为r/min,NPUMP为变速泵转速,单位为r/min;η为齿轮泵效率。
所述装载机动力匹配计算装置还包括:第三计算模块,用于计算装载机行走动力分配和加速性能。
本发明得到动力匹配曲线,发动机扣除风扇、液压系统及发动机附件等损耗的扭矩后,剩下的扭矩提供给装载机用于行走,根据行走扭矩可计算出各档位的动力加速性及车速的对应关系。
图2为输出扭矩与发动机转速之间的关系曲线,其中T曲线为发动机动力输出扭矩的标准曲线;当整车只是行走的状态下,扣除发动机行走所需的扭矩,输出扭矩的与发动机转速的关系如T-Idle曲线;整车处于最大负荷的状态下,即行走和抬铲作业时,输出扭矩的与发动机转速的关系如T-Full曲线。另外,Power曲线为发动机输出功率随着发动机转速变化的曲线。曲线1为不同状态下变矩器输入扭矩曲线,通过与输出扭矩曲线的交点,计算动力匹配参数。
图3为牵引力与车速之间的对应关系曲线。其中,A1,A2,A3和A4分别为行走状态下,一挡、二挡、三档和四挡对应的不同牵引力的变化;低档位低速时,需要更大的牵引力;B1,B2,B3和B4分别为最大负荷状态下,一挡、二挡、三档和四挡对应的不同牵引力的变化;同样低档位低速时,需要更大的牵引力。另外G1和G2两条平行于横轴的线为不同坡度的状态下,需要的最低牵引力的值。
以上所述的是本发明的优选实施方式,应当指出对于本技术领域的普通人员来说,在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种装载机动力匹配计算方法,其特征在于,包括步骤:
发动机运行时,获取根据发动机的实时转速;
根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机实时转速,得到风扇消耗的扭矩;
获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系。
2.如权利要求1所述的装载机动力匹配计算方法,其特征在于,根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机的实时转速,得到风扇消耗的扭矩具体为:
其中,
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
PeFAN为风扇额定功率,单位为kW;
NENG为发动机实时转速,单位为r/min;
NFAN为风扇额定转速,单位为r/min。
3.如权利要求2所述的装载机动力匹配计算方法,其特征在于,获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系步骤具体为:
TTC=TENG-TFAN-Teng-TPumpTM-THydraulic
其中,TTC为变矩器输入扭矩,单位为Nm;
TENG为发动机输出扭矩,单位为Nm;
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
Teng为发动机附件消耗扭矩,单位为Nm;
TPumpTM为变速泵消耗扭矩,单位为Nm;
THydraulic为液压系统消耗扭矩,单位为Nm。
4.如权利要求3所述的装载机动力匹配计算方法,其特征在于,所述变速泵消耗扭矩为:
其中,C为泵排量,单位为ml/r;
P为泵额定压力,单位为MPa;
i=NENG/NPUMP,NENG为发动机实时转速,单位为r/min,NPUMP为变速泵转速,单位为r/min;
η为齿轮泵效率。
5.如权利要求1所述的装载机动力匹配计算方法,其特征在于,获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系步骤之后还包括步骤:
计算装载机行走动力分配和加速性能。
6.一种装载机动力匹配计算装置,其特征在于,包括:
第一获取模块,用于发动机运行时,获取根据发动机的实时转速;
第一计算模块,用于根据发动机的风扇额定功率、风扇额定转速、发动机实时转速,得到风扇消耗的扭矩;
第二计算模块,用于获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系。
7.如权利要求6所述的装载机动力匹配计算装置,其特征在于,所述第一计算模块得到风扇消耗的扭矩利用公式为:
其中,
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
PeFAN为风扇额定功率,单位为kW;
NENG为发动机实时转速,单位为r/min;
NFAN为风扇额定转速,单位为r/min。
8.如权利要求6所述的装载机动力匹配计算装置,其特征在于,所述第二计算模块获取变矩器输入扭矩与风扇消耗的扭矩之间对应的函数关系利用公式:
TTC=TENG-TFAN-Teng-TPumpTM-THydraulic;
其中,TTC为变矩器输入扭矩,单位为Nm;
TENG为发动机输出扭矩,单位为Nm;
TFAN为风扇消耗扭矩,单位为Nm;
Teng为发动机附件消耗扭矩,单位为Nm;
TPumpTM为变速泵消耗扭矩,单位为Nm;
THydraulic为液压系统消耗扭矩,单位为Nm。
9.如权利要求6所述的装载机动力匹配计算装置,其特征在于,所述装载机动力匹配计算装置还包括:
变速泵消耗扭矩计算模块,所述变速泵消耗扭矩计算模块利用公式对变速泵消耗扭矩进行计算:
C为泵排量,单位为ml/r;
P为泵额定压力,单位为MPa;
i=NENG/NPUMP,NENG为发动机实时转速,单位为r/min,NPUMP为变速泵转速,单位为r/min;
η为齿轮泵效率。
10.如权利要求6所述的装载机动力匹配计算装置,其特征在于,所述装载机动力匹配计算装置还包括:
第三计算模块,用于计算装载机行走动力分配和加速性能。
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