CN111046544B - 一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法，建立摩擦系数计算函数，摩擦系数计算函数中，自变量包括油膜厚度；然后将分动器总扭矩计算公式中的摩擦系数定值置换为摩擦系数计算函数，获得新的总扭矩计算函数，并根据新的总扭矩计算函数预测分动器动力传递扭矩。通过本发明，使得摩擦系数成为根据润滑油挤压力以及流体弹性动力实时调整的变量，摩擦系数的变化充分消除了随滑动速度变化之间存在相位差导致摩擦系数与滑动速曲线出现的滞后现象，使得总扭矩计算函数更加精确，为实现分动器动力精准传递提供依据。

Description

一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法
技术领域
本发明涉及分动器扭矩控制技术领域，尤其涉及一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法。
背景技术
四驱汽车拥有更好的越野性能和脱困能力，这是目前普通消费者越来越倾向选择四驱汽车的最直接原因。作为四驱汽车实现动力合理分配的关键部件--分动器，则是最为核心的内容。
分动器在接合的过程中需要经历流体润滑、混合摩擦和全粗糙接触三个阶段，摩擦片及对偶钢片在频繁、高速接合过程中发生加减速过程，在不同的转速差条件下进行扭矩传递，这是分动器的工作特点。参照图1，摩擦片和对偶钢片在不同转速差的条件下接合传递的扭矩并不是定值，摩擦系数在摩擦片和对偶钢片结合过程中有一个变化趋势，具体可参照图2。
如此会导致多变式离合器在加速和减速过程中，同样转速下扭矩的传递效率会出现偏差，即加速减速过程中的迟滞现象，具体可参照图3。图3中，曲线A表示加速过程，B表示减速过程，AB形成的闭环区域为摩擦迟滞环，其面积代表加速和减速过程中两者传递扭矩的差值。
可见，当前的分动器总扭矩预测模型不对加速和减速进行区分，造成对分动器传递扭矩的预测值并不准确，最终会造成前后轴和左右轮的扭矩分配不合理，对整车操纵稳定性造成一定的影响。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法。
本发明提出的一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法，建立摩擦系数计算函数，摩擦系数计算函数中，自变量包括油膜厚度；然后将分动器总扭矩计算公式中的摩擦系数定值置换为摩擦系数计算函数，获得新的总扭矩计算函数，并根据新的总扭矩计算函数预测分动器动力传递扭矩。
优选的，摩擦系数计算函数通过模型训练或者仿真建模获得。
优选的，摩擦系数计算函数如下：
Figure GDA0004162436770000021
其中，FfH为流体动力摩擦力，FfC为粗糙面摩擦力，FT＝FH+FC+Fsq，FH为流体动力，FC为粗糙面接触力，Fsq为油膜挤压力。
优选的，FfH的计算模型如下：
Figure GDA0004162436770000022
/>
其中，μ为动力粘度，u为转速差，hc为中心油膜厚度；τL＝τL0+β0pm，τL0为环境压力极限剪应力，β0为极限剪应力与压力的速率，pm为赫兹接触的平均压力；a为赫兹接触半径，l为接触长度。
优选的，
Figure GDA0004162436770000023
R'为等效半径，E'为等效弹性模量；μ0为在零压力和室温下的动力粘度。
优选的，FT的计算模型如下：
Figure GDA0004162436770000024
其中，α为粘度系数。
优选的，FfC的计算模型如下：
Figure GDA0004162436770000031
其中，fc为常数，0.18≤fc≤0.2；Ph为流体弹性阶段的压力，
Figure GDA0004162436770000032
Figure GDA0004162436770000033
HRI＝3M-1；/>
Figure GDA0004162436770000034
HEI＝2.621M-1/5；HRP＝1.287L2/3；/>
Figure GDA0004162436770000035
G＝αE′；HEP＝1.311M-1/8L3/4；/>
Figure GDA0004162436770000036
本发明提出的一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法，通过在摩擦系数计算函数中引入油膜厚度，使得摩擦系数成为以油膜厚度为自变量的因变量，进一步的，使得摩擦系数成为根据润滑油挤压力以及流体弹性动力实时调整的变量。如此，充分考虑到了加速过程中，油膜挤压力对油膜厚度产生消极的作用，导致加速过程中的油膜厚度相对于恒定状态下的油膜厚度较小；在减速过程中情况刚好相反。新的总扭矩计算函数中，摩擦系数的变化充分消除了随滑动速度变化之间存在相位差导致摩擦系数与滑动速曲线出现的滞后现象，使得总扭矩计算函数更加精确，为实现分动器动力精准传递提供依据。
附图说明
图1为相对转速变化对转矩传递的影响示意图；
图2为摩擦系数随接合过程的变化趋势示意图；
图3为多片式离合器转矩与相关转速关系曲线图；
图4为本发明提出的一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法流程图；
图5为油膜厚度与挤压转矩随时间变化曲线图；
图6为本发明中不同沟槽数对摩擦迟滞影响的仿真图；
图7为本发明中不同摩擦片数对摩擦迟滞影响的仿真图；
图8为本发明中不同压力对摩擦迟滞影响的仿真图。
具体实施方式
参照图4，本发明提出的一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法，首先建立摩擦系数计算函数，摩擦系数计算函数中，自变量包括油膜厚度；然后将分动器总扭矩计算公式中的摩擦系数定值置换为摩擦系数计算函数，获得新的总扭矩计算函数，并根据新的总扭矩计算函数预测分动器动力传递扭矩。
油膜厚度的变化随着润滑油挤压力以及流体弹性动力的变化而变化。油膜厚度与挤压扭矩的关系如图5所示。
本实施方式中，通过在摩擦系数计算函数中引入油膜厚度，使得摩擦系数成为以油膜厚度为自变量的因变量，进一步的，使得摩擦系数为根据润滑油挤压力以及流体弹性动力实时调整的变量。如此，充分考虑到了加速过程中，油膜挤压力对油膜厚度产生消极的作用，导致加速过程中的油膜厚度相对于恒定状态下的油膜厚度较小；在减速过程中情况刚好相反。新的总扭矩计算函数中，摩擦系数的变化充分消除了随滑动速度变化之间存在相位差导致摩擦系数与滑动速曲线出现的滞后现象，使得总扭矩计算函数更加精确，为实现分动器动力精准传递提供依据。
具体实施时，摩擦系数计算函数可通过模型训练或者仿真建模获得。
本实施方式中，摩擦系数计算函数如下：
Figure GDA0004162436770000051
其中，FfH为流体动力摩擦力，FfC为粗糙面摩擦力，FT＝FH+FC+Fsq，FH为流体动力，FC为粗糙面接触力，Fsq为油膜挤压力。
随时间变化的流体动力学雷诺方程为：
Figure GDA0004162436770000052
其中，pf为润滑油油膜压力，ρ为流体密度，ph：流体压力。u为转速差；μ为动力粘度；x表示偏微分方程的写法。
接触雷诺方程只考虑上式右侧的稳定项公式，则可改写为：
Figure GDA0004162436770000053
流体动力学方程表示为：ρ×h
Figure GDA0004162436770000054
/>
稳态方程定义为：
Figure GDA0004162436770000055
其中，h0是初始油膜厚度；s表示求导。
通过以上公式计算得到中心油膜厚度，将γ2带入稳态方程的左边，同时对流体动力学方程进行积分处理，可以将公式进一步简化为：
Figure GDA0004162436770000056
其中：
Figure GDA0004162436770000057
从而有以下无量纲参数：
Figure GDA0004162436770000061
HRI＝3M-1；/>
Figure GDA0004162436770000062
HEI＝2.621M-1/5；HRP＝1.287L2/3；/>
Figure GDA0004162436770000063
G＝αE′；HEP＝1.311M-1/8L3/4。
求出γ2，代入公式
Figure GDA0004162436770000064
从而计算得到γ1。又由于/>
Figure GDA0004162436770000065
计算得到FC，从而得到：
FfC＝fcFC。
流体动力摩擦力表示为：
Figure GDA0004162436770000066
其中，μ为动力粘度，u为转速差，hc为中心油膜厚度。τL＝τL0+β0pm，τL0为环境压力极限剪应力，β0为极限剪应力与压力的速率，pm为赫兹接触的平均压力，l为接触长度。a为赫兹接触半径，具体的，
Figure GDA0004162436770000067
R'为等效半径，E'为等效弹性模量。μ0为在零压力和室温下的动力粘度。
具体的，润滑油介于动压润滑和边界润滑之间产生的油膜压力表示为：
Figure GDA0004162436770000068
其中，q(x)为油膜压力,μ0为在零压力和室温下的动态粘度，h为油膜厚度，hc为中心油膜厚度。
在应用边界条件q(a)＝q(-a)＝0后，得到c1＝0和
Figure GDA0004162436770000069
通过积分得到挤压力的表达式是：/>
Figure GDA00041624367700000610
其中，a为赫兹接触半径，α为粘度系数，均可根据已知公式进行计算；l表示接触长度。
由此可获得方程：
Figure GDA00041624367700000611
/>
其中：
Figure GDA00041624367700000612
由此可得，FT的计算模型如下：
Figure GDA0004162436770000071
本实施方式，FfC的计算模型如下：
Figure GDA0004162436770000072
其中，fc为常数，0.18≤fc≤0.2。Ph为流体弹性阶段的压力，
Figure GDA0004162436770000073
Figure GDA0004162436770000074
HRI＝3M-1。/>
Figure GDA0004162436770000075
HEI=2.621M-1/5。HRP=1.287L2/3。/>
Figure GDA0004162436770000076
G＝αE′。HEP＝1.311M-1/8L3/4。/>
Figure GDA0004162436770000077
具体的，本实施方式中，通过将摩擦系数计算函数代入现有的总扭矩计算模型，获得
Figure GDA0004162436770000078
式中，Nf为摩擦片个数，Ng为沟槽个数，u为转速差，θ0为沟槽间角度；pc为压紧力，wg为沟槽宽度，a1为摩擦片内径，b1为摩擦片外径。
通过对以上公式的简化，本实施方式中，最终获得的总扭矩计算函数为：
Figure GDA0004162436770000079
通过以上公式进行仿真，可知，仿真条件下不同沟槽数、不同摩擦片和不同压力影响下摩擦迟滞对扭矩传递的影响如图6-图8所示。从图中可知，通过本发明中获得的总扭矩计算函数获得的仿真模型与实际测量结果一致。
以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法，其特征在于，建立摩擦系数计算函数，摩擦系数计算函数中，自变量包括油膜厚度；然后将分动器总扭矩计算公式中的摩擦系数定值置换为摩擦系数计算函数，获得新的总扭矩计算函数，并根据新的总扭矩计算函数预测分动器动力传递扭矩；
摩擦系数计算函数如下：
Figure FDA0004162436760000011
其中，FfH为流体动力摩擦力，FfC为粗糙面摩擦力，FT＝FH+FC+Fsq，FH为流体动力，FC为粗糙面接触力，Fsq为油膜挤压力；
FfH的计算模型如下：
Figure FDA0004162436760000012
其中，μ为动力粘度，u为转速差，hc为中心油膜厚度；τL＝τL0+β0pm，τL0为环境压力极限剪应力，β0为极限剪应力与压力的速率，pm为赫兹接触的平均压力；a为赫兹接触半径，l为接触长度；/>
Figure FDA0004162436760000013
其中，R'为等效半径，E'为等效弹性模量；μ0为在零压力和室温下的动力粘度；α为粘度系数；
FT的计算模型如下：
Figure FDA0004162436760000014
其中，α为粘度系数；
FfC的计算模型如下：
Figure FDA0004162436760000021
其中，fc为常数，0.18≤fc≤0.2；Ph为流体弹性阶段的压力，
Figure FDA0004162436760000022
Figure FDA0004162436760000023
HRI＝3M-1；/>
Figure FDA0004162436760000024
HEI＝2.621M-1/5；HRP＝1.287L2/3；/>
Figure FDA0004162436760000025
G＝αE′；HEP＝1.311M-1/8L3/4；/>
Figure FDA0004162436760000026
2.如权利要求1所述的摩擦迟滞影响下分动器动力传递精确预测方法，其特征在于，摩擦系数计算函数通过模型训练或者仿真建模获得。
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