CN113468661A - 液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，以液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩以及锁止离合器摩擦片的摩擦扭矩替代液力变矩器解锁和滑差状态时实际传递的扭矩，建立系统动力学控制方程；求解系统动力学方程，计算液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率。本发明提供的方法，能够预测液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率，为控制发动机传递到变速器的扭转振动和变速器齿轮敲击声提供理论依据。

Description

液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法和可读 存储介质

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法。

背景技术

随着汽车产业的不断发展，人们对车内驾乘舒适性要求越来越高，而车内噪声振动是舒适性的一个重要指标。当发动机传递到变速器的扭转振动过大时，会导致变速器齿轮产生敲击声，降低车内声品质，容易引起消费者抱怨。

液力变矩器是AT自动变速器的重要组成部件，它在传递发动机扭矩的同时，衰减发动机产生的扭转振动，以抑制变速器齿轮敲击噪声。扭转振动隔振率是液力变矩器的重要性能指标之一。在动力传动系统NVH性能调教和机车匹配过程中，能准确预测扭转振动隔振率尤为重要。

液力变矩器有三种工作状态，分别是闭锁、解锁和滑差。目前，针对液力变矩器扭转振动隔振率的分析主要集中于闭锁状态，而缺乏预测解锁和滑差状态的扭转振动隔振率的有效方法。因此，迫切需要建立能够预测液力变矩器工作在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率的数值建模，并确定计算方法。

发明内容

本发明公开的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法及可读存储介质，克服目前存在的技术问题。

本发明公开的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，包括如下步骤，

S1：简化液力变矩器在解锁和滑差状态时的动力传动系统旋转部件，依据各旋转部件的设计参数，计算旋转部件的等效惯量、扭转刚度和阻尼；

S2：通过台架实验得到液力变矩器的特性曲线，依据特性曲线计算得到液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩；

S3:通过台架实验得到锁止离合器摩擦片的摩擦系数，计算锁止离合器的摩擦扭矩；

S4：以液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩以及锁止离合器摩擦片的摩擦扭矩替代液力变矩器解锁和滑差状态时实际传递的扭矩，建立系统动力学控制方程；

S5：求解系统动力学方程，计算液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率。

进一步地，

S5：通过台架实验采集得到发动机激励扭矩，通过实车道路实验采集得到车辆等效阻力矩，求解系统动力学方程，计算液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率。

进一步地，

S1：计算以下旋转部件的等效惯量：

1)发动机曲轴、驱动盘和液力变矩器泵轮的等效惯量J_p；

2)锁止离合器的等效惯量J_c；

3)液力变矩器涡轮的等效惯量J_tb；

4)变速器齿轮的等效惯量J_tm；

5)轮胎的等效惯量J_w；

6)整车的等效惯量J_v；

计算以下旋转部件的扭转刚度和阻尼：

1)锁止离合器的扭转刚度和阻尼K_c,C_c；

2)变速器输入轴的扭转刚度和阻尼K_is,C_is；

3)驱动轴的等效扭转刚度和阻尼K_ds,C_ds；

4)轮胎的等效扭转刚度和阻尼K_w,C_w。

进一步地，

S2：通过台架实验得到液力变矩器的特性曲线，依据特性曲线计算得到液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩；

解锁和滑差状态时液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩特性可表达为：

式中：T_p-泵轮扭矩，T_t-涡轮扭矩，w_p-泵轮角速度，w_t-涡轮角速度；a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂为待定系数，由液力变矩器的特性曲线可求得，而液力变矩器的特性曲线由单体台架实验得到，包括变矩比、泵轮扭矩容量系数和效率。

进一步地，

S3中:通过台架实验得到锁止离合器摩擦片的摩擦系数，计算锁止离合器的摩擦扭矩；

基于Karnopp摩擦模型计算解锁和滑差状态的锁止离合器摩擦扭矩，计算表达式为：

式中：N_s-摩擦面数目，R-摩擦片有效半径，F_n-法向压力，

-相对滑摩速度，μ为动摩擦系数，可由下式求得：

式中，μ₀-初始动摩擦系数，m_s-摩擦系数变化梯度，均由台架实验采集得到。

进一步地，

S4中：以液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩以及锁止离合器摩擦片的摩擦扭矩替代液力变矩器解锁和滑差状态时实际传递的扭矩，建立系统动力学控制方程；

传动系统的系统动力学控制方程为：

其中，θ＝{θ_p,θ_c,θ_tb,θ_tm,θ_w,θ_v}^T为角位移矢量；

惯量矩阵J为：

J＝diag(J_p,J_c,J_tb,J_tm,J_w,J_v) (8)

阻尼矩阵C为：

刚度矩阵K为：

系统激励矩阵T为：

T＝{T_e-T_p-T_f T_f T_t 0 0 -T_v}^T (11)

T_e为发动机扭矩，T_v为整车等效阻力矩。

进一步地，

S5中：通过台架实验采集得到发动机激励扭矩，通过实车道路实验采集得到车辆等效阻力矩；车辆加速过程的发动机扭矩T_e可用下式表达：

T_e＝T_avg+T_2rd×chirp(t,f₁,t₁,f₂) (12)

式中，T_avg-发动机平均扭矩，T_2rd-发动机二阶波动扭矩，chirp(t,f₁,t₁,f₂)表示从0到t₁时间段内，扭矩波动频率由f₁扫频到f₂；发动机平均扭矩和发动机二阶波动扭矩均由发动机台架实验采集得到；

车辆加速过程的整车等效阻力矩T_v可用下式表达：

式中，θ_v-轮胎角速度，A,B,C为待定系数，通过实车道路实验确定。

本发明有益技术效果为：提供的数值建模方法，以液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩以及锁止离合器摩擦片的摩擦扭矩替代液力变矩器解锁和滑差状态时实际传递的扭矩，建立系统动力学控制方程；求解系统动力学方程，计算液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率。能够预测液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率，为控制发动机传递到变速器的扭转振动和变速器齿轮敲击声提供理论依据。

附图说明

图1为AT前驱车传动系统结构组成图；

图2为液力变矩器原始特性曲线图；

图3为液力变矩器解锁和滑差状态的传动系统非线性集中参数模型图；

图4为随时间变化的发动机和变速器角速度求解结果图；

图5为随转速变化的发动机和变速器角加速度求解结果图；

图6为随转速变化的液力变矩器扭转振动隔振率求解结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

如图1所示为AT前驱车传动系统的一个实施例，系统包括：发动机1，驱动盘2，锁止离合器3，泵轮4，涡轮5，变速器输入轴6，变速器齿轮系7，驱动轴8和轮胎9。动力传递路线为：从发动机输出到驱动盘，从驱动盘输出到泵轮，再到涡轮，由涡轮到变速器输入轴，延续至变速器齿轮系到驱动轴，再到轮胎。其中，锁止离合器摩擦片也会传递部分扭矩。

以下实施例是液力变矩器解锁和滑差工况扭转隔振率计算方法，包括以下步骤：

S1：简化液力变矩器在解锁和滑差状态时的动力传动系统旋转部件，依据各旋转部件的设计参数，计算旋转部件的等效惯量、扭转刚度和阻尼。

具体需要计算以下旋转部件的等效惯量：

(1)发动机曲轴1、驱动盘2和液力变矩器泵轮4的等效惯量—J_p；

(2)锁止离合器3的等效惯量—J_c；

(3)液力变矩器涡轮5的等效惯量—J_tb；

(4)变速器齿轮7的等效惯量—J_tm；

(5)轮胎9的等效惯量—J_w；

(6)整车的等效惯量—J_v。

还要计算以下旋转部件的扭转刚度和阻尼：

(1)锁止离合器3的扭转刚度和阻尼—K_c,C_c；

(2)变速器输入轴6的扭转刚度和阻尼—K_is,C_is；

(3)驱动轴8的等效扭转刚度和阻尼—K_ds,C_ds；

(4)轮胎9的等效扭转刚度和阻尼—K_w,C_w。

S2：通过台架实验得到液力变矩器的特性曲线，依据特性曲线计算得到液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩。

具体地，解锁和滑差状态的液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩特性可表达为：

式中：T_p-泵轮扭矩，T_t-涡轮扭矩，w_p-泵轮角速度，w_t-涡轮角速度。a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂为待定系数，由液力变矩器的特性曲线可求得。

其中液力变矩器的特性曲线由单体台架实验得到，如图2所示，包括：

变矩比k为：

k＝T_t/T_p (2)

泵轮扭矩容量系数C_p为：

C_p＝T_p/n_p ² (3)

效率η为：

η＝T_tn_t/T_pn_p (4)

式中：n_p-泵轮转速，n_t-涡轮转速。

通过液力变矩器的特性曲线可得到一系列关于泵轮扭矩、涡轮扭矩、泵轮角速度和涡轮角速度的数值，代入式(1)即可计算求得a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂，继而得到液力变矩器解锁和滑差状态的泵轮、涡轮动态扭矩。

S3：通过台架实验得到锁止离合器摩擦片的摩擦系数，计算锁止离合器的摩擦扭矩。

基于Karnopp摩擦模型计算解锁和滑差状态的锁止离合器摩擦扭矩，计算表达式为：

式中：N_s-摩擦面数目，R-摩擦片有效半径，F_n-法向压力，

-相对滑摩速度，μ为动摩擦系数，可由下式求得：

式中，μ₀-初始动摩擦系数，m_s-摩擦系数变化梯度，均由台架实验采集得到。

S4：以液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩以及锁止离合器摩擦片的摩擦扭矩替代液力变矩器解锁和滑差状态时实际传递的扭矩，建立系统动力学控制方程。

当液力变矩器处于解锁和滑差状态时，发动机扭矩主要通过两条路径传递到变速器，一是通过液力传递，二是通过锁止离合器摩擦传递。其中，液力传递的扭矩可用泵轮、涡轮的动态扭矩表示，锁止离合器摩擦传递的扭矩可用摩擦扭矩表示。需要注意的是，当液力变矩器处于完全断开状态时，锁止离合器摩擦扭矩T_f为0。

液力变矩器处于解锁和滑差状态的传动系统可以等效为包含6个自由度的系统模型，如图3所示。除液力变矩器外，其余转子之间采用刚度和阻尼连接。

传动系统的系统动力学控制方程为：

其中，θ＝{θ_p,θ_c,θ_tb,θ_tm,θ_w,θ_v}^T为角位移矢量，上标“T”表示矩阵转置。

惯量矩阵J为：

J＝diag(J_p,J_c,J_tb,J_tm,J_w,J_v) (8)

阻尼矩阵C为：

刚度矩阵K为：

系统激励矩阵T为：

T＝{T_e-T_p-T_f T_f T_t 0 0 -T_v}^T (11)

T_e为发动机扭矩，T_v为整车等效阻力矩。

S5：通过台架实验采集得到发动机激励扭矩，通过实车道路实验采集得到车辆等效阻力矩，求解系统动力学方程，根据求解方程得到的解，得到车辆加速过程中随时间变化的发动机和变速器角速度(如图4所示)，进一步得到随转速变化的发动机和变速器角加速度(如图5所示)，再计算液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率(如图6所示)。

车辆加速过程的发动机扭矩T_e可用下式表达：

T_e＝T_avg+T_2rd×chirp(t,f₁,t₁,f₂) (12)

式中，T_avg-发动机平均扭矩，T_2rd-发动机二阶波动扭矩，chirp(t,f₁,t₁,f₂)表示从0到t₁时间段内，扭矩波动频率由f₁扫频到f₂。发动机平均扭矩和发动机二阶波动扭矩均由发动机台架实验采集得到。

车辆加速过程的整车等效阻力矩T_v可用下式表达：

式中，θ_v-轮胎角速度，A,B,C为待定系数，通过实车道路实验确定。

在本实施例中，还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的熟悉目的地退出导航的方法的步骤。

本领域普通技术人员应知，所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (8)

1.液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1：简化液力变矩器在解锁和滑差状态时的动力传动系统旋转部件，依据各旋转部件的设计参数，计算旋转部件的等效惯量、扭转刚度和阻尼；

S2：通过台架实验得到液力变矩器的特性曲线，依据特性曲线计算得到液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩；

S3：通过台架实验得到锁止离合器摩擦片的摩擦系数，计算锁止离合器的摩擦扭矩；

S4：以液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩以及锁止离合器摩擦片的摩擦扭矩替代液力变矩器解锁和滑差状态时实际传递的扭矩，建立系统动力学控制方程；

S5：求解系统动力学方程，计算液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率。

2.如权利要求1所述的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，其特征在于：

S5：通过台架实验采集得到发动机激励扭矩，通过实车道路实验采集得到车辆等效阻力矩，求解系统动力学方程，计算液力变矩器在解锁和滑差状态的扭转振动隔振率。

3.如权利要求2所述的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，其特征在于：

S1：计算以下旋转部件的等效惯量：

1)发动机曲轴(1)、驱动盘(2)和液力变矩器泵轮(4)的等效惯量J_p；

2)锁止离合器(3)的等效惯量J_c；

3)液力变矩器涡轮(5)的等效惯量J_tb；

4)变速器齿轮(7)的等效惯量J_tm；

5)轮胎(9)的等效惯量J_w；

6)整车的等效惯量J_v；

计算以下旋转部件的扭转刚度和阻尼：

1)锁止离合器(3)的扭转刚度和阻尼K_c,C_c；

2)变速器输入轴(6)的扭转刚度和阻尼K_is,C_is；

3)驱动轴(8)的等效扭转刚度和阻尼K_ds,C_ds；

4)轮胎(9)的等效扭转刚度和阻尼K_w,C_w。

4.如权利要求3所述的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，其特征在于：

S2：通过台架实验得到液力变矩器的特性曲线，依据特性曲线计算得到液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩；

解锁和滑差状态时液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩特性可表达为：

式中：T_p-泵轮扭矩，T_t-涡轮扭矩，w_p-泵轮角速度，w_t-涡轮角速度；a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂为待定系数，由液力变矩器的特性曲线可求得，而液力变矩器的特性曲线由单体台架实验得到，包括变矩比、泵轮扭矩容量系数和效率。

5.如权利要求4所述的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，其特征在于：

S3中:通过台架实验得到锁止离合器摩擦片的摩擦系数，计算锁止离合器的摩擦扭矩；

基于Karnopp摩擦模型计算解锁和滑差状态的锁止离合器摩擦扭矩，计算表达式为：

式中：N_s-摩擦面数目，R-摩擦片有效半径，F_n-法向压力，

相对滑摩速度，μ为动摩擦系数，可由下式求得：

式中，μ₀-初始动摩擦系数，m_s-摩擦系数变化梯度，均由台架实验采集得到。

6.如权利要求5所述的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，其特征在于：

S4中：以液力变矩器泵轮、涡轮的动态扭矩以及锁止离合器摩擦片的摩擦扭矩替代液力变矩器解锁和滑差状态时实际传递的扭矩，建立系统动力学控制方程；

传动系统的系统动力学控制方程为：

其中，θ＝{θ_p,θ_c,θ_tb,θ_tm,θ_w,θ_v}^T为角位移矢量；

惯量矩阵J为：

J＝diag(J_p,J_c,J_tb,J_tm,J_w,J_v) (8)

阻尼矩阵C为：

刚度矩阵K为：

系统激励矩阵T为：

T＝{T_e-T_p-T_f T_f T_t 0 0 -T_v}^T (11)

T_e为发动机扭矩，T_v为整车等效阻力矩。

7.如权利要求6所述的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法，其特征在于：

S5中：通过台架实验采集得到发动机激励扭矩，通过实车道路实验采集得到车辆等效阻力矩；车辆加速过程的发动机扭矩T_e可用下式表达：

T_e＝T_avg+T_2rd×chirp(t,f₁,t₁,f₂) (12)

式中，T_avg-发动机平均扭矩，T_2rd-发动机二阶波动扭矩，chirp(t,f₁,t₁,f₂)表示从0到t₁时间段内，扭矩波动频率由f₁扫频到f₂；发动机平均扭矩和发动机二阶波动扭矩均由发动机台架实验采集得到；

车辆加速过程的整车等效阻力矩T_v可用下式表达：

式中，θ_v-轮胎角速度，A,B,C为待定系数，通过实车道路实验确定。

8.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7所述的液力变矩器解锁和滑差工况扭转振动隔振率计算方法的步骤。

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