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液力变矩器闭锁离合器山东理工大学目录液力变矩器闭锁离合器 (1)目录 (2)一、绪论 (3)二、发动机与液力变矩器的匹配 (4)2.1 发动机和液力变矩器的共同工作 (4)2.1.1 发动机特性 (4)2.1.2液力变矩器的原始特性 (5)三、液力变矩器闭锁参数的选择及闭锁控制总体方案 (11)3.1 液力变矩器闭锁控制的意义 (11)3.2 汽车闭锁点的选择 (11)3.3整车行驶参数的检测 (14)3.4闭锁规律应满足的要求及分类 (15)3.5、履带车辆中闭锁参数的选择 (16)3.6、闭锁点的选择 (18)3.7 按照传统闭锁点的求法，以SD23为例进行闭锁点的确定： (20)3.8 、闭锁点优化的原则： (33)3.9 液力变矩器多种闭锁方式及对比 (37)3.10对于闭锁总体控制方案的选取设计 (41)四、液力变矩器闭锁点的优化研究及控制器控制策 (42)4.1第四章、闭锁离合器闭锁过程动态数学模型的建立： (42)4.2、充油特性的设计： (44)4.3、离合器集合参数的分析： (45)4.4闭锁控制策略的特例分析 (46)4.5 已有控制方法及其特点 (50)4.6 对于控制策略的设计 (56)五、液力变矩器的闭锁动态过程的仿真研究及控制算法与控制程序 (56)5.4 控制算法基本流程 (56)5.5控制程序 (57)六、液力变矩器闭锁离合器控制器的使用 (60)6.1 控制器分类 (60)6.2 控制器的选取及优化 (61)第一章：绪论我国幅员辽阔、河流湖泊沼泽众多、履带式车辆在我国有着广泛的使用，坦克，推土机、履带式装载机等在履带式车辆的传动系统中主要有机械传动和液力机械传动两种，机械传动是发动机与变速箱通过离合器直接相连，这种传递形式，结构简单，传动效率高，但是适应外负荷变化的能力差。
液力机械式传动是发动机通过变矩器与变速箱相连，液力变矩器有良好的自动适应性，可以提高车辆的动力性能，但是液力变矩器的效率较低。
2004年2月重庆大学学报Feb.2004第27卷第2期JOurnaI Of ChOngging University VOI.27 NO.2文章编号：1000-582X（2004）02-0001-05液力变矩器锁止离合器性能及滑差控制＊胡建军，秦大同，蒋小华（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030）摘要：闭锁离合器滑差控制技术的应用，解决了燃油经济性和行驶平顺性的矛盾，大大地提高了液力自动变速器的性能。
文章论述了锁止离合器结构，摩擦片摩擦材料，并对锁止离合器结合过程中扭矩传递随结合时间的变化特性进行了详尽的分析。
文中还对滑差控制的工作原理做了系统的阐述，指出通过滑差控制可以使汽车的燃油经济性得到较大的改善。
关键词：锁止离合器；结构；滑差控制中图分类号：Th132文献标识码：A液力变矩器出现于1906年，是船舶工业发展过程中的产物。
由于其具有对外界负载的自动适应性，更适合于地面行驶车辆的要求。
上个世纪30年代，瑞典的里斯豪姆与英国利兰汽车公司的史密斯合作，创立了三级液力变矩器，并成功应用于公共汽车上，随后又用于其它车辆。
然而，液力变矩器存在着效率不够高的问题。
从上个世纪50年代起，装备液力自动变速器（AT）的汽车开始增多，由于自动变速器的效率低于手动变速器，使得装备自动变速器的汽车存在燃油经济性较差的问题，从而限制了它的发展。
为了解决液力变矩器效率低的问题，汽车界的工程技术人员做了大量的工作。
上个世纪60年代的研究重点是采用多元件工作轮来提高液力变矩器的效率。
70年代末80年代初开始使用闭锁离合器来提高液力变矩器在高速时的效率［1］。
90年代后，随着电子技术的大量应用，液力变矩器的发展进入了一个新的时期，世界各著名汽车公司的液力自动变速器几乎都采用了闭锁离合器滑差控制技术，通过对闭锁离合器摩擦片上压紧油压的调节，实现闭锁离合器微小滑差的精确控制。
当闭锁离合器存在微小滑差而非完全闭锁时，一部分动力经液力传动，另一部分经闭锁离合器机械传动。
中文摘要液力变矩器在轿车、载货汽车和工程车辆上得到日益广泛的应用, 它可以使车辆起步平稳，减少传动冲击，但是液力变矩器开始闭锁直至闭锁完成的过程中，泵轮和涡轮的转速与转矩的变化，以及发动机一定惯性能量的释放，将以转矩扰动的形式传递给传动系，并带来闭锁冲击。
因此如何更为合理的选取液力变矩器闭锁点，为改善闭锁品质提出合理化建议的研究成为一热点。
本课题的主要研究内容是用传统的方法确定XXX推土机所使用的液力变矩器的闭锁点，然后对液力变矩器闭锁点进行优化设计，优化设计的过程中综合考虑了闭锁前后发动机转速突降造成的惯性能量的释放,以及闭锁前后变矩器输入、输出转矩的变化，在二者最优解之间通过目标规划法建立统一目标函数,并寻优得到最为合理的闭锁点。
鉴于目前液力变矩器闭锁与滑差控制技术的发展趋势，本文在第五章对液力变矩器闭锁与滑差控制技术也进行了探讨，并初步设计了闭锁与滑差控制系统原理图。
关键词: 液力变矩器闭锁点优化设计滑差AbstractHydraulic torque converter is used widely in the car, truck and construction vehicle. It can make them start smoothly, reduce the impact, but when hydraulic torque converter starts to block until the blocking process complete, the speed and the torque’s change of the pump and turbine, as well as certain inertia energy released by the engine, these will be passed to the power transmission by the way of the torque perturbation which will bring impact. Therefore, the research of how do the more reasonable selection of hydraulic torque converter blocking spot, and proposing the rationalization proposal for the improvement block system quality has become a hotspot.The subject of research is to determine the block spot of the XXX bulldozer’s hydraulic torque converter with the traditional method, then carries on the optimized computation to the blocking spot of the hydraulic torque converter, around the released inertia energy because of the engine speed which has dropped suddenly, as well as the input and output torque's change, establishes objective function through the target programming law between the two optimal solution, obtains the more reasonable block system spot.In view of the fact that present hydraulic torque converter’s block system and the slippery difference control technology's trend of development, this article has also carried on the discussion in the fifth chapter to the hydraulic torque converter’s block system and the slippery difference control technology, and preliminary design schematic diagram of the block system and slippery difference control system.Keywords: hydraulic torque converter, block system spot, optimization design, slippery difference目录中文摘要 (I)Abstract...................................................................... I I 目录........................................................................ I II 第一章绪论 (5)1.1 液力变矩器简介 (5)1.2 液力变矩器的发展和应用 (6)1.2.1 液力变矩器的发展 (6)1.2.2 液力变矩器的应用 (7)1.3 传统液力变矩器的优点与缺点 (9)第二章发动机与液力变矩器的共同工作与匹配 (11)2.1 共同工作与匹配的区别 (11)2.1.1 发动机特性 (11)2.1.2 液力变矩器的原始特性 (13)2.2 发动机与液力变矩器的共同工作 (14)2.2.1发动机与液力变矩器的共同工作的输入特性 (14)2.2.2发动机与液力变矩器的共同工作的输出特性 (16)第三章闭锁控制规律与理论分析 (22)3.1 液力变矩器闭锁的意义 (22)3.2 闭锁规律应满足的要求及分类 (22)3.2.1 闭锁规律应满足的要求 (22)3.2.2 闭锁规律的类型 (23)3.3 主控制参数的选取 (24)3.3.1 车辆常用的参数 (24)3.3.2 XXX所选参数 (26)3.3.3 参数值确定 (27)3.4 闭锁点的选择 (28)3.4.1 理论闭锁点的确定 (29)3.4.2 闭、解锁循环现象 (30)3.4.3 借助换档规律选取闭锁点的方法 (31)3.5 XXX闭锁点的计算 (32)3.5.1闭锁点的确定 (32)3.5.2 插值法分析闭锁点处的参数 (38)第四章液力变矩器闭锁点优化设计 (42)4.1 确定优化约束条件 (42)4.2 确定目标函数 (42)4.3 目标规划法统一各目标函数 (44)第五章液力变矩器闭锁与滑差液压控制系统的设计 (47)5.1 闭锁离合器滑差控制的工作原理 (47)5.2 滑差控制区域的确定 (48)5.3 液力变矩器闭锁与滑差液压控制系统................. 错误!未定义书签。
2019·9试验·研究Test and Research装载机液力变矩器动态闭锁过程分析*张渴新1，马文星1，王松林2，王志豪11.吉林大学机械与航空航天工程学院；2.广西柳工机械股份有限公司传动件研究所摘要｜对7t 级装载机所匹配的液力变矩器的动态闭锁过程特性开展研究。
建立液力变矩器闭锁动力学模型，分析闭锁充油控制油路及充油规律；在MATLAB Simulink 中搭建仿真模型，得出液力变矩器闭锁动态过程中输入输出转速、输入输出转矩、滑摩功、滑摩功率变化曲线，并按照闭锁过程功率分流的观点，得出发动机、变矩器和闭锁离合器三者之间的功率关系曲线。
通过试验获得试验样机液力变矩器闭锁过程中的转速变化曲线，与仿真得到的闭锁转速结果进行对比分析，平均误差小于10%。
研究结果表明，所建立的动力学系统仿真模型能够对动态闭锁过程进行准确预测，验证了理论分析和仿真的正确性。
关键词：装载机；液力变矩器；闭锁*基金项目：工信部高端土方机械绿色设计平台建设项目（2017[327]）作者简介：张渴新（1993—），女，黑龙江双鸭山人，硕士研究生，研究方向：液力传动与自动变速。
装载机是我国工程机械行业最具代表性的产品之一，在工程建设领域得到了广泛的应用。
装载机主要用于装卸散状物料、清理场地和短距离搬运[1]。
目前，市场上大多为液力传动型装载机。
液力传动型装载机能够平稳起步、换挡平顺、操作方便且具有自动适应性，但是其传动效率较低。
液力变矩器中加装闭锁装置可以使装载机在起步达到一定速度时，将泵轮和涡轮连接成为一体，使传动状态变成机械传动，传动效率显著提高。
参考相关机构的调查可知，在工况相同的条件下，液力变矩器闭锁控制在装载机上的应用可以有效地降低10%左右的油耗[2]。
在国外，Toyota （丰田）、BMW （宝马）、Honda （本田）和Mitsubishi （三菱）汽车等专业公司都进行过闭锁液力变矩器方面的研究与试验，丰田公司开发了液力变矩器滑摩控制系统，极大地改善了液力变矩器的效率[3]。
推土机闭锁式液力变矩器与闭锁控制研究作者：孙守猛来源：《智富时代》2018年第01期【摘要】近些年来，随着全球不可再生资源的日益枯竭，许多发达国家都在大力发展节能环保技术。
装载机作为工程机械的主要机型之一，也开始逐渐应用闭锁式液力变矩器，并配合相应的闭锁控制技术实现节能减排。
这种技术不仅保留了普通液力变矩器能使车辆起步平稳、换挡平顺、操作方便等优点，而且解决了其传动效率低的问题。
【关键词】装载机；闭锁控制；SIMULINK；闭锁式液力变矩器一、液力变矩器闭锁的由来液力变矩（Hydraulic Torque Converter简称TC）是通过工作轮叶片的相互作用，引起机械能与液体能的相互转换来传递动力，通过液体动量矩的变化来改变转矩的传动元件，具有无级连续改变转速与转矩的能力，对外负载有良好的自动调节和适应性。
它在车辆上的应用，极大地简化了车辆的操纵，使其起步平稳、加速迅速、柔和。
同时，由于用液体来传递动力，进一步降低了尖峰载荷和扭转振动，延长了动力传动系统的使用寿命，提高了乘坐舒适性和车辆平均行驶速度以及安全性和通过性。
虽然液力变矩器的性能优越，但最大的缺点是效率低。
为了提高效率，人们采取了许多方法，起初一般是通过改变变矩器的结构或增加导轮和涡轮数目来扩大高效区，但其结构太复杂。
1953年有了闭锁式液力变矩器的专利，而且也生产出了带闭锁的液力变矩器，它可大大提高在高速比情况下的传递效率，功率利用好，但由于它增加了成本，而且当时的油价便宜，并没有引起人们的注意也就没有被采用，直到1967年能源危机时，才使人们对它又产生了兴趣。
二、液力变矩器的闭锁条件对于不同的变速器液力变矩器的闭锁时机不同。
闭锁点的选择应根据实际情况来决定，或者设定在它们中间。
早期的闭锁式液力变矩器，由于没有采用电子控制技术，闭锁时机的选择可考虑的因素很少，一般只是在高转速比的情况下闭锁，限制了它的充分利用，后来电子控制技术的应用极大地扩大了闭锁范围，综合考虑各种因素，在不同条件下设不同的闭锁时机，一般情况下，应遵循下面的闭锁条件：（1）发动机应完全暖机，足以承受各种工作载荷且不至于熄火，在此情况下才允许闭锁；（2）车速应比较高，足以保证能够平稳地传递动力而不至于发生明显的发动机动力波动和爆燃；（3）只有在发动机转速和车速，或者是泵轮和涡轮的转速情况可以保证闭锁后不会造成明显的冲击和抖振时，才可以使闭锁离合器接合；（4）在需要液力变矩器产生增扭作用以更快地加速时，必须解除闭锁；（5）因为发动机油门关闭减速期间若闭锁，将增加排气污染和油耗，所以此时减速时应解锁；（6）制动时若保持闭锁，则可能损坏发动机，此时必须解锁；（7）对于自动变速器，换档时暂时解除闭锁，可以使动力传递更加平稳，换档平顺。
液力变矩器闭锁过程转速调节策略研究许诺,胡宇辉,陈慧岩,陶刚(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081) 摘要:考虑到液力变矩器闭锁过程对动力性及闭锁品质的双重要求,提出一种基于发动机转速调节的闭锁控制策略。
通过分析闭锁过程中闭锁离合器摩擦力矩和发动机惯性能量释放对闭锁冲击的影响,以闭锁离合器摩滑速度代替油门踏板位置作为柴油机调速系统输入激励,实现了闭锁过程控制。
在某履带车辆上对该策略进行了实车验证,试验结果表明:基于发动机转速调节的闭锁控制策略在不损失车辆动力性的前提下能够实现更加平稳、快捷的闭锁过程。
关键词:机械学;液力变矩器;闭锁控制;一体化控制;发动机调速 中图分类号:U463122文献标志码:A 文章编号:100021093(2008)0520513205A Study on the Speed G overning Strategy of H ydraulic TorqueConverter Lock 2up ProcessXU Nuo ,HU Yu 2hui ,CHEN Hui 2yan ,TAO G ang(School of Mechanical and Vehicular Engineering ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :Considering the double demands of power performance and lock 2up quality for the lock 2up process of hydraulic torque converter ,a lock 2up control strategy based on engine speed governing was proposed.Through analyzing the effects on lock 2up impacts from the sliding 2friction moment of lock 2up clutch and inertial energy releasing of the engine ,lock 2up process control was realized by taking the sliding 2friction velocity of lock 2up clutch ,instead of the position of accelerator pedal ,as the input exci 2tation of diesel engine speed governing system.The strategy was testified by an actual test with a cer 2tain tracked vehicle.The test results indicate that the lock 2up control strategy based on engine speed governing can implement a smooth and fast lock 2up process without losing power performance of the vehicle.Key words :mechanics ;hydraulic torque converter ;lock 2up control ;integrated control ;engine speed governing 收稿日期:2007-02-02作者简介:许诺(1980—),女,博士研究生。
E 2mail :xunuo26@ ;陈慧岩(1961—),男,教授,博士生导师。
E 2mail :chen -h -y @ 0 引言液力变矩器的诞生使传动系统获得了无级变速和变矩的能力,这使得车辆具有了良好的自动适应性,尤其在困难和复杂路面行驶时其优势更加明显[1]。
然而,传动效率低却始终是液力传动车辆的不足之处,闭锁式液力变矩器的出现在一定程度上缓解了这一问题。
液力变矩器闭锁控制在变矩器结构类型、参数已定的前提下,主要围绕着设计合理的闭锁规律和改善闭锁控制品质展开,其主要目的在于降低闭锁冲击且兼顾车辆动力性。
随着动力传动一体化控制技术的日渐成熟,闭锁控制已不再局限于优化设计合理的闭锁点、实现多参数闭锁控制及通过操纵油压进行缓冲控制等仅第29卷第5期2008年5月兵工学报ACTA ARMAMEN TARIIVol.29No.5May2008依赖于传动系自身特性的控制方法[2-4],发动机的协调控制作用可以在保证车辆动力性的前提下实现更加平稳的闭锁过程。
本文以某履带车辆为平台对液力变矩器闭锁过程转速调节策略进行了研究,考虑到本文所采用的传动系统中闭锁离合器背压较高,常见的油压缓冲调节方式效果并不明显,因此提出了一种基于发动机转速调节的闭锁控制方法。
1 车辆动力传动一体化控制系统车辆动力传动系统由全程调速位置式电控柴油机、闭锁式液力变矩器及三自由度定轴式综合自动变速箱组成。
发动机与变速箱均具有各自的电子控制单元(ECU ),二者之间经由CAN 总线方式进行通讯来实现资源共享及一体化控制。
图1为该车辆动力传动一体化控制系统原理图。
图1 动力传动一体化控制系统原理图Fig.1 Schematic diagram of integratedpower 2transmission control systemECU 以各传感器输入信号为依据对发动机供油齿杆、液力变矩器闭锁离合器、综合变速箱换档离合器等部件的执行机构进行控制,通过CAN 总线实时传输各环节工作状态参数,实现动力系与传动系的一体化控制策略。
2 闭锁控制目标及转速调节要求闭锁控制目标是在保证系统传递力矩不损失的前提下尽可能小地减小扭矩扰动,这需要在设计出动力型闭锁规律后控制好闭锁离合器摩擦力矩的增长并减小发动机惯性能量的释放。
211 闭锁离合器摩擦力矩闭锁离合器的摩擦力矩是闭锁过程中系统产生动载的主要激励源之一,可用下式表示:M c =μz rA f p ,(1)式中:μ为摩擦系数;z 为摩擦副数;r 为摩擦半径;A f 为摩擦面积;p 为油缸比油压。
可见,在液力变矩器结构参数已定的情况下,摩擦力矩主要受摩擦系数μ和比油压p 影响。
其中μ随离合器工作条件(比压、摩滑速度、温度)变化[2,5],图2给出了某温度时μ在不同工作油压下随摩滑速度v fs 的变化曲线;p 按油压缓冲控制规律变化,一定时间内调节比油压缓慢变化可在一定程度上避免摩擦力矩急剧上升从而减小系统动载。
图2 不同工作油压下动摩擦系数—摩滑速度曲线Fig.2 Relationship between coefficient of kineticfriction and velocity of sliding friction under different oil pressures212 发动机惯性能量释放为保证车辆动力性,一般采用的双参数(涡轮转速—油门开度)动力型闭锁规律是取一定油门开度下液力工况(闭锁前)与机械工况(闭锁后)涡轮轴输出转矩曲线交点对应的涡轮转速作为该油门开度下闭锁点,如图3中n 3所示。
图3 双参数动力型闭锁点设计示意图Fig.3 Schematic diagram of double 2parameterpower lock 2up point design图3中,交点n 3处虽无转矩损失且涡轮转速一致,但所对应的发动机转速并不相同,液力工况对应的发动机转速大于机械工况的对应值[4]。
发动机所储存的惯性能量为W e =12I e ω2e ,(2)式中:I e 为发动机输出端转动惯量;ωe 为发动机旋转角速度,ωe =π30n e.415兵 工 学 报第29卷可见,闭锁前后发动机转速突降将伴随着惯性能量的释放,该能量以扭矩扰动的形式进入传动系统,带来较大的动载荷。
213 转速调节要求对摩擦力矩及发动机惯性能量释放的控制均可转换为对转速的调节。
由图2知,随着摩滑速度的减小,在动摩擦即将转变为静摩擦时,μ上升很快,摩擦力矩亦随之变化,此时对闭锁离合器摩滑速度进行控制可使摩擦系数平缓变化,以此减小摩擦力矩的突变。
由(2)式可知,闭锁前后发动机转速的不一致,尤其在较低速比下闭锁,变矩器泵轮、涡轮速差较大将产生很大的能量释放,引起扭矩扰动,严重时甚至引起车辆快速制动,因此在闭锁过程中调节发动机转速从液力工况对应值n He平稳过渡到机械工况对应值n Me将有利于减缓惯性能量释放带来的闭锁冲击。
综合以上分析,发动机转速调节范围为n He< n e<n M e,在这一调节过程中,对平稳性要求较高的阶段是动摩擦即将转变为静摩擦的阶段,在此之前的动摩擦阶段发动机转速可以尽可能快地向闭锁结束时刻的目标转速n Me调节,但在闭锁过程即将结束前,考虑到闭锁后车辆的加速性,可提前对发动机转速进行回调,以保证闭锁后驾驶员可立即加速行驶,减少速度损失。
3 发动机转速调节控制策略311 闭锁离合器闭锁工作过程按照闭锁离合器结合过程中比油压特性变化情况可将闭锁过程分为4个阶段[3]:1)充油阶段:t<t1时,压力油充满主油路;2)建压阶段:t1<t<t2时,压力油充满油缸,建立低油压;3)预压阶段:t2<t<t3时,活塞克服背压、轴向摩擦力等外力移动,消除活塞及摩擦副间隙,此时油压基本保持不变;4)增压阶段:t3<t<t4时,油缸内油压急剧增长,摩擦副弹性变形,闭锁离合器开始结合并传递力矩,逐渐由液力工况转入机械工况。
图4给出了闭锁工作过程中比油压随时间变化的曲线,该曲线是离合器自身结合特性曲线,无油压缓冲控制。
与油压缓冲控制方式相似,对于基于发动机转速调节的闭锁控制策略而言,其闭锁过程的主要控制阶段仍在“增压阶段”,即用转速调节的方式代替油压缓冲控制,同样可以起到缓解因油压剧增所带来的传递力矩突变问题,且可以起到缩短总闭锁时间的效果。
图4 闭锁工作过程比油压变化曲线Fig.4 Graph of specific oil pressure duringlock2up process312 控制策略在进入闭锁控制后,发动机控制将进入适用于闭锁过程的调速阶段,此时转速调节目标值将不再由发动机ECU依据油门踏板值及标定曲线计算得到,而转变为通过CAN总线传输的由变速箱ECU 依据摩滑速度得出的计算值。
图5是闭锁控制阶段发动机转速控制原理图,图中n e、n eo分别为实际发动机转速和目标发动机转速,l t、l to分别为实际供油齿杆位置和目标齿杆位置。
