CC BY
94
электронное научно-техническое издание
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эя №ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0421100025. ISSN 1994-0406_
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:
JД - вращающиеся части двигателя, маховика и кожуха ФС;
Jc - сцепления;
- электродвигателя; Jm - коробки передач;
JК - колес с шинами;
-поступательно движущаяся масса автомобиля; Коэффициенты жесткости:
сС - валов и зубьев зубчатых колес коробки передач; сТР - остальных узлов трансмиссии; сш - шин;
Коэффициенты демпфирования ЬС - сцепления;
ЬТР - остальных узлов трансмиссии; Ьш - шин.
Передаточные числа *'кп - коробки передач; ^ - главной передачи
Ь - 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, М/ и МССП - 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:
Зд фд = Мд - Мс,
Зс <Рс = Мс - Мис, ЗЭ Фэ = МЭ - МиЕ,
J 1Э Мтр (1)
Зкп Фкп = Мис + Мш — - ТТТР,
1КП 'о'кП
ЗК ф К = Мтр - МК - М/,
3А фА = МК - Мссп.
В данной системе - упругие моменты в ветвях трансмиссии автомобиля Мис, МТР, МиЕ, МШ описываются следующими соотношениями:
Мис = Ьс (Фс - Фкп ) + Сс (Фс - Фкп X
МиЕ = ЬЭ (Фэ - Фкп—) + СЭ (Фэ - Фкп —X
1кп 1кп (2)
Мтр = Ьтр (^ - Фк ) + СТР (рл- - Фк ),
'о'кП 'о'кП
Мк = Ьш (Фк - Фа ) + сш (Фк - Фа ).
где: фд, фЭ, фС, фКП, фК, фА - углы поворота масс ЗД, ЗЭ ЗС, ЗКП, Зк, 3А 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: Мс, МСЗ - мгновенный момент трения сцепления и момент, передаваемый сцеплением при замыкании.
<Рд~<Рс= 0 и
мс >мсз
Буксование Замыкание
мс <мсз
Рис. 2 - Схема переключения состояния работы сцепления Сцепление остается в состоянии замыкания, если МС > МСЗ и (рд -(рС = 0 ; в остальных
случаях оно будет буксовать.
Для фрикционного сцепления транспортных машин момент трения сцепления МС может описывать зависимостью [1, 5]:
МС = д -ФС) , (3)
где: / - 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 (мд -мсз)= \мсз -миа] ^мсз = — 2д 2с
1Миа + 1аМд
1Д + 1а
(4)
где: МСЗ - момент, передаваемый сцеплением при замыкании.
Таким образом, в общем случае момент трения сцепления МС в (1) можно записать в следующем виде:
fРПЖRTsign(фд - фС), при буксовании
М„
1дМ иа + 1аМд
1Д + 1а
, при замыкании
(5)
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: 3д=0.36; Зэ=0.2; Зс=0.14; Зкп=0.2; 3к=13; Л=П5 (кг.м2); сс=6200; стр=10000; сш=27000(Нм/рад); Ьс=3; Ьтр=0; Ьш=800 (Нмс/рад).
| Мисои^ |
ш
■—н
Step1 Мс_
| Mueout | | Mtpout |
Scope3 ■
Scope5
|чз
¿^с'с'реб
Рис. 3 - Имитирующая модель SIMULINK для расчета динамических нагрузок трансмиссий автомобилей с КЭУ Начальные условия для расчета: при 1=0; Мд=70Нм; угловая скорость ДВС ^д0=80(рад/с); угловая скорость вала сцепления ^с=0(рад/с); УА=0 км/ч, усилие Рпж задается в виде скачкообразной зависимости:
Г0, при1 < 1С Г0, при1 < 1С
РПЖ Ч0 ^ откуда и (3) ^ М З Чд.
[РПЖ тах , ПРи1 > 1с [Мо тах , ПРи 1 > 1с
где 1с - время включения сцепления; Рпжтах - максимальные усилие, развиваемое на поверхностях трения пружинами нажимного устройства сцепления; МЗ - заданный момент тре-
ния сцепления.
На рис. 4 и 5 представлены результаты расчёта соответственно при Мстах=100 и Мстах=140(Н.м), время включения ФС 1с=0.2с.
а) б)
Рис. 4 - Зависимость угловых скоростей Wд, wc, заданного момента трения МЗ, момента МС и упругого момента на ведомом валу сцепления Мис (а) и упругих моментов МТР, Мк (б)
от времени при Мстах=100Нм
1600
1400
х 1200
1000
" 600 Ой
1 400 ш 1
200 0
-200
* Ш II!
1
Мгр
[1 V Мис
—------ [\/к
Время 1с
а) б)
Рис. 5 - Зависимость угловых скоростей Wд, wc ,заданного момента трения МЗ, момента МС и упругого момента на ведомом валу сцепления Мис (а) и упругих моментов МТР, Мк (б)
от времени при Мстах=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 Мис и момента Мс от времени. С увеличением максимального мо-
мента трения сцепления уменьшается время буксования сцепления. При моменте трения сцепления Мстах=100 Нм время буксования сцепления составляет 1,75 с, а при увеличении Мстах 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 Мстах,
2. После замыкания сцепления (¿^1,75 с на рис 4 а. и ¿^0,8 с на рис 5.а.), моментМС, передаваемый сцеплением (при этом Мс=МсЗ) 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.
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.
