变冲击系数的几何参数化变矩器特性模型

　　引言

　　作为液力传动元件,变矩器工作特性比较复杂,同时变矩器也是车辆性能匹配的关键元件,因此对其工作特性的研究得到了学术界的广泛关注。早期液力机械理论已给出变矩器能头、流量和转速转矩的理论求解方法,但主要为定转速下的静态分析,较少涉及动态分析。文献[1~6]建立的模型和给出的结论主要集中于变矩器的外在特性表现,对于变矩器的内部结构分析很少,使得参数的确定对实验的依赖性很强。

　　许多变矩器产品的特性曲线实验数据有所欠缺,因此需要建立变矩器的几何参数和性能参数间的数学模型,以在有限的参数下预测变矩器性能,辅助工程车辆的动态性能匹配研究。

　　传统的变矩器性能模型中冲击损失系数采用常数,使得变矩器性能的理论计算结果偏差较大,启动工况可达到15%~25%[7]。文献[7]中建议在计算时负冲击角一般取0·4~0·8,正冲击角一般取0·8~1·6,但变矩器工作工况的变化也会带来冲击角的变化,目前没有人提出量化的解决办法。因此,本文在变矩器特性模型建模中尝试采用冲击角的二次函数式来确定冲击损失系数以克服模型精度过低的问题。目前国内很少有人将键合图理论应用在变矩器性能分析中[8]。本文将应用键合图理论建立变矩器键合图模型,并结合传统液力传动理论建立机械能和液力能的理论求解方法,明确其几何参数和性能参数之间的关系,使模型的全部参数均为变矩器几何参数,获得基于几何参数的变矩器特性模型,以实现传统变矩器模型的精细化改进。

　　1　液力变矩器的键合图模型

　　用键合图方法描述变矩器系统,机械液力转换可以认为是回转器元件,工作轮转动惯量和液体运动惯量作为惯性元件,考虑各环节的能头损失作为阻性元件,绘制变矩器系统键合图模型如图1所示。

　　由键合图可进行系统动力学分析。对于变矩器,其非线性元件主要有两处:泵轮、涡轮的系统特性较为复杂,两个回转器元件呈现非线性特点;变矩器内的各种能头损失较复杂,使阻性元件呈现非线性。为使变矩器特性模型能以几何参数化的形式表征,以下分别对这两部分进行分析,作为键合图系统中回转器和能头损失的子系统模型。

　　2　工作轮特性子系统模型

　　2·1　主要几何参数

　　变矩器主要几何参数如表1所示,其中各参数按下标分类,下标B、T、D分别代表泵轮、涡轮和导轮;下标1、2分别代表入流口和出流口。各尺寸对应图如图2所示。

　　其中R、b、Ψ分别为具体工作轮的参数,可得各通流面积FmB1、FmB2、FmT1、FmT2、FmD1、FmD2。

　　工作轮能头和扭矩与流量和转速相关,符合函数式P=fP(n,Q)及M=fM(n,Q)。以下分别分析3个工作轮的特性方程。