液压机械无级变速器系统仿真和换段品质研究

摘要

液压机械无级变速器（Hydro-mechanicalContinuouslyVariableTransmission，简称HMCVT）是采用液压无级变速和机械有级变速的复合传动装置，其传递功率大、效率高、适用范围广，属于新型车辆变速器。车辆变速时，需要通过离合器的结合与分离来完成机械有级变速。而离合器结合与分离需要一定时间，在此过程中，由于载荷等因素，引起换段前后输出轴出现速度降。这种速度降如果不能得到合理控制，将会对于变速器造成损伤，同时也会影响到车辆的乘坐舒适性。
　　本文以液压机械无级变速器试验台为基础，对变速器湿式离合器结合过程的油压特性进行了试验，并对换段品质进行了正交试验。同时利用Matlab/Simulink建立了仿真模型，对部分研究内容进行了仿真分析。本文主要研究内容如下:
　　1、简述了HMCVT的工作原理，根据各段传动比参数，建立了输出转速及转矩的理论模型。
　　2、利用等效转动惯量对模型各传动件的转动惯量进行设置，使模型运行更加高效，并确立了其它建模参数。利用Matlab/Simulink建立了HMCVT仿真模型。该模型有发动机模块、变量泵—定量马达传动模块、机械传动模块、控制模块、负载模块和显示输出模块。对各模块主要实现的功能及其构成进行了说明，同时结合试验数据及理论值对模型进行了验证。
　　3、对湿式离合器结合过程的油压特性进行了研究。对离合器结合过程的各阶段建立了动力学模型。根据台架试验结果，将试验数据导入Matlab，对离合器充油时间、升压时间及升压段油压变化速率的试验数据进行了曲面拟合。主要研究结论如下:调速阀流量大于3L/min时充油时间和离合器升压较短，调速阀流量在1～3L/min之间对充油时间和离合器升压的调节性能较好。主油路油压在4～5MPa左右充油时间相对短一些。升压时间随压力升高变化不明显。当调速阀流量大于3L/min时，升压段油压曲线的斜率较大且比较稳定。随着压力增大，油压变化率也随之增大。在对充油过程的分析中发现，随着压力和流量升高，C1离合器的充油初始压力和结束压力都随之升高。
　　4、对换段品质进行了正交试验。主要结论如下:为提高换段品质，最终选取A1B3作为最优水平组合，也就是主油路油压取4MPa，调速阀流量取5L/min。
　　5、利用仿真模型对一部分试验无法完成的分析进行了仿真分析。得出随着泵—马达系统的容积效率提升，除摩擦功外变速器及泵—马达系统的各项监测值均得到优化;随着待结合离合器结合时间提前，换段品质得到提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 无级变速器研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 液压机械无级变速器国内外应用与研究概况

1．2．1 液压机械无级变速器国外应用状况

1．2．2 液压机械无级变速器国内研究状况

1．2．3 无级变速器换段规律研究状况

1．3 研究目标与内容

第二章 液压机械无级变速器传动原理

2．1 液压机械传动系统的基本原理

2．2 液压机械无级变速器传动方案

2．2．1 分矩汇速型组合方案

2．2．2 双排汇流工作方案

2．3 液压机械无级变速器理论模型

2．3．1 转速输出模型

2．3．2 传动比参数

2．3．3 转矩输出模型

2．4 本章小结

第三章 液压机械无级变速器仿真模型建立

3．1 建模假设条件

3．2 建模所需参数

3．2．1 等效转动惯量

3．2．2 其它参数

3．3 模块化建模

3．3．1 发动机模块

3．3．2 泵—马达模块

3．3．3 机械传动模块

3．3．4 负载模块

3．3．5 控制模块

3．3．6 显示输出模块

3．4 仿真模型验证

3．5 本章小结

第四章 湿式离合器油压特性研究

4．1 湿式离合器结构及液压控制回路

4．1．1 湿式离合器结构

4．1．2 湿式离合器液压控制回路

4．2 湿式离合器结合过程油压特性理论分析

4．2．1 湿式离合器结合过程油压变化规律

4．2．2 湿式离合器结合过程动力学模型

4．2．3 离合器活塞运动过程油压与流量特性方程

4．3 湿式离合器结合过程油压试验及分析

4．3．1 试验条件

4．3．2 设备参数

4．3．3 试验方案

4．3．4 试验数据分析

4．3．5 离合器充油过程试验分析

4．4 本章小结

第五章 液压机械无级变速器换段过程研究

5．1 换段过程离合器油压与转速转矩关系

5．1．1 换段过程油压与输出轴转速关系

5．1．2 换段过程油压与滑摩转矩关系

5．2 换段过程冲击原因分析

5．2．1 换段过程速度降

5．2．2 换段前后传动比不同

5．2．3 马达输出扭矩及转速变化

5．3 本章小结

第六章 液压机械无级变速器换段品质试验

6．1 换段品质评价指标

6．2 正交试验设计

6．3 正交试验结果及分析

6．3．1 前后冲击度试验结果分析

6．3．2 动载荷试验结果分析

6．3．3 滑摩时间和速度降试验结果分析

6．3．4 转速因素的补充分析

6．3．5 试验结果综合分析

6．4 离合器结合时间控制试验

6．4．1 离合器结合时间对输出轴转速转矩影响

6．4．2 离合器结合时间对离合器油压影响

6．5 本章小结

第七章 换段过程仿真分析

7．1 连续性仿真过程分析

7．2 泵—马达系统换段过程仿真分析

7．3 离合器结合时间对换段品质影响

7．4 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

致谢