Научная статья на тему 'Разработка динамической модели механической трансмиссии автомобиля с комбинированной энергетической установкой параллельного типа'

Разработка динамической модели механической трансмиссии автомобиля с комбинированной энергетической установкой параллельного типа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
205
94
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Селифонов В. В., Нгуен Х. Т.

В данной статье представлен метод исследования динамических нагрузок в механической трансмиссии автомобиля с комбинированной энергетической установкой с учетом двух фаз буксования и замыкания фрикционного сцепления. В качестве примера рассмотрены динамические нагрузки в трансмиссии полноприводного автомобиля при трогании с места с приводом ведущих колес от ДВС при резком включении сцепления

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Селифонов В. В., Нгуен Х. Т.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Разработка динамической модели механической трансмиссии автомобиля с комбинированной энергетической установкой параллельного типа»

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.