557_大學生方程式賽車設(shè)計（制動與行走系統(tǒng)設(shè)計36張CAD圖）

557_大學生方程式賽車設(shè)計（制動與行走系統(tǒng)設(shè)計36張CAD圖）,大學生,方程式賽車,設(shè)計,制動,行走,系統(tǒng),36,cad 2010智能計算技術(shù)與自動化國際會議 研究匹配策略和模擬連續(xù)可變傳輸系統(tǒng)的拖拉機 徐里有 周之禮 曹青梅 張明珠 河南科技大學，洛陽，河南省，中國 摘要——本文根據(jù)發(fā)動機測試結(jié)果,建立了發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩模型和油耗模型。發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性是在當發(fā)動機工作在最優(yōu)經(jīng)濟模式和滿負荷的工況下，表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)流之間的關(guān)系?；谝陨瞎ぷ?提出了連續(xù)變量傳輸(HMCVT)系統(tǒng)的匹配策略。根據(jù)在不同的野外環(huán)境工況,以仿真方法研究了HMCVT系統(tǒng)匹配的策略。這個研究為測定HMCVT系統(tǒng)提供了理論設(shè)計基礎(chǔ)和控制方法。 關(guān)鍵詞——拖拉機;振動連續(xù)變量傳輸;匹配策略;仿真 1. 介紹 無級變速傳輸系統(tǒng)(HMCVT)是一種新型的一個機械傳動(MT)聯(lián)合一個具有一對液壓單元液壓傳動(HST)組成的傳動裝置。HMCVT通過組合MT和HST有一個連續(xù)的變量轉(zhuǎn)移率并在在M[1,2]狀態(tài)下達到高的效率。只有當合理匹配HMCVT系統(tǒng)和發(fā)動機,HMCVT系統(tǒng)可以發(fā)揮其優(yōu)勢。匹配的關(guān)鍵是根據(jù)實際的工作條件和發(fā)動機特性,發(fā)動機通過HMCVT系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度比工作在最佳狀態(tài),。拖拉機HMCVT系統(tǒng)速度比的調(diào)節(jié)可以通過控制位移比的變量液壓泵(PV)和固定液壓馬達(MF)來實現(xiàn)。 目前,國內(nèi)外的連續(xù)變量傳輸系統(tǒng)的研究匹配主要集中在汽車[3、4、5),并且這個關(guān)于拖拉機研究還沒有被報道。拖拉機不僅與汽車在結(jié)構(gòu)有區(qū)別,其惡劣的工作條件和頻繁的外載荷波動也是與汽車的區(qū)別。這些所有的要求速度比改變都是為了以及時適應(yīng)拖拉機變化的負載和運動阻力,確保動態(tài)性能和經(jīng)濟性。本文的目的是為拖拉機解決匹配策略和HMCVT系統(tǒng)的模擬問題,為了拖拉機的控制方法提供理論依據(jù)。 2. 發(fā)動機輸出特性 A. 發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩 發(fā)動機是一個更復(fù)雜的系統(tǒng),其輸出轉(zhuǎn)矩是通過節(jié)流閥開放和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速來改變。基于發(fā)動機試驗的結(jié)果,發(fā)動機穩(wěn)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩和節(jié)氣門打開和旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系可以使用多項式擬合來建立。發(fā)動機輸出扭矩和油門開啟和旋轉(zhuǎn)速度之間表面關(guān)系用多項式擬合能得到圖.1。 圖1發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩與節(jié)氣門打開和旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系 b .發(fā)動機的通用特性 發(fā)動機功率和燃料消耗之間的關(guān)系,可以根據(jù)發(fā)動機負載的每個轉(zhuǎn)速特性曲線被實現(xiàn)。然后發(fā)動機有效燃料消耗和旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩之間的曲面關(guān)系可以通過利用曲線插值擬合獲得。普遍發(fā)動機特性曲線(圖2)可以使用發(fā)動機的數(shù)值模型得到。 在圖2中,曲線ABC是外部特征曲線;曲線BFS和CGT是速度調(diào)節(jié)特性曲線,A、B和C三點分別是最大輸出功率點。在不同的油門位置，盡管引擎可以工作最大輸出功率點,在一些最大輸出功率點如點B和C發(fā)動機有純淬裝載能力,這很容易導(dǎo)致發(fā)動機的熄火。因此,在不同的油門位置,發(fā)動機的最大輸出功率點應(yīng)設(shè)置為圖2的點A,F和G。因此,通常,曲線AFG被稱為最佳動力性工作曲線,即D曲線。 如果有相同功率的燃油消耗最小點(圖2)是相連的,發(fā)動機的最優(yōu)燃料經(jīng)濟性能工作曲線隨著圖2中的曲線AST的實現(xiàn),即E曲線。 圖2引擎通用特性曲線 c .調(diào)節(jié)功能的發(fā)動機轉(zhuǎn)速 發(fā)動機轉(zhuǎn)速的發(fā)動機調(diào)節(jié)功能是當負載的輸出軸改變,車輛傳動裝置速度比率是為了維護發(fā)動機功率的相對價值進行獨立煩的控制。如果發(fā)動機工作在每個相對功率之間最低燃料消耗的轉(zhuǎn)速，油門開啟和轉(zhuǎn)速的關(guān)系是轉(zhuǎn)速的最優(yōu)燃料經(jīng)濟性能。如果發(fā)動機的每個相對節(jié)流開放工作在最大轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)速度，,油門的打開和轉(zhuǎn)速的關(guān)系是轉(zhuǎn)速的最佳動力性能。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)功能可以擬定為圖3。在圖3,曲線D和E分別是發(fā)動機調(diào)節(jié)特性曲線的優(yōu)化功率和最佳燃油經(jīng)濟性能。 圖3發(fā)動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性 III.匹配策略的HMCVT系統(tǒng) HMCVT系統(tǒng)的匹配策略如圖.4。發(fā)動機可以通過HMCVT系統(tǒng)控制發(fā)動機油門打開和調(diào)節(jié)速度比使其工作在最優(yōu)功率性能工作曲線D或最好的燃料經(jīng)濟性能工作曲線E。在實際的工作，工作重點應(yīng)該是落在發(fā)動機的速度特性曲由最低穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速度曲線l,外特性曲線w和監(jiān)管線t的區(qū)域。對于HMCVT系統(tǒng)的拖拉機,每點發(fā)動機的有效工作范圍有一個和拖拉機的駕駛速度相對應(yīng)的驅(qū)動力,其具體表達式給出了公式如下 圖4匹配的HMCVT系統(tǒng)示意圖 這里，F(xiàn)q是拖拉機的動力,kN;Me是發(fā)動機嗎轉(zhuǎn)矩,N·m;ne是轉(zhuǎn)速的發(fā)動機,r / min;rd是駕駛的動態(tài)半徑wheel,m;i是HMCVT系統(tǒng)的傳動比,是HMCVT的系統(tǒng)效率;v是拖拉機速度,km/h;是練習場的跟蹤效率，輪式拖拉機=1. 通過引用文中的計算方法[6],每個發(fā)動機的點的有效工作范圍都對應(yīng)拖拉機驅(qū)動特性圖的(圖。4)。圖4中,曲線l’,‘w’和t”是分別相對應(yīng)的發(fā)動機理想的工作邊界曲線l,w和t,h線是拖拉機受地面膠粘劑力的影響可以提供最大驅(qū)動力。 可以從圖4看出,在穩(wěn)定和優(yōu)化電力和燃料經(jīng)濟性能條件下,當拖拉機工作在一定的速度,有一個獨特的理想的發(fā)動機工作曲線對應(yīng)的拖拉機的工作狀態(tài)。在發(fā)動機的通用特性曲線，每個點工作條件都是明確的。發(fā)動機節(jié)氣門打開,理想的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有一一對應(yīng)的HMCVT系統(tǒng)的速度比。 發(fā)動機可以通過控制油門打開發(fā)動機和調(diào)節(jié)HMCVT系統(tǒng)的速度比工作在最優(yōu)功率性能工作曲線D或最好的燃油經(jīng)濟性性能工作曲線E。根據(jù)事先確定發(fā)動機的節(jié)流開放和輸出功率的對應(yīng)關(guān)系,發(fā)動機可以通過控制發(fā)動機節(jié)氣門打開和HMCVT系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度比工作在特定的工作點。 可以從圖2和圖3看出,不管最佳動力性和最佳燃油經(jīng)濟性性能,發(fā)動機節(jié)氣門打開、旋轉(zhuǎn)速度和輸出功率有一一對應(yīng)的關(guān)系。在每個發(fā)動機節(jié)氣門打開時,確保拖拉機可以工作用不同的速度，HMCVT系統(tǒng)必須有相對速度比,以保證發(fā)動機工作最優(yōu)工作點。當發(fā)動機工作在最優(yōu)動力性能的傳輸目標速度比率如圖5。當發(fā)動機工作在最佳的燃料經(jīng)濟性能時的傳輸目標速度比率如圖6。目標速度比率可以存儲在內(nèi)存單元的控制器內(nèi)。根據(jù)拖拉機實際的工作條件,發(fā)動機工作點可以通過控制HMCVT系統(tǒng)的速度比率調(diào)節(jié)。這樣拖拉機可以在這樣工作的條件下提供最佳動力性和最佳燃油經(jīng)濟性性能。 圖5。目標速度比率的發(fā)動機最優(yōu)功率 圖6。目標速度比率的發(fā)動機最佳燃油經(jīng)濟性 四。仿真分析 在拖拉機實際操作中,通常存在兩個典型工作條件:一是工作在恒定的拖拉機牽引阻力和發(fā)動機可變節(jié)流打開條件,另一個是工作動機油門打開發(fā)和的拖拉機變量牽引電阻條件。在此基礎(chǔ)上,以采取最好的燃料經(jīng)濟性能的發(fā)動機為例,仿真系統(tǒng)進行了對HMCVT兩個條件的分析:一是拖拉機的牽引阻力是常數(shù)和發(fā)動機節(jié)流閥打開變量,另一個是發(fā)動機節(jié)流閥打開是常數(shù)和拖拉機牽的引阻力是可變的。在這種情況下,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速可以工作目標工作點,調(diào)節(jié)HMCVT系統(tǒng)速度的比率。 a .常數(shù)牽引阻力和可變節(jié)流 仿真工作條件,拖拉機牽引阻力Ft=40 kn并保持不變,發(fā)動機起始節(jié)流閥打開?a=50%;經(jīng)過十年,發(fā)動機節(jié)流閥打開增加到100%;當拖拉機跑到30年，發(fā)動機節(jié)氣門打開減少到70%。仿真結(jié)果表現(xiàn)為圖7。 圖7仿真結(jié)果曲線恒牽引阻力和 可變節(jié)流工況 可以從圖7看出,在t = 10年,發(fā)動機節(jié)流閥打開突然從50%增加100%,拖拉機是在加速開車期間,發(fā)動機可以工作在HMCVT系統(tǒng)新目標旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)速度比。然后，發(fā)動機油門打開保持在100%,拖拉機是在穩(wěn)定的駕駛周期。在t = 30年,發(fā)動機油門打開突然從100%降低到70%,拖拉機是在減速駕駛期間,和發(fā)動機也可以工作調(diào)節(jié)MHCVT系統(tǒng)速度比新目標的旋轉(zhuǎn)速度。在加速度和減速駕駛期間,HMCVT系統(tǒng)有一些時間延遲效應(yīng)、發(fā)動機實際輸出扭矩波動的發(fā)生?？梢詮姆抡娼Y(jié)果曲線看出,當拖拉機牽引阻力的常數(shù)和發(fā)動機節(jié)流閥打開是可變的時,發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩基本上可以通過調(diào)節(jié)HMCVT系統(tǒng)的速度比穩(wěn)定在最佳的燃料經(jīng)濟性能的工作曲線。 b常數(shù)節(jié)流和變量牽引阻力 仿真的工作條件是發(fā)動機油門打開a=70%,保持不變,拖拉機牽引阻力Ft等于60 kn;開始之后十年,拖拉機牽引阻力減少到30 kn;當拖拉機跑到30年,拖拉機的牽引阻力增加到60 kn。仿真結(jié)果表現(xiàn)為圖8。 圖8。仿真結(jié)果曲線恒節(jié)流和變量牽引 可以從圖8看出,在t = 10年前,發(fā)動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩之間和拖拉機的牽引抵抗扭矩的平衡可以保持,拖拉機是在穩(wěn)定的駕駛狀態(tài)。在t = 10年,拖拉機的牽引抵抗扭矩突然從60kn的減少到30 kn,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速有增加的趨勢。為了保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速在目標速度旋轉(zhuǎn),需要增加HMCVT系統(tǒng)的速度比。拖拉機是在加速期,直到開車新的力量平衡點出現(xiàn)。這樣,拖拉機在穩(wěn)定的駕駛周期。在t = 30年代拖拉機牽引阻力突然從30 kn增加到60 kn,拖拉機是在減速駕駛期。在穩(wěn)定的駕駛期間,隨著HMCVT系統(tǒng)速度的比率變化速率是不夠的,有一個發(fā)動機和目標工作點之間的某些錯誤的工作點。 五結(jié)論 基于發(fā)動機試驗結(jié)果,發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩模型和燃料消耗模型被建立,發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的特點被確定。在上述工作的基礎(chǔ)上,研究了匹配HMCVT系統(tǒng)的策略。對這個拖拉機兩個典型的工作條件進行了分析法。結(jié)果表明,匹配策略確定本文是正確的和可行的,合理的匹配引擎和HMCVT系統(tǒng)可以實現(xiàn)。 致謝 本文的一部分是通過格蘭特2010 b460009支持醫(yī)生科學研究河南省教育部門基金科學和河南大學基金的自然科學與技術(shù)的內(nèi)容。 引用 [1]徐里有，周治理,張明珠,等等.設(shè)計的流體力學的無級變速傳動的拖拉機.交易的中國農(nóng)機協(xié)會.37卷.2006年7月.5 - 8頁(在中國) [2]),Hiroyuki Mitsuya, Keiji Otanl, Tsutomu Ishino,等等.推土機發(fā)展振動傳輸.SAE 94177紙.159 - 168頁 [3]張寶生,傅鐵軍,周云山,等等.匹配的三角皮帶式無級變速傳動系統(tǒng)與發(fā)動機及其控制戰(zhàn)略.《吉林大學(工程和技術(shù)版).2004年1月.65 - 70頁 (在中國) [4]胡建軍,秦大同,蜀香港.速度比匹配策略金屬v形帶式無級變速系統(tǒng).《重慶大學(自然科學版)》24卷.6.2001.12.12 - 17頁 (在中國) [5]t . 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