工程车发动机与液力变矩器逆向匹配的优化方法与流程

本发明涉及车辆分析技术领域，具体为一种工程车发动机与液力变矩器逆向匹配的优化方法。

背景技术：

为了适应复杂多变的工程条件作业，必须研制行驶速度高、通过性强、作业能力稳定的工程车，即高速工程车。该种工程车既可以在公路等路况较好的路面上高速行驶，又可以在松软路面以及坎坷不平的地面进行高效作业。为实现以上要求，良好的动力性是必不可少的，所以发动机与液力变矩器的匹配是工程车设计制造过程中尤为重要的一步。

目前发动机与液力变矩器的匹配计算方法根本上是首先确定发动机与变矩器的型号以及参数，根据由厂家提供的特性曲线或实验数据，获取发动机的外特性曲线、负荷特性曲线以及液力变矩器的原始特性曲线，选取一系列变矩器不同转速比i值，根据特性曲线获取每个i值对应的泵轮转速及转矩，得到一束抛物线族，将得到的抛物线族与发动机负荷特性曲线绘制在同一坐标系中，其交点即为二者共同工作状态，将交点进行计算后得出共同工作输出特性，并对其评价。上述匹配方法对匹配人员经验要求较高，需要根据经验确定变矩器型号进行匹配计算，当计算结果存在较大问题则需更换变矩器型号重新进行匹配运算，该方法工作量大、耗费周期长、费时费力。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种工程车发动机与液力变矩器逆向匹配的优化方法，它能有效减少发动机与液力变矩器匹配所需的工作量和时间。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：工程车发动机与液力变矩器逆向匹配的优化方法，包括以下步骤：

1)获取工程车的车重、最大载重、最大速度、车轮半径、机械系统总传动比以及迎风面积这六项必要参数；

2)根据优化目的可以单选或多选输入风阻系数、滚动阻力系数、传动效率以及转矩储备系数四项特殊参数；

3)根据以上参数利用如下公式计算出工程车所需发动机功率，

根据上式计算结果确定发动机型号以及参数，获取发动机出厂时提供的外特性曲线以及负荷特性曲线；

上式中,g为整车质量、g‘为车辆载重、f为滚动阻力系数、η总为传动效率、vmax为最大车速、cd为风阻系数、a为车辆迎风面积；

其中整车质量、车辆载重、最大车速、车辆迎风面积需要提前从车辆参数中获取；其余可以计算者根据工况自行设置，也可以直接使用工程车常用默认值：根据对工程车作业环境统计数据，风阻系数取1(正常空气密度ρ)，滚动阻力系数取0.02(略旧轮胎在松软路面行驶阻力系数)，传动效率取0.96(最高速度时变矩器闭锁状态，传统效率等于机械传动总效率)。

4)然后确定工程车所需要达到的运行指标，包括最大爬坡角度，最高档传动比，根据以上参数以及发动机和液力变矩器匹配原则选取9至12个工况特殊点，计算出在这些工况下车的速度以及牵引力，以匹配原则中的理想状态作为约束，确定发动机转速以及扭矩，计算出液力变矩器在这些工况下的转速比i，传动效率η，转矩比k和泵轮系数λb，然后利用matlab软件对以上每种特殊工况得出的一组数据，采用三次样条进行拟合得出变矩器的特性曲线，利用特性曲线进行变矩器的选择，也可以选择求解备选液力变矩器的特性曲线与参考特性曲线的相似度，优选出最佳液力变矩器。

所述的特殊参数为默认值或实际参数值。

所述的根据以上参数以及发动机和液力变矩器匹配原则选取9至12个工况特殊点具体是：

以工程车最高速行驶作为第一个特殊工况点：变矩器处于闭锁状态，即车速v＝vmax，转速比i＝1；

nb＝nt＝ne(4)

tb＝me(5)

其中，nt：涡轮转速、f：整车牵引力、tt：涡轮扭矩、nb：泵轮转速、ne：发动机转速、tb：泵轮扭矩、me：发动机扭矩、η：变矩器传动效率、λb：泵轮系数；k：液力变矩器转矩比；

以整车牵引力最大作业状态为第二个特殊工况点，根据匹配原则：车辆起步瞬间，车速为零，负荷最大，理想工况为此时液力变矩器输入特征曲线经过发动机最大实用扭矩点；工程车起步加速度a平均值0.4m/s；工程车在松软路面最大爬坡角度上启动时整车牵引力最大，所以：

nt＝0

i＝0

tb＝memax

nb＝ne

其中μ：松软路面滑动摩擦系数，该数值为0.6；

θ：最大爬坡角度；

根据上述第一特殊工况点计算中(3)、(6)、(7)、(8)式求出k、η、λb。确定第二点对应数值；

第三种工况选取：根据匹配原则以及工程车用变矩器一般原始特性曲线变化规律，取工程车在松软路面中速行驶工况，令i＝0.7；根据发动机特性曲线，确定发动机最大功率点的发动机转速与转矩；

nb＝ne

tb＝me

其中：fi：松软路面滚动摩擦系数(根据实验取0.037)；

根据上述第一特殊工况点计算中(1)、(3)、(6)、(7)、(8)式求出k、η、λb，确定第三点对应数值。

以换挡点作为其余特殊工况：根据以下公式确定各档位理论换挡速度v；

其中，ig1为一档减速比，i0为主减速比，q为各档位公比；

根据发动机负荷特性曲线，确定油耗最低点发动机转速，再根据发动机外特性曲线确定该转速下的发动机扭矩，即ne、me已知；

nb＝ne

tb＝me

根据上述第一特殊工况点计算中(1)、(3)、(6)、(7)、(8)式求出k、η、λb、nt、tt；

求出转速比i；确定各个换挡点时刻的i、、η、λb，一共可以得出7组以上数据。

有益效果

与现有技术相比，本发明首先确定发动机型号及参数，然后根据对工程车作业的要求以及指标，以匹配原则的理想状态为约束条件，进行逆向匹配计算变矩器参数并拟合原始特性曲线，最终通过得到的参考曲线确定液力变矩器。此种方法对实际应用的技术人员经验要求较低，可以一次匹配计算得出最佳液力变矩器，有效提高工程车发动机与液力变矩器匹配的效率以及精度，减少发动机与液力变矩器匹配所需的工作量和时间。

附图说明

图1是本发明提供的一种工程车发动机与液力变矩器逆向匹配计算方法流程图。

图2是一种发动机外特性曲线示意图

图3是一种发动机负荷特性曲线示意图

图4是一种变矩器原始特性曲线示意图

具体实施方式

本发明的实施例：工程车发动机与液力变矩器逆向匹配的优化方法，包括以下步骤：

1)获取工程车的车重、最大载重、最大速度、车轮半径、机械系统总传动比以及迎风面积这六项必要参数；

2)根据优化目的可以单选或多选输入风阻系数、滚动阻力系数、传动效率以及转矩储备系数四项特殊参数；

3)根据以上参数利用如下公式计算出工程车所需发动机功率，

根据上式计算结果确定发动机型号以及参数，获取发动机出厂时提供的外特性曲线以及负荷特性曲线；上式中,g为整车质量、g‘为车辆载重、f为滚动阻力系数、η总为传动效率、vmax为最大车速、cd为风阻系数、a为车辆迎风面积；

4)然后确定工程车所需要达到的运行指标，包括最大爬坡角度，最高档传动比，根据以上参数以及发动机和液力变矩器匹配原则选取9至12个工况特殊点，计算出在这些工况下车的速度以及牵引力，以匹配原则中的理想状态作为约束，确定发动机转速以及扭矩，计算出液力变矩器在这些工况下的转速比i，传动效率η，转矩比k和泵轮系数λb，然后利用matlab软件对以上每种特殊工况得出的一组数据，采用三次样条进行拟合得出变矩器的特性曲线，利用特性曲线进行变矩器的选择，也可以选择求解备选液力变矩器的特性曲线与参考特性曲线的相似度，优选出最佳液力变矩器。

所述的特殊参数为默认值或实际参数值。

所述的根据以上参数以及发动机和液力变矩器匹配原则选取9至12个工况特殊点具体是：

以工程车最高速行驶作为第一个特殊工况点：变矩器处于闭锁状态，即车速v＝vmax，转速比i＝1；

nb＝nt＝ne(4)

tb＝me(5)

其中，nt：涡轮转速、f：整车牵引力、tt：涡轮扭矩、nb：泵轮转速、ne：发动机转速、tb：泵轮扭矩、me：发动机扭矩、η：变矩器传动效率、λb：泵轮系数；k：液力变矩器转矩比；

以整车牵引力最大作业状态为第二个特殊工况点，根据匹配原则：车辆起步瞬间，车速为零，负荷最大，理想工况为此时液力变矩器输入特征曲线经过发动机最大实用扭矩点；工程车起步加速度a平均值0.4m/s；工程车在松软路面最大爬坡角度上启动时整车牵引力最大，所以：

nt＝0

i＝0

tb＝memax

nb＝ne

其中μ：松软路面滑动摩擦系数，该数值为0.6；

θ：最大爬坡角度；

根据上述第一特殊工况点计算中(3)、(6)、(7)、(8)式求出k、η、λb。确定第二点对应数值；

第三种工况选取：根据匹配原则以及工程车用变矩器一般原始特性曲线变化规律，取工程车在松软路面中速行驶工况，令i＝0.7；根据发动机特性曲线，确定发动机最大功率点的发动机转速与转矩；

nb＝ne

tb＝me

其中：fi：松软路面滚动摩擦系数(根据实验取0.037)；

根据上述第一特殊工况点计算中(1)、(3)、(6)、(7)、(8)式求出k、η、λb，确定第三点对应数值。

以换挡点作为其余特殊工况：根据以下公式确定各档位理论换挡速度v；

其中，ig1为一档减速比，i0为主减速比，q为各档位公比；

根据发动机负荷特性曲线，确定油耗最低点发动机转速，再根据发动机外特性曲线确定该转速下的发动机扭矩，即ne、me已知；

ng＝ne

tb＝me

根据上述第一特殊工况点计算中(1)、(3)、(6)、(7)、(8)式求出k、η、λb、nt、tt；

求出转速比i；确定各个换挡点时刻的i、、η、λb，一共可以得出7组以上数据。

本实施例中，确定发动机参数并获取特性曲线：根据上述公式计算发动机功率，确定发动机型号，绘制特性曲线，包括外特性曲线和负荷特性曲线，如图2、图3。

选取特殊工况，确定已知特殊值：依次选取工程车最大速度行驶工况、最大牵引力爬坡启动工况、松软路面作业高效行驶工况已经各个换挡点工况，其中换挡点选择以经济性原则作为约束条件。

计算特殊工况车辆运行状态：根据每种特殊工况已知数值，计算该工况下工程车的速度与牵引力。

计算液力变矩器拟合原始特性曲线所需数值：根据车辆的速度和牵引力，结合发动机特性曲线，推算变矩器不同转速比对应的转矩比、泵轮系数以及传动效率。

对计算结果进行拟合，得出参考原始特性曲线：对以上每种工况求出的一组数据进行三次样条拟合，得出参考原始特性曲线，如图4。

优选最佳液力变矩器：求解备选液力变矩器的特性曲线与参考特性曲线的相似度，优选出最佳液力变矩器。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。