重型载重汽车液力缓速器及其控制系统研究

发布时间：2017-09-21 04:21

  本文关键词：重型载重汽车液力缓速器及其控制系统研究

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【摘要】：为了保证重型车辆的行车安全，除行车制动器外，车辆还需配备辅助制动器，常用的辅助制动器有液力缓速器和电涡流缓速器两种。与电涡流缓速器相比，液力缓速器的单位质量制动效能高，且无热衰退现象，因此国外的重型、大功率车辆普遍采用液力缓速器作为辅助制动器。而由于价格和相关政策的原因，我国以前对辅助制动器的应用主要倾斜于电涡流缓速器，导致液力缓速器方面的研究明显落后。随着我国载重汽车辅助制动器相关法规标准的颁布，国外著名液力缓速器生产厂家迅速抢占国内重型汽车辅助制动器市场，因此有必要对液力缓速器进行深入、系统的研究，研发拥有我国自主知识产权的液力缓速器产品。本文从液力缓速器的结构、液压控制系统、性能预测方法和下坡缓速性能等方面对液力缓速器进行了系统的研究，，主要的研究工作和结论如下： 1.液力缓速器结构设计与分析 在充分考虑重型载重汽车动力传动系结构和液力缓速器自身特点的基础上，根据车辆下坡行驶时的受力平衡方程和国内外相关法规标准对液力缓速器下坡缓速效能的规定，确定了液力缓速器的设计要求，即当转子转速为1064r/min时，由其提供的制动转矩必须大于772N.m。详细分析了开式液力缓速器和闭式液力缓速器的优缺点，设计了一种开式液力缓速器，其转子循环圆直径为358mm，定子循环圆直径为360mm。 2.液力缓速器液压控制系统设计与分析 详细分析了VOITH、ZF和ALLISON液力缓速器液压控制系统的特点，在此基础上，根据液力缓速器的控制要求，设计了一种与开式液力缓速器相适应的液压控制系统，该系统可以实现液力缓速器的快速充排油控制，并能根据缓速需求连续地调节液力缓速器工作腔的充液率。阐述了液压控制系统各组成阀的工作原理，并对各组成阀的压力流量特性、流量连续性方程和阀芯动力平衡方程进行了详细分析。 3.液力缓速器性能预测 给出了液力缓速器的性能预测流程，建立了液力缓速器计算流域模型和网格模型，确定了描述液力缓速器内部气液两相流动的控制方程，指定了计算模型的边界条件和流体属性，在此基础上采用有限体积法对控制方程进行了离散，并采用SIMPLE算法对离散方程组进行了迭代计算。 采用欧拉方程对CFD计算获得的速度分布进行了计算，获得了不同转子转速和充液率下的制动转矩，计算结果表明：制动转矩是转子转速的二次函数，是充液率的线性函数。在此基础上，采用最小二乘曲面拟合方法获得了描述制动转矩随转子转速和充液率变化关系的数学表达式。 采用面积加权平均算法对CFD计算获得的出油口压力分布进行了计算，获得了不同转子转速和充液率下的出油口压力值，计算结果表明：出油口压力是转子转速的二次函数，是充液率的线性函数。在此基础上，采用最小二乘曲面拟合方法获得了描述出油口压力随转子转速和充液率变化关系的数学表达式。 4.液力缓速器下坡缓速性能计算与分析 建立了液力缓速器下坡缓速性能机电液一体化仿真模型，对定坡度坡道和变坡度坡道下的液力缓速器缓速性能进行了仿真计算。详细分析了液力缓速器的缓速工作过程，并对变速箱挡位和设定车速对缓速性能的影响进行了对比分析，结果表明：当变速箱挡位固定时，设定车速越大，车辆达到设定车度恒速行驶所用的时间越短；当设定车速一定时，变速箱挡位越高，车辆达到设定速度恒速行驶所用的时间越长。提出了评价液力缓速器下坡缓速性能的三个指标：最大动态偏差、速度超调量和恒速位移系数，并对本文研究的液力缓速器进行了评价，评价结果表明本文研究的液力缓速器具有良好的下坡缓速性能。
【关键词】：液力缓速器 结构设计 液压控制系统 性能预测 机电液一体化仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U463.5;TH137
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 选题背景及研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外液力缓速器研究现状12-18
• 1.2.1 国外液力缓速器研究现状12-16
• 1.2.2 国内液力缓速器研究现状16-18
• 1.3 液力缓速器概述18-21
• 1.3.1 液力缓速器的工作模式18
• 1.3.2 液力缓速器的布置方式18-19
• 1.3.3 典型的液力缓速器液压控制系统19-21
• 1.4 本文主要研究内容21-23
• 第2章 液力缓速器总体设计与分析23-47
• 2.1 重型载重汽车动力传动系统23-27
• 2.1.1 动力传动系统组成23
• 2.1.2 动力传动系统和整车参数23-27
• 2.2 液力缓速器结构设计27-33
• 2.2.1 液力缓速器缓速性能要求27-30
• 2.2.2 液力缓速器结构设计结果30-33
• 2.3 液力缓速器液压控制系统设计及分析33-46
• 2.3.1 液压控制系统原理33-34
• 2.3.2 液压控制系统分析34-46
• 2.4 本章小结46-47
• 第3章 液力缓速器性能预测47-63
• 3.1 液力缓速器性能预测方法47-52
• 3.1.1 液力缓速器性能预测流程47-48
• 3.1.2 计算流域模型及网格模型48-49
• 3.1.3 控制方程49-51
• 3.1.4 流体属性及边界条件51
• 3.1.5 控制方程离散及解法选择51-52
• 3.2 液力缓速器制动转矩计算52-57
• 3.2.1 制动转矩计算方程52-53
• 3.2.2 计算结果分析53-57
• 3.3 液力缓速器出油口压力计算57-60
• 3.3.1 出油口压力计算方程57-58
• 3.3.2 计算结果分析58-60
• 3.4 本章小结60-63
• 第4章 液力缓速器下坡缓速性能机电液一体化仿真63-85
• 4.1 PID 控制器设计63-65
• 4.2 液力缓速器机电液一体化仿真模型65-70
• 4.2.1 传动系仿真模型65-66
• 4.2.2 液力缓速器充排油仿真模型66-67
• 4.2.3 液压控制系统仿真模型67-69
• 4.2.4 机电液一体化仿真模型69-70
• 4.3 定坡度坡道缓速性能仿真及分析70-81
• 4.3.1 液力缓速器缓速过程分析70-72
• 4.3.2 设定车速对缓速性能的影响分析72-75
• 4.3.3 变速箱挡位对缓速性能的影响分析75-79
• 4.3.4 液力缓速器下坡缓速性能评价79-81
• 4.4 变坡度坡道缓速性能仿真及分析81-83
• 4.5 本章小结83-85
• 第5章 总结及展望85-87
• 5.1 主要研究工作和结论85-86
• 5.2 展望86-87
• 参考文献87-93
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果93-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：892341