一种液力变矩器系统的动能刚度表征方法

本发明属于车辆工程，尤其涉及一种液力变矩器系统的动能刚度表征方法。

背景技术：

1、液力变矩器系统广泛应用于乘用汽车、工程机械以及其他需要变速和变扭矩的场合。该系统能够在不同的工作条件下，通过内部液体流动的动力学特性，实现输入和输出轴之间扭矩的转换和传递。然而，液力变矩器系统在运行过程中，其内部参数如压力、流量、温度以及转速等会随着运行状态的改变而发生变化，这些变化会导致动能与势能之间的相互转换，进而影响系统的整体性能和效率。

2、传统的液力变矩器系统性能评估方法往往侧重于静态特性的测试和分析，缺乏对系统动态响应特性的全面考量。在实际应用中，液力变矩器系统往往需要在多变的工况下工作，这就要求系统具备良好的动态性能和适应性。因此，如何准确评估和表征液力变矩器系统的动能刚度，成为了提高系统性能和可靠性的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，本发明的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，旨在解决现有技术中对液力变矩器系统动态性能评估不足的问题。通过精确测量和分析系统在不同工况下的动能变化率，本方法能够为液力变矩器的设计、优化和控制提供更为全面和深入的理论依据。通过搭建的液力变矩器系统性能实验平台，实时监测液力变矩器系统的运行状态，包括泵轮和涡轮的转速、转矩，以及系统的压力、流量和温度等关键参数，从而获取系统在不同工况下的动能变化率。本发明在变工况液力变矩器系统性能实验平台具体实施步骤包括获取运行状态、求解动能变化率、获取动能刚度李萨如图以及获取动能刚度圆，通过获得的动能刚度圆的面积大小即可表征动能刚度大小。

2、本发明的一种液力变矩器系统的动能刚度表征方法，包括如下步骤：

3、s1.搭建液力变矩器系统性能实验平台，

4、s2.通过液力变矩器系统性能实验平台获取系统工作时的运行状态参数，

5、s3.以液力变矩器系统刚开始运行时空载状态的内部参量值为基准，利用数值差分法计算系统在不同运行状态下的动能变化率，

6、s4.使用单位幅值的正弦信号对液力变矩器系统运行状态下的动能变化率进行调幅处理，在笛卡尔坐标系中绘制动能刚度李萨如图，

7、s5.通过泵轮和涡轮的动能刚度角绘制动能刚度圆，来表征系统的动能刚度。

8、进一步地，所述液力变矩器系统性能实验平台包括液力变矩器系统实验台架、数据采集系统及信号调制与信息融合系统三个部分，在所述液力变矩器系统实验台架上连接有伺服控制器、转速传感器、转矩传感器、流量传感器、压力传感器和温度传感器，用于实时监测液力变矩器系统的运行参数，所述数据采集系统中设置信号采集器，所述信号采集器将采集到的信号传输至所述信号调制与信息融合系统中。

9、进一步地，通过液力变矩器系统性能实验平台获取系统工作时的运行状态参数的具体步骤包括：

10、利用伺服控制器输出泵轮的转矩tp、转速np，

11、利用磁粉制动器获取涡轮的转矩tt、转速nt，

12、通过流量、压力与温度传感器实时监测液力变矩器系统的输入端的压力pa、输出端的压力pb、流量q、输入端的温度tha以及输出端的温度thb。

13、进一步地，以液力变矩器系统刚开始运行时空载状态的内部参量值为基准，利用数值差分法计算系统在不同运行状态下的动能变化率，具体步骤为：

14、首先，液力变矩器系统刚开始运行时空载状态的内部参量值为s0，计算不同时刻系统运行状态的内部参量值s∈{tp、np、tt、nt、pa、pb、q、tha、thb}，

15、再利用数值差分法计算系统在不同运行状态下的动能变化率为：

16、ds＝(s-s0)/s0。

17、通过使用数值差分法可以避免高频干扰，提高动能变化率计算的准确性。

18、进一步地，所述的动能刚度李萨如图通过相位差得到正向刚度线，以及通过相位差得到逆向刚度线。

19、进一步地，使用单位幅值的正弦信号对液力变矩器系统的运行状态变化率进行调幅处理，在笛卡尔坐标系中绘制动能刚度李萨如图，具体步骤为:

20、首先，将单位幅值信号的相位差时，将得到的调制信号作为笛卡尔坐标系的x和y，将坐标输入笛卡尔坐标系后得到正向刚度线；其次，当单位幅值信号的相位差时，将得到的调制信号作为笛卡尔坐标系的x和y坐标，将坐标输入笛卡尔坐标系后得到逆向刚度线。

21、优选地，用李萨如图绘制液力变矩器系统的正向动能刚度线与逆向动能刚度线，用来表征动能变化率的大小。

22、进一步地，所述的动能刚度圆的绘制基于泵轮和涡轮的动能刚度角σb、σt，且动能刚度圆的面积与系统的动能刚度成正比，同一时间内，泵轮和涡轮的动能刚度角σb、σt对应的动能刚度圆形成的圆环的面积与系统的动能刚度损失成正比。

23、进一步地，获取液力变矩器系统泵轮和涡轮的动能刚度圆的具体步骤为：

24、选用单位幅值信号对应的泵轮动能刚度角σb，并绘制泵轮动能刚度圆，公式如下：

25、

26、其中，sinωt为单位幅值的正弦信号，cosωt为单位幅值的余弦信号，

27、可得出泵轮动能刚度角σb的表达式：

28、

29、由于涡轮动能刚度角σt计算与泵轮动能刚度角σb计算方法一致，同理可得通过液力变矩器系统涡轮刚度角σt所示绘制的动能刚度圆，如下方程组所示：

30、

31、综上所述，可得动能刚度损失系数表达式为：

32、

33、进一步地，在液力变矩器系统的动能刚度圆中，圆面积的大小可代表动能刚度大小，且两者呈正相关；圆环的面积大小可代表液力变矩器系统的动能刚度损失大小，两者同样呈正相关。

34、本发明具有以下有益效果：

35、1.本发明通过在液力变矩器系统性能实验平台上提出了表征变工况液力变矩器系统的动能刚度的方法，在处理动态数据时，该方法采用数值差分计算方法，有效避免了由于高频干扰导致的计算误差，提高了动能变化率的计算精度，这种方法特别适合处理液力变矩器系统在变工况下的动态响应。

36、2.本发明的动能刚度表征方法创新性地绘制了动能刚度李萨如图，为表征和分析系统的动能刚度提供了一种直观的可视化工具。

37、3.本发明的动能刚度表征方法通过泵轮和涡轮的动能刚度角绘制动能刚度圆，不仅能够直观展示系统的动能特性，还能够通过圆的面积和圆环的面积表征系统的动能刚度和动能刚度损失，为系统的优化提供了量化的指标。

技术特征：

1.一种液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，所述液力变矩器系统性能实验平台包括液力变矩器系统实验台架、数据采集系统及信号调制与信息融合系统三个部分，

3.根据权利要求1所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，通过液力变矩器系统性能实验平台获取系统工作时的运行状态参数的具体步骤包括：

4.根据权利要求1所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，以液力变矩器系统刚开始运行时空载状态的内部参量值为基准，利用数值差分法计算系统在不同运行状态下的动能变化率，具体步骤为：

5.根据权利要求1所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，所述的动能刚度李萨如图通过相位差得到正向刚度线，以及通过相位差得到逆向刚度线。

6.根据权利要求5所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，使用单位幅值的正弦信号对液力变矩器系统的运行状态变化率进行调幅处理，在笛卡尔坐标系中绘制动能刚度李萨如图，具体步骤为:

7.根据权利要求6所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，用李萨如图绘制液力变矩器系统的正向动能刚度线与逆向动能刚度线，用来表征动能变化率的大小。

8.根据权利要求1所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，所述的动能刚度圆的绘制基于泵轮和涡轮的动能刚度角σb、σt，且动能刚度圆的面积与系统的动能刚度成正比，泵轮和涡轮圆环的面积与系统的动能刚度损失成正比。

9.根据权利要求8所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，获取液力变矩器系统泵轮和涡轮的动能刚度圆的具体步骤为：

10.根据权利要求9所述的液力变矩器系统的动能刚度表征方法，其特征在于，在液力变矩器系统的动能刚度圆中，圆面积的大小可代表动能刚度大小，且两者呈正相关；同一时间内，泵轮和涡轮的动能刚度角σb、σt对应的动能刚度圆形成的面积大小可代表液力变矩器系统的动能刚度损失大小，两者同样呈正相关。

技术总结本发明的一种液力变矩器系统的动能刚度表征方法，包括如下步骤：S1.搭建液力变矩器系统性能实验平台，S2.通过液力变矩器系统性能实验平台获取系统工作时的运行状态参数，S3.以液力变矩器系统刚开始运行时空载状态的内部参量值为基准，利用数值差分法计算系统在不同运行状态下的动能变化率，S4.使用单位幅值的正弦信号对液力变矩器系统运行状态下的动能变化率进行调幅处理，在笛卡尔坐标系中绘制动能刚度李萨如图，S5.通过泵轮和涡轮的动能刚度角绘制动能刚度圆，来表征系统的动能刚度。本发明利用调幅处理和相位差的概念，绘制动能刚度李萨如图以及根据动能刚度角绘制动能刚度圆，从而直观地展示系统的动能刚度特性。技术研发人员：张泽宇,邬子亮,惠记庄,惠建伟,段雨受保护的技术使用者：长安大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27