车辆动力系统匹配理论

第二章车辆动力系统匹配理论北京理工大学机械与车辆工程学院张付军本章主要内容2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.2车辆动力系统结构（民用与履带分析）2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）2.4动力系统与车辆匹配分析方法（静态分析与动态分析、“顺流”分析与“逆流”分析）2.5动力系统与车辆匹配优化与评价（参数化建模、参数敏度分析、优化函数定义、确定优化方法，确定优化函数）案例分析：计算题——给定传动系统简图和车辆参数，进行车辆动力系统，用MATLAB编制程序计算动力系统牵引特性，并据此进行参数影响规律分析与优化。本章的目的掌握车辆动力系统匹配要求和方法了解车辆动力系统功率流的构型掌握关键部件的数学建模技术掌握动力系统功率流“顺流”、“逆流”分析方法的实质，了解基于“仿真目的”的功率流建模思想，学会进行功率流仿真与分析的一般步骤了解利用仿真工具开展系统分析的方法：参数敏度分析方法和参数优化方法2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.1车辆动力系统的定义（赵老师已经进行过系统介绍）车辆动力系统是车辆动力装置（PowerPack）的别称,更强调从多学科角度体现动力装置的系统化,是驱动车辆行驶所需能量产生、传递、消耗与管理的所有部件及子系统的有机综合体。传统的车辆动力系统主要指动力舱内的部分，包括发动机、传动装置、冷却系统等。而现代新型动力系统（如各种混合动力系统）在车辆上采用柔性布置方式，并不仅限于动力舱内。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求战斗车辆的动力装置是车辆推进系统的一部分，是指推进系统中在维修和更换零部件时需要从车内整体吊出的部分，通常动力装置至少包括下列部件：发动机、传动装置、冷却系统、动力装置控制等。为了实现更好的整体吊装、提高维修性，最好还应包括空气滤清系统和附件驱动系统。可见，动力装置是一个涉及多个不同学科和技术领域的综合系统，为了满足车辆行驶要求，应该具有良好的系统性能。而系统性能的实现要靠系统的分析与设计，动力装置的设计以各部件与子系统的最优匹配和集成设计为重点，实现其系统综合性能的最优化。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求需要提出的是过去我国装甲车辆的分类中通常将动力装置仅指发动机，装甲车辆的动力舱包括动力装置、传动装置和动力辅助系统三部分。这种分类与国外的动力装置（如欧洲动力装置、美国的AIPS系统等）的定义不同。2008~2009兵器科学技术学科发展报告明确地提出了推进系统的一体化技术。它的学科内涵和关键技术定义如下：2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求履带式车辆推进系统一体化技术涉及系统分析与集成、工程热物理、动力机械及工程、车辆工程、热能工程、检测技术与自动化装置等多个二级学科。履带式车辆推进系统包括动力装置、传动操纵系统、动力传动辅助系统和行动部分，实现装甲车辆的驱动功能。推进系统一体化技术就是以优化车辆的机动性和经济性指标为任务，并兼顾车辆的隐身和维修性指标，以发动机、综合传动装置、动力舱辅助系统、车辆悬挂装置技术为基础，以车辆动力舱为约束条件，开展整个推进系统的结构集成、能量传递过程匹配、能量综合管理和动力学等方面的研究，将装甲车辆的动力性和经济性指标转化为具体的推进系统部件的技术指标和设计方案。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求推进系统一体化技术包括：推进系统一体化性能匹配与能量综合管理技术；动力传动一体化结构集成技术；动力舱热管理技术；推进系统一体化动力学匹配技术；新型动力传动系统技术；推进系统转矩和动力学协调控制技术和高性能悬挂技术等。为了适应未来装甲车辆的需求，动力系统一体化设计技术还按照系统设计思想开展推进系统的创新系统方案研究，为未来装甲车辆提供先进的推进系统技术。推进系统一体化技术包括结构高度集成的一体化系统集成技术、高度柔性布置的一体化系统集成技术，以及创新性推进系统方案三种。图1.2AIPS与Abrams两推进系统的体积对比分析[23]图2.2T72坦克动力舱图7美洲狮装甲人员输送车动力装置布置图8美洲狮装甲人员输送车动力装置排气管2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求履带式车辆推进系统一体化技术发展分为设计技术和推进系统及其部件两个方面。表现出如下发展趋势：推进系统技术。实现推进系统的理想驱动特性和操纵特性是推进系统一体化技术的核心。未来装甲车辆高机动性的要求，使推进系统的功率密度不断提高，最新的吨功率指标>20kW/吨，而“美洲豹IV”更是达到了创纪录的25kW/吨。动力换档、自动操纵、无级变速、主动悬挂是推进系统发展的技术特征。基于电传动技术的机电混合驱动和高度柔性布置的串联式混合动力推进系统技术代表了未来发展的趋势。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力传动及其辅助系统的一体化结构集成技术。装甲车辆狭小的动力舱空间，使得结构集成技术成为装甲车辆动力传动装置探讨的永久课题之一。三种结构集成思想：顺其自然集成、给定空间集成、一体化集成。比较典型的系统有欧洲动力机组和美国的AIPS动力传动装置。2005年10月20日进行演示验证的德国“美洲豹IV”（PumaIV）动力传动装置代表了动力传动装置结构集成技术的未来发展方向。结构集成的技术发展表现出下列特点：1）可以整体吊装、能够独立运转的一体化结构；2）冷却、润滑（液流系统）和结构的一体化集成设计技术，3）以两级旋风筒和高压精滤为基础的高效、高紧凑进排气系统技术，4）一体化的辅件集成驱动技术，5）新型机电和液压机械驱动装置的一体化结构集成技术。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求推进系统的一体化协同设计和仿真技术。推进系统的多学科一体化协同设计与仿真技术是推进系统实现一体化的基础。该技术以计算机网络技术、商业化的仿真软件、产品数据管理（PDM）技术为基础，研究分属于不同学科的设计过程的仿真软件之间的协同化方法，建立反应推进系统各部件设计参数对车辆机动性、经济性和结构紧凑性影响规律的推进系统静态和动态设计与仿真模型。实现对推进系统参数的综合优化。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力舱热管理技术。高的功率密度和相对封闭的狭小空间使得装甲车辆动力舱散热问题突出。动力舱热管理技术从一体化的系统设计角度，对热量的生成、传热和控制进行系统化的研究。包括动力、传动及辅助系统之间复杂的偶合传热问题。涉及三方面的内容：动力传动装置热流和功率流偶合传热；动力舱流场与冷却系统和部件热边界间的偶合传热；动力传动冷却系统的调节与控制技术等。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求基于推进系统转矩模型的一体化控制技术。推进系统的主要任务是完成对车辆的驱动。转矩传递控制是推进系统中的核心。基于推进系统转矩模型的一体化控制技术将推进系统作为一个整体进行转矩的协调控制。能够及时地反映驾驶员需求和道路状况对推进系统转矩的需求并进行预控，从根本上改变了推进系统转矩的被动控制思路。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.2车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求民用车辆民用车辆有众多的性能指标。包括：动力性能、经济性、排放性、驾驶操纵性、安全性、可靠性、环境适应性能等。在这些性能中，动力性能是车辆的基本要求(不同车辆有不同的要求)；经济性和可靠性等是用户关心的重要使用性能；而安全性、排放性等则是社会对汽车提出的要求。其中动力性能与车辆的动力系统性能具有直接的关系，经济性、排放性能也与动力系统关系密切。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.2车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求履带车辆履带车辆有众多的性能指标。包括：火力及火力机动性能、机动性能、防护性能、观察通讯和电子信息性能、可靠性与维修保障性能，此外，还有经济性能、电器性能和环境适应性能等。在这些性能中，火力及火力机动性能、机动性能和防护性能是坦克装甲车辆的基本内容，三者的结合和统一构成了坦克装甲车辆的基本特征。其中机动性能与车辆的动力系统性能具有直接的关系，经济性也与动力系统关系密切，而环境适应性要求则给动力系统提出了设计的环境边界。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.2车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求履带车辆行驶的要求正常行驶的速度范围：6~10倍；牵引力变化范围：10~15倍；能够倒驶；能够切断动力；能迅速制动；能够修正或改变方向；2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.2车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力源特性比较2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力装置的组成车用动力装置是驱动车辆行驶所需能量产生、传递、消耗与管理的所有部件及子系统的有机综合体。战斗车辆的动力装置是车辆推进系统的一部分，是指推进系统中在维修和更换零部件时需要从车内整体吊出的部分。通常动力装置至少包括部件：发动机、传动装置、冷却系统、动力装置控制等。为了体现动力传动一体化的思想，将动力装置分为发动机、传动装置、液流系统（包括冷却系统、润滑系统、液压系统和寒区起动系统）、冷却空气系统、燃烧空气系统、控制系统等6个子系统。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力装置的功能笼统地讲动力装置的功能就是完成车辆行驶所需能量的产生、传递、消耗与管理。具体地讲动力装置应完成下列具体功能：完成燃料燃烧释放的化学能向机械能的高效转换，主要取决于发动机的类型、工作参数等；实现理想的驱动特性、满足车辆对最高车速、最大爬坡度和最短加速时间的驱动要求。连续、等功率驱动特性是车辆的理想驱动特性；驱动特性取决于发动机的功率、转矩特性、传动装置的调节能力等。简化动力装置和车辆的操纵，实现动力装置的自动化操纵。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力装置的功能对于履带车辆完成车辆的转向功能，连续无极转向是追求的目标。保证动力装置工作中可靠的散热，保证动力装置可靠工作的环境条件。保证动力装置燃烧所消耗空气的清洁，保证动力装置工作的可靠性。上述功能是动力装置必须满足的功能要求，在满足上述功能的前提下，动力装置还应具有良好的经济性、结构紧凑性和可靠性指标，同时还要考虑操纵性、维修性和红外特征等。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3动力系统的主要性能指标坦克装甲车辆的机动性能通常包括动力装置性能、单位功率、最大速度、平均速度、加速性、制动性、转向性、通过性、水上性能、最大行程和百公里油耗量等。广义机动性能也包括环境适应性和运载适应性等。传统设计方法中，决定车辆机动性指标的动力系统性能指标主要强调发动机的性能指标，包括：发动机的类型、主要特征（缸径、冲程、缸数、气缸排列方式、冷却方式、燃料种类等）、主要工作特性（如额定功率、额定转速、燃油消耗率、最大转矩和相应的转速等）、发动机外向尺寸和质量、燃料和润滑油箱容量、辅助系统的种类等。从一体化角度分析动力系统的主要指标如下：2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3动力系统的主要性能指标2.1.3.1动力性指标2.1.3.1.1整车牵引功率和驱动轮驱动功率整车牵引功率是指车辆履带或驱动轮直接与地面相互作用的功率，是指发动机功率沿功率流传递过程中扣除各种损失后,履带与地面作用的总净功率，其中最大值称为整车标定牵引功率。驱动轮驱动功率是指车辆驱动轮上所获得的总驱动功率，是指发动机功率沿功率流传递过程中扣除各种损失后传到车辆驱动轮上的总净驱动功率，其中最大值称为驱动论标定驱动功率。整车标定牵引功率和驱动轮标定驱动功率指标主要影响车辆的最高车速大小。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.1.2整车牵引力和驱动轮转矩整车牵引力是指车辆履带或驱动轮直接与地面相互作用的牵引力。是指发动机外特性转矩沿功率流传递过程中扣除各种损失后履带与地面作用的净总牵引力，其中的最大值称为整车最大牵引力。驱动轮转矩是指车辆驱动轮上所获得的总转矩，是指发动机外特性转矩沿功率流传递过程中扣除各种损失后传到车辆驱动轮上的总驱动转矩，其中的最大值称为驱动轮最大转矩。整车最大牵引力和驱动轮最大驱动转矩指标主要影响车辆的最大爬坡能力。为了评价不同重量车辆的动力性指标，引入单位牵引力（动力因数）和驱动轮重量比转矩指标。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.1.3整车牵引特性和驱动轮转矩特性整车牵引特性是指不同档位下整车牵引力或单位牵引力随车速变化的一组曲线。对于采用液力传动的动力装置，包括液力变矩器闭锁和解锁状态下的牵引力特性曲线。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求发动机功率利用系数和动力装置功率利用系数：发动机功率利用系数就是指在驱动轮转矩特性图中，各档实际驱动特性曲线下方面积与动力装置理想驱动特性曲线下方面积之比。所谓理想驱动特性是指一条等功率驱动特性线。功率值可以为发动机的标定功率，也可以是驱动轮标定驱动功率（即最大驱动轮功率）。发动机功率利用系数反映了动力装置的综合匹配情况，与发动机的转矩特性、辅件消耗功率、传动效率、变速箱传动比设计等有关。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求发动机功率利用系数和动力装置功率利用系数：动力装置功率利用系数。如果理想驱动特性的功率为驱动轮标定功率则发动机功率利用系数称为动力装置的功率利用系数，与发动机的转矩特性、变速箱传动比设计等有关。动力装置加速效能系数。动力装置加速效能系数是评价动力装置的实际加速能力与理想驱动特性下动力装置加速能力的接近程度的指标。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.2经济性指标2.1.3.2.1动力装置的功率损失及其效率驱动辅件的功率损失：是指发动机装入动力舱后由于工作条件变化（如进排气阻力、环境温度）引起的发动机功率的损失，以及功率流传递线路中驱动各种辅件所消耗的功率（如驱动各种水泵、机油泵、冷却风扇等）。驱动辅件的功率损失可以根据辅件的特性曲线求出。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求功率流传递过程的功率损失：功率流传递过程的功率损失是指功率流传递线路中各环节的损失功率。包括发动机的摩擦损失和传动装置各档位下的齿轮传动功率损失和液力变矩器的液力损失。其中液力变矩器的功率损失可以通过变矩器的特性曲线求出，而动力装置的功率损失可以通过闭锁变矩器离合器情况下的整个动力装置的倒拖实验获得。动力装置机械效率：是指动力装置燃料燃烧转换成的总机械功率扣除上述驱动辅件和功率流传递过程的功率损失后在驱动轮上获得的净功率与动力装置的总机械功率之比。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力装置的热效率：动力装置热效率是动力装置的总热工转换效率，指动力装置驱动轮功率与动力装置单位时间（1s）内燃料燃烧所放出的热量（kW）之比。2.1.3.2.2动力装置的效率特性动力装置的效率特性是指不同档位下动力装置的机械效率和热效率随驱动轮转速或车速变化的规律。动力装置的效率特性和驱动特性曲线合称为动力装置的速度特性。动力装置功率调节机构位于标定功率位置时的速度特性称为动力装置的外速度特性；动力装置功率调节机构位于标定功率以下位置时的速度特性称为动力装置的部分速度特性。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求

2.1.3.2.3动力装置的比油耗动力装置的比油耗是指动力装置输出单位机械功所消耗的燃油量。动力装置的比油耗可以有不同的表示方法，如g/kW.h和L/100km。为了直观方便起见，可以用驱动特定车辆时的百公里油耗表示，如L/100km。车辆的百公里油耗是一项综合反映动力装置与车辆匹配情况的技术指标，不仅与动力装置本身的效率特性有关，还与车辆的行驶状态（如车辆的常用速度和驱动力大小）有关。不同用途的车辆具有不同的使用状态，是一个具有统计意义的概念。为了评价车辆不同使用状态的动力装置与车辆的匹配状态，通常用等速百公里油耗和循环百公里油耗对动力装置与车辆匹配的经济性进行评价。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求车辆等速百公里油耗：车辆等速百公里油耗是车辆在特定路面上行驶时，动力装置处于不同档位时车辆等速行驶的百公里油耗。等速百公里油耗可以用来比较和评价动力装置不同档位时的经济性，以及根据不同车速选择合理的档位。车辆循环百公里油耗：车辆循环百公里油耗是指车辆按照特定的行驶循环行驶、动力装置按照规定换挡规律运行时车辆的百公里油耗。对于军用车辆，可以由不同典型循环的油耗计算混合油耗，如行军循环、陀里循环、装工院循环等。热工转换装置（发动机）工况（转速、负荷）、变矩器工况（涡轮与泵轮速比）和动力装置档位统计特性。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.2.4动力装置的万有特性动力装置的万有特性是一种能够综合反映动力装置与车辆匹配的特性图。如下页图所示。该图是一个四象限图，位于第一象限和第三象限的分别是热工转换机构（发动机）和车辆的特性图。位于第二和第四象限的是负责热工转换机构（发动机）和车辆的状态转换的曲线，比较困难的是液力传动时的状态转换曲线的绘制。动力装置万有特性曲线可以利用实验数据绘制，也可以利用仿真数据绘制，由于车辆试验中数据测量比较困难，所以一般通过仿真数据绘制动力装置的万有特性曲线，也可以动力装置综合实验台测量动力装置万有特性曲线。后处理软件的开发

为了使仿真结果的读取及处理实现系统化和规范化，使仿真结果得到有序的管理和利用，可以利用MATLAB/GUI和M语言开发动力装置性能分析显示用户界面。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.3结构紧凑性指标结构紧凑性通常用单位体积和单位重量的动力性指标表示。动力装置的单位体积驱动轮功率和转矩，以及单位重量驱动轮功率和转矩可以用来表示动力装置的结构紧凑性指标。2.1.3.3.1动力装置单位体积驱动轮功率和转矩动力装置单位体积驱动轮功率是指动力装置驱动轮标定功率与动力装置体积之比，如kW/m3。动力装置的单位体积驱动轮转矩是指动力装置驱动轮转矩与动力装置体积之比，如N.m/m3。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求动力装置的体积一般是指动力装置的外扩尺寸所包容的体积，在确定动力装置外扩尺寸时有时可以不考虑某些部件的局部突出部分。动力装置排水容积：是指将动力装置所有的开口密封后完全浸入水中，能够排开的水体积。动力装置的装箱体积：是指用1-2个简单的箱子来表示物体的体积，计算箱子的长、宽、高，其乘积即为物体的装箱体积。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求实现高体积功率密度的途径：一方面要统筹考虑动力装置各子系统的结构和布置，采用合理的部件适度集成和分离设计、充分利用动力装置轮廓内的有效空间。另一方面要从系统学角度考虑结构设计与动力装置的性能匹配。通过采用先进的系统方案和零部件技术，从减小动力装置的空气消耗量、燃油消耗量、散热量等。上述措施一方面剑侠了附件的尺寸和体积，另一方面减小了动力装置的系统功率损失。这种多角度考虑改进措施可以同时提高驱动轮功率、减小辅助系统的体积，从而获得高的动力装置体积功率指标，是动力装置结构集成设计的关键。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.3.2动力装置单位重量驱动轮功率和转矩动力装置单位重量驱动轮功率是指动力装置驱动轮标定功率与动力装置的重量之比，如kW/吨。动力装置的单位重量驱动轮转矩是指动力装置驱动轮转矩与动力装置的重量之比，如N.m/吨。动力装置的单位重量驱动轮功率和转矩的提高一方面依赖于提高动力装置单位体积驱动轮功率和转矩、提高动力装置的体积功率密度，另一方面还与采用先进的轻质材料和精细化的结构设计有关。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求开展一体化设计的技术手段需求分析动力装置的结构与动力装置的性能匹配间存在着很强的耦合性必须建立能够描述动力装置的结构布局、功率流匹配、热流匹配和动力学匹配的系统分析模型和技术平台模型必须包括他们之间的相互耦合关系模型采用系统的分析、优化和评价方法是一体化集成设计的核心所在2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.4动力装置的其它技术要求从动力装置的系统学角度进行动力装置的集成化设计时，除考虑上述主要技术指标外，还要综合考虑下列技术要求，对动力装置进行系统全面的评价。2.1.3.4.1动力装置的可靠性动力装置系统分析和集成设计不能够直接解决动力装置部件的可靠性问题，但是动力装置的集成设计可以从系统层面为零部件的可靠性设计提供帮助，同时在设计初期解决系统层面的可靠性问题。可以从三个方面解决系统层面的可靠性问题：2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求一方面动力装置的功率流和热流耦合分析保证了动力装置功率流和热流系统的协调工作，不仅保证了动力装置的性能发挥，也避免了部件因承受过大的机械和热负荷而损坏。另一方面，动力装置的功率流匹配分析给出了动力装置各部件在各种动态和静态工况下的载荷，为零部件的结构强度设计提供了合理、全面的载荷边界；第三，动力装置的动力学分析给出了动力装置承受的振动载荷特性、避免了动力装置因共振现象造成的部件失效。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求比较典型的与可靠性相关的系统参数包括：发动机：发动机进气温度（即中冷后温度）、缸内最高爆发压力、缸内最高燃烧温度发动机涡轮前温度、发动机水温、润滑油温度等传动装置：各轴最大转矩及其动载荷、离合器摩擦片的最大线速度、传动液温度离合器换挡时间、典型循环行驶的换挡频次等2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.4.2动力装置的操纵性对动力装置操纵是车辆与道路状况匹配的需要动力装置与车辆的匹配特性直接影响动力装置的操纵性。匹配良好的动力装置可以减少动力装置的档位数，减少使用过程中的换挡次数和换挡过程产生的冲击载荷提高动力装置的工作可靠性和车辆的乘坐舒适性。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.4.3动力装置的维修性动力装置的集成化设计思想是以部件的高可靠性为前提的。不强调在动力舱内对除需要日常维护部件（如各种油滤和空气滤）以外的零部件进行拆装维修。而是强调动力装置的整体吊装或合理的模块化设计，通过模块间的快速连接达到动力装置快速更换的目的。因而动力装置的结构设计除保证日常维护部件的快速更换外，动力装置的整体吊装性能和功能模块的合理划分对动力装置的维修性具有重要的意义。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.4.4动力装置的红外特征动力装置是装甲车辆主要的红外特征发射源，动力装置集成设计必须从系统学角度考虑减小动力装置的红外特征。可以从下列方面考虑抑制车辆的红外特征：从系统能量利用角度加大排气能量的回收、减低排气温度。利用废气引射使排气与空气混合、降低排气温度。对排气系统和冷却空气系统进行系统化设计，利用废气引射将冷却空气与排气混合、降低排气温度。2.1车辆主要性能指标及对动力系统匹配要求2.1.3.4.4动力装置的红外特征合理设计冷却空气和排气系统的出口位置和气流方向减小车辆红外特征。通常冷却空气和排气系统从车尾部向下排出有利于减小红外特征。动力装置高温部件的隔热和冷却。通过对排气管的隔热设计和合理的冷却可以有效降低动力装置的红外特征。从动力装置的一体化设计角度，以动力传动装置的热流匹配和动力舱的流场仿真为基础、开发红外特征计算软件可以在设计阶段对红外特征进行初步的预测，从抑制红外特征角度提出指导动力装置设计的思路。2.2车辆动力系统功率流结构（民用与履带分析）2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）根据上节对传动系统的构型分析，可以看出，动力系统的转矩传递理论与建模的关键就是建立各部件的数学关系，描述部件的转速和转矩传递特性；这里暂不考虑部件的动态特性和惯量等因素给转矩传递带来的影响，而且转矩传递的系统分析中一般不考虑部件的柔性，所以称为刚性转矩传递。主要包括：部件转速和转矩传递特性（物理模型、特性数据模型、传递函数模型）；后面将要介绍的动力系统匹配分析方法中将介绍动态过程的建模方法和分析方法。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）车辆动力系统的系统运动学和动力学理论部件概括起来包括:1）发动机（动力源）2）离合器或变矩器3）变速装置4）汇流排5）差速器6）分流装置7）转向装置2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）车辆动力系统的系统运动学和动力学理论包括：车辆动力系统直驶运动学（轮式）和转向运动学（履带）车辆动力系统直驶动力学（轮式）和转向动力学（履带）2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶运动学和转向运动学（履带）轮式车辆运动学计算方程：车速：Vh=0.377*（r*ne)/(ib*ic)?nr=?传动比i=n入/n出，对于外啮合齿轮方向相反-，内啮合齿轮方向相同+对于变矩器，Iy=n涡/n泵,，0~1之间，0.8左右是耦合器点，闭锁时=1，旋转方向相同。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶运动学和转向运动学（履带）履带车辆直驶运动学计算方程：车速：Vh=?nr=?直驶时不用考虑转向分路的功率流，泵的排量等于0，转向0轴转速等于0，2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶运动学和转向运动学（履带）履带车辆转向运动是一个复合运动：履带运动学O点是坦克的转向中心，O1,O2分别是内外侧履带接地面的瞬时转向中心，坦克接地段的滑转和滑移速度都为0时，称为理论转向O1与C1、O2与C2重合分析时注意隔离体—>履带2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶运动学和转向运动学（履带）履带车辆转向运动是一个复合运动：履带运动学坦克履带接地段的滑转（沿着轴转动）和滑移（相对地面移动）速度都为0时，称为理论转向；理论转向半径与实际转向半径的区别。坦克整体运动学设直驶时履带的速度为v，转向时坦克内侧的履带速度v1总是小于转向前的速度。对于外侧履带速度不同分为三种转向情况：V2>V；V2=V；V2<V。转向运动学参数qk=y/B2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶运动学和转向运动学（履带）2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶运动学和转向运动学（履带）液压机械双流传动装置转向运动学在后面的“转向”动态建模中介绍2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（轮式）2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

其中对于轮式车辆在建模时需要给出a,b,h,等需要描述车辆中心位置的参数，目的是计算前后轮的载荷分配，轮的法向压力，轮子的牵引力等。轮胎模型一般在轮式车辆的模型中需要输入。这个模型主要是计算地面的附着力，用于对车辆的牵引力进行修正。当车辆的牵引力Fxf,Fxr的值大于地面附着力，那么就取地面附着力。而且地面附着力随着轮胎的滑转率改变。如何计算地面滑专率？根据轮速和车速计算。车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（轮式）滑转率=相对滑动速度与计算速度之比2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）2、地面附着力

Fdf=G·cosα·φ

φ—地面附着系数2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模直驶动力学

车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）2、地面附着力

Fdf=G·cosα·φ,φ—地面附着系数牵引力、地面附着力在其他条件相同（路面、车辆），都随着滑转率而变化，如左图。上表测得的地面附着系数是在最佳滑转的B点和完全滑转的C点之间测得的。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）3、行驶阻力。坦克拖挂车辆，加速、上坡行驶时，它受5个主力。滚动阻力。地面垂直下陷形成的阻力Fg=fGcosαf----滚动阻力系数上坡阻力。重力在行驶方向上的分力Fp=Gsinα空气阻力。坦克的空气阻力较小。加速阻力。克服坦克惯性的阻力挂钩阻力。拖挂阻力在行驶方向上的力。Fggcosγ直驶动力学

2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

履带转向动力学车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）1、作用在车辆上的外力F1,F2---内、外侧履带的牵引力（地面的反作用力）；Fg1,Fg2---内、外侧履带的滚动阻力；Fzh,Fzq---转向时产生的后履带和前履带板的阻力。2、当直驶时，Fzh=Fzq=0，F1=F2=F（总牵引力=2F）3、转向时，可以看做有两种力：一种是直驶的牵引力；另一种是转向的转矩Mz。4、内外侧履带牵引力F1,F2与平均牵引力F=(F1+F2)/2,之间的差形成的转矩与Fzq，Fzh形成的转向阻力矩构成转向动力学力矩1、作用在车辆上的外力F1,F2---内、外侧履带的牵引力（地面的反作用力）；Fg1,Fg2---内、外侧履带的滚动阻力；Fzh,Fzq---转向时产生的后履带和前履带板的阻力。2、当直驶时，Fzh=Fzq=0，F1=F2=F（总牵引力=2F）3、转向时，可以看做有两种力：一种是直驶的牵引力；另一种是转向的转矩Mz。4、内外侧履带牵引力F1,F2与平均牵引力F=(F1+F2)/2,之间的差形成的转矩与Fzq，Fzh形成的转向阻力矩构成转向动力学力矩2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）

履带转向动力学2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）1、履带接地段直驶滚动阻力Fg1=Fg2=1/2*f*G2、接地段的制动力（图b)与牵引力(图a)接地段的地面附着条件：

履带转向动力学2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）3、履带接地段前面和后面转向阻力假设：

1）坦克负荷沿履带均匀分布，地面转向阻力Fz与法向负荷成正比，比例系数μ=Fz/G；称为转向阻力系数。

2）坦克质心在水平面上的投影与坦克平面在地面上的投影中心重合。作用在履带接地段单位长度上的力为：

p=G/2L

单位长度接地段转向阻力：

Fzd=μ*p

=μ*G/2L

履带前后段转向阻力：

Fzq1=Fzd*L/2=μ*G/4Fzq=Fzq1+Fzq2=μ*G/2

Fzh=Fzh1+Fzh2=μ*G/2

履带转向动力学2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）3、履带接地段前面和后面转向阻力假设：

3）转向阻力系数。坚硬路面：主要是滑动摩擦阻力松软路面：按照尼基金公式计算

履带转向动力学2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

履带转向动力学(平路）车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）3、履带接地段前面和后面转向阻力假设：

3）转向阻力系数。坚硬路面：主要是滑动摩擦阻力松软路面：按照尼基金公式计算

2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

履带转向动力学(平路）车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）3、履带接地段前面和后面转向阻力假设：

3）转向阻力系数。坚硬路面：主要是滑动摩擦阻力松软路面：按照尼基金公式计算

2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）5、转向所需牵引力和制动力：

履带转向动力学2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模车辆动力系统直驶动力学和转向动力学（履带）5、转向所需牵引力和制动力：

履带转向动力学2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）动力装置动力装置的数学模型主要是建立动力装置的转矩特性数学模型：图表法。通常用一维的数据表格M=f(n)，表示转矩特性。有时也可以通过M=f(qinj,n),qinj代表发动机的负荷，n发动机转速。拟合曲线法。有时通过转速n的高次方曲线拟合发动机的转矩特性。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）2）离合器或变矩器变矩器模型2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模液力变矩器工作原理泵轮/涡轮/导轮工作过程：动力输入外罩带动泵轮旋转液体能量（扭矩）进入涡轮液体能量（扭矩），使涡轮旋转带动工作机（输出）工作液流进入导轮（导轮不动），改变扭矩（外面阻力矩传入）液体进入泵轮，继续循环。特点：输入部分与输出部分没有刚性的机械联接，而是通过工作液体为介质来传递动力。泵轮涡轮导轮闭锁离合器2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）2）离合器或变矩器变矩器模型目前广泛采用原始特性曲线表示液力变矩器性能。它主要包括以下几个表示液力变矩器性能的重要的无因次特性，即变矩系数，效率和转矩系数，公式如下：nB1,nB2，nB3，nB4为不同的泵轮转速下做出的特性2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模变矩器的输入和输出特性2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模发动机与变矩器的匹配2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模发动机与变矩器的匹配在发动机与液力变矩器共同工作时，应尽量满足以下条件：尽量使液力变矩器的高效工作区宽一些，并使最高效率工况与发动机的最大功率点重合，此时可以输出最大功率。速比＝0时的泵轮特性曲线与外特性的交点决定了车辆的起动转矩，因此希望此交点与发动机的最大转矩点重合。从经济性角度考虑,液力变矩器与发动机共同工作区域应处于发动机的低油耗区,在同等功率的条件下,柴油机的燃油消耗量和尾气排放量应尽可能地减少。为使柴油机不至于因负载突然增大而熄火,泵轮特性曲线中的任何一条与净转矩外特性曲线的交点,应在熄火点以右。离合器模型：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模根据离合器接合过程的扭矩变化关系，可将其接合过程分为三个阶段：无扭矩传递阶段(即空行程阶段)AB、扭矩传递阶段(即滑磨阶段)BC和扭矩不再增长阶段(即同步接合阶段)CD图中，lc即离合器行程，与上面公式中的X1相反摩擦系数Mc对于摩擦片的性能影响很大，下一页给出了Allison公司给出的摩擦系数的影响阴虚关系曲线离合器模型：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模Allison公司给出的摩擦系数的影响因素关系曲线

摩擦系数Mc与摩擦片材料、主被动摩擦片的相对滑磨速度和摩擦衬面的温度等因素有关。摩擦系数有静摩擦系数和动摩擦系数之分。静摩擦系数Mcj是指摩擦副相对滑磨接近于零时的摩擦系数。在摩擦副试验中，将开始打滑前的摩擦系数最大值作为Mcj。动摩擦系数Mcd是指在一定相对滑磨速度下的摩擦系数值。

Mcd对离合器接合过程的动载、滑磨功、摩擦副热负荷等有较大影响摩擦系数随主被动摩擦片相对滑磨速度的减小而增加，特别在滑磨的末期这一变化趋势更加明显。因此，在离合器的滑磨阶段，摩擦系数Mc的变化对摩擦力矩Mc(t)也有较大的影响，特别是在离合器主被动摩擦片趋于同步前，摩擦系数mc将有较大的数值变化，造成Mc(t)较大的扰动，从而引起离合器滑磨末期的冲击。从摩擦系数mc的变化这一角度再次说明了在离合器滑磨末期会产生冲击。变速装置理论模型：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

齿轮箱模型的建立考虑了传动比的影响，效率的损失，转动惯量的影响。同时还考虑了换档时刻的转矩传动为零。转速的变化遵从下式式中nin表示输入转速，nout表示输出转速，ig表示此时的传动比。转矩的变化遵从下式

Tin式中表示输入转矩，Tout表示输出转矩，Tloss和Tj和分别表示因传动效率产生的转矩损失和因齿轮的角加速度需要的转矩消耗量。以上是变速箱的整体建模，所以应根据不同的变速箱结构简图推算出各档位的传动比，具体方法如下：变速装置理论模型：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模定轴式变速箱传动简图分析与各档传动比计算功率流分析：粉线前进一档，蓝线前进2档；粉虚线线倒一档，蓝虚线倒2档计算传动比I1=(z2/z1)*(z4/z3)I2=1i倒1==(z2/z1)*(z6/z5)i倒2=1变速装置理论模型：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模定轴式变速箱传动简图分析与各档传动比计算功率流分析：粉线前进1档，绿线前进2档；蓝线前进3档，棕线倒1档计算传动比I1=

z2/z1I2=z6/z5I3=z4/z3i倒1=z8/z7变速装置理论模型：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模定轴式变速箱传动简图分析与各档传动比计算功率流分析：粉线前进1档，红线前进2档，绿线前进3档，粉虚线前进4档，红虚线前进5档，绿虚线前进6档，蓝线倒1档,蓝虚线倒2档,计算传动比I1=(z6/z7)*(z1/z2);I2=（z6/z7)*(z8/z9)I3=(z6/z7)*(z4/z5);I4=(z9/z10)*(z1/z2);I5=(z9/z10)*(z8/z9)I6=(z9/z10)*(z4/z5)i倒1=(z2/z3)*(z1/z2)i倒2=(z2/z3)*(z8/z9)2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模传动装置的功率损失及其效率一般有级式机械传动装置的效率：当并联连接各齿轮对时的效率为：某综合传动装置传动简图2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模行星式变速箱传动简图分析与各档传动比计算最简单的行星机构由太阳轮s(t)、齿圈r(q)、行星架c(j)和行星轮p组成。单星行星排特点：每个行星轮同时与两个中心轮相啮合。结构最简单，应用最广泛。同向行星机构：行星架不动时，另两元件转速方向相同的行星排。异向行星机构：行星架不动时，另两元件转速方向相反的行星排。等轴差速器：行星排之一的转速为一定时，另两元件转速之和为一定并按一定比例分配，即一元件转速的增加值为另一元件转速减小值的x倍。x=1时，称为等轴差速。行星机构自由度计算:

行星机构自由度W为：w=x-p;

x—行星机构的旋转件数；p—行星排数基本构件：太阳轮、齿圈和行星架

特点：行星排中与主动轴、被动轴和操纵件相联的构件（受外力矩）。辅助构件（联接件）：行星轮行星排中不与主动轴、被动轴和操纵件相联的构件（不受外力矩）。转速关系式，用ns、nr

、nc表示太阳轮、齿圈和行星架的转速，则：转矩关系式，从能量守恒观点来推导。行星轮从三元件接收或传给三元件的能量应是平衡的2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模行星排的基本型式。按照下列方式分类啮合方式：行星轮与太阳轮和齿圈的啮合方式，内啮合、外啮合、内外啮合行星轮个数：连接太阳轮与齿圈的行星轮个数，单性、双星行星轮的结构：简单行星轮与双联行星轮行星式变速箱传动简图分析与各档传动比计算2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（a）单星行星排（b）复星行星排（c、d）双星行星排（e、f）锥齿差速器（g、h）柱型差速器典型车辆传动应用的行星机构简图行星式变速箱传动简图分析与各档传动比计算2）复星行星排行星轮为复式双联齿轮。分为：外啮合、内啮合和内外啮合三种。单星行星排1）单行星排每个行星轮同时与两个中心轮相啮合。结构最简单，应用最广泛。双星行星排两个互相啮合的行星轮，这两个行星轮分别与两个不同的中心轮啮合。分为内外啮合、外啮合、内啮合三种；结构复杂，传动比范围大。锥齿差速器由左右两个中心轮、行星架、行星轮组成，行星轮和中心轮为锥齿轮。有：差速器和复式差速器。柱形差速器由两个中心轮、行星架、两个行星轮组成，行星轮为两个相同的柱形齿轮，相互啮合，一起装在行星架上。实际上是双星行星排。有：分为外啮合和内啮合柱形差速器。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模传动比计算：已知k值（或齿数）。首先分析传动简图，明确挂某档时，哪几个操纵件工作，哪几个行星排工作，哪几个行星排空转。然后，列出行星排的转速关系式，解方程组，即可求得传动比。行星式变速箱传动简图分析与各档传动比计算转速分析目的：求行星排各构件的转速和行星轮的自转转速。方法：（1）已知K值（2）已知I值相对转速图用平面线图表示传动转速关系n2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模转矩分析目的：求各构件所受的转矩，为齿轮、轴、花键、离合器及制动器等零件的强度计算提供依据。r,s,c上的转矩。符号规定：与输入转矩一致为正，反之为负。方法：利用行星传动的转矩关系式、行星排的转矩关系式及构件的静力学转矩平衡方程进行求解。行星式变速箱传动简图分析与各档传动比计算功率分析目的：求各行星排受力点上所传功率大小和分析功率流方向。功率输入和输出的判断规则：某点所受转矩方向和转速方向一致时，功率为正，从这点输入功率；反之，功率为负，从这点输出功率豹I坦克的变速机构：已知K1=k2=3.64,k3=1.88求各档传动比，并对三档进行转速、转矩和效率分析。1档2档3档4档b1хb2хb3хc1ххххc2х设：输入、输出转速分别为ni,no；1，2，3制动器对应的齿圈转速分别为n1,n2,n3；各排的转速关系式如右所示K1=k2=3.64,k3=1.88,nr1=nc2=n1，

nr2=nc3=n2nt1=nt2=nt3=ninr3=n3，nc3=no1档，设n1=0,解方程组得到，i1=4.64；2档，设n2=0,解方程组得到，i2=2.6；3档，设n3=0,解方程组得到，i3=1.67；4档，c1,c2均结合，整体回转，i4=1。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模在行星传动中，功率是在牵连和相对运动中传递的，分别称为牵连功率和相对功率。假定：只计算和相对运动有关的齿轮啮合损失，不计算整体回转和交友损失；相对运动的齿轮啮合损失与定轴齿轮传动一样。行星式变速箱传动简图分析与各档效率计算相对运动效率为：x；相对功率为：Px；相对功率损失为：Pl；输入功率为：Pi；相对功率系数为：=Px/Pl对于单排行星减速器的效率值，一般取0.97-0.98。单星行星排双星行星排2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模相对功率和效率计算方法：相对运动分析相对运动链上节点的转矩、转速相对功率Px.行星式变速箱传动简图分析与各档效率计算设从太阳轮输入、行星架输出、齿圈制动，nt,nj分别代表太阳轮转速、行星架转速。相对转速为nt-nj。在太阳轮与行星轮啮合处转矩可以通过分析太阳轮的受力得到为Tt，相对功率Px=Tt（nt-nj）。对于多排行星可以根据各排三个构建的转速n和转矩T，分别计算相对功率系数β和相对效率ηx。然后按照多行星排效率计算公式计算整个传动链的效率。单星行星排双星行星排单行星排效率η多行星排效率η2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模4）汇流排5）分流装置6）差速器汇流排的作用是将传动装置中两路功率流合并为一路的装置，如目前常用的综合式传动装置通过回流装置将直驶和转向功率流合并，并驱动侧传动和主动轮；分流装置是将一路功率流分为两路功率流的装置，如转向装置就是通过分流装置将发动机的功率分为两路（直驶和转向），从发动机中获取转向所需的功率。差速器是一种分流装置，一般车辆上常用的是等轴差速器。如汽车桥，一般是将差速器与主减速合并成了一个机构。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模分流和回流机构：常见的分流机构和回流机构一般有固定轴齿轮分流和汇流机构和行星排分流和回流机构。固定轴齿轮分流和回流机构：特点是分流和汇流的是转矩，属于差矩式（分矩式）机构。转速关系特点：各元件转速间保持一定的比例，即某一转速确定后，其他两元件的转速都为一定值。转矩关系特点：某一元件的转矩一定时，其他两元件的转矩的代数和为一定值，但是这两转矩的比例可以改变（随该元件的负载变化）

分流汇流功率2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模行星排分流和汇流机构：特点是分流和汇流的是转速，属于差速式（分速式）机构。转速关系特点：某一元件的转速一定时，其他两元件的转速的代数和为一定值，但是这两转速的比例可以改变（随该元件的负载变化）转矩关系特点：各元件转矩间保持一定的比例，即某一转矩确定后，其他两元件的转矩都为一定值。转速关系：转矩关系：功率关系：当k=1时，就是车辆上常用的差速器2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）7）转向装置装甲履带车辆的转向装置有多种形式：单功率流动力传动装置的转向机构。双功率流动力传动装置的转向机构。现在绝大多数履带车辆均采用双功率动力传动装置，因而主要介绍这种转向机构。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模单功率流动力传动装置的转向机构。操纵停车制动器转向：（向右转向）直驶工况：两侧的离合器L1,L2都结合，停车制动器T1,T2和转向制动器Z1,Z2都分离；转向行驶：外侧转向机构的操纵元件和直驶时一样，内侧转向机构的操纵元件有两种工况：★一种是操纵停车制动器T1转向。（L1分离，T1完全制动——内侧履带速度为0，第一规定转向半径B/2）,（L1分离，T1部分制动——内侧履带速度理论上大于0，转向半径大于第一规定转向半径B/2）,（L1分离，T1完全分离——内侧履带速度较大，但是履带牵引力为0，转向半径最大）。★一种是操纵转向制动器Z1转向。单功率流动力传动装置的转向机构2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构

根据坦克直线行驶时汇流排太阳轮的转向和转向回路中采用离合器还是差速器控制两侧太阳轮转速的不同，双流传动装置分为如下几种：★规定直驶时太阳轮与齿圈（即变速回路）转向相同为正；相反为负，太阳轮被完全制动时为0。★六种转向机构：正差速式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为正；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮被完全制动，外侧太阳轮角速度比直驶时大一倍，方向为正。零差速式双流传动。直驶时两侧太阳轮被完全制动，为单功率流；以规定转向半径转向时，两侧太阳轮的转向相反、大小相等，内侧为负，外侧为正。负差速式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为负；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮角速度比直驶时大一倍，方向为负。正独立式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为正；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮被完全制动，外侧太阳轮角速度与直驶时相同，方向为正。零独立式双流传动。直驶时两侧太阳轮被完全制动，为单功率流；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮的转向为负（反转），外侧太阳轮与直驶时相同，被完全制动。负独立式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为负；以规定转向半径转向时，外侧太阳轮角速度与直驶时相同，内侧太阳轮必须以更大的角速度反转。这种双流传动由于结构复杂很少采用。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构

根据坦克直线行驶时汇流排太阳轮的转向和转向回路中采用离合器还是差速器控制两侧太阳轮转速的不同，双流传动装置分为如下几种：★规定直驶时太阳轮与齿圈（即变速回路）转向相同为正；相反为负，太阳轮被完全制动时为0。★六种转向机构：正差速式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为正；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮被完全制动，外侧太阳轮角速度比直驶时大一倍，方向为正。零差速式双流传动。直驶时两侧太阳轮被完全制动，为单功率流；以规定转向半径转向时，两侧太阳轮的转向相反、大小相等，内侧为负，外侧为正。负差速式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为负；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮角速度比直驶时大一倍，方向为负。正独立式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为正；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮被完全制动，外侧太阳轮角速度与直驶时相同，方向为正。零独立式双流传动。直驶时两侧太阳轮被完全制动，为单功率流；以规定转向半径转向时，内侧太阳轮的转向为负（反转），外侧太阳轮与直驶时相同，被完全制动。负独立式双流传动。直驶时两侧太阳轮转速相等且转向为负；以规定转向半径转向时，外侧太阳轮角速度与直驶时相同，内侧太阳轮必须以更大的角速度反转。这种双流传动由于结构复杂很少采用。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构★液压转向双流传动2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构★液压转向双流传动：直驶分路传动比2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构★液压转向双流传动：直驶转向2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构★液压转向双流传动：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模

双功率流动力传动装置的转向机构★液压转向双流传动★复合转向转向双流传动：液压与机械复合转向液压液力复合转向动态特性分析建模方法

——发动机建模方法

——变矩器建模方法

——惯量计算方法2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机发动机的模型类型：基于发动机特性数据的MAP模型，特性场MAP（转矩特性、油耗特性、排放特性等）；表达了发动机主要动态特性的平均值模型MVEM；基于发动机物理现象的发动机性能详细模型（冲排法模型）2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机发动机的建模方法：基于发动机特性场的MAP模型；包括：发动机的转矩特性、发动机的油耗特性、发动机的排放特性等。其中转矩特性是直接为转矩传递服务的（动力性预测），其他两个模型是为性能预测服务的。此外还包括一些特性修正的MAP，如温度对各种性能的修正MAP等。特性场的数据结构：一般采用三维MAP的结构形式：x,y轴坐标分别为转速和转矩，z坐标为特性数据。实验数据一般要经过处理才能够获得上述形式的数据。常见的处理方法：在MATLAB/SImulink中采用GRID指令进行处理。进气管排气管气缸发动机的控制容积图2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机发动机的建模方法：反应发动机主要动态特性的平均值模型发动机MVEM的主要结构组成。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机发动机的建模方法：主要包括：压气机、中冷器、涡轮、增压器转子动力学、进气管歧管、排气歧管、转矩产生和发动机曲轴动力学模型。反映的主要动态过程包括：增压器的响应滞后、进排气系统的充排效应、曲轴的动力学过程。其中增压器的动态过程主要通过转子动力学实现。2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机压气机模型压气机修正流量压气机修正效率压气机出口温度和压气机消耗的扭矩用下面的公式计算：2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机涡轮和增压器转子动力学2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机中冷器中冷器的效率用一个经验公式来确定

随着压气机空气流量的增加，中冷器的效率基本上是线性减小。中冷器出口的温度（即进气温度）可以根据冷却水温度和压气机出口温度用下面的公式计算。

空气流过中冷器的压降为：

于是就得到了进气压力

t1’t1’’t2’t2’’TcxTimTcool2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机进气管的模型就是建立进气管中进气压力的动态变化特性。通常将进气管当做一个容腔来考虑。包括进入进气管的空气质量和温度，离开排气管的空气质量。mimmcxVm，pm2.3车辆动力系统转矩传递理论与建模（车辆直驶分析、车辆转向分析）1）发动机排气管理想情况排气管应与进气管一样作为一个容腔考虑它的动态