基於MATLAB simulink的液力變矩器模擬建模
汽車的自動變速器不僅僅是變速箱，而是發展成為複雜的機械/電氣/液壓綜合系統。汽車設計師為了實現現代自動變速器的最佳設計和控制，必須有足夠的動態分析和控制系統設計。而最常用的工具便是Simulink，Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態建模模擬和綜合分析的集成環境，用戶只需要通過簡單的滑鼠操作就可以構造出複雜的系統。本文主要介紹關於自動變速器組件液力變矩器的建模模擬過程，並希望以此為例對相關的讀者和工程師有所幫助。
一、液力變矩器（TC）
液力變矩器是一種流體動力傳遞裝置，它用作車輛傳動和扭矩倍增。變矩器的主要部件包括泵輪，渦輪，定子和變矩器離合器。
圖1液力變矩器機械結構
其工作原理如下：泵輪與發動機一起旋轉，將液體驅動到渦輪機的葉片上，以將動力從發動機傳遞到變速器，渦輪機與變速器的輸入齒輪相連。當渦輪低轉速時，來自渦輪的液體由定子葉片轉向發動機轉動方向的泵輪，這在定子上產生反作用力矩。因為發動機扭矩渦輪扭矩和定子扭矩的總和為零，所以得到的渦輪扭矩大於發動機扭矩。
圖2液力變矩器工作原理
二、建模模擬分析
在液力變矩器系統中, 車輛慣量Iv結合渦輪慣量It由變矩器渦輪扭矩Tt和變矩器離合器扭矩Ttcc驅動。泵慣量Ip結合發動機慣量Ie由發動機扭矩Te驅動。
圖3液力變矩器控制系統原理圖
根據控制系統原理圖可以知道發動機和泵的運動方程如下：
We是發動機角速度，Ip是變矩器泵慣性，Dp是阻尼係數，Ttcc是變矩器離合器的轉矩，Tp是變矩器泵的轉矩，Te是發動機轉矩，發動機扭矩被看作為發動機角速度和發動機節氣門開度的函數通過軟體查表獲得。泵轉矩Tp可從輸入係數Ki和發動機角速度計算，輸入係數Ki可從變矩器速比函數獲得。變矩器離合器扭矩Ttcc可通過雙曲正切函數獲得，Ftcc是施加力，Ktcc是離合器增益，a是常數。
另外渦輪和車輛慣性的運動方程如下：
這裡，Wt是渦輪的角速度，It是渦輪慣量，Iv是車輛慣性，Dt是阻尼係數，Tt是變矩器渦輪扭矩，扭矩比t可以通過測試數據依據函數關係查表獲得。
根據以上兩個運動方程可以構建系統的Simulink模型如下圖：
圖4液力變矩器控制系統simulink模擬模型
此系統的封裝子系統模型如下所示：
圖5子系統1
圖6子系統2
圖7子系統3
圖8 發動機和渦輪扭矩模擬關係 圖9發動機和渦輪轉速模擬關係
從系統的模擬結果可以看出，當渦輪轉速低時滑差率較大。
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