本發(fā)明涉及四驅(qū)車輛，具體是提出一種基于熱阻網(wǎng)絡(luò)的適時(shí)分動(dòng)器空載模式熱狀態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、適時(shí)分動(dòng)器是實(shí)現(xiàn)多輪驅(qū)動(dòng)車輛軸間扭矩主動(dòng)分配的核心部件，同時(shí)還具有長時(shí)間連續(xù)空載運(yùn)行(車輛由單軸驅(qū)動(dòng))的典型特征。空載模式下適時(shí)分動(dòng)器的熱狀態(tài)是影響其在有載模式下性能發(fā)揮的重要因素及車輛常規(guī)行駛過程中適時(shí)分動(dòng)器熱性能表現(xiàn)的直觀評價(jià)，識別其熱狀態(tài)變化對零部件的熱安全保護(hù)具有重要作用，在零部件設(shè)計(jì)階段還具有指導(dǎo)意義。

2、相關(guān)技術(shù)中，獲取齒輪箱運(yùn)行過程中的功率損失及溫度場分布是指導(dǎo)齒輪箱設(shè)計(jì)及安全壽命估計(jì)的重要內(nèi)容，可通過建立數(shù)值仿真模型以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算，但是偏低的計(jì)算效率難以在實(shí)際工況中開展箱體內(nèi)部功率生成及流向的實(shí)時(shí)預(yù)測，且無法挖掘各部件之間的能量流動(dòng)特征解析其瞬態(tài)溫度的生成變化。實(shí)車運(yùn)行過程中箱體內(nèi)部零件的熱狀態(tài)估計(jì)研究仍有待補(bǔ)充。

3、針對相關(guān)技術(shù)中適時(shí)分動(dòng)器熱狀態(tài)估計(jì)不全面、內(nèi)部熱能量交換值不明確及整體計(jì)算效率低下的關(guān)鍵問題，目前尚未提出有效的解決方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于熱阻網(wǎng)絡(luò)的適時(shí)分動(dòng)器空載模式熱狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟：

2、s1:獲取車輛的工況參數(shù)與適時(shí)分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，

3、s2:基于車輛的工況參數(shù)與適時(shí)分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)摩擦特性，計(jì)算旋轉(zhuǎn)部件的粘性功率和接觸摩擦功率，得到浸油部件攪油損失和機(jī)械接觸摩擦損失，從而建立適時(shí)分動(dòng)器的產(chǎn)熱功率模型；

4、s3:根據(jù)適時(shí)分動(dòng)器內(nèi)部潤滑油的流速分布特征，將殼體劃分為不同的流固對流傳熱區(qū)域，不同流固對流傳熱區(qū)域均包含殼體內(nèi)表面與殼體外表面；

5、針對不同旋轉(zhuǎn)部件與殼體的流固對流傳熱區(qū)域，分別建立旋轉(zhuǎn)部件與潤滑油的流固傳熱模型、潤滑油與殼體的流固傳熱模型、殼體與空氣的流固傳熱模型；

6、s4:基于浸油部件攪油損失和機(jī)械接觸摩擦損失，分析適時(shí)分動(dòng)器的產(chǎn)熱特征，基于旋轉(zhuǎn)部件與潤滑油、潤滑油與殼體、殼體與空氣的流固傳熱模型分析適時(shí)分動(dòng)器各個(gè)元件的散熱特征，通過熱平衡原理，以各元件為等溫節(jié)點(diǎn)利用集總參數(shù)法建立出適時(shí)分動(dòng)器的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并用熱平衡方程呈現(xiàn)；

7、s5:結(jié)合熱阻網(wǎng)絡(luò)模型各節(jié)點(diǎn)初始溫度與仿真步長，及適時(shí)分動(dòng)器上一時(shí)刻溫度狀態(tài)，量化一個(gè)時(shí)間步長下熱阻網(wǎng)絡(luò)模型中各節(jié)點(diǎn)之間的能量流動(dòng)值，以求解適時(shí)分動(dòng)器當(dāng)前時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)溫度值。

8、進(jìn)一步地：所述適時(shí)分動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)包括軸承、鏈輪、鏈板、軸與殼體的尺寸及物性參數(shù)和潤滑油的體積及物性參數(shù)；

9、所述攪油損失包括：旋轉(zhuǎn)部件與潤滑油剪切的功率損失；

10、所述機(jī)械接觸摩擦損失包括：鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械接觸摩擦損失和軸承摩擦功率損失。

11、進(jìn)一步地：所述適時(shí)分動(dòng)器的產(chǎn)熱功率模型包括計(jì)算浸油部件攪油損失表達(dá)式和計(jì)算機(jī)械接觸摩擦損失表達(dá)式；

12、所述計(jì)算浸油部件攪油損失表達(dá)式如下：

13、pd＝fdv

14、其中，pd為浸油部件攪油損失功率，fd為潤滑油的剪切力，v是潤滑油主體的流動(dòng)速度；

15、所述鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械接觸摩擦損失表達(dá)式如下：

16、pg＝μnvb

17、其中，pg為機(jī)械接觸摩擦損失功率，μ為鏈輪與鏈板的嚙合動(dòng)摩擦系數(shù)，n為鏈板與鏈輪接觸點(diǎn)的法向力，vb為鏈輪與鏈板在接觸點(diǎn)的相對滑動(dòng)速度；

18、所述軸承摩擦功率損失表達(dá)式如下：

19、

20、ps2＝f2fdmω；

21、其中，ps1為受旋轉(zhuǎn)速度和潤滑狀態(tài)影響的粘滯功率損失，ps2為受載荷影響的負(fù)載功率損失，f1為與軸承類型和潤滑狀態(tài)有關(guān)的系數(shù)；n為軸承轉(zhuǎn)速；dm為軸承節(jié)圓直徑；f2為與軸承類型和載荷有關(guān)的系數(shù)；f為軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷。

22、進(jìn)一步地：所述旋轉(zhuǎn)部件與潤滑油的流固傳熱模型包括軸承與潤滑油流固傳熱模型、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與潤滑油流固傳熱模型、光軸與潤滑油的流固傳熱模型。

23、進(jìn)一步地：所述流固傳熱模型通過對流傳熱系數(shù)進(jìn)行表征，其中軸承與潤滑油流固對流傳熱系數(shù)為：

24、

25、其中：λo為潤滑油導(dǎo)熱系數(shù)；c為內(nèi)圈與保持架表面的徑向間隙，當(dāng)計(jì)算內(nèi)圈與潤滑油的對流傳熱時(shí)，r取ri；當(dāng)計(jì)算外圈的對流傳熱時(shí)，r取ro；

26、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與潤滑油流固傳熱模型通過攪油鏈輪的流傳熱系數(shù)和非攪油鏈輪對流傳熱系數(shù)進(jìn)行表征；

27、所述攪油鏈輪端面的對流傳熱系數(shù)在潤滑油層流、過渡層流、湍流狀態(tài)下的表征為：

28、

29、其中：rg是鏈輪端面浸油區(qū)域的平均半徑；pro、reo分別是鏈輪端面潤滑油的普朗特?cái)?shù)和雷諾數(shù)；

30、非攪油鏈輪通常是以潤滑油的飛濺而實(shí)現(xiàn)冷卻，對流傳熱系數(shù)的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式用以下公式表示：

31、

32、其中，hgou為非攪油鏈輪的對流傳熱系數(shù)；

33、所述光軸與潤滑油、攪油鏈輪的圓周面與潤滑油的流固傳熱模型可通過統(tǒng)一的對流傳熱系數(shù)表征，具體公式如下：

34、

35、其中：hgoy為圓柱圓周面的對流傳熱系數(shù)，rgw是等效圓柱的外徑。

36、進(jìn)一步地：潤滑油與殼體的流固傳熱模型的對流傳熱系數(shù)用以下公式表示：

37、

38、其中：hoh為潤滑油與殼體內(nèi)表面之間的對流傳熱系數(shù)，l是潤滑油在殼體內(nèi)壁流動(dòng)的特征長度。

39、進(jìn)一步地：所述殼體與空氣的流固傳熱模型的自然對流傳熱系數(shù)用以下公式表示：

40、

41、其中：g為重力加速度；αv為體脹系數(shù)；δt為流固溫差；ρa(bǔ)為空氣密度，νa為空氣粘度、ca為空氣比熱容。

42、所述殼體與空氣的流固傳熱模型的強(qiáng)制對流傳熱系數(shù)公式和潤滑油與殼體的對流傳熱系數(shù)公式相同。進(jìn)一步地：所述適時(shí)分動(dòng)器的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型可根據(jù)熱平衡方程構(gòu)建，所述熱阻網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)式包括軸承網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程、鏈傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程、潤滑油網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程和殼體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程；

43、軸承網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程用以下方程表示：

44、

45、其中，ρs為軸承的密度，vs為軸承的體積，cs為軸承的比熱容，ts為軸承的溫度；

46、鏈傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程用以下方程表示：

47、

48、其中，ρg為鏈的密度，vg為鏈的體積，cg為鏈的比熱容，tg為鏈的溫度；

49、潤滑油網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程用以下方程表示：

50、

51、其中，ρo為潤滑油的密度，vo為潤滑油的體積，co為潤滑油的比熱容，to為潤滑油的溫度；

52、殼體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的熱狀態(tài)方程用以下方程表示：

53、

54、其中，ρh為殼體的密度，vh為殼體的體積，ch為殼體的比熱容，th為殼體的溫度。

55、一種基于熱阻網(wǎng)絡(luò)的適時(shí)分動(dòng)器空載模式熱狀態(tài)估計(jì)裝置，包括：

56、獲取模塊:用于獲取車輛的工況參數(shù)與適時(shí)分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，

57、建立模塊i:基于車輛的工況參數(shù)與適時(shí)分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)摩擦特性，計(jì)算旋轉(zhuǎn)部件的粘性功率和接觸摩擦功率，得到浸油部件攪油損失和機(jī)械接觸摩擦損失，從而建立適時(shí)分動(dòng)器的產(chǎn)熱功率模型；

58、建立模塊ii:根據(jù)適時(shí)分動(dòng)器內(nèi)部潤滑油的流速分布特征，將殼體劃分為不同的流固對流傳熱區(qū)域，不同流固對流傳熱區(qū)域均包含殼體內(nèi)表面、殼體外表面；針對不同旋轉(zhuǎn)部件與殼體的流固對流傳熱區(qū)域，分別建立旋轉(zhuǎn)部件與潤滑油的流固傳熱模型、潤滑油與殼體的流固傳熱模型、殼體與空氣的流固傳熱模型；

59、建立模塊iii:基于浸油部件攪油損失和機(jī)械接觸摩擦損失，分析適時(shí)分動(dòng)器的產(chǎn)熱特征，基于旋轉(zhuǎn)部件與潤滑油、潤滑油與殼體、殼體與空氣的流固傳熱模型結(jié)合適時(shí)分動(dòng)器各個(gè)元件的散熱特征分析，通過熱平衡原理，以各元件為等溫節(jié)點(diǎn)利用集總參數(shù)法建立出適時(shí)分動(dòng)器的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并用熱平衡方程呈現(xiàn)；

60、求解模塊:結(jié)合熱阻網(wǎng)絡(luò)模型各節(jié)點(diǎn)初始溫度與仿真步長，及適時(shí)分動(dòng)器上一時(shí)刻溫度狀態(tài)，量化一個(gè)時(shí)間步長下熱阻網(wǎng)絡(luò)模型中各節(jié)點(diǎn)之間的能量流動(dòng)值，以求解適時(shí)分動(dòng)器當(dāng)前時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)溫度值。

61、一種車輛，所述車輛的適時(shí)分動(dòng)器采用任意一項(xiàng)所述的一種基于熱阻網(wǎng)絡(luò)的適時(shí)分動(dòng)器空載模式熱狀態(tài)估計(jì)方法。

62、本發(fā)明提供的一種基于熱阻網(wǎng)絡(luò)的適時(shí)分動(dòng)器空載模式熱狀態(tài)估計(jì)方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

63、該分動(dòng)器空載模式的熱狀態(tài)估計(jì)方法通用性強(qiáng)、計(jì)算簡單，可滿足實(shí)車算力，具備實(shí)時(shí)監(jiān)測功能；并且以內(nèi)部能量流動(dòng)的量化特征為出發(fā)點(diǎn)構(gòu)建整體的熱狀態(tài)方程；針對廣泛的關(guān)注目標(biāo)，能夠?qū)櫥蜏囟燃皻んw的不同區(qū)域進(jìn)行即時(shí)全面的溫度估計(jì)。同時(shí)，模型展現(xiàn)了高度的實(shí)用性和精確度：在隨機(jī)車速的循環(huán)工況下，其估計(jì)值與試驗(yàn)測量值的偏差值均保持在6℃以內(nèi)。