第二章車輛動力系統匹配理論北京理工大學機械與車輛工程學院張付軍本章主要內容2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.2車輛動力系統結構（民用與履帶分析）2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）2.4動力系統與車輛匹配分析方法（靜態分析與動態分析、“順流”分析與“逆流”分析）2.5動力系統與車輛匹配優化與評價（參數化建模、參數敏度分析、優化函數定義、確定優化方法，確定優化函數）案例分析：計算題——給定傳動系統簡圖和車輛參數，進行車輛動力系統，用MATLAB編制程序計算動力系統牽引特性，并據此進行參數影響規律分析與優化。本章的目的掌握車輛動力系統匹配要求和方法了解車輛動力系統功率流的構型掌握關鍵部件的數學建模技術掌握動力系統功率流“順流”、“逆流”分析方法的實質，了解基于“仿真目的”的功率流建模思想，學會進行功率流仿真與分析的一般步驟了解利用仿真工具開展系統分析的方法：參數敏度分析方法和參數優化方法2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.1車輛動力系統的定義（趙老師已經進行過系統介紹）車輛動力系統是車輛動力裝置（PowerPack）的別稱,更強調從多學科角度體現動力裝置的系統化,是驅動車輛行駛所需能量產生、傳遞、消耗與管理的所有部件及子系統的有機綜合體。傳統的車輛動力系統主要指動力艙內的部分，包括發動機、傳動裝置、冷卻系統等。而現代新型動力系統（如各種混合動力系統）在車輛上采用柔性布置方式，并不僅限于動力艙內。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求戰斗車輛的動力裝置是車輛推進系統的一部分，是指推進系統中在維修和更換零部件時需要從車內整體吊出的部分，通常動力裝置至少包括下列部件：發動機、傳動裝置、冷卻系統、動力裝置控制等。為了實現更好的整體吊裝、提高維修性，最好還應包括空氣濾清系統和附件驅動系統。可見，動力裝置是一個涉及多個不同學科和技術領域的綜合系統，為了滿足車輛行駛要求，應該具有良好的系統性能。而系統性能的實現要靠系統的分析與設計，動力裝置的設計以各部件與子系統的最優匹配和集成設計為重點，實現其系統綜合性能的最優化。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求需要提出的是過去我國裝甲車輛的分類中通常將動力裝置僅指發動機，裝甲車輛的動力艙包括動力裝置、傳動裝置和動力輔助系統三部分。這種分類與國外的動力裝置（如歐洲動力裝置、美國的AIPS系統等）的定義不同。2008~2009兵器科學技術學科發展報告明確地提出了推進系統的一體化技術。它的學科內涵和關鍵技術定義如下：2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求履帶式車輛推進系統一體化技術涉及系統分析與集成、工程熱物理、動力機械及工程、車輛工程、熱能工程、檢測技術與自動化裝置等多個二級學科。履帶式車輛推進系統包括動力裝置、傳動操縱系統、動力傳動輔助系統和行動部分，實現裝甲車輛的驅動功能。推進系統一體化技術就是以優化車輛的機動性和經濟性指標為任務，并兼顧車輛的隱身和維修性指標，以發動機、綜合傳動裝置、動力艙輔助系統、車輛懸掛裝置技術為基礎，以車輛動力艙為約束條件，開展整個推進系統的結構集成、能量傳遞過程匹配、能量綜合管理和動力學等方面的研究，將裝甲車輛的動力性和經濟性指標轉化為具體的推進系統部件的技術指標和設計方案。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求推進系統一體化技術包括：推進系統一體化性能匹配與能量綜合管理技術；動力傳動一體化結構集成技術；動力艙熱管理技術；推進系統一體化動力學匹配技術；新型動力傳動系統技術；推進系統轉矩和動力學協調控制技術和高性能懸掛技術等。為了適應未來裝甲車輛的需求，動力系統一體化設計技術還按照系統設計思想開展推進系統的創新系統方案研究，為未來裝甲車輛提供先進的推進系統技術。推進系統一體化技術包括結構高度集成的一體化系統集成技術、高度柔性布置的一體化系統集成技術，以及創新性推進系統方案三種。圖1.2AIPS與Abrams兩推進系統的體積對比分析[23]圖2.2T72坦克動力艙圖7美洲獅裝甲人員輸送車動力裝置布置圖8美洲獅裝甲人員輸送車動力裝置排氣管2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求履帶式車輛推進系統一體化技術發展分為設計技術和推進系統及其部件兩個方面。表現出如下發展趨勢：推進系統技術。實現推進系統的理想驅動特性和操縱特性是推進系統一體化技術的核心。未來裝甲車輛高機動性的要求，使推進系統的功率密度不斷提高，最新的噸功率指標>20kW/噸，而“美洲豹IV”更是達到了創紀錄的25kW/噸。動力換檔、自動操縱、無級變速、主動懸掛是推進系統發展的技術特征。基于電傳動技術的機電混合驅動和高度柔性布置的串聯式混合動力推進系統技術代表了未來發展的趨勢。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力傳動及其輔助系統的一體化結構集成技術。裝甲車輛狹小的動力艙空間，使得結構集成技術成為裝甲車輛動力傳動裝置探討的永久課題之一。三種結構集成思想：順其自然集成、給定空間集成、一體化集成。比較典型的系統有歐洲動力機組和美國的AIPS動力傳動裝置。2005年10月20日進行演示驗證的德國“美洲豹IV”（PumaIV）動力傳動裝置代表了動力傳動裝置結構集成技術的未來發展方向。結構集成的技術發展表現出下列特點：1）可以整體吊裝、能夠獨立運轉的一體化結構；2）冷卻、潤滑（液流系統）和結構的一體化集成設計技術，3）以兩級旋風筒和高壓精濾為基礎的高效、高緊湊進排氣系統技術，4）一體化的輔件集成驅動技術，5）新型機電和液壓機械驅動裝置的一體化結構集成技術。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求推進系統的一體化協同設計和仿真技術。推進系統的多學科一體化協同設計與仿真技術是推進系統實現一體化的基礎。該技術以計算機網絡技術、商業化的仿真軟件、產品數據管理（PDM）技術為基礎，研究分屬于不同學科的設計過程的仿真軟件之間的協同化方法，建立反應推進系統各部件設計參數對車輛機動性、經濟性和結構緊湊性影響規律的推進系統靜態和動態設計與仿真模型。實現對推進系統參數的綜合優化。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力艙熱管理技術。高的功率密度和相對封閉的狹小空間使得裝甲車輛動力艙散熱問題突出。動力艙熱管理技術從一體化的系統設計角度，對熱量的生成、傳熱和控制進行系統化的研究。包括動力、傳動及輔助系統之間復雜的偶合傳熱問題。涉及三方面的內容：動力傳動裝置熱流和功率流偶合傳熱；動力艙流場與冷卻系統和部件熱邊界間的偶合傳熱；動力傳動冷卻系統的調節與控制技術等。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求基于推進系統轉矩模型的一體化控制技術。推進系統的主要任務是完成對車輛的驅動。轉矩傳遞控制是推進系統中的核心。基于推進系統轉矩模型的一體化控制技術將推進系統作為一個整體進行轉矩的協調控制。能夠及時地反映駕駛員需求和道路狀況對推進系統轉矩的需求并進行預控，從根本上改變了推進系統轉矩的被動控制思路。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.2車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求民用車輛民用車輛有眾多的性能指標。包括：動力性能、經濟性、排放性、駕駛操縱性、安全性、可靠性、環境適應性能等。在這些性能中，動力性能是車輛的基本要求(不同車輛有不同的要求)；經濟性和可靠性等是用戶關心的重要使用性能；而安全性、排放性等則是社會對汽車提出的要求。其中動力性能與車輛的動力系統性能具有直接的關系，經濟性、排放性能也與動力系統關系密切。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.2車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求履帶車輛履帶車輛有眾多的性能指標。包括：火力及火力機動性能、機動性能、防護性能、觀察通訊和電子信息性能、可靠性與維修保障性能，此外，還有經濟性能、電器性能和環境適應性能等。在這些性能中，火力及火力機動性能、機動性能和防護性能是坦克裝甲車輛的基本內容，三者的結合和統一構成了坦克裝甲車輛的基本特征。其中機動性能與車輛的動力系統性能具有直接的關系，經濟性也與動力系統關系密切，而環境適應性要求則給動力系統提出了設計的環境邊界。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.2車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求履帶車輛行駛的要求正常行駛的速度范圍：6~10倍；牽引力變化范圍：10~15倍；能夠倒駛；能夠切斷動力；能迅速制動；能夠修正或改變方向；2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.2車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力源特性比較2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力裝置的組成車用動力裝置是驅動車輛行駛所需能量產生、傳遞、消耗與管理的所有部件及子系統的有機綜合體。戰斗車輛的動力裝置是車輛推進系統的一部分，是指推進系統中在維修和更換零部件時需要從車內整體吊出的部分。通常動力裝置至少包括部件：發動機、傳動裝置、冷卻系統、動力裝置控制等。為了體現動力傳動一體化的思想，將動力裝置分為發動機、傳動裝置、液流系統（包括冷卻系統、潤滑系統、液壓系統和寒區起動系統）、冷卻空氣系統、燃燒空氣系統、控制系統等6個子系統。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力裝置的功能籠統地講動力裝置的功能就是完成車輛行駛所需能量的產生、傳遞、消耗與管理。具體地講動力裝置應完成下列具體功能：完成燃料燃燒釋放的化學能向機械能的高效轉換，主要取決于發動機的類型、工作參數等；實現理想的驅動特性、滿足車輛對最高車速、最大爬坡度和最短加速時間的驅動要求。連續、等功率驅動特性是車輛的理想驅動特性；驅動特性取決于發動機的功率、轉矩特性、傳動裝置的調節能力等。簡化動力裝置和車輛的操縱，實現動力裝置的自動化操縱。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力裝置的功能對于履帶車輛完成車輛的轉向功能，連續無極轉向是追求的目標。保證動力裝置工作中可靠的散熱，保證動力裝置可靠工作的環境條件。保證動力裝置燃燒所消耗空氣的清潔，保證動力裝置工作的可靠性。上述功能是動力裝置必須滿足的功能要求，在滿足上述功能的前提下，動力裝置還應具有良好的經濟性、結構緊湊性和可靠性指標，同時還要考慮操縱性、維修性和紅外特征等。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3動力系統的主要性能指標坦克裝甲車輛的機動性能通常包括動力裝置性能、單位功率、最大速度、平均速度、加速性、制動性、轉向性、通過性、水上性能、最大行程和百公里油耗量等。廣義機動性能也包括環境適應性和運載適應性等。傳統設計方法中，決定車輛機動性指標的動力系統性能指標主要強調發動機的性能指標，包括：發動機的類型、主要特征（缸徑、沖程、缸數、氣缸排列方式、冷卻方式、燃料種類等）、主要工作特性（如額定功率、額定轉速、燃油消耗率、最大轉矩和相應的轉速等）、發動機外向尺寸和質量、燃料和潤滑油箱容量、輔助系統的種類等。從一體化角度分析動力系統的主要指標如下：2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3動力系統的主要性能指標2.1.3.1動力性指標2.1.3.1.1整車牽引功率和驅動輪驅動功率整車牽引功率是指車輛履帶或驅動輪直接與地面相互作用的功率，是指發動機功率沿功率流傳遞過程中扣除各種損失后,履帶與地面作用的總凈功率，其中最大值稱為整車標定牽引功率。驅動輪驅動功率是指車輛驅動輪上所獲得的總驅動功率，是指發動機功率沿功率流傳遞過程中扣除各種損失后傳到車輛驅動輪上的總凈驅動功率，其中最大值稱為驅動論標定驅動功率。整車標定牽引功率和驅動輪標定驅動功率指標主要影響車輛的最高車速大小。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.1.2整車牽引力和驅動輪轉矩整車牽引力是指車輛履帶或驅動輪直接與地面相互作用的牽引力。是指發動機外特性轉矩沿功率流傳遞過程中扣除各種損失后履帶與地面作用的凈總牽引力，其中的最大值稱為整車最大牽引力。驅動輪轉矩是指車輛驅動輪上所獲得的總轉矩，是指發動機外特性轉矩沿功率流傳遞過程中扣除各種損失后傳到車輛驅動輪上的總驅動轉矩，其中的最大值稱為驅動輪最大轉矩。整車最大牽引力和驅動輪最大驅動轉矩指標主要影響車輛的最大爬坡能力。為了評價不同重量車輛的動力性指標，引入單位牽引力（動力因數）和驅動輪重量比轉矩指標。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.1.3整車牽引特性和驅動輪轉矩特性整車牽引特性是指不同檔位下整車牽引力或單位牽引力隨車速變化的一組曲線。對于采用液力傳動的動力裝置，包括液力變矩器閉鎖和解鎖狀態下的牽引力特性曲線。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求發動機功率利用系數和動力裝置功率利用系數：發動機功率利用系數就是指在驅動輪轉矩特性圖中，各檔實際驅動特性曲線下方面積與動力裝置理想驅動特性曲線下方面積之比。所謂理想驅動特性是指一條等功率驅動特性線。功率值可以為發動機的標定功率，也可以是驅動輪標定驅動功率（即最大驅動輪功率）。發動機功率利用系數反映了動力裝置的綜合匹配情況，與發動機的轉矩特性、輔件消耗功率、傳動效率、變速箱傳動比設計等有關。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求發動機功率利用系數和動力裝置功率利用系數：動力裝置功率利用系數。如果理想驅動特性的功率為驅動輪標定功率則發動機功率利用系數稱為動力裝置的功率利用系數，與發動機的轉矩特性、變速箱傳動比設計等有關。動力裝置加速效能系數。動力裝置加速效能系數是評價動力裝置的實際加速能力與理想驅動特性下動力裝置加速能力的接近程度的指標。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.2經濟性指標2.1.3.2.1動力裝置的功率損失及其效率驅動輔件的功率損失：是指發動機裝入動力艙后由于工作條件變化（如進排氣阻力、環境溫度）引起的發動機功率的損失，以及功率流傳遞線路中驅動各種輔件所消耗的功率（如驅動各種水泵、機油泵、冷卻風扇等）。驅動輔件的功率損失可以根據輔件的特性曲線求出。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求功率流傳遞過程的功率損失：功率流傳遞過程的功率損失是指功率流傳遞線路中各環節的損失功率。包括發動機的摩擦損失和傳動裝置各檔位下的齒輪傳動功率損失和液力變矩器的液力損失。其中液力變矩器的功率損失可以通過變矩器的特性曲線求出，而動力裝置的功率損失可以通過閉鎖變矩器離合器情況下的整個動力裝置的倒拖實驗獲得。動力裝置機械效率：是指動力裝置燃料燃燒轉換成的總機械功率扣除上述驅動輔件和功率流傳遞過程的功率損失后在驅動輪上獲得的凈功率與動力裝置的總機械功率之比。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力裝置的熱效率：動力裝置熱效率是動力裝置的總熱工轉換效率，指動力裝置驅動輪功率與動力裝置單位時間（1s）內燃料燃燒所放出的熱量（kW）之比。2.1.3.2.2動力裝置的效率特性動力裝置的效率特性是指不同檔位下動力裝置的機械效率和熱效率隨驅動輪轉速或車速變化的規律。動力裝置的效率特性和驅動特性曲線合稱為動力裝置的速度特性。動力裝置功率調節機構位于標定功率位置時的速度特性稱為動力裝置的外速度特性；動力裝置功率調節機構位于標定功率以下位置時的速度特性稱為動力裝置的部分速度特性。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求

2.1.3.2.3動力裝置的比油耗動力裝置的比油耗是指動力裝置輸出單位機械功所消耗的燃油量。動力裝置的比油耗可以有不同的表示方法，如g/kW.h和L/100km。為了直觀方便起見，可以用驅動特定車輛時的百公里油耗表示，如L/100km。車輛的百公里油耗是一項綜合反映動力裝置與車輛匹配情況的技術指標，不僅與動力裝置本身的效率特性有關，還與車輛的行駛狀態（如車輛的常用速度和驅動力大小）有關。不同用途的車輛具有不同的使用狀態，是一個具有統計意義的概念。為了評價車輛不同使用狀態的動力裝置與車輛的匹配狀態，通常用等速百公里油耗和循環百公里油耗對動力裝置與車輛匹配的經濟性進行評價。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求車輛等速百公里油耗：車輛等速百公里油耗是車輛在特定路面上行駛時，動力裝置處于不同檔位時車輛等速行駛的百公里油耗。等速百公里油耗可以用來比較和評價動力裝置不同檔位時的經濟性，以及根據不同車速選擇合理的檔位。車輛循環百公里油耗：車輛循環百公里油耗是指車輛按照特定的行駛循環行駛、動力裝置按照規定換擋規律運行時車輛的百公里油耗。對于軍用車輛，可以由不同典型循環的油耗計算混合油耗，如行軍循環、陀里循環、裝工院循環等。熱工轉換裝置（發動機）工況（轉速、負荷）、變矩器工況（渦輪與泵輪速比）和動力裝置檔位統計特性。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.2.4動力裝置的萬有特性動力裝置的萬有特性是一種能夠綜合反映動力裝置與車輛匹配的特性圖。如下頁圖所示。該圖是一個四象限圖，位于第一象限和第三象限的分別是熱工轉換機構（發動機）和車輛的特性圖。位于第二和第四象限的是負責熱工轉換機構（發動機）和車輛的狀態轉換的曲線，比較困難的是液力傳動時的狀態轉換曲線的繪制。動力裝置萬有特性曲線可以利用實驗數據繪制，也可以利用仿真數據繪制，由于車輛試驗中數據測量比較困難，所以一般通過仿真數據繪制動力裝置的萬有特性曲線，也可以動力裝置綜合實驗臺測量動力裝置萬有特性曲線。后處理軟件的開發

為了使仿真結果的讀取及處理實現系統化和規范化，使仿真結果得到有序的管理和利用，可以利用MATLAB/GUI和M語言開發動力裝置性能分析顯示用戶界面。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.3結構緊湊性指標結構緊湊性通常用單位體積和單位重量的動力性指標表示。動力裝置的單位體積驅動輪功率和轉矩，以及單位重量驅動輪功率和轉矩可以用來表示動力裝置的結構緊湊性指標。2.1.3.3.1動力裝置單位體積驅動輪功率和轉矩動力裝置單位體積驅動輪功率是指動力裝置驅動輪標定功率與動力裝置體積之比，如kW/m3。動力裝置的單位體積驅動輪轉矩是指動力裝置驅動輪轉矩與動力裝置體積之比，如N.m/m3。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求動力裝置的體積一般是指動力裝置的外擴尺寸所包容的體積，在確定動力裝置外擴尺寸時有時可以不考慮某些部件的局部突出部分。動力裝置排水容積：是指將動力裝置所有的開口密封后完全浸入水中，能夠排開的水體積。動力裝置的裝箱體積：是指用1-2個簡單的箱子來表示物體的體積，計算箱子的長、寬、高，其乘積即為物體的裝箱體積。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求實現高體積功率密度的途徑：一方面要統籌考慮動力裝置各子系統的結構和布置，采用合理的部件適度集成和分離設計、充分利用動力裝置輪廓內的有效空間。另一方面要從系統學角度考慮結構設計與動力裝置的性能匹配。通過采用先進的系統方案和零部件技術，從減小動力裝置的空氣消耗量、燃油消耗量、散熱量等。上述措施一方面劍俠了附件的尺寸和體積，另一方面減小了動力裝置的系統功率損失。這種多角度考慮改進措施可以同時提高驅動輪功率、減小輔助系統的體積，從而獲得高的動力裝置體積功率指標，是動力裝置結構集成設計的關鍵。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.3.2動力裝置單位重量驅動輪功率和轉矩動力裝置單位重量驅動輪功率是指動力裝置驅動輪標定功率與動力裝置的重量之比，如kW/噸。動力裝置的單位重量驅動輪轉矩是指動力裝置驅動輪轉矩與動力裝置的重量之比，如N.m/噸。動力裝置的單位重量驅動輪功率和轉矩的提高一方面依賴于提高動力裝置單位體積驅動輪功率和轉矩、提高動力裝置的體積功率密度，另一方面還與采用先進的輕質材料和精細化的結構設計有關。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求開展一體化設計的技術手段需求分析動力裝置的結構與動力裝置的性能匹配間存在著很強的耦合性必須建立能夠描述動力裝置的結構布局、功率流匹配、熱流匹配和動力學匹配的系統分析模型和技術平臺模型必須包括他們之間的相互耦合關系模型采用系統的分析、優化和評價方法是一體化集成設計的核心所在2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.4動力裝置的其它技術要求從動力裝置的系統學角度進行動力裝置的集成化設計時，除考慮上述主要技術指標外，還要綜合考慮下列技術要求，對動力裝置進行系統全面的評價。2.1.3.4.1動力裝置的可靠性動力裝置系統分析和集成設計不能夠直接解決動力裝置部件的可靠性問題，但是動力裝置的集成設計可以從系統層面為零部件的可靠性設計提供幫助，同時在設計初期解決系統層面的可靠性問題。可以從三個方面解決系統層面的可靠性問題：2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求一方面動力裝置的功率流和熱流耦合分析保證了動力裝置功率流和熱流系統的協調工作，不僅保證了動力裝置的性能發揮，也避免了部件因承受過大的機械和熱負荷而損壞。另一方面，動力裝置的功率流匹配分析給出了動力裝置各部件在各種動態和靜態工況下的載荷，為零部件的結構強度設計提供了合理、全面的載荷邊界；第三，動力裝置的動力學分析給出了動力裝置承受的振動載荷特性、避免了動力裝置因共振現象造成的部件失效。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求比較典型的與可靠性相關的系統參數包括：發動機：發動機進氣溫度（即中冷后溫度）、缸內最高爆發壓力、缸內最高燃燒溫度發動機渦輪前溫度、發動機水溫、潤滑油溫度等傳動裝置：各軸最大轉矩及其動載荷、離合器摩擦片的最大線速度、傳動液溫度離合器換擋時間、典型循環行駛的換擋頻次等2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.4.2動力裝置的操縱性對動力裝置操縱是車輛與道路狀況匹配的需要動力裝置與車輛的匹配特性直接影響動力裝置的操縱性。匹配良好的動力裝置可以減少動力裝置的檔位數，減少使用過程中的換擋次數和換擋過程產生的沖擊載荷提高動力裝置的工作可靠性和車輛的乘坐舒適性。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.4.3動力裝置的維修性動力裝置的集成化設計思想是以部件的高可靠性為前提的。不強調在動力艙內對除需要日常維護部件（如各種油濾和空氣濾）以外的零部件進行拆裝維修。而是強調動力裝置的整體吊裝或合理的模塊化設計，通過模塊間的快速連接達到動力裝置快速更換的目的。因而動力裝置的結構設計除保證日常維護部件的快速更換外，動力裝置的整體吊裝性能和功能模塊的合理劃分對動力裝置的維修性具有重要的意義。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.4.4動力裝置的紅外特征動力裝置是裝甲車輛主要的紅外特征發射源，動力裝置集成設計必須從系統學角度考慮減小動力裝置的紅外特征。可以從下列方面考慮抑制車輛的紅外特征：從系統能量利用角度加大排氣能量的回收、減低排氣溫度。利用廢氣引射使排氣與空氣混合、降低排氣溫度。對排氣系統和冷卻空氣系統進行系統化設計，利用廢氣引射將冷卻空氣與排氣混合、降低排氣溫度。2.1車輛主要性能指標及對動力系統匹配要求2.1.3.4.4動力裝置的紅外特征合理設計冷卻空氣和排氣系統的出口位置和氣流方向減小車輛紅外特征。通常冷卻空氣和排氣系統從車尾部向下排出有利于減小紅外特征。動力裝置高溫部件的隔熱和冷卻。通過對排氣管的隔熱設計和合理的冷卻可以有效降低動力裝置的紅外特征。從動力裝置的一體化設計角度，以動力傳動裝置的熱流匹配和動力艙的流場仿真為基礎、開發紅外特征計算軟件可以在設計階段對紅外特征進行初步的預測，從抑制紅外特征角度提出指導動力裝置設計的思路。2.2車輛動力系統功率流結構（民用與履帶分析）2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）根據上節對傳動系統的構型分析，可以看出，動力系統的轉矩傳遞理論與建模的關鍵就是建立各部件的數學關系，描述部件的轉速和轉矩傳遞特性；這里暫不考慮部件的動態特性和慣量等因素給轉矩傳遞帶來的影響，而且轉矩傳遞的系統分析中一般不考慮部件的柔性，所以稱為剛性轉矩傳遞。主要包括：部件轉速和轉矩傳遞特性（物理模型、特性數據模型、傳遞函數模型）；后面將要介紹的動力系統匹配分析方法中將介紹動態過程的建模方法和分析方法。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）車輛動力系統的系統運動學和動力學理論部件概括起來包括:1）發動機（動力源）2）離合器或變矩器3）變速裝置4）匯流排5）差速器6）分流裝置7）轉向裝置2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）車輛動力系統的系統運動學和動力學理論包括：車輛動力系統直駛運動學（輪式）和轉向運動學（履帶）車輛動力系統直駛動力學（輪式）和轉向動力學（履帶）2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛運動學和轉向運動學（履帶）輪式車輛運動學計算方程：車速：Vh=0.377*（r*ne)/(ib*ic)?nr=?傳動比i=n入/n出，對于外嚙合齒輪方向相反-，內嚙合齒輪方向相同+對于變矩器，Iy=n渦/n泵,，0~1之間，0.8左右是耦合器點，閉鎖時=1，旋轉方向相同。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛運動學和轉向運動學（履帶）履帶車輛直駛運動學計算方程：車速：Vh=?nr=?直駛時不用考慮轉向分路的功率流，泵的排量等于0，轉向0軸轉速等于0，2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛運動學和轉向運動學（履帶）履帶車輛轉向運動是一個復合運動：履帶運動學O點是坦克的轉向中心，O1,O2分別是內外側履帶接地面的瞬時轉向中心，坦克接地段的滑轉和滑移速度都為0時，稱為理論轉向O1與C1、O2與C2重合分析時注意隔離體—>履帶2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛運動學和轉向運動學（履帶）履帶車輛轉向運動是一個復合運動：履帶運動學坦克履帶接地段的滑轉（沿著軸轉動）和滑移（相對地面移動）速度都為0時，稱為理論轉向；理論轉向半徑與實際轉向半徑的區別。坦克整體運動學設直駛時履帶的速度為v，轉向時坦克內側的履帶速度v1總是小于轉向前的速度。對于外側履帶速度不同分為三種轉向情況：V2>V；V2=V；V2<V。轉向運動學參數qk=y/B2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛運動學和轉向運動學（履帶）2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛運動學和轉向運動學（履帶）液壓機械雙流傳動裝置轉向運動學在后面的“轉向”動態建模中介紹2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（輪式）2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

其中對于輪式車輛在建模時需要給出a,b,h,等需要描述車輛中心位置的參數，目的是計算前后輪的載荷分配，輪的法向壓力，輪子的牽引力等。輪胎模型一般在輪式車輛的模型中需要輸入。這個模型主要是計算地面的附著力，用于對車輛的牽引力進行修正。當車輛的牽引力Fxf,Fxr的值大于地面附著力，那么就取地面附著力。而且地面附著力隨著輪胎的滑轉率改變。如何計算地面滑專率？根據輪速和車速計算。車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（輪式）滑轉率=相對滑動速度與計算速度之比2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）2、地面附著力

Fdf=G·cosα·φ

φ—地面附著系數2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模直駛動力學

車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）2、地面附著力

Fdf=G·cosα·φ,φ—地面附著系數牽引力、地面附著力在其他條件相同（路面、車輛），都隨著滑轉率而變化，如左圖。上表測得的地面附著系數是在最佳滑轉的B點和完全滑轉的C點之間測得的。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）3、行駛阻力。坦克拖掛車輛，加速、上坡行駛時，它受5個主力。滾動阻力。地面垂直下陷形成的阻力Fg=fGcosαf----滾動阻力系數上坡阻力。重力在行駛方向上的分力Fp=Gsinα空氣阻力。坦克的空氣阻力較小。加速阻力。克服坦克慣性的阻力掛鉤阻力。拖掛阻力在行駛方向上的力。Fggcosγ直駛動力學

2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

履帶轉向動力學車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）1、作用在車輛上的外力F1,F2---內、外側履帶的牽引力（地面的反作用力）；Fg1,Fg2---內、外側履帶的滾動阻力；Fzh,Fzq---轉向時產生的后履帶和前履帶板的阻力。2、當直駛時，Fzh=Fzq=0，F1=F2=F（總牽引力=2F）3、轉向時，可以看做有兩種力：一種是直駛的牽引力；另一種是轉向的轉矩Mz。4、內外側履帶牽引力F1,F2與平均牽引力F=(F1+F2)/2,之間的差形成的轉矩與Fzq，Fzh形成的轉向阻力矩構成轉向動力學力矩1、作用在車輛上的外力F1,F2---內、外側履帶的牽引力（地面的反作用力）；Fg1,Fg2---內、外側履帶的滾動阻力；Fzh,Fzq---轉向時產生的后履帶和前履帶板的阻力。2、當直駛時，Fzh=Fzq=0，F1=F2=F（總牽引力=2F）3、轉向時，可以看做有兩種力：一種是直駛的牽引力；另一種是轉向的轉矩Mz。4、內外側履帶牽引力F1,F2與平均牽引力F=(F1+F2)/2,之間的差形成的轉矩與Fzq，Fzh形成的轉向阻力矩構成轉向動力學力矩2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）

履帶轉向動力學2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）1、履帶接地段直駛滾動阻力Fg1=Fg2=1/2*f*G2、接地段的制動力（圖b)與牽引力(圖a)接地段的地面附著條件：

履帶轉向動力學2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）3、履帶接地段前面和后面轉向阻力假設：

1）坦克負荷沿履帶均勻分布，地面轉向阻力Fz與法向負荷成正比，比例系數μ=Fz/G；稱為轉向阻力系數。

2）坦克質心在水平面上的投影與坦克平面在地面上的投影中心重合。作用在履帶接地段單位長度上的力為：

p=G/2L

單位長度接地段轉向阻力：

Fzd=μ*p

=μ*G/2L

履帶前后段轉向阻力：

Fzq1=Fzd*L/2=μ*G/4Fzq=Fzq1+Fzq2=μ*G/2

Fzh=Fzh1+Fzh2=μ*G/2

履帶轉向動力學2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）3、履帶接地段前面和后面轉向阻力假設：

3）轉向阻力系數。堅硬路面：主要是滑動摩擦阻力松軟路面：按照尼基金公式計算

履帶轉向動力學2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

履帶轉向動力學(平路）車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）3、履帶接地段前面和后面轉向阻力假設：

3）轉向阻力系數。堅硬路面：主要是滑動摩擦阻力松軟路面：按照尼基金公式計算

2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

履帶轉向動力學(平路）車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）3、履帶接地段前面和后面轉向阻力假設：

3）轉向阻力系數。堅硬路面：主要是滑動摩擦阻力松軟路面：按照尼基金公式計算

2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）5、轉向所需牽引力和制動力：

履帶轉向動力學2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模車輛動力系統直駛動力學和轉向動力學（履帶）5、轉向所需牽引力和制動力：

履帶轉向動力學2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）動力裝置動力裝置的數學模型主要是建立動力裝置的轉矩特性數學模型：圖表法。通常用一維的數據表格M=f(n)，表示轉矩特性。有時也可以通過M=f(qinj,n),qinj代表發動機的負荷，n發動機轉速。擬合曲線法。有時通過轉速n的高次方曲線擬合發動機的轉矩特性。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）2）離合器或變矩器變矩器模型2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模液力變矩器工作原理泵輪/渦輪/導輪工作過程：動力輸入外罩帶動泵輪旋轉液體能量（扭矩）進入渦輪液體能量（扭矩），使渦輪旋轉帶動工作機（輸出）工作液流進入導輪（導輪不動），改變扭矩（外面阻力矩傳入）液體進入泵輪，繼續循環。特點：輸入部分與輸出部分沒有剛性的機械聯接，而是通過工作液體為介質來傳遞動力。泵輪渦輪導輪閉鎖離合器2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）2）離合器或變矩器變矩器模型目前廣泛采用原始特性曲線表示液力變矩器性能。它主要包括以下幾個表示液力變矩器性能的重要的無因次特性，即變矩系數，效率和轉矩系數，公式如下：nB1,nB2，nB3，nB4為不同的泵輪轉速下做出的特性2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模變矩器的輸入和輸出特性2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模發動機與變矩器的匹配2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模發動機與變矩器的匹配在發動機與液力變矩器共同工作時，應盡量滿足以下條件：盡量使液力變矩器的高效工作區寬一些，并使最高效率工況與發動機的最大功率點重合，此時可以輸出最大功率。速比＝0時的泵輪特性曲線與外特性的交點決定了車輛的起動轉矩，因此希望此交點與發動機的最大轉矩點重合。從經濟性角度考慮,液力變矩器與發動機共同工作區域應處于發動機的低油耗區,在同等功率的條件下,柴油機的燃油消耗量和尾氣排放量應盡可能地減少。為使柴油機不至于因負載突然增大而熄火,泵輪特性曲線中的任何一條與凈轉矩外特性曲線的交點,應在熄火點以右。離合器模型：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模根據離合器接合過程的扭矩變化關系，可將其接合過程分為三個階段：無扭矩傳遞階段(即空行程階段)AB、扭矩傳遞階段(即滑磨階段)BC和扭矩不再增長階段(即同步接合階段)CD圖中，lc即離合器行程，與上面公式中的X1相反摩擦系數Mc對于摩擦片的性能影響很大，下一頁給出了Allison公司給出的摩擦系數的影響陰虛關系曲線離合器模型：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模Allison公司給出的摩擦系數的影響因素關系曲線

摩擦系數Mc與摩擦片材料、主被動摩擦片的相對滑磨速度和摩擦襯面的溫度等因素有關。摩擦系數有靜摩擦系數和動摩擦系數之分。靜摩擦系數Mcj是指摩擦副相對滑磨接近于零時的摩擦系數。在摩擦副試驗中，將開始打滑前的摩擦系數最大值作為Mcj。動摩擦系數Mcd是指在一定相對滑磨速度下的摩擦系數值。

Mcd對離合器接合過程的動載、滑磨功、摩擦副熱負荷等有較大影響摩擦系數隨主被動摩擦片相對滑磨速度的減小而增加，特別在滑磨的末期這一變化趨勢更加明顯。因此，在離合器的滑磨階段，摩擦系數Mc的變化對摩擦力矩Mc(t)也有較大的影響，特別是在離合器主被動摩擦片趨于同步前，摩擦系數mc將有較大的數值變化，造成Mc(t)較大的擾動，從而引起離合器滑磨末期的沖擊。從摩擦系數mc的變化這一角度再次說明了在離合器滑磨末期會產生沖擊。變速裝置理論模型：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

齒輪箱模型的建立考慮了傳動比的影響，效率的損失，轉動慣量的影響。同時還考慮了換檔時刻的轉矩傳動為零。轉速的變化遵從下式式中nin表示輸入轉速，nout表示輸出轉速，ig表示此時的傳動比。轉矩的變化遵從下式

Tin式中表示輸入轉矩，Tout表示輸出轉矩，Tloss和Tj和分別表示因傳動效率產生的轉矩損失和因齒輪的角加速度需要的轉矩消耗量。以上是變速箱的整體建模，所以應根據不同的變速箱結構簡圖推算出各檔位的傳動比，具體方法如下：變速裝置理論模型：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模定軸式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算功率流分析：粉線前進一檔，藍線前進2檔；粉虛線線倒一檔，藍虛線倒2檔計算傳動比I1=(z2/z1)*(z4/z3)I2=1i倒1==(z2/z1)*(z6/z5)i倒2=1變速裝置理論模型：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模定軸式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算功率流分析：粉線前進1檔，綠線前進2檔；藍線前進3檔，棕線倒1檔計算傳動比I1=

z2/z1I2=z6/z5I3=z4/z3i倒1=z8/z7變速裝置理論模型：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模定軸式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算功率流分析：粉線前進1檔，紅線前進2檔，綠線前進3檔，粉虛線前進4檔，紅虛線前進5檔，綠虛線前進6檔，藍線倒1檔,藍虛線倒2檔,計算傳動比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車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模傳動裝置的功率損失及其效率一般有級式機械傳動裝置的效率：當并聯連接各齒輪對時的效率為：某綜合傳動裝置傳動簡圖2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模行星式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算最簡單的行星機構由太陽輪s(t)、齒圈r(q)、行星架c(j)和行星輪p組成。單星行星排特點：每個行星輪同時與兩個中心輪相嚙合。結構最簡單，應用最廣泛。同向行星機構：行星架不動時，另兩元件轉速方向相同的行星排。異向行星機構：行星架不動時，另兩元件轉速方向相反的行星排。等軸差速器：行星排之一的轉速為一定時，另兩元件轉速之和為一定并按一定比例分配，即一元件轉速的增加值為另一元件轉速減小值的x倍。x=1時，稱為等軸差速。行星機構自由度計算:

行星機構自由度W為：w=x-p;

x—行星機構的旋轉件數；p—行星排數基本構件：太陽輪、齒圈和行星架

特點：行星排中與主動軸、被動軸和操縱件相聯的構件（受外力矩）。輔助構件（聯接件）：行星輪行星排中不與主動軸、被動軸和操縱件相聯的構件（不受外力矩）。轉速關系式，用ns、nr

、nc表示太陽輪、齒圈和行星架的轉速，則：轉矩關系式，從能量守恒觀點來推導。行星輪從三元件接收或傳給三元件的能量應是平衡的2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模行星排的基本型式。按照下列方式分類嚙合方式：行星輪與太陽輪和齒圈的嚙合方式，內嚙合、外嚙合、內外嚙合行星輪個數：連接太陽輪與齒圈的行星輪個數，單性、雙星行星輪的結構：簡單行星輪與雙聯行星輪行星式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（a）單星行星排（b）復星行星排（c、d）雙星行星排（e、f）錐齒差速器（g、h）柱型差速器典型車輛傳動應用的行星機構簡圖行星式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算2）復星行星排行星輪為復式雙聯齒輪。分為：外嚙合、內嚙合和內外嚙合三種。單星行星排1）單行星排每個行星輪同時與兩個中心輪相嚙合。結構最簡單，應用最廣泛。雙星行星排兩個互相嚙合的行星輪，這兩個行星輪分別與兩個不同的中心輪嚙合。分為內外嚙合、外嚙合、內嚙合三種；結構復雜，傳動比范圍大。錐齒差速器由左右兩個中心輪、行星架、行星輪組成，行星輪和中心輪為錐齒輪。有：差速器和復式差速器。柱形差速器由兩個中心輪、行星架、兩個行星輪組成，行星輪為兩個相同的柱形齒輪，相互嚙合，一起裝在行星架上。實際上是雙星行星排。有：分為外嚙合和內嚙合柱形差速器。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模傳動比計算：已知k值（或齒數）。首先分析傳動簡圖，明確掛某檔時，哪幾個操縱件工作，哪幾個行星排工作，哪幾個行星排空轉。然后，列出行星排的轉速關系式，解方程組，即可求得傳動比。行星式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算轉速分析目的：求行星排各構件的轉速和行星輪的自轉轉速。方法：（1）已知K值（2）已知I值相對轉速圖用平面線圖表示傳動轉速關系n2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模轉矩分析目的：求各構件所受的轉矩，為齒輪、軸、花鍵、離合器及制動器等零件的強度計算提供依據。r,s,c上的轉矩。符號規定：與輸入轉矩一致為正，反之為負。方法：利用行星傳動的轉矩關系式、行星排的轉矩關系式及構件的靜力學轉矩平衡方程進行求解。行星式變速箱傳動簡圖分析與各檔傳動比計算功率分析目的：求各行星排受力點上所傳功率大小和分析功率流方向。功率輸入和輸出的判斷規則：某點所受轉矩方向和轉速方向一致時，功率為正，從這點輸入功率；反之，功率為負，從這點輸出功率豹I坦克的變速機構：已知K1=k2=3.64,k3=1.88求各檔傳動比，并對三檔進行轉速、轉矩和效率分析。1檔2檔3檔4檔b1хb2хb3хc1ххххc2х設：輸入、輸出轉速分別為ni,no；1，2，3制動器對應的齒圈轉速分別為n1,n2,n3；各排的轉速關系式如右所示K1=k2=3.64,k3=1.88,nr1=nc2=n1，

nr2=nc3=n2nt1=nt2=nt3=ninr3=n3，nc3=no1檔，設n1=0,解方程組得到，i1=4.64；2檔，設n2=0,解方程組得到，i2=2.6；3檔，設n3=0,解方程組得到，i3=1.67；4檔，c1,c2均結合，整體回轉，i4=1。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模在行星傳動中，功率是在牽連和相對運動中傳遞的，分別稱為牽連功率和相對功率。假定：只計算和相對運動有關的齒輪嚙合損失，不計算整體回轉和交友損失；相對運動的齒輪嚙合損失與定軸齒輪傳動一樣。行星式變速箱傳動簡圖分析與各檔效率計算相對運動效率為：x；相對功率為：Px；相對功率損失為：Pl；輸入功率為：Pi；相對功率系數為：=Px/Pl對于單排行星減速器的效率值，一般取0.97-0.98。單星行星排雙星行星排2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模相對功率和效率計算方法：相對運動分析相對運動鏈上節點的轉矩、轉速相對功率Px.行星式變速箱傳動簡圖分析與各檔效率計算設從太陽輪輸入、行星架輸出、齒圈制動，nt,nj分別代表太陽輪轉速、行星架轉速。相對轉速為nt-nj。在太陽輪與行星輪嚙合處轉矩可以通過分析太陽輪的受力得到為Tt，相對功率Px=Tt（nt-nj）。對于多排行星可以根據各排三個構建的轉速n和轉矩T，分別計算相對功率系數β和相對效率ηx。然后按照多行星排效率計算公式計算整個傳動鏈的效率。單星行星排雙星行星排單行星排效率η多行星排效率η2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模4）匯流排5）分流裝置6）差速器匯流排的作用是將傳動裝置中兩路功率流合并為一路的裝置，如目前常用的綜合式傳動裝置通過回流裝置將直駛和轉向功率流合并，并驅動側傳動和主動輪；分流裝置是將一路功率流分為兩路功率流的裝置，如轉向裝置就是通過分流裝置將發動機的功率分為兩路（直駛和轉向），從發動機中獲取轉向所需的功率。差速器是一種分流裝置，一般車輛上常用的是等軸差速器。如汽車橋，一般是將差速器與主減速合并成了一個機構。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模分流和回流機構：常見的分流機構和回流機構一般有固定軸齒輪分流和匯流機構和行星排分流和回流機構。固定軸齒輪分流和回流機構：特點是分流和匯流的是轉矩，屬于差矩式（分矩式）機構。轉速關系特點：各元件轉速間保持一定的比例，即某一轉速確定后，其他兩元件的轉速都為一定值。轉矩關系特點：某一元件的轉矩一定時，其他兩元件的轉矩的代數和為一定值，但是這兩轉矩的比例可以改變（隨該元件的負載變化）

分流匯流功率2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模行星排分流和匯流機構：特點是分流和匯流的是轉速，屬于差速式（分速式）機構。轉速關系特點：某一元件的轉速一定時，其他兩元件的轉速的代數和為一定值，但是這兩轉速的比例可以改變（隨該元件的負載變化）轉矩關系特點：各元件轉矩間保持一定的比例，即某一轉矩確定后，其他兩元件的轉矩都為一定值。轉速關系：轉矩關系：功率關系：當k=1時，就是車輛上常用的差速器2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）7）轉向裝置裝甲履帶車輛的轉向裝置有多種形式：單功率流動力傳動裝置的轉向機構。雙功率流動力傳動裝置的轉向機構。現在絕大多數履帶車輛均采用雙功率動力傳動裝置，因而主要介紹這種轉向機構。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模單功率流動力傳動裝置的轉向機構。操縱停車制動器轉向：（向右轉向）直駛工況：兩側的離合器L1,L2都結合，停車制動器T1,T2和轉向制動器Z1,Z2都分離；轉向行駛：外側轉向機構的操縱元件和直駛時一樣，內側轉向機構的操縱元件有兩種工況：★一種是操縱停車制動器T1轉向。（L1分離，T1完全制動——內側履帶速度為0，第一規定轉向半徑B/2）,（L1分離，T1部分制動——內側履帶速度理論上大于0，轉向半徑大于第一規定轉向半徑B/2）,（L1分離，T1完全分離——內側履帶速度較大，但是履帶牽引力為0，轉向半徑最大）。★一種是操縱轉向制動器Z1轉向。單功率流動力傳動裝置的轉向機構2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構

根據坦克直線行駛時匯流排太陽輪的轉向和轉向回路中采用離合器還是差速器控制兩側太陽輪轉速的不同，雙流傳動裝置分為如下幾種：★規定直駛時太陽輪與齒圈（即變速回路）轉向相同為正；相反為負，太陽輪被完全制動時為0。★六種轉向機構：正差速式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為正；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪被完全制動，外側太陽輪角速度比直駛時大一倍，方向為正。零差速式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪被完全制動，為單功率流；以規定轉向半徑轉向時，兩側太陽輪的轉向相反、大小相等，內側為負，外側為正。負差速式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為負；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪角速度比直駛時大一倍，方向為負。正獨立式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為正；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪被完全制動，外側太陽輪角速度與直駛時相同，方向為正。零獨立式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪被完全制動，為單功率流；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪的轉向為負（反轉），外側太陽輪與直駛時相同，被完全制動。負獨立式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為負；以規定轉向半徑轉向時，外側太陽輪角速度與直駛時相同，內側太陽輪必須以更大的角速度反轉。這種雙流傳動由于結構復雜很少采用。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構

根據坦克直線行駛時匯流排太陽輪的轉向和轉向回路中采用離合器還是差速器控制兩側太陽輪轉速的不同，雙流傳動裝置分為如下幾種：★規定直駛時太陽輪與齒圈（即變速回路）轉向相同為正；相反為負，太陽輪被完全制動時為0。★六種轉向機構：正差速式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為正；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪被完全制動，外側太陽輪角速度比直駛時大一倍，方向為正。零差速式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪被完全制動，為單功率流；以規定轉向半徑轉向時，兩側太陽輪的轉向相反、大小相等，內側為負，外側為正。負差速式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為負；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪角速度比直駛時大一倍，方向為負。正獨立式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為正；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪被完全制動，外側太陽輪角速度與直駛時相同，方向為正。零獨立式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪被完全制動，為單功率流；以規定轉向半徑轉向時，內側太陽輪的轉向為負（反轉），外側太陽輪與直駛時相同，被完全制動。負獨立式雙流傳動。直駛時兩側太陽輪轉速相等且轉向為負；以規定轉向半徑轉向時，外側太陽輪角速度與直駛時相同，內側太陽輪必須以更大的角速度反轉。這種雙流傳動由于結構復雜很少采用。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構★液壓轉向雙流傳動2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構★液壓轉向雙流傳動：直駛分路傳動比2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構★液壓轉向雙流傳動：直駛轉向2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構★液壓轉向雙流傳動：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模

雙功率流動力傳動裝置的轉向機構★液壓轉向雙流傳動★復合轉向轉向雙流傳動：液壓與機械復合轉向液壓液力復合轉向動態特性分析建模方法

——發動機建模方法

——變矩器建模方法

——慣量計算方法2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機發動機的模型類型：基于發動機特性數據的MAP模型，特性場MAP（轉矩特性、油耗特性、排放特性等）；表達了發動機主要動態特性的平均值模型MVEM；基于發動機物理現象的發動機性能詳細模型（沖排法模型）2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機發動機的建模方法：基于發動機特性場的MAP模型；包括：發動機的轉矩特性、發動機的油耗特性、發動機的排放特性等。其中轉矩特性是直接為轉矩傳遞服務的（動力性預測），其他兩個模型是為性能預測服務的。此外還包括一些特性修正的MAP，如溫度對各種性能的修正MAP等。特性場的數據結構：一般采用三維MAP的結構形式：x,y軸坐標分別為轉速和轉矩，z坐標為特性數據。實驗數據一般要經過處理才能夠獲得上述形式的數據。常見的處理方法：在MATLAB/SImulink中采用GRID指令進行處理。進氣管排氣管氣缸發動機的控制容積圖2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機發動機的建模方法：反應發動機主要動態特性的平均值模型發動機MVEM的主要結構組成。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機發動機的建模方法：主要包括：壓氣機、中冷器、渦輪、增壓器轉子動力學、進氣管歧管、排氣歧管、轉矩產生和發動機曲軸動力學模型。反映的主要動態過程包括：增壓器的響應滯后、進排氣系統的充排效應、曲軸的動力學過程。其中增壓器的動態過程主要通過轉子動力學實現。2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機壓氣機模型壓氣機修正流量壓氣機修正效率壓氣機出口溫度和壓氣機消耗的扭矩用下面的公式計算：2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機渦輪和增壓器轉子動力學2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機中冷器中冷器的效率用一個經驗公式來確定

隨著壓氣機空氣流量的增加，中冷器的效率基本上是線性減小。中冷器出口的溫度（即進氣溫度）可以根據冷卻水溫度和壓氣機出口溫度用下面的公式計算。

空氣流過中冷器的壓降為：

于是就得到了進氣壓力

t1’t1’’t2’t2’’TcxTimTcool2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機進氣管的模型就是建立進氣管中進氣壓力的動態變化特性。通常將進氣管當做一個容腔來考慮。包括進入進氣管的空氣質量和溫度，離開排氣管的空氣質量。mimmcxVm，pm2.3車輛動力系統轉矩傳遞理論與建模（車輛直駛分析、車輛轉向分析）1）發動機排氣管理想情況排氣管應與進氣管一樣作為一個容腔考慮它的動態