电子限滑差速器湿式离合器热机耦合及热管理研究

电子限滑差速器(Electronic Limited Slip Differential,ELSD)作为汽车驱动桥上的动力分配单元,对汽车的驱动性、操作稳定性及行驶安全性有着重要作用。湿式离合器由于传递扭矩大,散热性能好等优点,在汽车的传动系统中得到广泛的应用,也是电子限滑差速器不可或缺的组成部分。本文对电子限滑差速器中的湿式离合器进行了热机耦合分析,并从湿式离合器不同结构参数、运行参数等方面做了对比分析研究,对湿式离合器的结构优化和热管理系统开发提供了借鉴。本文的主要研究内容如下:(1)本文首先介绍了电子限滑差速器的结构和工作方式,重点对其中湿式离合器的工作原理、摩擦特性、接合过程进行了介绍与分析,就摩擦副润滑机理进行了详细的阐述。对电子限滑差速器相关的汽车部件进行了数学模型的分析,构建了发动机模型、湿式离合器动力传递模型和汽车轮胎模型。(2)对湿式离合器工作过程中的传热基本理论进行了重点分析,利用ANSYS有限元软件构建了湿式离合器摩擦副的三维模型,根据经典热力学理论推导了导热微分方程,建立了热流密度的分布函数以及对流换热函数的加载模型。从热边界条件和机械外力边界条件的设置出发建立了湿式离合器热机耦合分析模型。(3)对湿式离合器摩擦副热机耦合进行了详细的分析,分析了湿式离合器接合时摩擦片温度场和对偶钢片的温度场、应力场的分布规律。对不同结构湿式离合器摩擦副对偶钢片的温度场和应力场进行了对比分析,得到了不同内外半径差值下温度和应力的变化规律。又对不同工作参数下湿式离合器摩擦副进行了对比仿真分析,得到了温度变化与工作压力、接合时间和转速差之间的关系曲线。(4)对热管理系统进行了概述,提出了构建热管理系统对湿式离合器进行温度控制的理念。基于ANSYS有限元分析得到的数据运用MATLAB计算分析建立了湿式离合器温度预测模型,并通过Simulink与AMESim联合仿真建立了湿式离合器热管理模型,初步验证了热管理系统在湿式离合器上的运用的可行性。