王 鐵 劉菲菲
(沈陽理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院,遼寧 沈陽 110159)
由于市場競爭激烈,在對車輛動力傳動系統(tǒng)的研究中,各廠商要在短時間內(nèi)開發(fā)出新的產(chǎn)品,就需要通過軟件建模仿真這樣的有效的途徑,既滿足用戶需求,同時可以給廠家贏得利益。車輛傳動系統(tǒng)的建模仿真對分析整個動力系統(tǒng)及相關(guān)子系統(tǒng)的行為非常有利,不僅能進行不同設(shè)計方案的比較,還能夠更精確的理解各種換擋規(guī)律對車輛性能的影響[1]。
動力傳動系統(tǒng)以變矩器為界可分為三個部分:發(fā)動機與變矩器泵輪固連的部分為前半部分;變矩器渦輪與變速器、傳動軸、主減速器、車輪共同組成后半部分;變矩器本身為一部分[2-4]。
對于由發(fā)動機與泵輪組成的前部分有式(1)、(2)的動力學(xué)方程,由于泵輪與發(fā)動機相連故發(fā)動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mi即為泵輪轉(zhuǎn)矩。
式中:ne——發(fā)動機轉(zhuǎn)速,r/min;
Ieb——發(fā)動機和泵輪的轉(zhuǎn)動慣量,kg·m2;
Ie——發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量;Ib——泵輪轉(zhuǎn)動慣量;
Me——發(fā)動機轉(zhuǎn)矩,N·m;Mi——發(fā)動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
對于動力傳動系后半部分,動力學(xué)方程如式(3)-(7),由于渦輪與變速器相連,渦輪的輸出轉(zhuǎn)速nT為變速器的輸入轉(zhuǎn)速nin,渦輪的輸出轉(zhuǎn)矩MT為變速器的輸入轉(zhuǎn)矩Min。車輛的驅(qū)動力是由發(fā)動機轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系傳至車輪上得到的。車輪上的驅(qū)動力Ft和車速v由式 (3)-(4)得到。車輛動力學(xué)方程如式(7),它反應(yīng)了車輛在行駛過程中所受到的各種阻力,并用來估算車輛的車速和加速度。這里,F(xiàn)f為滾動阻力,F(xiàn)w為空氣阻力,F(xiàn)i為坡度阻力,F(xiàn)j為加速阻力。本文設(shè)定的行駛條件是無風(fēng)天氣、正常道路。
式中:ig——變速箱傳動比;If——飛輪的轉(zhuǎn)動慣量;
Min、Mout——變速器輸入、輸出轉(zhuǎn)矩;
nin、nout——變速器輸入、輸出轉(zhuǎn)速。
Mr——作用于車輪上的轉(zhuǎn)矩;MT——渦輪轉(zhuǎn)矩;
ig——變速器傳動比;i0——主減速器傳動比;
ηT——傳動系效率;f——滾動阻力系數(shù);
i——坡度的坡高與底的比值;G——作用于車上的重力,N;
CD——空氣阻力系數(shù);A——迎風(fēng)面積,m2;
m——車輛質(zhì)量,kg;Iw——車輪的轉(zhuǎn)動慣量。
根據(jù)公式(8)~(11)建立液力變矩器模型。由于發(fā)動機與液力變矩器共同工作時,發(fā)動機與泵輪相連,導(dǎo)致發(fā)動機的轉(zhuǎn)速ne與泵輪的轉(zhuǎn)速nB相等,由上文所述nT與nin相等,所以確定轉(zhuǎn)速比i如式(8)。
式中:i——液力變矩器轉(zhuǎn)速比;nB——泵輪轉(zhuǎn)速;
nin——變速器輸入轉(zhuǎn)速;Mi——泵輪轉(zhuǎn)矩;
C——容量系數(shù);K——變矩比。
車輛動力傳動仿真系統(tǒng)如圖1,由駕駛員模型、發(fā)動機模型、液力變矩器模型、變速器模型、換擋規(guī)律模型、換擋邏輯模型和整車模型構(gòu)成。其中駕駛員模型是模仿駕駛員在行駛中,給定車輛行駛時的油門開度throttle和制動阻力矩Brake Torque。在模擬仿真時,以時間序列向量形式表示[6]。
圖1 車輛動力傳動系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖
首先設(shè)置各模塊中的參數(shù),以60%油門開度,零制動阻力距作為模型的輸出信號。在Simulink的Configuration Parameters中,設(shè)置的仿真時間為30s,采用變步長解法。為了驗證本文所制定的換擋規(guī)律是否合理以及建立的整車仿真模型是否正確,就所建立的整車模型在最佳動力性換擋規(guī)律下,檢驗車輛在平直路面上穩(wěn)定起步并連續(xù)換擋加速的性能。
圖2 仿真結(jié)果
由圖2(c)可以看出車輛以一擋起步,然后連續(xù)換擋直至最高擋。從圖2(b)、(c)可以看出車輛在最佳動力性換擋規(guī)律下行駛時,為了充分考慮車輛的加速性能,保證動力性,應(yīng)盡量保持在抵擋上行駛,當(dāng)車速相對較高時,再換入高擋。在換擋時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會發(fā)生突變,每個升擋點處,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速均下降,車速增加。
從仿真結(jié)果來看,本文所建立的液力自動變速器整車動力傳動系統(tǒng)模型,在動力性換擋規(guī)律下,其換擋點與理論制定的動力性換擋規(guī)律中的換擋點基本一致,仿真結(jié)果符合實際情況,證明所建模型正確,可以達到仿真實驗?zāi)康摹?/p>
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