多轴车辆动力传动系统建模与仿真

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1、2017年1月北京航空航天大学学报January2017第43卷第1期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．1http：,／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0708多轴车辆动力传动系统建模与仿真白锦洋1’2，吴学雷2一，高峰1，李洪彪2，岳会军2(1．北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100083；2．北京航天发射技术研究所，北京100

2、076)摘要：为了研究多轴车辆动力传动系统动态载荷特性，开发了多轴车辆动力传动系统动力学仿真模型。根据柴油发动机负荷特性试验数据构建循环供油量．转速．扭矩MAP图，通过模糊PI控制器对发动机循环供油量进行调节，建立了发动机动态特性模型；建立了液力变矩器模型、换挡离合器模型以及分动箱、过桥齿轮箱、主减速器、轮边减速器等传动部件模型。利用MATLAB／Simulink建立了多轴车辆动力传动系统动力学仿真模型，并进行了仿真分析，实车试验结果表明，仿真模型可有效模拟车辆动力传动系统的速度特性和动态载荷特性。关键词：多轴车辆；动力传动系统

3、；建模与仿真；柴油发动机模型；动态载荷中图分类号：U461．7文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)01-0136-08车辆行驶过程中传动系统承受的载荷受加速、减速、换挡等工况影响在不断变化，传动系统零部件设计优化、疲劳耐久性分析等研究工作中需要模拟多种工况下车辆传动系统的动态载荷特性。因此，需要建立能够模拟发动机及传动部件实时工作状态、具有较高精度的动力传动系统仿真模型。与普通车辆相比，多轴车辆具有系统复杂、传动环节多等特点。建立多轴车辆动力传动系统仿真模型涉及3个关键问题：①发动机动态模型的建立。目前发动机动

4、态模型常用的建模方式有3种：基于物理模型的建模方法、基于中值模型的建模方法以及基于发动机稳态特性的建模方法¨J。发动机物理模型及中值模型建模方法要求提供较为详细的发动机结构信息，限制了此类方法在车辆建模与仿真中的应用。2⋯；基于稳态特性的建模方法一般根据发动机稳态试验数据，采用动态修正模型、指数曲线拟合模型、一阶惯性环节模型、神经网络模型等不同的方法进行拟合‘6⋯，常用于车辆整车性仿真分析，建模精度与试验数据量、经验等关系较大。②变速器换挡及液力变矩器、换挡离合器不同状态切换过程的仿真。文献[10．11]中对离合器结合／分离与液

5、力变矩器闭锁／解锁状态切换产生的多种相的组合以及离合器建模方法进行了研究。③多级传动的扭矩分配。多轴车辆传动系统建模涉及多桥间／轮间扭矩分配问题，文献[12．13]考虑了分动器和差速器的作用建立了2轴全轮驱动车辆模型，文献[14]建立了包含轮间差速器、轴间差速器和分动器的3轴全轮驱动车辆模型，讨论了轮间差速器对车辆在对开路面行驶稳定性的影响和轴间差速器对车辆陡坡行驶能力的影响。本文利用发动机负荷特性台架试验数据，采用多元线性回归理论构建循环供油量。转速一扭矩MAP图，基于模糊PI控制建立了柴油发动机循环供油量控制模型，同时简化了

6、换挡离合器、变速器模型，将换挡过程连续化，保证仿真过程的稳定运行。在MATLAB／Simulink软件平台中集成各收稿日期：2016-09-05；录用日期：2016-09-21；网络出版时间：2016—10—1814：56网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20161018．1456．004．html}通讯作者：E—mail：xlwutg@126．tom5t用格式：白锦洋．吴学霄．高峰．等．多轴车辆动力传动系统建模s侍真11]．北京航空航天大学学报，2017．43(1)：136-1

7、43，BAIJY．IVUXL，GAOF，eta1．Modelingandsimulationofmulti—axlevehiclepoweftrainsystemⅣJ．JournalofBeijingUniversi-tyofAeronauticsandAstronautics，2017，43fI)：136-143(inChinese)．第1期白锦洋，等：多轴车辆动力传动系统建模与仿真137总成模型，开发出多轴车辆动力传动系统动力学仿真模型，通过实车试验对比分析，验证了多轴车辆动力传动系统动力学建模和仿真方法的有效性。1动力传动

8、系统模型1．1柴油发动机模型柴油发动机是一个复杂系统，所建模型需要进行大量假设和简化。本文根据负荷特性台架试验数据，利用发动机实时循环供油量和发动机实际转速计算发动机输出特性，仿真模拟柴油发动机动态过程。采用PI控制器对柴油发动机进行循环供油量调节，以油门开度为