基于MATLAB车辆动力传动系统建模与仿真研究

2013-11-12刘菲菲

科技视界 2013年34期

王铁刘菲菲

(沈阳理工大学汽车与交通学院，辽宁沈阳 110159）

0 引言

由于市场竞争激烈，在对车辆动力传动系统的研究中，各厂商要在短时间内开发出新的产品，就需要通过软件建模仿真这样的有效的途径，既满足用户需求，同时可以给厂家赢得利益。车辆传动系统的建模仿真对分析整个动力系统及相关子系统的行为非常有利，不仅能进行不同设计方案的比较，还能够更精确的理解各种换挡规律对车辆性能的影响[1]。

1 车辆动力传动系动力学分析

动力传动系统以变矩器为界可分为三个部分：发动机与变矩器泵轮固连的部分为前半部分；变矩器涡轮与变速器、传动轴、主减速器、车轮共同组成后半部分；变矩器本身为一部分[2-4]。

1.1 传动系前部分

对于由发动机与泵轮组成的前部分有式（1）、（2）的动力学方程，由于泵轮与发动机相连故发动机负载转矩Mi即为泵轮转矩。

式中：ne——发动机转速，r/min；

Ieb——发动机和泵轮的转动惯量，kg·m2；

Ie——发动机转动惯量；Ib——泵轮转动惯量；

Me——发动机转矩，N·m；Mi——发动机负载转矩。

1.2 传动系后部分

对于动力传动系后半部分，动力学方程如式(3)-(7)，由于涡轮与变速器相连，涡轮的输出转速nT为变速器的输入转速nin，涡轮的输出转矩MT为变速器的输入转矩Min。车辆的驱动力是由发动机转矩经传动系传至车轮上得到的。车轮上的驱动力Ft和车速v由式 (3)-(4)得到。车辆动力学方程如式(7)，它反应了车辆在行驶过程中所受到的各种阻力，并用来估算车辆的车速和加速度。这里，Ff为滚动阻力，Fw为空气阻力，Fi为坡度阻力，Fj为加速阻力。本文设定的行驶条件是无风天气、正常道路。

式中：ig——变速箱传动比；If——飞轮的转动惯量；

Min、Mout——变速器输入、输出转矩；

nin、nout——变速器输入、输出转速。

Mr——作用于车轮上的转矩；MT——涡轮转矩；

ig——变速器传动比；i0——主减速器传动比；

ηT——传动系效率；f——滚动阻力系数；

i——坡度的坡高与底的比值；G——作用于车上的重力，N；

CD——空气阻力系数；A——迎风面积，m2；

m——车辆质量，kg；Iw——车轮的转动惯量。

1.3 液力变矩器部分

根据公式(8)～(11)建立液力变矩器模型。由于发动机与液力变矩器共同工作时，发动机与泵轮相连，导致发动机的转速ne与泵轮的转速nB相等，由上文所述nT与nin相等，所以确定转速比i如式(8)。

式中：i——液力变矩器转速比；nB——泵轮转速；

nin——变速器输入转速；Mi——泵轮转矩；

C——容量系数；K——变矩比。

2 车辆动力传动系仿真模型及仿真结果

2.1 仿真模型

车辆动力传动仿真系统如图1，由驾驶员模型、发动机模型、液力变矩器模型、变速器模型、换挡规律模型、换挡逻辑模型和整车模型构成。其中驾驶员模型是模仿驾驶员在行驶中，给定车辆行驶时的油门开度throttle和制动阻力矩Brake Torque。在模拟仿真时，以时间序列向量形式表示[6]。

图1 车辆动力传动系统仿真结构图

2.2 仿真结果

首先设置各模块中的参数，以60%油门开度，零制动阻力距作为模型的输出信号。在Simulink的Configuration Parameters中，设置的仿真时间为30s，采用变步长解法。为了验证本文所制定的换挡规律是否合理以及建立的整车仿真模型是否正确，就所建立的整车模型在最佳动力性换挡规律下，检验车辆在平直路面上稳定起步并连续换挡加速的性能。