虚拟样机技术 下2

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1、北京理工大学硕士学位论文6动力传动系统虚拟样机模型的可控性6.1引言虚拟样机模型的一个优点就是对模型的修改比较简单，可以方便的更换任何一个零件，或者重新定义任何一个零件的属性；同时，虚拟样机模型的仿真过程是直观的。虚拟样机模型的这些优点使其特别适合作为控制系统的仿真平台，研究同一控制方案对不同模型的控制效果，或者不同控制方案对同一模型的控制效果。在目前的动力传动系统开发中，很大一部分工作就是控制子系统的开发，因此，虚拟样机模型的可控性是必需的。本章在采用前述建模方法建立动力传动系统虚拟样机模型的基础上，进行了带控

2、制（包括仿真剧本控制）的整体仿真，仿真的目的就是为了验证所建立的虚拟样机模型具有可控性，可以在后续工作中基于该模型（或采用本文方法建立的其它模型）进行带精确控制模型的仿真和控制系统设计。6.2运动学仿真本次仿真不考虑发动机油门和传动轴、齿轮啮合弹性等柔性环节，离合器的主、被动边在结合时由刚度极大的扭簧使之瞬间同步，液力变矩器的泵轮、涡轮由运动副结合成一体，动力传动系统近似为一个由传动比决定的的多刚体模型（图6.1），主要进行连续换档和转向的运动学仿真。图6.1基于ADAMS的动力传动系统多刚体模型仿真开始时，由仿

3、真剧本控制发动机转速保持-11-北京理工大学硕士学位论文，转向泵不工作，按档位结合规律激活相应换档离合器的等效扭簧力矩，使动力传动系统的档位从1档每隔1s依次进行升档，直到6档，在6s时换至倒档，在7s时换至3档，在8s时转向泵开始工作，速度为，仿真结果如图6.2。图6.2运动学仿真结果图6.2中，曲线1为发动机转速，曲线2为转向泵转速，曲线3为水上输出转速，曲线4、5为左、右汇流排行星架的输出转速。由图6.2可以看到，当转向泵不工作时，随着档位的依次升高，左、右汇流排行星架的输出转速随之升高，在倒档时输出转速反

4、向；当转向泵开始工作后，左右汇流排行星架出现转速差，实现车辆转向。可见，所建立的动力传动系统虚拟样机模型可以实现在仿真剧本控制下的运动学仿真。6.3起步工况仿真在本次仿真中，将本文6.2所述多刚体模型中结合液力变矩器泵轮、涡轮的运动副去掉，激活泵轮、涡轮的液力转矩，激活作用在汇流排行星架上的负载阻力矩，系统成为带液力传动的多刚体动力学模型。在此虚拟样机模型上进行同一路面不同档位的起步工况仿真。仿真时，仿真剧本控制油门开度保持100％，仿真时间2s，作用在单边汇流排行星架上的负载阻力矩为式中，为汇流排行星架实际输出

5、转速。仿真结果如图6.3。-11-北京理工大学硕士学位论文（a）（b）（e）图6.3起步工况仿真结果（c）（d）图6.3（a）、（b）、（c）、（d）、（e）分别为系统起步过程中液力变矩器变矩比、发动机转速、行星架转速、发动机转矩、单边行星架阻力矩的变化结果。其中，曲线1、2、3、4、5、6表示1、2、3、4、5、6档位下的变化过程。由图6.3可以看到，在该路面及发动机油门开度下，采用6档起步，液力变矩器变矩比最低（作用在涡轮上的阻力矩最大），采用1档起步时发动机转速最高（发动机负荷最小），采用2档的稳定车速最高

6、（之所以不是6档的稳定车速最高是因为6档工作时液力变矩器的变矩比太低，导致整个系统的速度传动比很低），采用6档起步发动机输出转矩最大（发动机负荷最大），采用6档实际阻力矩最小（因为6档工作时车速最低，故阻力最小，这是因为液力变矩器不闭锁的缘故）。对曲线的分析还可知道，要得到最快的起步速度，应采用3档起步，在1.25s时换至2档；高档工作时液力变矩器的变矩比太低，在不导致发动机熄火的前提下应将液力变矩器闭锁；与机械传动不同，在液力机械传动中，有可能出现高档位下车辆速度反而变慢的情况。-11-北京理工大学硕士学位论文

7、可见，所建立的动力传动系统多刚体模型在液力工况下能正常工作，可用于多种工况的仿真（本次仿真的参数设置比较粗糙，只用于说明问题，进行实际车辆的各种工况仿真时，需要较为精确或成熟的各种参数）。6.4ADAMS控制工具箱及其应用ADAMS控制系统设计是ADAMS软件对带控制的复杂机械系统进行建模与仿真分析的基本环节。对于一般的控制环节可以使用ADAMS/View提供的ControlsToolkit（控制工具箱）进行处理。6.4.1控制工具箱ADAMS/View的控制工具箱提供了几种简单的线性控制环节和滤波器，可以快速建

8、立PID环节、预滤器和其它线性联系时间函数，其控制系统的方案设计图包括输入环节、控制环节、受控模型和开关环节等，如图6.4所示。图6.4控制工具箱方案设计6.4.2带速度反馈的油门控制仿真本次仿真采用ADAMS的控制工具箱，仿真车辆在带有正弦激励的路面上进行等速行驶时所需的油门调节，即动力传动系统的汇流排行星架受到正弦负载阻力矩作用时在油门调节作用下尽量按给定转速转动的过