本文關鍵詞：面向汽車駕駛性的動力傳動系統(tǒng)準瞬態(tài)建模研究　出處：《吉林大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 駕駛性 準瞬態(tài) 模塊化 發(fā)動機虛擬電控系統(tǒng) 動力傳動系統(tǒng)模型

【摘要】：駕駛性是汽車產(chǎn)品的核心競爭力之一,是目前國內外研究熱點。是指汽車縱向行駛過程中,駕駛員控制車輛響應的容易程度以及對車輛響應感覺的舒適程度,主要包括駕駛員易操控性、駕駛過程中駕駛舒適性、駕駛員體感、駕駛員路感。車速的提高,發(fā)動機動力的增強,變速器換檔、離合器結合的沖擊,都會使得車體抖振加劇,甚至導致傳動軸、儀表盤等總成部件的共振,這些種種不良現(xiàn)象會嚴重影響車輛的駕駛舒適性。當前汽車制造商主要在汽車產(chǎn)品開發(fā)流程后期,根據(jù)場地實車實驗由評車師的駕駛性主觀評價來指導汽車設計,開發(fā)成本較高,試驗周期較長。建立面向駕駛性的動力傳動準瞬態(tài)實時模型,并依托駕駛模擬器進行駕駛性主觀評價,可以將駕駛性的研究提前到預開發(fā)階段。面向駕駛性研究的動力傳動系統(tǒng)模型需要滿足以下需求:模型能夠實時仿真駕駛性相關瞬態(tài)現(xiàn)象,能夠仿真駕駛性相關的體感,能夠支持硬件在環(huán)仿真和多學科混合仿真�，F(xiàn)有的汽車實時動力學商業(yè)軟件中,發(fā)動機模型大多是基于MAP圖的穩(wěn)態(tài)模型,發(fā)動機扭矩與曲軸轉角位置不相關,發(fā)動機懸置處的力與曲軸扭矩不同相位,導致動力傳動系對底盤的高頻激勵輸入相位不一致;將油門踏板位置直接當作節(jié)氣門輸入,不能描述推背感等駕駛感覺。因此這些模型無法實現(xiàn)在汽車開發(fā)流程前期進行車輛駕駛性仿真與評價,從而無法為動力傳動系統(tǒng)相關總成部件和功能部件的設計與匹配提供依據(jù)。近些年,課題組在動力傳動系統(tǒng)建模方面進行了大量的探索研究,積累了不少經(jīng)驗,同時課題組有著發(fā)展很成熟的整車動力學模型。大量實車場地試驗驗證了其穩(wěn)態(tài)性能與實車穩(wěn)態(tài)性能一致。為了進一步研究動力傳動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程對整車性能的影響,本文調研了國內外當前動力傳動系統(tǒng)模型發(fā)展現(xiàn)狀,在此基礎上總結了面向駕駛性的動力傳動系統(tǒng)建模相關的關鍵問題,并針對這些關鍵問題做了如下的研究工作:首先,為描述并實時仿真因缸內壓力高頻激勵而引起的曲軸扭矩波動以及懸置力對車體激勵力的同相位特征,在原有穩(wěn)態(tài)模型基礎上,本文提出了基于示功圖的發(fā)動機瞬態(tài)扭矩模型。該模型能夠更為準確的仿真發(fā)動機氣缸波動產(chǎn)生的高頻激勵。并且建立了發(fā)動機曲柄連桿機構靜力學模型、平衡軸模型、發(fā)動機機體動力學模型,能夠同時同相位輸出懸置力,且能夠更加準確地描述懸置力對車體的激勵。其次,針對駕駛體感的主觀評價需要更加真實地描述加速踏板操縱下的加速度瞬態(tài)響應,本文建立了面向駕駛體感的發(fā)動機虛擬電控系統(tǒng)模型。模型包含計算并協(xié)調發(fā)動機外部扭矩需求模塊(駕駛員、巡航控制、變速器控制等),以及發(fā)動機內部扭矩需求模塊(怠速控制、附件損失、催化劑加熱等),從而決策出快通道的扭矩需求和慢通道的扭矩需求,進一步將不同通道的扭矩需求轉化成相應的控制量(節(jié)氣門、噴射時間、點火提前角)。相對于原有的發(fā)動機模型,此模型更為有效的模擬了真實發(fā)動機電控系統(tǒng)的扭矩決策,從而更為有效地模擬了駕駛體感。同時,虛擬EMS模型可以服務于動力傳動控制系統(tǒng)的前期標定并且支持其他控制系統(tǒng)的同步標定。再次,開展了動力傳動系統(tǒng)模塊化分解關鍵問題研究。為了實現(xiàn)動力傳動硬件在環(huán)仿真以及多學科聯(lián)合仿真,以及模型升級和替換方便,并且提升模型仿真計算效率,對動力傳動系統(tǒng)進行了模塊化分解。先將動力傳動模型按照汽車結構拆分成發(fā)動機、變速器箱等總成,各大總成繼續(xù)分解為部件。各大總成內部由于復雜程度不同會使仿真頻率有所差異,為了解決由此產(chǎn)生的剛性方程問題,本文采用了多速率Runge-Kutta與Rosen-Brock結合的積分方法進行求解,可以有效地提高仿真效率、穩(wěn)定性以及精度。最后,將本文動力傳動系統(tǒng)模型集成到整車模型中進行實車場地客觀驗證。進行駕駛性相關瞬態(tài)過程的離線仿真,將本文所建模型與原有模型進行仿真對比,結果表明該模型對汽車瞬態(tài)過程仿真能力有著明顯的提升。同時,將該模型集成到駕駛模擬器中,并嵌入成熟的國際商業(yè)軟件WAVE-RT燃燒模型,進行模擬器驅動下的動力傳動系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真。仿真結果表明,本文模型相比于原有模型在駕駛性相關的汽車瞬態(tài)過程中使駕駛員具有更為逼真的駕駛體感,模型明顯提升了對汽車瞬態(tài)過程的仿真能力,從而更為有效地在預開發(fā)階段進行駕駛性主觀評價。
[Abstract]:Driving is one of the core competitiveness of the automobile products, is currently a research hotspot at home and abroad. Refers to the vehicle longitudinal driving, the driver is easy to control vehicle response and the vehicle response comfort degree, including the driver easy handling, driving comfort during driving, the driver body, speed driver road. Improve, improve engine power, transmission shift clutch, combined with the impact, will make the body chattering intensified, and even lead to the drive shaft, the dashboard assembly components of the resonance, these bad phenomena will seriously affect the vehicle ride comfort. The major car manufacturers in the automotive product development process later. According to the field experiments by driving the car division of the evaluation of subjective evaluation to guide the vehicle design, the high cost of development, test period is long. Establish the quasi oriented driving power transmission The real-time transient model, and relying on the driving simulator for driving of subjective evaluation, can be driving of advance to the pre development stage. Driving research for power transmission system model need to meet the following requirements: real-time simulation model can drive related transient phenomena, can simulate the driving related somatosensory, can support the hardware in the loop simulation and multidisciplinary mixed simulation. Automotive real-time dynamics commercial software in the existing engine models are mostly steady state model based on MAP diagram, not related to the engine torque and the crank angle, the engine mounting points of crankshaft torque force and different phase, resulting in high frequency power transmission system of chassis excitation phase imbalance will; the accelerator pedal position as the gate input can describe solar term, push back a sense of driving feeling. So these models can not be achieved in the vehicle development process in the period For vehicle driving simulation and evaluation, so it can't powertrain related assembly provides the basis for design of components and functional components and matching. In recent years, the research group conducted a lot of researches in power system modeling, and accumulated a lot of experience, at the same time, the project group has a vehicle dynamics model is very mature. A large number of vehicle field test proves its steady-state performance and vehicle steady-state performance consistent. In order to further study the effects of transient process of the power transmission system of vehicle performance, this paper investigates the current domestic and international power transmission system model development status, summarized on the basis of the power transmission system for driving related modeling key problems and do the following research work to solve these problems: first, to describe and real-time simulation of crankshaft torque wave for cylinder pressure caused by high frequency excitation With the dynamic and phase characteristics of suspension force on the body of the excitation force, based on the original steady state model is proposed in this paper, the engine transient torque model based on indicator diagram. This model can produce more high frequency excitation wave simulation of engine cylinder accurately. And the establishment of the static model of engine crank shaft balance model. The engine body dynamics model, at the same time to phase output suspension force, and to encourage more accurately describe the suspension force on the body. Secondly, to more accurately describe the accelerated acceleration transient response under the pedal for the subjective evaluation of driving sense, this paper established a virtual engine control system model for driving body feeling. The model includes the calculation and coordinate the external demand torque of the engine module (driver, cruise control, transmission control, etc.) and the internal engine torque demand model Block (idle control, attachment loss, etc., thus making the catalyst heating) torque demand and slow channel fast channel torque requirements, further the different channel torque requirements into corresponding control (solar term door, injection time, ignition advance angle). Compared with the original engine model, this model is more effective the simulation of a real electronic control system of engine torque decision, thereby more effectively simulate the driving body. At the same time, the virtual EMS model can serve the powertrain control system calibration and calibration to support other synchronous control system. Thirdly, to carry out research on the key problems of decomposition of power transmission system in order to realize the power module. Drive the hardware in the loop simulation and co simulation of multi subject, and model upgrade and easy replacement, and improve the computational efficiency of the simulation model, the power transmission system of the modular The first power transmission model decomposition. According to the structure of the automobile is split into engine, gearbox assembly, the assembly continue to decompose into components. Each assembly will make different because of the internal complexity of the simulation of frequency difference, in order to solve the problems arising from the rigid equation, this paper adopts the integral method of multi rate Runge-Kutta combined with Rosen-Brock to solve, can effectively improve the simulation efficiency, stability and accuracy. Finally, the dynamic model of the transmission system is integrated into the vehicle model in the vehicle field test objectively. The off-line simulation related to the transient process of driving, the model was simulated and compared with the original model, the results show that the the model has significantly improved the simulation ability of vehicle transient process. At the same time, the model is integrated into the driving simulator, and embedded into the mature international commercial software WAVE-RT The combustion model of the power transmission system of the hardware simulator under the driver in the loop simulation. The simulation results show that this model compared to the original model in the transient process of automobile driving related to the driver has a more realistic sense of driving body, and significantly enhance the ability of the simulation model of vehicle transient process, thereby more effectively the driving of subjective evaluation in the pre development phase.

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U463.2

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本文編號：1373121