基于ADAMS的车辆传动系统动态特性仿真研究

收稿日期：2005-10-28

第23卷 第12期

计 算 机 仿 真

2006年12月

文章编号：1006-9348（2006）12-0247-06

基于ADAMS 的车辆传动系统动态特性仿真研究

林宝生1，张利霞2，闫清东1

（1.北京理工大学车辆传动国防重点实验室，北京100081；

2.河南师范大学计算机系，河南新乡453002）

摘要：为进行模型快速修改或更换，实现车辆动力传动系统高效建模仿真，基于可视化的动力学仿真软件ADAMS ，应用模块化建模方法，按车辆动力传动系统的物理组成进行模块分解，建立车辆动力传动系统各分模块虚拟样机模型，并组装成车辆动力传动系统共同工作虚拟样机模型。利用该模型，对某型履带车辆进行换挡动态仿真，并与试验数据比较分析。结果表明，仿真数据与试验结果能较好吻合，该模型能够用来仿真车辆传动系统的动态力学性能，并为后续研究提供支持。关键词：虚拟样机；模块化建模；传动系统；动态仿真中图分类号：

TP23 文献标识码：A

Dynamic Simulation of Vehicle Power Train System Based on ADAMS

LIN Bao -sheng 1，ZHANG Li -xia 2，YAN Oing -dong 1

（1.Nationai Key Lab.of Vehicuiar Transmission ，Beijing Institute of Technoiogy ，Beijing 100081，China ；

https://www.360docs.net/doc/a39398193.html,puter Department ，Henan Normai University ，Xinxiang Henan 453002，China ）

ABSTRACT ：For the efficient modeiing and simuiation ，the vehicie integrated transmission system is decomposed into subsystems with its physicai correspondence.Based on the method of moduiar modeiing ，the virtuai prototypes of each subsystem are setup in ADAMS in this paper ，and then assembied into a whoie virtuai prototype for coordinated work.With this modei ，the gear -shifting dynamic simuiation program of a type of trackiayer is carried out.The resuits of the simuiation accord weii with the experimentai resuit.And it shows that this modei can be used effectiveiy for the study of the dynamic characteristics of vehicie power train ，and can offer support for further study.

KEYWORDS ：Virtuai prototype ；Moduiar modeiing ；Power train system ；Dynamic simuiation

1 引言

车辆传动系统的动态特性是指动力传动系统随时间变

化所表现出的动力学性能。对车辆动力传动系统的动态特性进行仿真的关键是建立车辆传动系统的仿真模型。车辆动力传动系统结构复杂、部件多，是一个包含诸多非线性环节的复杂的连续质量系统，许多建模仿真工作大多针对具体产品而开展，描述模型的微分方程因具体问题的不同或同一问题的局部修改而使得整体系统方程被重复推导，如目前常用的Matiab /Simuiink ，没有适合传动系统的专用模块，对传动系统的参数修改极不方便。

为了方便研究同一车辆动力传动形式或类似动力传动系统的动力学性能，实现快速建模与仿真，本文应用虚拟样

机技术及模块化建模方法，基于可视化多体动力学仿真分析

软件ADAMS ，并利用其二次开发功能，建立模块化的履带车辆动力传动系统虚拟样机模型，并进行换挡动态仿真。

模块化建模方法

由于虚拟样机技术避免了建立繁杂的系统微分方程，具

有快速建模及仿真分析能力，已逐渐被广大工程设计人员用于车辆动力传动系统的设计、分析、优化中。通过仿真分析可获得以下信息：

1）能够方便地更改动力传动系统的配置，并预测和比较设计变化后的结果；

2）能够方便地分析比较在相同的传动系统布置下，同一模块不同参数对系统性能的影响；

3）能够方便地增加新的模块或采用新的方法修改完善已有的模块。

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742—

为满足以上对传动系统建模与仿真的需求，要求采用高

效的建模方法和工具，使得所建模型具有可修改性、可重用性、可扩充性，且具有层次化等模块化模型的特征［1］。

本文基于可视化的虚拟样机仿真分析软件ADAMS，以履带车辆液力机械传动系统为研究对象，建立其通用的动力传动系统虚拟样机模型，以实现同类型车辆动力传动系统高效地建模及仿真分析。

基于统一的建模环境ADAMS/View，按车辆动力传动系统的物理组成对系统进行模块分解，使每个模块具有独立的物理意义，如图1。

闭锁离合器的工作状态决定了动力传动系统是纯液力传动、液力机械混合传动还是纯机械传动。当闭锁离合器处

于分离状态时T

F =0；液力变矩器闭锁结束后有T H

P

=T H

t

=

0。

液力变矩器虚拟样机模型如图

4。

图4 液力变矩器虚拟样机模型

3.3 变速机构模型

变速系统采用三自由度定轴式动力换挡机构。6个换挡离合器的不同工作状态组合控制不同的挡位。控制情况列于表l。

表1 换挡离合器操纵表

l挡2挡3挡4挡5挡6挡-l挡Cl***

C2**

C3**

CL***

CH***

CR*注：“*”表示离合器接合。

换挡离合器或闭锁离合器均采用湿式多片动力换挡结构，其动力学模型可简化为具有阻尼的双惯量系统，

T-T

F =B

l

!l+l!*l

T F -T

=B

2

!2+2!*

{

2

（4）

式中，T和T

0为主动边输入力矩和被动边负载转矩；

l

和

2

为主动边和被动边等效转动惯量；!

l 和!

2

为主动边和被动

边角速度；B

l 和B

2

为主动边和被动边等效阻尼系数；T

F

为离

合器滑摩转矩，由下式确定［4］：

T F ="（P

C

A

C

-F

S

）R

e

Z（5）

式中，P

C 为离合器油压；A

C

为离合器活塞承压面积；F

S

为回

位弹簧分离力；R

e

为摩擦副平均半径；Z为摩擦副数；"为摩擦系数，可由下式计算：

"=0.l30879exp（-0.000570486#!）（6）#!为离合器主动边、从动边转速差。

3.4 汇流排模型

行星汇流排机构在传递动力时具有功率汇流、传动效率高、结构紧凑、传动比大等特点，有利于满足履带车辆对直驶和转向的性能要求。

本文采用2Z—X（A）渐开线行星齿轮机构，传动简图如图5

。

图6 汇流排虚拟样机模型

2.5 驱动轮模型

定义驱动轮模型为车辆动力系统与外界作用的唯一模

—

9

4

2

—

块。根据式（9）能量转化原理，虚拟样机模型中把整车的当量转动惯量和所受的外界阻力均施加在两侧驱动轮上。

1/2mV 2=1/2I !2

V =!R

{D

（9）

式中，m 为车辆总质量；I 为当量转动惯量；!为驱动轮角速度；V 为车速；R D 为驱动轮半径。

车辆所受外界阻力F f 本文考虑道路阻力和空气阻力，计

算公式如下：

F f =m （f coS "+Sin "）+C D AV 2/21.15

（10）

式中， 为重力加速度；f 为滚动阻力系数；"为地面坡度；C D 为空气阻力系数（1.2~1.6）；A 为车辆的正投影面积（6~Sm 2）。

4 实例仿真与试验对比分析

基于以上的模块化建模方法，本文以某型履带车辆动力

传动系统为例，在PRO /E 中建立各分模块准确的多刚体模型。然后利用PRO /E 和ADAMS 的接口程序Mech /Pro ，分别导入到ADAMS /Vie 中。在ADAMS 中建立其多刚体虚拟样机模型，并组装成共同工作虚拟样机模型，如图7。最后应用ADAMS 的二次开发功能，定制用户自定义界面，用于各模块参数输入，

通过编写仿真剧本进行动力学仿真。

图7 车辆虚拟样机模型

4.1 仿真条件

车辆总质量43000kg ，柴油机最大净输出功率470kW ，标

定转速2200r /min 。水平路面直驶，滚动阻力系数0.05，空气阻力系数1.2，迎风面积6m 2。4.2 1挡换2挡动态仿真

车辆以液力1挡起步，仿真SS ，在5S 时CL 离合器分离，CH 离合器滑摩接合，车辆换液力2挡，仿真与试验结果的分析比较如下。图S 为发动机转速的时间历程，试验与仿真过程中发动机油门位置固定不动，但由于试验所用柴油机的全程调速器的作用，在发动机负载增加、转速下降后自动加油，所以，在换挡结束后产生一定的转速超调；而仿真中发动机转矩的增加是靠转速的下降实现的，所以，仿真曲线中没有转速超调现象。图9为发动机输出转矩的时间历程。从对比

曲线看，换挡过程转矩差距同样也是由柴油机的调速作用引起的。换挡前及换挡后发动机输出转矩比仿真曲线发动机输出转矩稍微大一些，差异是由于仿真模型中没有考虑离合器的带排转矩桨轴承摩擦等。从换挡动态过程发动机转速转矩变化看，仿真曲线和试验曲线二者的变化趋势一致，

说明所

建模型是合理的。

变化比较平缓，同时增大了变矩范围。说明液力变矩器在非稳定工况下起到了增扭、降速和减振的效果，换挡过程造成的传动系统转速冲击大部分被液力变矩器吸收，有利于发动机正常工作。闭锁后液力变矩器液力转矩为零，动力由闭锁离合器传递。

对车辆动力传动系统优化等后续研究具有重要的意义。

3）换挡过程中，由于离合器摩擦力矩的激烈变化，给动力传动系统造成了很大冲击，虽然冲击不可避免，但可以通过调整离合器的油压特性来控制摩擦力矩变化程度达到降低冲击的目的。

4）基于虚拟样机的模块化建模方法具有快速建模及仿真能力，且修改、更换模块方便，便于对比研究，为同类型车辆动力传动系统研究提供借鉴。

参考文献：

［1］杨世文.面向对象的综合传动装置建模与动态仿真研究［D］.

北京：北京理工大学，2003-7.

［2］陈东升，项昌乐，刘辉.液力变矩器的动态特性和动力学模型研究［J］.北京：中国机械工程，2002，6（11）：913-916.

［3］Young Heub Kim，Jinseung Yang，Jang Moo Lee.A study on the

Transient Characteristics of Automatic Transmission with Detaiied Dynamic Modeiing［C］.SAE Paper941014，1994.

［4］马彪.履带车辆综合传动特性的动态仿真研究（直驶）［D］.北京：北京理工大学，1999-9.

［5］Benard Drouin，etc..Dynamic Modeiing of the Transmission Line of an Agricuiturai Tractor［C］.SAE paper911779

，1991.

［作者简介］

林宝生（1976-），男（汉族），福建人，硕士研究生，

主要研究方向为车辆传动技术，虚拟样机技术。

张利霞（1964-），女（汉族），河南人，副教授，主要

研究方向为计算机应用技术。

闫清东（1964—），男（汉族），河南人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为车辆传动技术，虚拟样机技术。

（上接第

37页）

图7 经度误差/m

位置滤波方法均值（m）均方差（m）

纬度误差一91.6149.1二-4.2838.164三-2.563 5.233

纬度误差一26.2452.88二-1.62829.307三-0.3947 5.153

从而说明本文所给出的实时滤波方法是非常有效的。

4 结论

本文给出了一种新的DSS/SINS组合导航系统实时性滤波方法，通过仿真说明了此方法的可行性，为克服双星定位实时性差的缺点提供了一种较好的DSS/SINS组合导航的滤波思路。虽然在实际工程中应用时，双星定位的静态误差会

随着时间、地点、环境的变化而改变，使得双星定位的静态误差模型不能够确定下来，但是在利用双星进行动态定位之前，可以先进行静态定位误差建模，将双星定位的静态误差模型确定下来，在进行动态定位时，事先确定好的静态误差模型基本上可以完全反映当时的双星定位静态误差。从计算机仿真结果可以看出，本文所提供的方法能够更好地解决DSS/SINS组合导航在实际工程应用中所存在的问题，提高导航精度，对DSS/SINS组合导航系统的实际应用有重要的参考价值。

参考文献：

［1］袁信，俞济祥，陈哲.导航系统［M］.北京：航空工业出版社，1993.

［2］陈哲.捷联惯导系统原理［M］.北京：宇航出版社，1986.

［3］韩光文.辨识与参数估计［M］.北京：国防大学出版社，1980.［4］林雪原，张立民，刘建业，李玉光.双星定位系统/SINS深组合导航系统研究［J］.空间科学学报，2003，（5）：387-395.

［5］林雪原，刘建业，蒋秀珍.RDSS/Doppier/GPS/SINS组合导航系统研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2004，36（1）：48-51.［6］林雪原，刘建业，汪叔华.双星定位/SINS组合导航系统研究［J］.中国空间科学技术，2003，（2）：34-39.

［7］林雪原，刘建业，汪叔华.RDSS/SINS组合导航系统的建模与仿真研究［J］.武汉大学学报信息科学版，2004，29（3）：210-

213.

［作者简介］

吕伟（1981.10-），男（汉族），安徽省淮北人，

北京航空航天大学在读硕士，从事惯性技术与组合

导航研究。

王艳东（1968.10-），女（汉族），吉林长岭人，博

士，北京航空航天大学副教授，从事控制理论与控制工程研究。

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基于ADAMS的车辆传动系统动态特性仿真研究

作者：林宝生， 张利霞， 闫清东， LIN Bao-sheng， ZHANG Li-xia， YAN Qing-dong

作者单位：林宝生,闫清东,LIN Bao-sheng,YAN Qing-dong(北京理工大学车辆传动国防重点实验室,北京,100081)， 张利霞,ZHANG Li-xia(河南师范大学计算机系,河南,新乡,453002)

刊名：

计算机仿真

英文刊名：COMPUTER SIMULATION

年，卷(期)：2006,23(12)

被引用次数：6次

参考文献(5条)

1.马彪履带车辆综合传动特性的动态仿真研究(直驶)[学位论文] 1999

2.Young Heub Kim;Jinseung Yang;Jang Moo Lee A study on the Transient Characteristics of Automatic Transmission with Detailed Dynamic Modeling 1994

3.陈东升;项昌乐;刘辉液力变矩器的动态特性和动力学模型研究[期刊论文]-中国机械工程 2002(11)

4.杨世文面向对象的综合传动装置建模与动态仿真研究[学位论文] 2003

5.Benard Drouin Dynamic Modeling of the Transmission Line of an Agricultural Tractor 1991

引证文献(6条)

1.刘振军.刘飞双离合器自动变速器齿轮轴系三维建模与仿真[期刊论文]-机械设计 2011(1)

2.王珂晟.宗磊强.曹琪基于虚拟样机的战地越野车整车制动仿真分析[期刊论文]-计算机仿真 2011(8)

3.刘振军.刘飞.郝宏伟双离合器式自动变速器的三维建模与仿真[期刊论文]-机械传动 2010(6)

4.林洪贵.蒋德松自动同步离合器阻尼-时间特性研究[期刊论文]-中国航海 2009(4)

5.武志斐.王铁.张瑞亮基于Mechanism/Pro的汽车悬架系统运动仿真[期刊论文]-计算机仿真 2008(8)

6.陈景锋.蒋德松基于联合动力的电力推进原动机并车过程研究[期刊论文]-船舶工程 2007(5)

本文链接：https://www.360docs.net/doc/a39398193.html,/Periodical_jsjfz200612065.aspx