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动力总成的系统建模理论及应用

——“2015汽车与环境创新々论坛”湖南大学教授张农演讲实录

非常感谢这次论坛,跟这么多企业界朋友交流,学到很多东西。我们在准备这个PPT的时候,我也不知道人家讲什么,我们只是▶给一个题目,从徐总报告和段总报告,我们三个串起来还真的成了非常好的序列报告。因为徐总讲的是电机关键技术,段总讲◎极速赛车微信群 混合动力各种可能的驱动模式,我下来讲这些驱动模式切换的时候,需要哪些理论。真的是成了很好的序列。我一共三个部分,第一研发混合动力有什么样的挑战性的动力问题?第二,理论基础是什么?然后是双电与单电的快速比较。很简单的分析。第四https://www.axz5757.com 个是换档≯过程中,产品质量问题,维护成本会高。

我一直在大学工作,我一有时间有去企业界工作,主要是跟各个汽车厂合作,一些经验和大家分享!

什么是动力总成?看一下这个车,用这个图片,发动机、变速箱到后面驱动,其实完全是机械系统化,现在没有把电机机电系统,把发动机里的动能,转成机械能。放到论坛上,这个摩擦力把车推着往前走。你要看到换档过程中の,产生什么的振等问题。所以什么样的特征性问题呢?第一,能量管理、建模分析,如果是满足这样的分析的话,这个模型就够。但是如果要想考虑用离╱╲合器还是不用离合器?用什么样的离合器?怎么控制离合器?这个时候,可能粗糙的定性看换档性能,可能也够。你要频繁切换模式,对动力学系统来讲,是一个变化。刚刚看到那辆车,完全可以搬到实验室来。

我保留了很多动力学参数,我要看的是,我在驱动过程中换挡的时候,这里都可以用。当时做这个研究,●澳大利亚有一个公司,这个公司叫BTR,这个公司被吉利买收了,他们做了一个四档变速箱,这个变速箱用了很多年,现在还有。现在说要把这个变速箱改成五档六档。这个开发周期按照原来开发周期是非常长的,后来我们合作,就是仿真开发出来,使得更方便的开发五档六档。其实这个变速箱的动力总成包括什么呢?包括发动机、液压控制等。这个加速过程,整个过程全是一体的,其实真正从动力学角度讲,真要看一下加速性能,完全可以用动力学连接起来。

这个○是一档二档换档的时候@的平均线,档自动可以换,一档到两档。这个压力分布再放到模型来看,输入输出扭矩变化。四组不同的压力曲线,但是真正看到换档的输出是不一样。红线肯定不行,蓝线中段感觉太大。最好的是第四个和第一个,是效果最好的。有了仿真软件,一天就可以定好,同样的事情可以做到二到三档,二到三档可能更复杂,因为有一个切换。

在这个过程中,还是有一些震动的,设计比较粗糙。我当时做这个工作是98年、99年做的。结果这个工作做完正好国际上买了个会议,奔๑驰公司知道我这个工作,就邀请我去做了一个动力总成仿真分析。我2002年、2003年在奔驰当时乘用车动力总成部工作一年多,作为邀请的专家过去。这是一个调速器,靠这个轴,调这个轴的方向来调输入输出比例。当时去的时候,还有一个简单模型给我,所以我去了以后,这完全是我自己做的工作,就从给我的变〾速器,加上现有的。这个︶︷︸是他们的发动机,这个是我刚给你的。这是他们传统的齿轮箱,应该是两级半的行星齿轮。把这样一个物理系统,完全用一个数学模型翻出来。这是我当时做的分析,就不多讲了,几乎可以保证发动机长功率,很高的扭矩。

这里用的是多刚体动学建模模型,这部分怎么做也做不好,总有一个大的抖动。而且这个动力建模好坏相差很大,他们当时自己的模型开始了0.5秒不动,一直在打滑。▫所以我把它给我的模型完全改了,这就再也没有打滑的现象了。实际上就是说在控制车的速度,整车控制器是关键。有了这样的分析,可以把每个都可以用仿真模型预测。

这个是我最近在国内做的工作,我一回来就申请了这方面的几个专例,里๑面很容易的。这个专例刚刚批下来,发明专例刚刚下来。这个是很简单的。现在客车上,公交车上一个电机要120万,我〢要60、60,或者50、70。要想输入的时候,还可以加一个aⅥvp,你需要扭矩我给你扭矩。这样的模式非常多,可能性非常大◥。如果你用单的直驱的话,或者单的四档,看看效果。

这个是我给的参数,大小能量有两个马达性能,40千瓦,々有80千瓦的大电机。我用了4个档位,4个不同速度,来看一下比较。是很粗糙的一个比较。第一的情况,用了2个电机4档,B是单电╣机4档,C是电机一档直驱。加速时间明显C加速时间还可以,爬坡能力◤相差很大,再看能耗经济性,A远远好于BC。用了一个比较简单的双电机输入,总成的复杂程度也不复杂。但是控制系统要求是比较高的,这个是很粗糙,为什么用♡的双电梯四档效率会高。其实很简单,徐总肯定比我解释⿺的更好。往往不能保证高效工作,你用了4档稍微改好了一点,你用了直驱很差。但是你用了两个电机四档的,可以保证两个电机都在高效工作〩,而且对于电机本身性能要求也会降低。

下面我要讲一下多流体(音译)系统,这个大家都很熟悉,大众用的6档的双离合器变速箱。我很早就做这个工作,也是我的运气。当时跟我合作的一个澳大利亚公司,他是直接参与第一台双离合器变速箱开发的。我跟他在澳大利亚申请了国家的相当于863项目,你们查≥一下我的英文名字可以查到好多这方面的名字。双离合器技术难点,一步控制好,二离合器切换控制好。

具体来看,同步器的同步过程,也都是一些缸体运动的过程。我就抛砖引玉,要有时间就好好做起来。这个同步过程,就是说你把这个不出来的时候摩擦。让这个空转的轮子速度同步,同步好以后把这个再住,做不好就容易打坏。前面几位老总,都讲的大的,我讲的是非∪常细致的建模分析问题。

离合器,双电机切换,比如说现在是一档二档要换,离合器一在上面,离合器二同步,就把速度同步。切换过程要把离合器放开。☆这个过程中,还保证相对的运动,摩擦从输入端输入的过程。这个过程控制要求非常高,控制不高频率就差。做过这方面工作的人肯定就清楚,这些是具体的动力方程。要考虑到轴的扭转缸度,扭矩都要考虑到。关键还有一点,离合器模型要建好,有控∏制阀的模型要建好。控制阀由于我那个澳大利亚朋友发明的专利。

理论上讲,切换过程一个离合器放开,一个离▲合器合上,真正做出来的效果是这样的。一个离合器并不是一下放开的,是慢慢放开的。这个时候保证滑移,另一边合上的时候,也可以合上。整个过程是滑移过程。等到两个速度↔差不多了,就把这个合上。说起来很简单,但是做还是很难。如果没有这样的系统,做控制还是做不好的。我们的灵魂企业可能没有把这部分吃透。产生的扭振几乎云豹视讯是很大的,用了机输入以后好控制了,发动机相对难一点。

再讲多一点就是,如果考虑到动力轴承和车架耦合,就要做到更详尽。大家知道长城的A78(音译),上市之后又撤回。其实都是国外买的很好的变速箱√等产品。但是装到车上的时候,就发现超过每小时100公里的时候,车就产生震动,我去试架过,我说这个⊕一下解决不了,换部件解决不了。我说要做的是要有这个模型。考虑它的动态问题,有没有某一个点造成震动♂。后来还是请供应商解决了。但是这个问题应该在整车厂采购零部件的分析问题,都应该做在前面的。

这个是我和北汽一起做的,北汽纯电动汽车用的开发,这个项目是科技部支持的。这里面是双离合器两个档,前轮驱动,就是让双离合器切换。为什么效率高?我就不多讲了。当时的合作单位是我们╭╮科技大学、北汽。这个公司被AVL买收了,AVL是订购的公司。为了省钱,我们找了一台旧的6档的双离合器变速箱,选了2档,做了一个简单的样机。这个是北汽工程师,这是我的博士后,我们正在拆装。为了省钱,因为是原理样机,我把六档样机拿过来。理论上双离合器是这样的,真正通过建模分析,真正模型不是这样的。北汽那个工程师在我那工作两三年,还拿了博士学位,发表了一两篇比较好☑的╜文章。我在开发软件,直接可以通过仿真的东西,来驱动我的硬件。这个是改装后的,这个是一个电机,这个电机∮功率是80千瓦。我们用的网络电,电机控制器,也有扭矩传感器,就是测扭矩的。

我们做了一个控制的试验,测的是扭矩,在这里测的。这个是我们通过仿真实测做出来的控制切换。这个是离合放的,这个离合器合上,这个是马达的扭矩,是很平顺的,切换过去。一个是往上挂档一个是往下挂档。可以做各种实验,也可以通过仿真做,也可以通过抬架做。在底下也可以做一些传感器的标定。效率分析,用了两档以后,效率还是提高了,这个是比较。

我做一个小结,如果要知道这车的动力总成的经济性和动力性能,粗糙的用多缸体动力学建起来,能知道这些结果。如果要知道换档的性能,粗略的定性。但是一看要知道强劲的,就是真正如何控制它,更☎精确可靠的预测它的话,一-定要用多缸体和多流体(音译)混合模型。特别是考虑到动力轴承整车的,那没办法,两个模型都要用,陶不过的,不要碰运『气,因为太多了。你对结果不放心的话,最好通过抬架试验进行验证。

文章来源:盖世汽车