基于CRUISE的智能四驱控制系统设计仿真研究_奇瑞汽车_李敏等.docx
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1、基于 CRUISE 的智能四驱控制系统设计仿真研究李敏,牛大旭,饶奉锦,刘中拥(奇瑞汽车股份有限公司,安徽芜湖,241006)摘要 介绍了智能四驱系统基本概念、原理等,依据某款城市紧凑型SUV车型的物理结构及所采用的控制策略,在CRUISE平台中搭建整车模型、设计扭矩管理器,并进行常用工况下的性能仿真,对两驱与四驱的动力经济性计算结果进行对比。同时,提出了一种行之有效的整车爬坡分析方法,并重点对爬坡工况进行对比分析。与试验结果对比表明:该模型达到了预期的控制效果,爬坡分析方法具有可行性,智能四驱爬坡优势明显。关键词:智能四驱;AVL CRUISE;扭矩管理器;爬坡主要软件:AVL CRUISE
2、The Design And Simulation Study Of Intelligent 4WD Control System Based On CRUISELi Min, Niu Daxu, Rao Fengjin, Liu ZhongyongChery Automobile Co.,LTD. Wuhu, Anhui Province, P.R. China, 241006Abstract The basic concept, principle and so on about intelligent 4WD system is introduced, according to the
3、physical structure and control strategy of a certain city SUV models, using CRUISE software to build the vehicle model, design torque manager and simulate performance under the commonly used course, the P&E calculation results of 2WD and 4WD is compared. At the same time, an effective vehicle grade
4、analysis method is proposed, and especially the gradeability course is analyzed. Compared with the test results, it is show that the model has reached the expected control effect, gradeability analysis method is feasible, gradeability of intelligent 4WD has obvious advantage.Keywords: Intelligent 4W
5、D; AVL CRUISE; Torque Manager; GradeabilitySoftware: AVL CRUISE1. 前言当今世界随着汽车工业的发展,人们对汽车性能的追求越来越高,随着科学技术的迅猛发展,四驱技术应运而生。所谓的四驱技术,即为车辆的四个车轮均为驱动轮,主要应用于越野车,SUV 和一些轿车上。不同车型之间四轮驱动系统结构不同,各有各的优缺点,从而导致行驶性能大相径庭。依据某款智能四驱车型结构原理,在 CRUISE 中建立仿真模型,研究了四驱与两驱的动力性经济性差异,重点对爬坡工况进行了详细分析。2. 智能四驱系统简介目前四驱的分类方法很多,按照结构形式分类,四驱系统
6、可以分为基于前驱的四驱和基于后驱的四驱;按照操作模式分类,四驱系统可以分为分时、适时和全时四驱。适时四驱系统,即为智能四驱,即只有在特定情况下车辆才具有四轮驱动功能,而正常情况下则仅是靠前轮或者后轮驱动。基于前驱的智能四驱系统,正常行驶时后轮仅有极小驱动力或者无驱动力,整车与前驱车辆无异,只有在前轮附着力不足而出现滑转时,通过取力器(PTU,Power transmit unit)将一部分动力传递给后桥,传递扭矩的大小由扭矩管理器(ITM, Intelligent torque management)来控制。基于前驱的适时四驱系统,燃油经济性较好,越野性能有限,适用于中小型四驱轿车和城市 SU
7、V,动力传动路线如图 1 所示。发动机 变速箱 前桥主减速器 差速器 前轮取力器后传动轴 扭矩管理器 后轮图 1 基于前驱的智能四驱动力传动路线图3. 智能四驱 CRUISE 模型基于前驱的智能四驱整车的结构原理如图 2 所示,其核心部件为 PTU 和 ITM。利用 CRUISE 软件模块化建模理念,使用整车、发动机、离合器、机械变速器、主减速器、PTU、差速器,制动器、车轮、传动轴、驾驶室、ITM 等搭建起智能四驱整车模型1。发动机 PTU ITM 主减 离合器变速器+主减前桥后桥差速差速器器图 2 智能四驱整车的结构原理图仿真中,PTU 使用单速比模块代替,与后主减模块的速比互为倒数。PT
8、U 的数值1,主要起到减扭增速作用,而后主减则起减速增扭作用。ITM 种类很多,文中使用的为多片离合器。仿真中,ITM 简化为四驱控制模块、扭矩分配控制器、中央差速器模块及四驱离合器模块。 即为扭矩管理器的离合器接通时,为智能四驱;离合器断开,为前驱2。ITM 为前后轴扭矩分配部件,在各个工况中起至关重要的作用,如当车辆转弯,使前后传动轴转速比保持在一定范围内,为了减小前轮的滑移和后轮的滑转3 4,保障转向性能。3.1 建立智能四驱动力控制系统依据某款 SUV 车型智能四驱结构,进行四驱动力控制系统设计,要实现的目标为5:(1) 通常情况下,汽车以前轮驱动;(2) 起步时,车速10km/h,缓
9、坡或平路时,前驱;(4) 爬陡坡时,车速10km/h,四驱;根据控制目的,智能四驱 ITM 控制策略设计如图 3 所示:油门开度80%,车速10km/h& 加速度10km/h 扭矩因子分配 中央差速器离合器接通图 3 智能四驱 ITM 控制策略3.2CRUISE 仿真模型图依据上述各模块功能及控制系统要实现的目标,在 CRUISE 中建立仿真模型,如图 4 所示。为了更好的对比智能四驱与两驱之间的差异,本文的两驱模型,仿真中质量较四驱车辆重量轻 70kg(质量差异主要为四驱相关附件产生),同时考虑了轮胎滑移情况。驱动车轮离合器发动机驱动车轮扭矩分配四驱控半轴变速箱主减控制器制器半轴差速器中央差
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