智能四驱与其它四驱系统的仿真比较

2006年05期 科技篇 刘清波 李季(中国农业大学 100083) 智能四驱与其它四驱系统的仿真比较 摘 要:通过对各种四轮驱动系统的的分 析,说明智能四驱系统是将来的发展方向。在 ADAMS/View里建立整车模型和动力控制系 统,完成对各种四驱系统的仿真,并对仿真结 果作了比较,证明了智能四驱系统的优越性。 关键词:智能四驱,半时四驱,常时四 驱,仿真,ADAMS 1.引言 四驱汽车主要分成两大类:PartTime 4WD(分时四驱) 和FullTime4WD(全时四 驱)。 分时四驱的特点是驾驶员操纵拉杆或开 关、或利用液压多片离合器等,根据需要进行 二轮驱动和四轮驱动的切换操作。可分两种使 用状态:一种是两驱,汽车只有两个车轮得到 动力,与普通汽车没有区别;另一种则是四 驱,此时汽车前后轴都分配动力。目前先进的 分时四驱系统已经能够实现差速器锁止结构由 电脑控制,即二驱、四驱自动切换。 全时四驱是使汽车四个车轮一直保持动力 输出的四驱系统。若要细分全时四驱系统,可 分成固定扭矩分配(前后多以50∶50比例分配) 和变扭矩分配 (前后动力分配比例可变) 两大 类。全时四驱也有很长地历史,可靠性更大, 但其油耗量也较大。全时四驱主要用于电子化 程度很高的越野车和轿车。其中较为有名的是 奥迪的Quattro四驱系统。 能同时具有分时四驱和常时四驱的优点, 而又避免它们的缺点,是最理想的。智能四驱 系统就是这样的四驱系统,能够根据汽车的运 动状态把发动机的扭矩分配给驱动轮,使汽车 的动力性,安全性和燃油经济性达到最佳。并 且在良好路况或动力性要求不高的情况下,由 四驱转换到二驱,使汽车的燃油经济性进一步 提高。 对上述三种四驱系统进行仿真研究并进行 仿真结果比较,在透彻理解系统性能方面有如 下的优点:周期短、投入少、避免了实车试验 所承担的风险和危险,评价出其性能的优劣。 2.整车模型和动力控制系统 在ADAMS/View里创建汽车的整车模型, 它包括:汽车底盘模型、双横臂式前独立悬架 模型、转向机构模型、斜置臂式后悬架模型、 轮胎模型和路面谱。 建立整车模型图1所示。 图1 整车模型 使用ADAMS/view中提供的ControlToolkit (控制工具箱) 进行四驱动力控制系统。 根据控制目的,画出控制设计图如图 2所示。 4.仿真结果分析 把上面建立的动力控制系统和整车模型联 合起来,进行仿真。经过不断调试,得出下面 的仿真结果。 其中,整车的主要参数为: 1.整车重量:2010kg,转动惯量(Ixx、Iyy、 Izz)为:1.06E+009,2.28E+009,2.18E+009; 2.轴距:2.60m,轮距:1.65m; 3.主销内倾角:10°,主销后 倾 角 : 2.5°,前束角:0.2°; 4.发 动 机 参 数 : 最 大 扭 矩 :377N·m (3800转/分),最大功率178kW(5200转/分), 速度特性如图3所示。 图3 发动机速度特性 5. 变速箱设为两档,传动系的传动比分 别为:41.84,24.61。 通过建立新的动力控制系统,应用同一个 整车模型,在相同的路况条件下,对半时四驱 和常时四驱进行了仿真,并对三者的仿真结果 作了动力性和经济性方面的比较。 以上控制目标是在汽车启动后,直线加速 到某一车速后等速行驶条件下实现的。也就是 说,汽车等速行驶是此次控制的另一个目标。 4.1等速行驶的控制 如图4所示,汽车加速后,基本上以等速 6m/s(21.6km/h)行驶,达到了控制目的。 图4 车速随时间的变化关系 4.2动力性比较 图5 三种四驱的速度随时间的变化 如图5所示,常时四驱汽车最先达到目标 速度6m/s,而半时四驱最慢,智能四驱居中, 说明智能四驱比半时四驱加速性好,虽然与常 时四驱相比较差。虽然智能四驱达到目标速度 比常时四驱慢,但在此加速过程中,有很长一 段时间,速度都比常时四驱、半时四驱都要 大。 4.3经济性比较 如图6所示,常时四驱汽车的发动机作功 一般是最大的,也就是油耗最多的,而半时四 驱最小,即油耗最小,而智能四驱居中。说 明,智能四驱相对常时四驱经济性有所改善, 虽然相对半时四驱还是较多。 图6 三种四驱汽车的发动机作功随时间的变化 5.小结 经过以上分析得知,智能四驱动力性比半 时四驱有所提高,经济性比常时四驱有所改 善。对于动力性方面,智能四驱能够根据路况 和汽车行驶状态,调节前后轴的动力分配之 比,使驱动轮都处于最佳滑转率范围之内 (不 同路面对应的最佳滑转率是不同的,如图7所 示),发挥出最大的动力输出,而半时四驱的 前后轴动力分配之比固定,不能使汽车的滑转 率都处在最佳滑转率范围之内,所以与智能四 驱相比较差;对于经济性方面,智能四驱能够 吸收半时四驱的优点,在适当的时机由四驱变 为二驱,减小部分机械摩擦、运动等带来的能 量损失,从而降低油耗。 图7 不同路面的附着系数随滑转率的变化 (最佳滑转率就是最大附着系数对应的滑 转率) 参考文献: [1]李军等,《 ADAMS实例教程》,北 京:北京理工大学出版社,2002.7 [2]刘清波,智能系统的仿真研究,北京: 中国科技在线,2006 [3]代汝泉,《 汽车运行性能》,北京:国 防工业出版社,2003 [4]杨万福,《 发动机原理与汽车性能》, 北京:高等教育出版社,2004.7 图2 四驱动力控制系统方案设计图 ○科技动态 16