汽车起步动力学仿真及模拟试验台设计研究
摘要
汽车安全性和智能化是当今汽车两大主题,为迎合这两大主题,论文对手动挡前驱汽车起步进行了相应的研究,主要是坡道辅助起步控制的研究,以期待提高汽车坡道起步的安全性以及坡道起步操作的智能化。
论文通过配备传统手动驻车制动器的手动挡汽车坡道起步的溜坡概率分析,提出对手动挡汽车坡道起步研究的必要性,再对国内外坡道起步的控制方法以及坡道辅助起步产品研究现状分析,认识到国内对手动挡轿车坡道起步产品依赖国外提供,并且坡道起步研究滞后于国外。又介绍了汽车专业台架试验,并分析了国内外汽车制动器试验台研究现状,提出研究设计专业汽车坡道起步模拟试验台的必要性。
论文主要针对手动挡汽车,通过汽车起步力学分析得出起步过程汽车所受外力之间的关系；分析辨识汽车起步阻力的方法,提出汽车起步过程阻力转矩计算方法；根据动力学分析得到汽车起步动力学方程,为汽车起步的动态分析奠定基础；分析发动机特性、膜片弹簧离合器特性及制动器特性,为建立仿真模型提供理论支持；建立汽车起步Simulink仿真模型,仿真得出汽车坡道起步控制的影响因素及汽车起步动态仿真结果；设计汽车起步模拟试验台,主要包括试验台液压驱动与加载系统的设计及其AMESim仿真模型,并通过不同扭矩控制方法的仿真得出合适的输出扭矩控制方法,为汽车坡道辅助起步控制器的设计与试验提供硬件支持。
Safety and intellectualization are two main themes of Automobile. In order to meet the two main themes the starting for manual precursors car is studied, especially research on control of hill start Assist, to look forward to improving the security as well as intelligent operation for car hill-start.
With the analysis of slope-slip probability for hill-start for manual transmission car with traditional manual parking brake, research on hill-start for manual transmission car is needed. And through the analysis for the present research status of the domestic and foreign hill-start control method and hill-start assisting products, domestic research on hill-start is fallen behind foreign countries. The automotive professional bench test is also introduced, and then the present research status of the domestic and foreign car brake test rig is analyzed which propose the necessity of designing professional simulated test bed for automotive hill-start.
In this paper manual car is studied. With mechanical analysis of car starting process, the relation among external force suffered by car is obtained. Through the analysis for the identification method for initial starting resistance, calculation method for the starting resistance is provided. Through dynamics analysis for car starting, dynamics equation is provided which provide scientific basis for dynamic analysis of car starting. Through the analysis for engine characteristics, diaphragm spring clutch and brake performance characteristics, simulation model for car stating is established in Simulink. Then through simulation the influence factors for vehicle hill-start control and the results of dynamic simulation are obtained. Finally the imitation test bench for car starting is designed which is helpful for design of hill-start controller, including designing hydraulic driving and loading system and establishing the AMESim simulation model for hydraulic driving and loading system. With the analysis of simulation results for different torque control method, the better torque control method is obtained.
论文通过配备传统手动驻车制动器的手动挡汽车坡道起步的溜坡概率分析,提出对手动挡汽车坡道起步研究的必要性,再对国内外坡道起步的控制方法以及坡道辅助起步产品研究现状分析,认识到国内对手动挡轿车坡道起步产品依赖国外提供,并且坡道起步研究滞后于国外。又介绍了汽车专业台架试验,并分析了国内外汽车制动器试验台研究现状,提出研究设计专业汽车坡道起步模拟试验台的必要性。
论文主要针对手动挡汽车,通过汽车起步力学分析得出起步过程汽车所受外力之间的关系；分析辨识汽车起步阻力的方法,提出汽车起步过程阻力转矩计算方法；根据动力学分析得到汽车起步动力学方程,为汽车起步的动态分析奠定基础；分析发动机特性、膜片弹簧离合器特性及制动器特性,为建立仿真模型提供理论支持；建立汽车起步Simulink仿真模型,仿真得出汽车坡道起步控制的影响因素及汽车起步动态仿真结果；设计汽车起步模拟试验台,主要包括试验台液压驱动与加载系统的设计及其AMESim仿真模型,并通过不同扭矩控制方法的仿真得出合适的输出扭矩控制方法,为汽车坡道辅助起步控制器的设计与试验提供硬件支持。
Safety and intellectualization are two main themes of Automobile. In order to meet the two main themes the starting for manual precursors car is studied, especially research on control of hill start Assist, to look forward to improving the security as well as intelligent operation for car hill-start.
With the analysis of slope-slip probability for hill-start for manual transmission car with traditional manual parking brake, research on hill-start for manual transmission car is needed. And through the analysis for the present research status of the domestic and foreign hill-start control method and hill-start assisting products, domestic research on hill-start is fallen behind foreign countries. The automotive professional bench test is also introduced, and then the present research status of the domestic and foreign car brake test rig is analyzed which propose the necessity of designing professional simulated test bed for automotive hill-start.
In this paper manual car is studied. With mechanical analysis of car starting process, the relation among external force suffered by car is obtained. Through the analysis for the identification method for initial starting resistance, calculation method for the starting resistance is provided. Through dynamics analysis for car starting, dynamics equation is provided which provide scientific basis for dynamic analysis of car starting. Through the analysis for engine characteristics, diaphragm spring clutch and brake performance characteristics, simulation model for car stating is established in Simulink. Then through simulation the influence factors for vehicle hill-start control and the results of dynamic simulation are obtained. Finally the imitation test bench for car starting is designed which is helpful for design of hill-start controller, including designing hydraulic driving and loading system and establishing the AMESim simulation model for hydraulic driving and loading system. With the analysis of simulation results for different torque control method, the better torque control method is obtained.
引文
[1]徐晓芬.车辆电子驻车制动系统辅助坡道起步的研究[D].武汉：武汉理工大学,2011.
[2]阿凤.坡道停车与起步上下[J].汽车驾驶员,1999.
[3]刘天祥.坡道起步应把握的几个关键点[J].汽车杂志,2002.
[4]史向宇.液压盘式制动器台架实验设备的研制.武汉：武汉理工大学,2007.
[5]钟师.TRW电子驻车制动系统(EPB)先进技术[J].轻型汽车技术,2006,(9)：36-37.
[6]林俊山,王吉忠,沙德文,等.基于集成扭矩传感器的电动驻车制动器坡道起步控制方法[J].仪器仪表学报,2009,36(6)：745-747.
[7]崔海峰,刘昭度,王国业,等.基于扭矩传感器的汽车坡道起步辅助系统[J].仪器仪表学报,2006,27(10)：1191-1193.
[8]马二从.迈腾车电子驻车制动系统的功能及工作原理[J].汽车维护与修理,2009,(4)：57-59.
[9]纪石.新技术剖析(六)[J].汽车维修技师,2009,7：16-17.
[10]郭立书,施正堂,张正兵.电子驻车制动系统[J].农业机械学报,2008,12(39)：31-33.
[11]谢峰,瞿文平,林巨广.整车制动系统台架试验方法的研究.合肥工业大学学报(自然科学版),2010,9(33)：1290-1294.
[12]肖勇明.机械式自动变速器坡道起步的研究[D].重庆：重庆大学机械工程学院,2009.
[13]陈家瑞.汽车构造：下册[M](第三版).北京：机械工业出版社,2009.
[14]谢先平.汽车自动离合器接合过程控制策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学,2008.
[15]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社,2004.
[16]雷雨龙,葛安林,李永军.离合器起步过程的控制策略[J].汽车工程,2000,22(4)：266-269.
[17]Daniels. The Case for Semi-automatic Transmission[J]. Automotive Engineer,1997,22(2): 28-31.
[18]雷雨龙.提高电控机械式自动变速器性能的研究[D].吉林工业大学博士学位论文,1999.
[19]葛敏林.AMT的坡道起步辅助系统自动控制的研究[D].吉林：吉林大学车辆[程,2008.
[20]葛安林,雷雨龙,高义峰,等.电控机械式自动变速器车辆坡道上起步控制研究[J].汽车工程,1998年第3期.
[21]余志生.汽车理论(第四版)[M].北京：机械工业出版社,2008.
[22]杨志刚,操场修,苏玉刚.动态识别道路坡度的多传感器信息融合方法[J].重庆交通学院学报,2002年第二期.
[23]吴碧磊.重型汽车动力学性能仿真研究与优化设计[D].长春：吉林大学汽车工程学院, 2008.
[24]李壮云.液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社,2008.
[25]刘延俊.液压与气压传动[M].北京：清华大学出版社,2010.
[26]成大先.机械设计手册[M](第五卷).北京：化学工业出版社,2008.
[27]陆倩倩.流量放大全液压转向系统的仿真分析及试验[D].杭州：浙江大学机械工程学系,2010.
[28]齐晓杰.制动系统[M].北京：化学工出版社,2005：1-4.
[29]付永领,祁晓野AMESIM系统建模与仿真：从入门到精通[M].北京：北京航空航天大学出版社,2006.
[30]霞光科技AutoCAD 2007机械制图基础教程[M].机械工业出版社,2008.
[31]刘保林.AMT起步和换挡品质的研究[D].吉林：吉林大学硕士学位论文,2003
[32]杨可森,李修洪,等.汽车DCT变速器液压试验台的设计[J].液压与气动,2010,12：48-51.
[33]张邦成,方勇,等.汽车离合器综合性能试验台设计[J].农业机械学报,2008,12：200-203.
[34]彭战争,谢峰,等.双端制动器惯性试验台的设计[J].工艺与装备,2007,3：62-64.
[35]陈祯福.汽车底盘控制技术的现状和发展趋势[J].汽车工程,2006,28(2)：105-113.
[36]汪洋.车辆电控机械制动系统的设计与分析[D].南京：南京航空航天大学,2005.
[37]彭忆强.黎长青.汽车电子驻车制动控制系统的仿真研究.西华大学学报(自然科学版)[J],2007,26(4)：16-17.23.
[38]Tom Denton. Automobile Electrical and Electronic Systems[J]. Buterworth-Heineman, Apr.2000.
[39]Sone S, Ueda N. Improvement of characteristics by introducing pure electric braking[J].P roc.IEE-J IAS,1997,303(3):415-418.
[40]Ralf Leiter. Design and control of an electric park brake[C].SAE Paper 2002 01 2583, 2002.
[41]United States Patent No.:US2006/0151260. Electric Park Brake [P].
[42]United States Patent No.:4561527, Electric Parking Brake for a Vehicle [P].
[43]张祥,杨志刚,张彦生.汽车AMT系统的Matlab/Simulink建模与仿真[J].系统仿真学报,2007,19(14)：3339-3343,3353.
[44]周云山,于秀敏.汽车电控系统理论与设计[M].北京：北京理工大学出版社,1999.
[45]李春明,赵宇.现代汽车底盘技术[M].北京：北京理工大学出版社,2002.
[46]G. F. Franklin, J. D. Powell, etc.动态系统的反馈控制(第四版)[M].北京：电子工业出版社,2004：35-36,146-154.
[47]张志涌.精通Matlab6.5版[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003.
[48]余佑官,龚国芳,胡国良AMEsim仿真技术及其在液压系统中的应用[J].液压气动与密封,2005(3)：28-31.
[49]Anne Roussel. AMEsim User Manual[M]. IMAGINE S.A.2003.
[50]秦家升,游善兰AMESim软件的特征及其应用[J].工程机械,2004(12)：6-8.
[511吴智勇,刘海明,高明,等.基于LMS.AMEsim平台的泵送液压系统建模仿真与试验研究[J].中国工程机械学报,2010,8(2)：213-218.
[52]马长林,黄先祥,郝琳,等.基于AMESim的电液伺服系统仿真与优化研究[J].液压气动与密封,2006(1)：32-34.
[53]祁雪乐,宋健,王会义.基于AMESim的汽车ESP液压控制系统建模与分析[J].机床与液压,2005(8)：115-116.
[54]王静.液压支架试验台液压系统动态特性分析[D].太原：太原科技大学,2010.
[55]刘海丽.基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究[D].西安：西北工业大学,2006.
[2]阿凤.坡道停车与起步上下[J].汽车驾驶员,1999.
[3]刘天祥.坡道起步应把握的几个关键点[J].汽车杂志,2002.
[4]史向宇.液压盘式制动器台架实验设备的研制.武汉：武汉理工大学,2007.
[5]钟师.TRW电子驻车制动系统(EPB)先进技术[J].轻型汽车技术,2006,(9)：36-37.
[6]林俊山,王吉忠,沙德文,等.基于集成扭矩传感器的电动驻车制动器坡道起步控制方法[J].仪器仪表学报,2009,36(6)：745-747.
[7]崔海峰,刘昭度,王国业,等.基于扭矩传感器的汽车坡道起步辅助系统[J].仪器仪表学报,2006,27(10)：1191-1193.
[8]马二从.迈腾车电子驻车制动系统的功能及工作原理[J].汽车维护与修理,2009,(4)：57-59.
[9]纪石.新技术剖析(六)[J].汽车维修技师,2009,7：16-17.
[10]郭立书,施正堂,张正兵.电子驻车制动系统[J].农业机械学报,2008,12(39)：31-33.
[11]谢峰,瞿文平,林巨广.整车制动系统台架试验方法的研究.合肥工业大学学报(自然科学版),2010,9(33)：1290-1294.
[12]肖勇明.机械式自动变速器坡道起步的研究[D].重庆：重庆大学机械工程学院,2009.
[13]陈家瑞.汽车构造：下册[M](第三版).北京：机械工业出版社,2009.
[14]谢先平.汽车自动离合器接合过程控制策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学,2008.
[15]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社,2004.
[16]雷雨龙,葛安林,李永军.离合器起步过程的控制策略[J].汽车工程,2000,22(4)：266-269.
[17]Daniels. The Case for Semi-automatic Transmission[J]. Automotive Engineer,1997,22(2): 28-31.
[18]雷雨龙.提高电控机械式自动变速器性能的研究[D].吉林工业大学博士学位论文,1999.
[19]葛敏林.AMT的坡道起步辅助系统自动控制的研究[D].吉林：吉林大学车辆[程,2008.
[20]葛安林,雷雨龙,高义峰,等.电控机械式自动变速器车辆坡道上起步控制研究[J].汽车工程,1998年第3期.
[21]余志生.汽车理论(第四版)[M].北京：机械工业出版社,2008.
[22]杨志刚,操场修,苏玉刚.动态识别道路坡度的多传感器信息融合方法[J].重庆交通学院学报,2002年第二期.
[23]吴碧磊.重型汽车动力学性能仿真研究与优化设计[D].长春：吉林大学汽车工程学院, 2008.
[24]李壮云.液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社,2008.
[25]刘延俊.液压与气压传动[M].北京：清华大学出版社,2010.
[26]成大先.机械设计手册[M](第五卷).北京：化学工业出版社,2008.
[27]陆倩倩.流量放大全液压转向系统的仿真分析及试验[D].杭州：浙江大学机械工程学系,2010.
[28]齐晓杰.制动系统[M].北京：化学工出版社,2005：1-4.
[29]付永领,祁晓野AMESIM系统建模与仿真：从入门到精通[M].北京：北京航空航天大学出版社,2006.
[30]霞光科技AutoCAD 2007机械制图基础教程[M].机械工业出版社,2008.
[31]刘保林.AMT起步和换挡品质的研究[D].吉林：吉林大学硕士学位论文,2003
[32]杨可森,李修洪,等.汽车DCT变速器液压试验台的设计[J].液压与气动,2010,12：48-51.
[33]张邦成,方勇,等.汽车离合器综合性能试验台设计[J].农业机械学报,2008,12：200-203.
[34]彭战争,谢峰,等.双端制动器惯性试验台的设计[J].工艺与装备,2007,3：62-64.
[35]陈祯福.汽车底盘控制技术的现状和发展趋势[J].汽车工程,2006,28(2)：105-113.
[36]汪洋.车辆电控机械制动系统的设计与分析[D].南京：南京航空航天大学,2005.
[37]彭忆强.黎长青.汽车电子驻车制动控制系统的仿真研究.西华大学学报(自然科学版)[J],2007,26(4)：16-17.23.
[38]Tom Denton. Automobile Electrical and Electronic Systems[J]. Buterworth-Heineman, Apr.2000.
[39]Sone S, Ueda N. Improvement of characteristics by introducing pure electric braking[J].P roc.IEE-J IAS,1997,303(3):415-418.
[40]Ralf Leiter. Design and control of an electric park brake[C].SAE Paper 2002 01 2583, 2002.
[41]United States Patent No.:US2006/0151260. Electric Park Brake [P].
[42]United States Patent No.:4561527, Electric Parking Brake for a Vehicle [P].
[43]张祥,杨志刚,张彦生.汽车AMT系统的Matlab/Simulink建模与仿真[J].系统仿真学报,2007,19(14)：3339-3343,3353.
[44]周云山,于秀敏.汽车电控系统理论与设计[M].北京：北京理工大学出版社,1999.
[45]李春明,赵宇.现代汽车底盘技术[M].北京：北京理工大学出版社,2002.
[46]G. F. Franklin, J. D. Powell, etc.动态系统的反馈控制(第四版)[M].北京：电子工业出版社,2004：35-36,146-154.
[47]张志涌.精通Matlab6.5版[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003.
[48]余佑官,龚国芳,胡国良AMEsim仿真技术及其在液压系统中的应用[J].液压气动与密封,2005(3)：28-31.
[49]Anne Roussel. AMEsim User Manual[M]. IMAGINE S.A.2003.
[50]秦家升,游善兰AMESim软件的特征及其应用[J].工程机械,2004(12)：6-8.
[511吴智勇,刘海明,高明,等.基于LMS.AMEsim平台的泵送液压系统建模仿真与试验研究[J].中国工程机械学报,2010,8(2)：213-218.
[52]马长林,黄先祥,郝琳,等.基于AMESim的电液伺服系统仿真与优化研究[J].液压气动与密封,2006(1)：32-34.
[53]祁雪乐,宋健,王会义.基于AMESim的汽车ESP液压控制系统建模与分析[J].机床与液压,2005(8)：115-116.
[54]王静.液压支架试验台液压系统动态特性分析[D].太原：太原科技大学,2010.
[55]刘海丽.基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究[D].西安：西北工业大学,2006.