CN114545908B - 车用液压***模型构建和仿真方法,及整车仿真*** - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种车用液压***模型构建和仿真方法,及整车仿真***。模型构建方法包括:在仿真环境中构建液压马达模型、高压液压储能器模型、低压液压储能器模型和液压附件模型;将所述液压马达模型、所述高压液压储能器模型、所述低压液压储能器模型和所述液压附件模型按照信号关系进行关联,形成液压***模型;其中,所述液压马达模型的构建过程包括如下步骤:根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建计算所述液压马达模型的输出流量的计算公式;根据所述控制信号,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式;根据所述输出流量和所述转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式。本实施例提高了仿真精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及车用液压***仿真技术领域,尤其涉及一种车用液压***模型构建和仿真方法,及整车仿真***。
背景技术
液压***建模是液压***设计与仿真分析中的重要手段,液压***模型的建立是为了精确表征液压***各种属性,在液压***的应用和开发过程中发挥着不可或缺的作用。
目前的车用液压***建模方法大多基于国外的商业化软件。这些液压***建模软件中提供的模块库均被封装,用户无法理解仿真的实现过程,在调试过程中遇到问题也无法有效排查,仿真精度难以保证。
发明内容
本发明实施例提供一种车用液压***模型构建和仿真方法,及整车仿真***,准确反映模型内部的作用机理,提高仿真精度。
第一方面,本发明实施例提供了一种,包括:
在仿真环境中构建液压马达模型、高压液压储能器模型、低压液压储能器模型和液压附件模型;
将所述液压马达模型、所述高压液压储能器模型、所述低压液压储能器模型和所述液压附件模型按照信号关系进行关联,形成液压***模型;
其中,所述液压马达模型的构建过程包括如下步骤:
根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建计算所述液压马达模型的输出流量的计算公式;
根据所述控制信号,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式;
根据所述输出流量和所述转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式;
其中,所述控制信号代表液压马达的运行状态。
第二方面,本发明实施例提供了一种车用液压***仿真方法,应用于车用液压***模型,其中,所述液压***模型采用上述方法构建;
所述仿真方法包括:
根据所述液压***模型中构建的各计算方程,确定所述输出转矩的最优解,作为所述液压***模型的输出。
第三方面,本发明实施例还提供了一种整车仿真***,包括:上述液压***模型、发动机模型、离合器模型、变速器模型和转矩耦合器模型;
在整车仿真过程中,所述发动机模型的输出转矩经过所述离合器模型和所述变速器模型后,输入所述转矩耦合器模型;所述转矩耦合器模型用于耦合来自所述液压***模型和所述发动机模型的转矩并输出。
本发明实施例选取液压马达、高压液压储能器、低压液压储能器和液压附件作为液压***的必要部件分别进行建模,通过对液压马达模型机理的详细分析,构建了液压马达模型中用于约束输入参数和/或输出参数的关系模型,准确反映***内部压强的动态变化过程。同时,通过各部件真实的管道连接关系,构建了用于关联各部件模型的控制方程,使各部件模型形成统一的整体。所述部件模型内部的关系模型和部件模型之间的控制方程,共同构成液压***模型的输入参数和输出参数的关系模型,从而完成液压***的建模。上述液压***模型,能够准确计算出液压***由于内部压力变化输出的马达转矩,提升仿真精度。特别地,本实施例考虑了液压马达运行和不运行时的转矩损失,使液压***模型更贴近液压***的实际运行过程,提升液压***仿真模型的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种车用液压***模型构建方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的车用液压***模型的结构图。
图3是图2所示的各液压部件模型之间的信号关系示意图。
图4是本发明实施例提供的一种车用液压***仿真方法的流程图。
图5是本发明实施例提供的一种整车仿真***的结构示意图。
图6是NEDC(New European Driving Cycle,新标欧洲驾驶周期)工况工况下运行的车速示意图。
图7是图5所示的整车仿真***在图6的NEDC工况下运行时,液压储能器模型的SOC(储能状态)变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1是本发明实施例提供的一种车用液压***模型构建方法的流程图,适用于在仿真环境下构建车用液压***仿真模型的情况。本方法由电子设备执行,如图1所示,本方法包括如下步骤:
S110、在仿真环境中构建液压马达模型、高压液压储能器模型、低压液压储能器模型和液压附件模型;
真实的车用液压***包括多个液压部件:高压液压储能器、低压液压储能器、液压马达、液压泵、电动机、液压阀、油箱、滤油器、冷却器、加热器、压力计、液压过滤器、回油滤清器以及压力计等,各液压部件通过液压管路连接。当高压液压储能器和低压液压储能器连接到液压回路中时,液压回路中产生压强差;此时如果液压马达有运行信号,油液就会从高压液压储能器流出通过液压马达,带动液压马达转动,流向低压液压储能器,液压马达两端的压强差使得液压马达持续运行。
可见,高压液压储能器、低压液压储能器和液压马达是液压***最重要的部件,其余部件中的主要部件可以统称为液压附件,例如液压过滤器、回油滤清器以及压力计等。本实施例并没有对液压***中的每个部件进行建模,而是紧紧围绕上述最重要的部件和其余部件中的主要部件,构建了如图2所示的车用液压***模型,模型中包括:液压马达模型、高压液压储能器模型、低压液压储能器模型和液压附件模型。
S120、将所述液压马达模型、所述高压液压储能器模型、所述低压液压储能器模型和所述液压附件模型按照信号关系进行关联,形成液压***模型。
图3是图2所示的各液压部件模型之间的信号关系示意图。参见图2和图3,由于真实的液压***中通过管路连接的部件端口压强和流量一致,因此液压***仿真模型中所述高压液压储能器模型的输出流量和输出压强等于所述液压附件模型的输入流量和输入压强,所述液压附件模型的输出流量和输出压强等于所述液压马达模型的输入流量和输入压强,所述液压马达模型的输出流量和输出压强等于所述低压液压储能器模型的输入流量和输入压强。本实施例通过这些信号关系建立各部件模型之间的控制方程,将各部件模型关联起来,从而得到完整的***模型。
具体的,用于关联各部件模型的控制方程如下:
Q ess_oil_flow_outlet =Q acc_flow_in (1)
P ess = P acc_in (2)
Q acc_flow_out = Q mothy_in (3)
P acc_out = P mothy_in (4)
Q mothy_flow = Q ess_oil_flow_outlet (5)
P mothy_out =P ess_low (6)
其中,Q ess_oil_flow_outlet 和P ess 分别表示所述高压液压储能器模型的输出流量和输出压强,Q acc_flow_in 和P acc_in 分别表示所述液压附件模型的输入流量和输入压强,Q acc_flow_out 和P acc_out 分别表示所述液压附件模型的输出流量和输出压强,Q mothy_in 和P mothy_in 分别表示所述液压马达模型的输入流量和输入压强,Q mothy_flow 和P mothy_out 分别表示所述液压马达模型的输出流量和输出压强,Q ess_oil_flow_outlet 和P ess_low 分别表示所述低压液压储能器模型的输入流量和输入压强。
可以看出,根据两个液压储能器模型的特性,高压液压储能器模型的输出流量等于低压液压储能器模型的输入流量,都为Q ess_oil_flow_outlet 。
进一步的,液压***仿真模型的输入参数包括液压马达模型的控制信号和马达转速,输出参数包括液压马达模型的输出转矩。其中,马达转速指液压马达的转速,输出转矩指液压马达的转矩。液压***模型的构建过程,就是液压***模型的输入参数和输出参数的关系模型的构建过程。下面结合图2和图3,分别说明各部件模型的构建过程,最终得到液压***模型的输入参数和输出参数的关系模型。
如图3所示,整个液压***仿真模型中形成了“高压液压储能器模型—>液压附件模型—>液压马达模型—>低压液压储能器模型”的油液流动方向。当各模型端口的流量方向为正时,液压马达模型处于液压马达状态;当各模型端口的流量方向为负时,液压马达模型处于液压泵状态,从而形成液压回路。下面按照图3所示的流动方向,首先介绍油液流动的起点——高压液压储能器模型的构建过程。
高压液压储能器模型无特别的输入参数,输出参数包括输出压强和输出流量。因此,在高压液压储能器模型的构建过程中,需要构建已知参数和输出参数之间的关系模型,具体包括如下步骤:
步骤一,通过对高压液压储能器模型的输出流量的积分,构建所述高压液压储能器模型累计膨胀的气体体积的计算公式:
步骤二、根据高压液压储能器中气体与壁面之间,以及气体和油液之间的热量交换,确定所述高压液压储能器模型的气体温度的计算公式。具体来说,首先,构建高压液压储能器模型的热损失功率的计算公式:
其中,表示高压液压储能器模型的热损失功率,表示高压液压储能器的传热系数,表示高压液压储能器散热的有效面积,表示高压液压储能器的液压油温度,表示高压液压储能器模型上一时刻的气体温度。、和为高压液压储能器的实际参数,视为已知量。
然后,根据所述热损失功率,构建高压液压储能器模型的气体温度的计算公式:
其中,表示高压液压储能器模型的当前气体温度,表示高压液压储能器的绝热系数;表示高压液压储能器模型上一时刻的气体温度,由延时模块存储;表示高压液压储能器模型的输出流量,表示高压液压储能器中液压油累计膨胀的气体体积,表示高压液压储能器模型的热损失功率,表示高压液压储能器的热容。可以看出,液压储能器气体温度的计算公式分为两部分,前者代表储能器壁面和气体之间的热量交换,后者代表气体和油液之间的热量交换。
步骤三、根据所述气体体积和所述气体温度,构建所述高压液压储能器模型的输出压强的计算公式:
其中,表示高压液压储能器模型的输出压强,表示高压液压储能器的初始压强,表示高压液压储能器的初始体积,表示高压液压储能器的气体初始温度,表示高压液压储能器中液压油累计膨胀的气体体积,表示高压液压储能器模型的当前气体温度。为预设值。
继续参见图3,高压液压储能器模型的输出流量和输出压强分别输入液压附件模型,作为液压附件模型的输入流量和输入压强。液压附件模型的构建过程中,需要构建输入参数和输出参数之间的关系模型。可选地,构建过程包括如下步骤:
步骤一、根据所述液压附件模型的输入压强,构建所述液压附件模型的输出压强的计算公式。由于液压附件对压强不会产生影响,液压附件模型的输出压强等于输入压强:
P acc_out =P acc_in (11)
其中,P acc_in 表示液压附件模型的输入压强,P acc_out 表示液压附件的输出压强。
步骤二、根据整车速度,构建所述液压附件模型的输出流量的计算公式:
其中,表示液压附件模型的输出流量,为液压附件模型的输入流量,为液压附件模型的流量损失,表示车辆速度。液压附件包括液压阀、液压过滤器、回油滤清器和压力计等,油液通过这些阀体时,流通横截面积发生变化,会产生流量损失。当存在车速时,(车速绝对值大于设定阈值,如0.01),油液流动,存在流量损失。当不存在车速(车速绝对值小于或等于设定阈值,如0.01),油液不流动,无流量损失。与液压附件的实际属性相关,视为已知。
继续参见图3,液压附件模型的输出压强和输出流量分别输入液压马达模型,作为液压马达模型的输入流量和输入压强,构成液压马达模型的两项输入参数。此外,液压马达模型还包括两项输入参数:控制信号和马达转速。液压马达模型的输出参数包括输出流量、输出压强和马达转矩。其中,控制信号代表了液压马达的运行状态。控制信号的取值范围在[-1,1]之间;控制信号为正时,代表液压马达正转,油液由高压液压储能器流动到低压液压储能器;液压马达控制信号为负时,代表液压马达反转,油液从低压液压储能器被压到高压液压储能器,储能器充能。此外,如果控制信号的绝对值小于设定阈值(如0.0001,认为接近于0),则液压马达运行;如果控制信号的绝对值大于或等于设定阈值(如0.0001,认为不接近0),则液压马达不运行。
液压马达模型是整个液压***模型中最重要的部分。在液压马达模型的构建过程中,需要构建输入参数和输出参数之间的关系模型。可选地,构建过程包括如下步骤:
S1、根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建计算所述液压马达模型的输出流量的计算公式。
可选地,所述液压马达模型包括液压转子模型、液压执行器模型和流量计算模型;所述根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建计算所述液压马达模型的输出流量的计算公式,包括如下步骤:
步骤一、根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建所述液压转子模型的输出流量的计算公式。
具体来说,首先,根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建液压马达的理论流量:
然后,根据所述理论流量,构建所述液压转子模型的输出流量的计算公式:
步骤二、根据所述控制信号以及所述液压执行器模型的工作时间,构建所述液压执行器模型的输出流量的计算公式。
所述控制信号同时还输入所述液压执行器模型,首先根据控制信号和工作时间,构建所述液压执行器模型的增加流量的计算公式:
然后,根据所述增加流量和泄露流量,构建液压执行器模型的输出流量的计算公式:
需要说明的是,上述步骤一和步骤二可以同时进行,无先后顺序限制。
步骤三、根据所述液压转子模型的输出流量和所述液压执行器的输出流量,构建所述液压马达模型的输出流量的计算公式:
综上,S1构建了液压马达器模型输入参数和输出流量之间的关系模型,S2和S3将构建输入参数和输出转矩之间的关系模型。
S2、根据所述控制信号,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式。
转矩损失指液压马达在运行过程中由于各种摩擦和阻力引起的转矩损失,是影响液压马达模型输出转矩的重要因素。本实施例考虑了液压马达不同运行状态下的转矩损失。具体来说,当控制信号不接近0时,液压马达处于运行状态时,转矩损失主要来自于液压马达中各相对运动加之间的机械摩擦。当控制信号接近于0时,液压马达不运行,转矩损失主要来自于油液在马达中的油液黏阻力。
为了便于区分和描述,将由机械摩擦引起的转矩损失称为第一转矩损失,将油液黏阻力引起的转矩损失称为第二转矩损失。可选地,所述根据所述控制信号,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式,包括:当所述控制信号的绝对值大于设定阈值时,根据液压马达运行时由机械摩擦引起的第一转矩损失,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式;当所述控制信号的绝对值小于或等于所述设定阈值时,根据液压马达不运行时由油液黏阻力引起的第二转矩损失,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式。
其中,T loss 表示液压马达模型的转矩损失,T mothy_loss 表示液压马达运行时由机械摩擦引起的第一转矩损失,T dmd_drag 表示液压马达不运行时由油液黏阻力引起的第二转矩损失,表示设定阈值。
可选地,所述第一转矩损失和所述第二转矩损失,利用液压马达的压强-转矩损失插值表获取;所述设定阈值根据实际需要进行设置,例如0.0001。
S3、根据所述输出流量和所述转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式。
计算液压马达模型的输出转矩,需要考虑液压马达的无损失转矩和转矩损失。其中无损失转矩是指液压马达运行时产生的、没有任何损失的转矩,来源于油液带动的液压马达的机械转动,可以根据液压马达模型的输入流量确定。根据所述输出流量和所述转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式,具体包括如下步骤:
步骤一、根据所述液压马达模型的输出流量方向,构建所述液压马达模型的压降的计算公式:
其中,P mothy_drop 表示液压马达模型的压降,P mothy_in 是液压马达模型的输入压强,表示液压马达的第一正压降系数,表示液压马达的第二正压降系数,表示液压马达的第一负压降系数,表示液压马达的第二负压降系数,表示液压马达的压降比,Q mothy_flow 表示所述液压马达模型的输出流量。其中,P mothy_in 为液压马达模型的输入参数,、、、和由液压马达本身的属性决定,视为已知。
可以看出,公式(19)中分别考虑了液压马达输出流量为正向和反向两种情况。当输出流量为正时,油液带动液压马达正转,液压马达进出口压力差降低;当输出流量为负时,液压马达反转,液压马达进出口压力差升高。
通过压降,还可以计算出输入压强和输出压强之间的关系模型:
P mothy_drop =P mothy_in -P mothy_out (20)
其中,P mothy_drop 表示液压马达模型的压降,P mothy_in 是液压马达模型的输入压强,P mothy_out 表示液压马达模型的输出压降。
步骤二、根据所述压降和所述液压马达模型的功率流方向,构建所述液压马达模型的无损失转矩的计算公式。
所述功率流方向是指整车中能量流动的方向,根据所述控制信号和马达转速确定。具体来说,液压马达模型将所述控制信号和马达转速做乘积,得到液压马达的功率,再通过sign()判断功率的正负号,即得到功率流方向。控制信号的正负代表了液压马达的运行状态,当控制信号为正时,代表液压马达处于液压马达状态;当控制信号为负时,代表液压马达处于液压泵状态。输出转速的正负代表了整车的行驶状态,当输出转速为正时,代表整车加速前进;当输出转速为负时,代表整车减速后退。因此功率流方向代表了液压马达状态和整车行驶状态的综合体现。
无损失转矩的计算公式如下:
其中,表示液压马达模型的无损失转矩,是液压马达的机械效率,表示液压马达模型的控制信号,表示液压马达的最大排量,P mothy_drop 表示液压马达模型的压降,表示液压马达模型的功率流方向。通过液压马达模型的控制信号、液压马达转速和液压马达模型的输入压强三个参数查表得到,为液压马达的实际参数,视为已知。
可以看出,公式(21)中分别考虑了液压马达模型的功率流为正向和反向的情况:功率流为正时,液压马达正转,油液从高压液压储能器流动到低压液压储能器,液压储能器放能,液压马达模型的无损失转矩等于理论转矩乘上机械效率;功率流为负时,液压马达反转,相当于液压泵状态,油液从低压液压储能器压到高压液压储能器,液压储能器充能,液压马达模型的无损失转矩等于等于理论转矩除以机械效率。
步骤三、根据所述无损失转矩以及不同控制信号下的转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式。
结合公式(18)和公式(21),得到输出转矩的计算公式:
其中,表示液压马达模型的输出转矩,表示液压马达模型的控制信号,T mothy_loss 表示液压马达运行时由机械摩擦引起的第一转矩损失,T dmd_drag 表示液压马达不运行时由油液黏阻力引起的第二转矩损失。
通常认为,控制信号接近于0时,液压马达不运行,不存在无损失转矩和转矩损失,因此液压马达模型的输出转矩为零。这就没有考虑到液压马达控制信号接近于0时的转矩损失,本申请增加了这一情况下的转矩损失,也就是液压马达不运行时的转矩损失。
本实施例中的液压马达模型根据控制信号分别构建了液压转子模型和液压执行器模型的输出流量的计算公式,从而得到液压马达模型的输出流量的计算公式;根据输入流量和输入压强构建压降的计算公式,根据压降构建液压马达产生的无损失转矩的计算公式,然后考虑液压马达在不同运行状态下的转矩损失,将液压马达产生的无损失转矩和转矩损失相加,构建了液压马达模型的输出转矩的计算公式。所有上述公式构成了液压马达模型输入参数和输出参数之间的关系模型。在整个关系模型构建过程中,充分考虑了液压马达模型的输出流量方向、功率流方向对各参数的影响,以及液压马达在不同运行状态下的转矩损失,为多种参数组合设置了不同的计算关系,使仿真模型具有更高的精度,从而得到更准确的仿真结果。
继续参见图3,液压马达模型的输出转矩作为整个液压***模型的输出参数向外输出;液压马达模型的输出流量和输出压强分别输入低压液压储能器模型,作为低压液压储能器模型的输入流量和输入压强。低压液压储能器模型无额外的输出参数,因此在低压液压储能器模型的构建过程中,需要构建已知参数和输入参数之间的关系模型。可选地,构建过程包括如下步骤:
步骤一、通过对低压液压储能器模型的的输入流量进行积分,构建低压液压储能器模型累计压缩气体体积的计算公式:
步骤二、根据低压液压储能器中气体与壁面之间,以及气体和油液之间的热量交换,确定所述低压液压储能器模型的气体温度的计算公式。具体来说,首先,构建低压液压储能器模型的热损失功率的计算公式:
其中,表示低压液压储能器模型的热损失功率;表示低压液压储能器的传热系数,等于高压液压储能器的传热系数;表示低压液压储能器散热的有效面积,等于高压液压储能器散热的有效面积;表示低压液压储能器液压油温度,与高压液压储能器的液压油温度相同;表示低压液压储能器模型上一时刻的气体温度。为低压液压储能器的实际参数,与高压液压储能器的三个参数相同,视为已知。
然后,根据所述热损失功率,构建低压液压储能器模型的气体温度的计算公式如下:
其中,表示低压液压储能器模型的当前气体温度;表示低压液压储能器的绝热系数,等于高压液压储能器的绝热系数;表示低压液压储能器模型的上一时刻的气体温度,表示低压液压储能器模型的的输入流量,表示低压液压储能器模型累计压缩的气体体积,表示低压液压储能器模型的热损失功率;表示低压液压储能器的热容,等于高压液压储能器的热容。可以看出,低压液压储能器的气体温度的计算公式分为两部分,前者代表储能器壁面和气体之间的热量交换,后者代表气体和油液之间的热量交换。
步骤三、根据所述气体体积和所述气体温度,构建所述低压液压储能器模型的输入压强满足的关系模型:
其中,P ess_low 表示表示低压液压储能器的输入压强,表示低压液压储能器的初始压强,表示低压液压储能器的初始体积,表示低压液压储能器的气体初始温度,是低压液压储能器油液压缩的气体体积,是低压液压储能器的气体温度。、和为预设值。
概括性的,本实施例选取液压马达、高压液压储能器、低压液压储能器和液压附件作为液压***的必要部件分别进行建模,通过对各部件模型机理的详细分析,构建了各部件模型中用于约束输入参数和/或输出参数的关系模型(公式(7)-(26)),准确反映***内部压强的动态变化过程。同时,通过各部件真实的管道连接关系,构建了用于关联各部件模型的控制方程(公式(1)-(6)),使各部件模型形成统一的整体。所述部件模型内部的关系模型和部件模型之间的控制方程,共同构成液压***模型的输入参数和输出参数的关系模型(公式(1)-(26)),从而完成液压***的建模。上述液压***模型,能够准确计算出液压***由于内部压力变化输出的马达转矩,提升仿真精度。特别地,本实施例考虑了液压马达在控制信号接近于0和不接近0时的转矩损失,以及输入流量方向、功率流方向等对液压***运行的影响,使液压***模型更贴近液压***的实际运行过程,提升液压***仿真模型的精确性。
图4是本发明实施例提供的一种车用液压***仿真方法的流程图,应用于上述车用液压***模型,用于实现对液压***的仿真。如图4所示,本方法包括:
S210、根据所述液压***模型中构建的各计算方程,确定所述输出转矩的最优解,作为所述液压***模型的输出。
本实施例基于上述实施例构建的液压***模型实现。进行液压***仿真时,液压***模型以上述控制方程和关系模型(公式(1)-(26))为约束条件,采用蚁群算法、遗传算法等仿真计算方法,确定输出转矩的最优解,作为所述液压***模型的输出。可选地,所述仿真环境为Simulink仿真软件,具体的计算过程由求解器实现,在此不再赘述。
本实施例基于上述任一实施例实现,具备上述任一实施例的技术效果。
图5是本发明实施例提供的一种整车仿真***的结构示意图。如图5所示,所述整车仿真***包括:车用液压***模型、发动机模型、离合器模型、变速器模型、转矩耦合器模型(即图5虚线范围内的部分)。其中,所述车用液压***模型采用上述任一实施例所述的方法构建,能够执行上述实施例中的仿真方法。
在整车仿真过程中,所述发动机模型的输出转矩经过所述离合器模型和所述变速器模型后,输入所述转矩耦合器模型;所述转矩耦合器模型用于耦合来自所述液压***模型和所述发动机模型的转矩并输出。
可选地,所述整车仿真***还包括:ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)模型。在整车仿真过程中,所述ECU模型用于根据整车行驶工况向所述车用液压***模型和所述发动机模型分别发送控制信号,所述控制信号分别代表液压马达和发动机的运行状态
由于整车仿真***包括发动机模型和液压储能器模型两个动力源,既能有燃油发动机动力性好的特点,又有液压***无污染、低噪声的特点。ECU模型向车用液压***模型和发动机模型分别发送各自的控制信号,以模拟两个动力源协同工作的状态,调节发动机工作点,获得最佳的燃油经济性。
具体的,当整车处于起步工况时,液压***的液压储能器向液压马达提供动力,使整车具备好的加速性能,同时发挥液压马达在低速时产生大扭矩的特点;整车动力性好、燃油经济性好。这一工况下,ECU模型向车用液压***模型发送控制信号,向发动机模型不发送控制信号,整车仿真***对液压马达单独运行的状态进行仿真。
当整车处于加速和或者爬坡状态时,液压马达和发动机同时运行,由液压马达提供辅助功率使整车加速和爬坡。这一工况下,ECU模型向车用液压***模型和发动机模型发送控制信号,整车仿真***对发动机和液压马达同时运行的状态进行仿真。
当车辆处于高速行驶的工况下,发动机工作在高效率和低排放区域,由发动机单独为整车提供动力。这一工况下,ECU模型向发动机模型发送控制信号,向车用液压***不发送控制信号,整车仿真***对发动机单独运行的状态进行仿真。
当液压储能器的荷能水平较低时,发动机带动液压马达反转,给液压储能器充能。这一工况片段下,ECU模型向车用液压***模型发送负的控制信号,整车仿真***对“液压马达反转,给液压储能器充能”的状态进行仿真。
当车辆处于减速或者制动状态时,液压马达反转,回收制动能量,给液压储能器充能,使得液压储能器的压强升高,实现再生制动。这一工况片段下,ECU模型向车用液压***模型发送负的控制信号,整车仿真***对“液压马达反转,回收制动能量,给液压储能器充能”的状态进行仿真。
可选地,所述整车仿真***还包括:车轮和制动器模型,以及主减速器模型。ECU模型控制车轮和制动器模型进行减速和制动模拟,主减速器模型传递转矩到车轮和制动器模型,用于计算整车车速并输入液压附件模型,主减速器模型将马达转速通过转矩耦合器模型输入液压马达模型。其中,车轮和制动器模型以及主减速器模型内部的关系模型,可以根据二者的物理机理进行任意设计,本实施例不作具体限制。
本实施例的整车仿真***实现了整车液压***模型与其他能源***模型混合的构型与功能。为了验证液压***模型和整车仿真***的有效性,本实施例采用整车仿真***在NEDC工况下进行了仿真验证。图6是NEDC工况下运行的车速示意图,图7是整车仿真***在NEDC工况下运行时液压储能器模型的SOC变化图。可以看出,当车辆起步时,液压***液压储能器向液压马达提供动力,液压储能器模型的SOC降低;当在NEDC工况下的减速阶段运行(图6中虚线椭圆标注的部分)时,液压***通过液压马达反转,回收制动能量,给液压储能器充能,液压储能器SOC升高(体现在图7中的虚线椭圆标注的部分)。这一变化规律与实际相符,验证了本实施例的液压***仿真模型和整车仿真***的有效性。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。
Claims (6)
1.一种车用液压***模型构建方法,其特征在于,包括:
在仿真环境中构建液压马达模型、高压液压储能器模型、低压液压储能器模型和液压附件模型;
将所述液压马达模型、所述高压液压储能器模型、所述低压液压储能器模型和所述液压附件模型按照信号关系进行关联,形成液压***模型;
其中,所述液压马达模型的构建过程包括如下步骤:
根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建计算所述液压马达模型的输出流量的计算公式;
根据所述控制信号,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式;
根据所述输出流量和所述转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式;
其中,所述控制信号代表液压马达的运行状态;
所述液压马达模型包括:液压转子模型、液压执行器模型和流量计算模型;
所述根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建计算所述液压马达模型的输出流量的计算公式,包括:
步骤一、根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建所述液压转子模型的输出流量的计算公式;
具体来说,首先,根据输入所述液压马达模型的控制信号和马达转速,构建液压马达的理论流量:
然后,根据所述理论流量,构建所述液压转子模型的输出流量的计算公式:
步骤二、根据所述控制信号以及所述液压执行器模型的工作时间,构建所述液压执行器模型的输出流量的计算公式;
具体来说,首先根据控制信号和工作时间,构建所述液压执行器模型的增加流量的计算公式:
然后,根据所述增加流量和泄露流量,构建液压执行器模型的输出流量的计算公式:
步骤三、根据所述液压转子模型的输出流量和所述液压执行器的输出流量,构建所述液压马达模型的输出流量的计算公式:
所述根据所述控制信号,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式,包括:
当所述控制信号的绝对值大于设定阈值时,根据液压马达运行时由机械摩擦引起的第一转矩损失,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式;
当所述控制信号的绝对值小于或等于所述设定阈值时,根据液压马达不运行时由油液黏阻力引起的第二转矩损失,构建所述液压马达模型的转矩损失的计算公式:
所述根据所述输出流量和所述转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式,具体包括如下步骤:
步骤一、根据所述液压马达模型的输出流量方向,构建所述液压马达模型的压降的计算公式:
其中,表示液压马达模型的压降,是液压马达模型的输入压强,表示液压马达的第一正压降系数,表示液压马达的第二正压降系数,表示液压马达的第一负压降系数,表示液压马达的第二负压降系数,表示液压马达的压降比,表示所述液压马达模型的输出流量;其中,为液压马达模型的输入参数,、、、和由液压马达本身的属性决定,视为已知;
步骤二、根据所述压降和所述液压马达模型的功率流方向,构建所述液压马达模型的无损失转矩的计算公式:
其中,表示液压马达模型的无损失转矩,是液压马达的机械效率,表示液压马达模型的控制信号,表示液压马达的最大排量,表示液压马达模型的压降,表示液压马达模型的功率流方向,通过液压马达模型的控制信号、液压马达转速和液压马达模型的输入压强三个参数查表得到,为液压马达的实际参数,视为已知;
步骤三、根据所述无损失转矩以及不同控制信号下的转矩损失,构建所述液压马达模型的输出转矩的计算公式:
所述高压液压储能器模型的构建过程包括如下步骤:
通过对所述高压液压储能器模型的输出流量的积分,构建所述高压液压储能器中液压油累计膨胀的气体体积的计算公式;
根据高压液压储能器中气体与壁面之间,以及气体和油液之间的热量交换,确定所述高压液压储能器模型的气体温度的计算公式;
根据所述气体体积和所述气体温度,构建所述高压液压储能器模型的输出压强的计算公式;
所述高压液压储能器模型的构建过程包括如下步骤:
步骤一、通过对所述高压液压储能器模型的输出流量的积分,构建所述高压液压储能器中液压油累计膨胀的气体体积的计算公式;
步骤二、根据高压液压储能器中气体与壁面之间,以及气体和油液之间的热量交换,确定所述高压液压储能器模型的气体温度的计算公式;
具体来说,首先,构建高压液压储能器模型的热损失功率的计算公式:
(8)
其中,表示高压液压储能器模型的热损失功率,表示高压液压储能器的传热系数,表示高压液压储能器散热的有效面积,表示高压液压储能器的液压油温度,表示高压液压储能器模型上一时刻的气体温度,、和为高压液压储能器的实际参数,视为已知量;
然后,根据所述热损失功率,构建高压液压储能器模型的气体温度的计算公式:
其中,表示高压液压储能器模型的当前气体温度, 表示高压液压储能器的绝热系数; 表示高压液压储能器模型上一时刻的气体温度,由延时模块存储;表示高压液压储能器模型的输出流量,表示高压液压储能器中液压油累计膨胀的气体体积,表示高压液压储能器模型的热损失功率,表示高压液压储能器的热容,前者代表储能器壁面和气体之间的热量交换,后者代表气体和油液之间的热量交换;
步骤三、根据所述气体体积和所述气体温度,构建所述高压液压储能器模型的输出压强的计算公式:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述信号关系包括:
所述高压液压储能器模型的输出流量和输出压强等于所述液压附件模型的输入流量和输入压强;
所述液压附件模型的输出流量和输出压强等于所述液压马达模型的输入流量和输入压强;
所述液压马达模型的输出流量和输出压强等于所述低压液压储能器模型的输入流量和输入压强。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述液压附件模型的构建过程包括如下步骤:
根据整车速度,构建所述液压附件模型的输出流量的计算公式。
4.一种车用液压***仿真方法,其特征在于,应用于车用液压***模型,所述液压***模型采用如权利要求1-3任意一项所述的方法构建;
所述仿真方法包括:
根据所述液压***模型中构建的各计算方程,确定所述输出转矩的最优解,作为所述液压***模型的输出。
5.一种整车仿真***,其特征在于,包括:权利要求4所述的液压***模型、发动机模型、离合器模型、变速器模型和转矩耦合器模型;
在整车仿真过程中,所述发动机模型的输出转矩经过所述离合器模型和所述变速器模型后,输入所述转矩耦合器模型;所述转矩耦合器模型用于耦合来自所述液压***模型和所述发动机模型的转矩并输出。
6.根据权利要求5所述的***,其特征在于,还包括:电子控制单元ECU模型;
在整车仿真过程中,所述ECU模型用于根据整车行驶工况向所述车用液压***模型和所述发动机模型分别发送控制信号,所述控制信号分别控制液压马达和发动机的运行状态。
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