項目背景

在車輛設計過程中，NVH性能和燃油經濟性往往必須相互權衡。例如，當發動機轉速低于2000轉/分鐘，車輛處于高速檔位時通常會出現拖拽現象。在這種情況下，當駕駛員踩下油門時，發動機很難給車輛提供動力，同時產生的扭矩相對較小，因此加速度較低。由于發動機低轉速和高負載下的低點火頻率，拖拽會產生高能級的低頻輸入。這些低頻輸入經常被駕駛員和乘客感受到，比如座椅導軌振動、方向盤振動和艙內轟鳴聲。

工程師試圖控制拖拽的主要方法之一是通過液力變矩器，該變矩器利用流體聯軸器將發動機的扭矩傳遞并放大到變速器。液力變矩器由泵、渦輪、葉輪和包含在充滿傳動液的腔內的定子組成，此外還有鎖止離合器和阻尼器組件。

(相關資料圖)

離合器由電子控制，以提供所需的滑移水平。在需要時，離合器會鎖住，并在發動機和變速器之間提供直接連接，從而達到接近100%的效率和最佳的燃油經濟性。在閉鎖模式下，發動機扭矩波動會直接傳遞到變速器，有可能導致傳動系統產生振動和噪聲。滑動變矩器可增加阻尼，降低傳動系統振動對發動機扭矩激勵的敏感性，并改善NVH性能。另一方面，由于流體聯軸器和離合器摩擦，滑移增加了損失，降低了燃油經濟性。

挑 戰

在開發一種新車型時，工程師們要負責滿足各種經常相互沖突的性能目標。燃油經濟性和NVH性能是最重要的兩類目標。對于拖拽，NVH工程師通常負責保持變速器輸出軸的扭轉振動幅值低于目標值。NVH團隊自然更喜歡大的滑移，以幫助實現他們的目標，而負責燃油經濟性的團隊則希望滑移盡可能低，以實現他們的目標。到目前為止，直到在產品開發過程的后期階段，一輛原型車被制造出來并進行了測試，才有可能高精度地確定扭轉振動振幅。然而，在這個后期階段，設計被凍結了，更改成本相當高，可能會推遲生產。福特正在尋找一種方法來模擬不同液力變矩器設計的影響，以便工程師能夠在設計和開發階段進行智能權衡。

解決方案

福特工程師利用Adams的控制聯合仿真來支持功能模型重用接口(FMI)工具，該工具獨立于模型交換或聯合仿真的開放標準，以應對這一挑戰。FMI標準使得從一組數字組裝的物理定律和控制系統模型創建虛擬產品成為可能。模型的FMI實例稱為功能模型單元(FMU)。FMU是一個格式化文件，包含XML格式的模型描述文件、動態鏈接庫和模型數據文件。FMI可用于模型交換或協同仿真。

動力傳動系模型

Adams與AMESim FMI聯合仿真

Adams FMI支持將Matlab或Easy5的Adams控制聯合仿真擴展到所有使用FMI聯合仿真標準的軟件。在這種情況下，福特的工程師使用Adams 3D傳動系統和整車模型作為聯合仿真主模型，使用AMESim1D變矩器滑移控制器模型作為聯合仿真從模型，目標是優化變矩器滑移，以滿足車輛的拖載NVH目標，同時最大限度地提高燃油經濟性。在Adams/Driveline中創建了一個傳動系統模型，包括一臺帶有三個支架的I4汽油渦輪增壓直噴(GTDI)發動機，一個帶鎖止離合器的液力變矩器，一個帶內軸和行星齒輪組的六速變速箱，以及一個帶有差速器、連接軸、半軸、萬向節和車輪的前傳動系統。該傳動系統模型使用Adams/Car集成到整車模型中。整車模型包括底盤、懸架、轉向、剎車和車輪子系統。AMESim變矩器模型是一個比例-積分-導數(PID)控制器，根據實際滑移量和期望滑移量之間的差異，提供對變矩器離合器的法向力。

滑動變矩器大大降低了方向盤和座椅軌道的振動

結 果

福特全球動力總成NVH主管Mario Felice表示:“我們在發動機轉速的廣泛范圍內運行了不同的滑移轉速值的模型。”“模擬結果表明，30 rpm或更低的滑移轉速將無法滿足NVH目標，而40 rpm或更大的滑移轉速將滿足目標。仿真結果表明，40 rpm的滑移是滿足NVH目標的最優值，并將導致與燃油經濟性的最佳權衡。“工程師們進一步研究了離合器減振器行為和液力變矩器滑移所產生的扭轉振幅的降低。他們還將方向盤和座椅軌道的振動與0轉/分和40轉/分的滑移進行了比較。結果表明，通過滑移變矩器，方向盤和座椅軌道的振動大幅度降低。Felice表示:“下一步將包括通過對液壓系統建模，提高液力變矩器模型的復雜性，以提供更準確的法向力隨時間的函數預測。”“我們還計劃用物理測試結果來驗證該模型。然后，我們將把聯合仿真集成到設計過程中，以便在產品開發周期的早期就可以優化液力變矩器的設計。”

變速器輸出軸的扭轉振動與發動機轉數和滑塊轉數的對比

更多了解更多收獲請微信搜索關注海克斯康工業軟件微信公眾號，我們將每周持續為你帶來工業軟件領域最新前沿信息和深度行業案例！