车辆系统仿真与试验分析

利用联合仿真模型既可完成车辆动力、传动、行动部件的性能分析，又可对整车机动性、平顺性、通过性等进行仿真试验，由于模型复杂，因此在仿真前还要进行必要的实车试验验证和校核。

1.车辆起步过程仿真分析

该履带车辆具有7个前进挡位，在液力工况下除了可用1挡和2挡起步外，在一些路面还可能利用3挡起步以达到良好的加速性能。

路面特性：硬质路面，路面刚度系数为k＝2.0E＋007 N／m，阻尼系数为c＝3.0E＋005 N·s／m，纵向和横向动摩擦系数为μ＝0.7，坡度为0。车辆分别以1、2、3挡液力工况起步，换挡离合器油压控制特性相同。

图10.3.57～图10.3.62分别为1挡、2挡和3挡起步时换挡离合器的摩滑功率特性曲线和摩擦转矩特性曲线。对比1挡、2挡和3挡起步时的计算结果，在相同的地面条件、发动机油门开度和换挡离合器油压控制特性条件下，随着起步挡位的提高，离合器和制动器的结合时间、摩滑功率及摩擦转矩随之增加，特别在利用3挡起步时，离合器C3和制动器C6在摩滑的初始阶段产生很大的转矩冲击，这种冲击又导致了摩滑的加剧。

图10.3.57　1挡起步时C3、C4摩滑功率特性曲线

图10.3.58　1挡起步时C3、C4摩擦转矩特性曲线

图10.3.59　2挡起步时C4、C6摩滑功率特性曲线

图10.3.60　2挡起步时C4、C6摩擦转矩特性曲线

图10.3.61　3挡起步时C3、C6摩擦转矩特性曲线

图10.3.62　3挡起步时C3、C6摩滑功率特性曲线

2.车辆加速性影响因素仿真分析

履带车辆的加速能力，通常以其从起步到加速至32 km／h所需要的时间来评价。对于加速性能优异的车辆，加速时间仅为6 s左右。

1）路面特性

本书选取C级路面和D级路面来仿真分析车辆在不同路面特性的加速性。

C级路面特性：路面刚度系数为k＝2.0×107 N／m，阻尼系数为c＝3.0×105 N·s／m，纵向和横向动摩擦系数为μ＝0.73，坡度为0。

D级路面特性：路面刚度系数为k＝2.0×107 N／m，阻尼系数为c＝3.0×105 N·s／m，纵向和横向动摩擦系数为μ＝0.75，坡度为0。

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图10.3.63　不同路面加速性比较

图10.3.63为不同路面特性时仿真计算的加速性比较。如图，液力工况2挡起步时车辆在C级路面上的加速时间为t32＝16.8 s，在D级路面上加速时间为t32＝17.65 s。地面阻力对车辆加速性的影响主要在第二阶段和第三阶段。地面阻力越大，车辆在加速第二阶段加速度越小，车辆的平均速度降低，加速第三阶段减速度越大，越不易换挡。因此，车辆应选择较为平坦的地段换挡。

2）换挡工况

路面特性：B级路面，路面刚度系数为k＝2.0×107 N／m，阻尼系数为c＝3.0×105 N·s／m，纵向和横向动摩擦系数为μ＝0.71，坡度为0。

图10.3.64～图10.3.66为仿真计算2挡起步液力工况与机械工况车辆加速特性比较、C4摩滑功及摩滑功率比较。液力工况时，车辆加速时间为t32＝15.02 s；机械工况时，车辆加速时间为t32＝15.49 s。该车液力工况的加速性能要好于机械工况的加速性能。而且，液力工况时的换挡离合器摩滑功率及摩滑功远远小于机械工况。如图10.3.65、10.3.66所示，液力工况制动器C4最大摩滑功率为0.89×105 W，最大摩滑功为8.67×103 J，而机械工况制动器C4最大摩滑功率为2.75×105 W，最大摩滑功为3.895×104 J。

图10.3.64　不同起步、换挡工况加速性比较

图10.3.65　C4摩滑功率特性

在换挡阶段，液力变矩器解锁，随着车速的降低，涡轮转速nT减小，涡轮转矩TT自动增加，因此减少了换挡阶段换挡离合器的摩滑时间。

机械换挡加速到32 km／h的时间大于液力换挡，且其换挡冲击大，摩擦元件摩滑时间长；而液力元件具有吸振、减振作用，能够降低传动装置中的动载负荷，因而换挡过程中冲击小，摩滑时间短，有利于提高换挡离合器的可靠性和使用寿命。

3）起步工况

路面特性为B级路面。图10.3.67为仿真计算2挡液力工况起步与3挡液力工况起步车辆加速特性比较。2挡液力工况起步车辆加速时间为t32＝15.02 s，3挡液力工况起步车辆加速时间为t32＝12.3 s。在车辆加速至5 s以前，3挡起步的车辆速度略低于2挡起步的车辆速度；5 s以后，3挡起步的车辆速度远高于2挡起步的车辆速度。这主要由于在低速阶段，2挡起步时车辆动力因数较大，加速第二阶段车辆的加速时间小于3挡起步的车辆加速时间。但是，2挡起步车辆加速第二阶段终了车速为v2＝15.89 km／h，而3挡起步车辆加速第二阶段终了车速为v3＝18.5 km／h，此时3挡起步车辆的初速度要大于2挡起步车辆的初速度，因而大大减少了加速时间。因此，在良好路面情况下，只要换挡离合器主、被动摩擦片不致因打滑时间过长而使其过热，应选择高挡起步，总加速时间因提高加速第二阶段终了时车辆初速度和减少换挡次数而减小。

图10.3.66　C4摩滑功特性

图10.3.67　不同起步工况加速性比较

3.平顺性仿真分析

车辆以2挡液力工况起步分别在C级路面和D级路面加速至5挡最大速度。图10.3.68和图10.3.69分别为车辆加速过程中驾驶员位置和左侧第一负重轮的垂向加速度时域变化特性。由图可知，C级路面驾驶员位置最大垂向加速度为1.58 m／s2，最小为－1.86 m／s2；D级路面驾驶员位置最大垂向加速度为3.65 m／s2，最小为－4.13 m／s2；C级路面左侧第一负重轮的最大垂向加速度为24.5 m／s2，最小为－26m／s2；D级路面第一负重轮的最大垂向加速度为56.5 m／s2，最小为－39.3 m／s2。由于路面不平度的影响，D级路面上车辆驾驶员位置和左侧第一负重轮的垂向加速度大于C8级路面上车辆垂向加速度，特别是在高挡阶段（4挡和5挡）尤其明显。

图10.3.68　驾驶员位置垂向加速度比较

图10.3.69　左侧第一负重轮垂向加速度比较