丹佛斯2MT双马达静液压驱动仿真系统介绍

装载机是中国工程机械行业中具有优势市场地位的一款细分产品。装载机作业工况复杂，如何确保高效生产和低油耗，优化装载机驱动特性和降低油耗是该应用的关键技术之一。针对该应用，丹佛斯开发了2MT双马达静液压驱动系统，由单泵双马达组成闭式传动系统。

▌该系统的特点在于其性能可进行参数化调整，满足不同使用场合。而参数化调整的本质在于对速度、扭矩等参数进行调节并对各元件进行逻辑控制。该系统参数匹配度高，实际调试过程中，需要不断调整参数及其之间的匹配关系，进行实车验证、分析、测试、优化，该过程需要投入大量时间及资源。由此，我们需要建立对应的仿真系统，以减少调试时间，提高工作效率。

▌通过建立该系统的仿真模型，在Matlab/Simulink仿真环境下进行参数匹配及调试，然后进行实车参数验证及优化，可以减少调试时间，加速系统开发。同时也可以根据系统模型计算油耗和功率，对比车辆在不同工况下的油耗。因此，以丹佛斯应用开发中心 5吨装载机为仿真对象，对该车辆的行走系统进行建模及仿真。

建模思路：

进行建模仿真之前，需明确系统的工作原理，并将整个系统划分为子系统或者几个组成部分，如液压系统、机械传动部分、控制模块等。根据仿真目的，对复杂且重要性不高的环节进行一定程度的简化，逐一搭建子系统模型，并导入系统参数进行调试。通过对仿真与理论或实验结果进行对比分析，可以验证模型的准确性，以及进一步优化模型。

系统建模过程

1) 一泵两马达闭式液压系统

▌基于系统原理，建立H1P、H1B元件模型，以及一泵两马达闭式液压系统模型。泵马达均为电比例控制方式，通过给定不同的控制电流信号及泵轴转速等参数，进行模型调试。根据泵马达的输入、输出功率关系，计算其效率。

2) 发动机、变速箱及负载模型

▌ 建立发动机模型，并输入map图以及实际负载扭矩，可以得到准确的油耗仿真结果。变速箱模型是实现2MT和1MT模式切换的核心元件，离合器脱开时，马达2转速为零且无扭矩输出。负载模块的核心思想是对车辆行驶的过程进行受力分析，计算实时车速以及变速箱输出转速，同时可以计算变速箱的输出功率和能耗，结合液压系统功率损失、发动机油耗，分析整个系统的能耗分布。

3) 控制模块

▌控制模块主要包括外部输入信号，内部控制逻辑，输出信号三部分组成。输入信号包括油门踏板、挡位模式和FNR信号，输出信号包括泵、马达电流、发动机请求转速、离合器控制信号。内部控制逻辑包括油门信号与发动机请求转速的profile设定；发动机转速与泵控制电流的Profile设定；马达控制电流与系统流量的Profile设定；车辆前进/后退模式的控制逻辑；实时车速与离合器脱开/结合的判断逻辑。

4) 参数设置

▌子系统调试完成意味着整个系统的建模基本完成，然后输入车辆的实际参数，进行模型调试。由于该模型涉及的参数较多，且含有多个数组，因此，从外部导入参数至Matlab，然后在模型中设置变量名称，可以方便调用和更改。

· 仿真与实验结果的对比分析

在相同条件下，对车辆进行仿真和实车测试，进行仿真与测试结果的对比分析。输入条件为车辆一档前进，一段时间后停止。

▌整体来看，在相同的输入条件下，仿真与实验结果的一致性较好，尤其是静态特性，两者的数值基本吻合。起动和停止的动态过程中，仿真与测试结果的曲线变化趋势相同，数值略有偏差。发动机实际转速与泵控制电流的静态特性与实验吻合度高，系统高压侧压力略高于实验结果。

▌动态特性的影响因素较多，一方面与发动机的动态特性有关，另一方面与起动瞬间车辆的实际负载突变有关。实际上，输入的参数越全面，建立的模型越准确。对于不能直接获取的参数，可以通过仿真与测试结果的对比分析，对现有参数进行优化和调整，并在不同工况下进行验证，使模型精确度进一步提高。

输入不同的发动机map图，可以计算不同的发动机油耗：

▌我们以丹佛斯应用开发中心5吨装载机为仿真对象，对2MT双马达静液压驱动系统进行建模及仿真分析。通过仿真，可以进行系统参数的匹配，效率分析及逻辑验证。参考其动态特性可以掌握参数的变化趋势及变化量，为后续的系统开发奠定了理论基础，仿真与测试结果的稳态特性误差不超过5%。此外，通过建立仿真模型，先在仿真环境下进行参数匹配及调试，在此基础上进行实车验证及优化，可以缩短系统开发及调试周期，节省30%以上的调试时间。通过变更输入参数，还可以计算不同工况下系统功率损失和发动机油耗，分析整个系统的效率。