雙離合變速器換擋動力學(xué)及控制系統(tǒng)分析機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計外文翻譯(已修改)
2024-11-12 12:01 本頁面
【正文】 雙離合變速器換擋動力學(xué)及控制系統(tǒng)分析 Manish Kulkarni, Taehyun Shim, Yi Zhang 密歇根州迪爾伯恩大學(xué)，機械工程系， 美國 迪爾伯恩 48128 摘要 ： 雙離合變速器（ DCT）的換擋 是通過 由一個 離合器向另一個離合器在沒有摩擦干擾的情況下傳遞力矩來實現(xiàn)的，而力矩的傳遞是 由于控制 了 離合器的滑移 。 兩個離合器接合和分離的時機是實現(xiàn)一個穩(wěn)定流暢的換擋動作 的決定性因素 ，并且在換擋時 沒有動力中斷和離合器空閑 時間 同樣十分重要 。這篇文章介紹了裝有雙離合自動變速器（ DCT）汽車的換擋動力學(xué)模擬， 分析和控制的分析實例。 而整車的動態(tài)模型和邏輯控制是 采用 Matlab/Simulink 作為模擬平臺 。這個模型被用于研究在換擋過程中不同離合器的壓力狀況而引起的輸出轉(zhuǎn)矩變化情況。 通過模型模擬，可以研究出對于最優(yōu)換擋品質(zhì)的化離合器 最優(yōu) 壓力狀況。作為一個數(shù)據(jù)案例，這個模型被應(yīng)用于一輛裝有雙離合器自動變速器的汽車上來模擬在 開放性 工作情況 下的狀態(tài) 。汽車 的起動和換擋過程都在試驗中被模擬，由此來評估變速箱的換擋品質(zhì)和證實換擋控制的有效性。 關(guān)鍵詞： 雙離合器動變速器；自動變速器 １ 引言 近年來在汽車制造業(yè)上，提高車輛駕駛的 舒適性和燃油效率已經(jīng)成為了一個必然的趨勢。 作為重要的傳動裝置，變速箱在車輛的工作情況和燃油燃耗效率方面起到了一個重要的作用。 目前，市場上存在著許多種形式的變速 器，并且與變速器相關(guān)的技術(shù)也為其在裝入車輛進行工作時提供了各種 最優(yōu)的工作性能。 手動變速器的燃油消耗效率占總體效率的 %，它是各種變速器中燃油消耗效率最高的。而工業(yè)化生 產(chǎn)的自動擋變速器已經(jīng)被改進為燃耗效率不高于 %。 CVT無級變速器的燃耗效率占總體效率的 %，然而 CVT 的主要優(yōu)點是允許發(fā)動機在最大燃耗效率下工作。 AMT 手自一體變速器與手 動擋變速器有同樣的效率 ，并且與常規(guī)款的自動擋變速器同樣操作十分方便。 現(xiàn)在對于自動變速器里的傳動結(jié)構(gòu)存在著兩種在技術(shù)上可行的設(shè)計。一種是只使用一個離合器，其本質(zhì)上就是在一個手動擋變速器的基礎(chǔ)上增加了控制單元，通過這樣實現(xiàn)了離合器 工作 和換擋的自動操作。 在這種設(shè)計里，換擋過程中當(dāng)離合器使齒輪結(jié)合和分離時會存在動力中斷的現(xiàn)象。這種動力中斷的現(xiàn)象會引起車輛在加速過程中加速不夠平穩(wěn)連續(xù)，使得乘客 在乘坐時 會感到 有撞擊感和頓挫感 ，這種結(jié)構(gòu)使得變速器并沒有傳統(tǒng)自動擋變速器的優(yōu)勢和特性。另外一種設(shè)計是在發(fā)動機和變速器之間使用了 一種雙離合器系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)克服了一個離合器這種設(shè)計的的缺點。 這兩個離合器在不同的速度中會輪流工作，并且在換擋過程中，通過控制離合器的結(jié)合會使變速器的動力傳遞十分連貫。 換擋過程涉及一個離合器釋放和另一個離合器結(jié)合的時機問題 。這種兩種離合器之間轉(zhuǎn)換造成的動力中斷現(xiàn)象在傳統(tǒng)的自動擋變速器中經(jīng)?？梢钥吹?。 在汽車制造業(yè)中 ，使用分析建模的方法來實現(xiàn)動力總成系統(tǒng)的預(yù)測和分析是一種常見的方法。 許多研究主要集中在汽車變速器的建模和控制部分，比如常規(guī)變速器 [46]，無級變速器 [7,8]和混合動力系統(tǒng) [912]。而現(xiàn)在已經(jīng) 有很多方法和程序設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于車輛動力總成的動力學(xué)建模，以及模擬變速器控制系統(tǒng)的工作性能方面。 比較典型的就是首先在部件水平上分別得到運動公式，然后再集成 到整個車輛構(gòu)件系統(tǒng)中。 這個集成系統(tǒng)模型是在一般情況下開發(fā)的代碼環(huán)境下或者在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計環(huán)境下工作的。與常規(guī) 自動 變速器已經(jīng)成熟的技術(shù)相比 ，雙離合器自動變速器的建模和控制仍然是一個全新的領(lǐng)域，并且與 DCT 設(shè)計和控制有關(guān)的技術(shù)也仍然處在發(fā)展的初級階段。 這篇文章介紹了裝有雙離合自動變速器（ DCT）汽車的起步和換擋動作的模擬，分析和控制過程的分析實例。研究工作 主要集中在車輛換擋過程中的動力學(xué)建模，同時構(gòu)建一個模擬的工具用于分析和最優(yōu)化換擋控制過程。其中，換擋的控制過程是用離合器的壓力分布作為控制信號的。 Matlab/Simulink 作為一個模擬平臺用作開發(fā)動力學(xué)模型和整車動力學(xué)的邏輯控制。 這個仿真模型用于研究在不同離合器壓力的情況下造成的輸出轉(zhuǎn)矩的變化?；谀Ｐ湍M，可以獲得離合器的最優(yōu)化壓力分布以達到換擋的最優(yōu)品質(zhì)。 作為一個數(shù)據(jù)案例，這個模型被應(yīng)用于一輛裝有雙離合器自動變速器的汽車上來模擬在 開放性工作情況下的狀態(tài) 。汽車的起動和換擋過程都在試驗中被模擬，由此來評 估變速箱的換擋品質(zhì)和證實換擋控制策略的有效性。 ２ DCT 結(jié)構(gòu)和模型簡介 圖 1 DCT 結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2 DCT 動力學(xué)模型圖 雙離合自動變速器的結(jié)構(gòu)示意圖見圖 退 檔 。輸入軸被設(shè)計為“套筒軸”，也就是在一個空心軸中間有另一個實心 軸 。在實心軸上安裝有二檔、四檔、六檔和倒檔的齒輪，而空心軸上裝有一檔、三檔和五檔的齒輪。離合器 1(CL1)與 奇數(shù)檔 相連 ，離合器 2（ CL2）偶數(shù)檔 相連 。同步器與傳統(tǒng)手動擋變速器一樣，安裝在兩檔齒輪之間 。當(dāng)?shù)竭_一個特殊檔位的時候，相應(yīng)的離合器和同步器就 會被接合，這樣使得動力可以從發(fā)動機通過離合器和同步器傳到輸出軸上。另一個離合器就保持分離狀態(tài)，其上齒輪空轉(zhuǎn)。 當(dāng)需要改變檔位時，原來接合的離合器就平穩(wěn)的分離，另一個離合器在同一時刻接合。這個就是 DCT 在換擋過程中能保持扭矩連續(xù)輸出的原理。 動力傳動系統(tǒng)被構(gòu)建為一個多自由度的集成系統(tǒng)，其中每一個元件都是集中質(zhì)量模型，具體示意圖見圖 2。將發(fā)動機看做一個慣量，并且允許油門開度作為輸入來在曲軸上產(chǎn)生一個平均轉(zhuǎn)矩。 動力傳動系統(tǒng)包括雙離合器，傳動齒輪組，傳動軸 ，以及一個結(jié)合道路載荷和氣動阻力構(gòu)建的汽車微分模型。 所有的齒輪 組和同步器被構(gòu)建為剛性元素，并且分別代表一個慣量。 輸入和輸出軸被建模為柔性慣量，同時也是扭矩彈簧阻尼器的組成元件。離合器和同步器建模為將液壓作為控制信號的操縱摩擦元件。這個仿真模型是將 輪 軸的扭矩和 車速作為輸出信號的。兩個離合器的相對角速度可以通過控制邏輯檢測得到。在模型的開發(fā)過程中做出以下 假設(shè)條件 ： *發(fā)動機的輸出扭矩是根據(jù)油門開度和從發(fā)動機的外特性及萬有特性得到的轉(zhuǎn)速來進行插補的。 *齒輪間不存在側(cè)隙。 *所有的機械損失都被認(rèn)為是汽車阻力的一部分。 *液壓傳動系統(tǒng)的滯后不被考慮在內(nèi)。 *將離合器看做干摩擦 元件。 *忽略溫度
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