6速湿式DCT动力学建模与换挡控制仿真
更新时间:2023-07-24 02:08:01 阅读量: 实用文档 文档下载
第30卷第8期20l3年8月
机械设计
JOURNAL0FMACHINEDESIGN
V01.30Aug.
No.8
2叭3
6速湿式DCT动力学建模与换挡控制仿真+
滕艳琼1,阴晓峰1,张德旺2,卢汉1
(1.西华大学汽车工程研究所,四川成都6l0039;2.吉孚动力技术(中国)有限公司,江苏苏州215024)
摘要:针对6速湿式双离合器自动变速器(Dual
clutch
Transmission,DCT)产品开发,建立了包括发动机转矩模型、
DcT动力学模型和整车纵向动力学模型在内的湿式DcT系统动力学模型,综合考虑换挡时间、;中击度和滑摩功,提出了DCT升挡过程控制策略。利用Matlab/simulink及Statenow建立了DcT换挡控制仿真模型,通过50%节气门开度下l挡升2挡过程的仿真实验,对所建模型及提出的换挡控制策略进行了验证?仿真结果表明所建立的湿式DcT系统动力学模型正确,换挡控制策略合理可行。
关键词:双离合器自动变速器;动力学模型;控制策略;换挡规律;系统仿真中图分类号:U463.2
文献标识码:A
文章编号:100l一2354(2013)08—0049—05
双离合器自动变速器(Dual
clutchTransmis.
工作范围内的有限离散点上记录相应的特性,泛化能
力差。通过高次多项式良好的逼近特性,对实验数据进行回归分析,可建立在不同节气门开度下发动机的转矩特性,采用三次多项式拟合,其精度满足DCT系统仿真要求。
sion,DcT)作为一种新型的汽车自动变速器,具有优良的起步和换挡性能,因燃油经济性高于液力机械式自动变速器(AutomaticTransmission,AT)、且换挡品质不低于AT,DCT正成为各国研发的热
点。1‘。。,也是目前唯一在发动机排量和适用车型上
没有限制的自动变速器,如Borgwarner公司的Dual—Tronic系统可在发动机排量为1.4~8.0最大转矩为150~l
250
L、
发动机的稳态转矩拟合公式可以表示为:
t(d,凡,)=no+口l
n:+n2n:a+n3n,d:+Ⅱ4d3+Ⅱ5丌:+
(1)
Ⅱ6n。d+n7d2+08n。+。9d
N m的各种汽车上使用。
式中:t——发动机稳态工况下的转矩输出,N m;
d——节气门开度,%;n,——待定常数,i=0,…,9;凡,——发动机转速,r/min。
湿式DCT比干式DCT具有更好的控制特性,且结构尺寸较小,易于布置。3‘4。因此,文中针对6速湿式DCT产品开发,进行了系统动力学建模及换挡
控制仿真研究,在建立DcT系统动力学模型、制定
二参数最佳动力性换挡规律、提出换挡控制策略的
发动机动态转矩r的修正公式可表示为:
基础上,利用Matlab/simulink及statenow建立了DcT换挡控制仿真模型,并通过换挡过程仿真实
验,对所建模型及提出的换挡控制策略进行了验证。,
1.2
掣=71,(1一A警)
d∞/d£——发动机曲轴角加速度,rad/s2。DCT动力学模型
(2)
式中:A——转矩下降系数,一般取值在0.07~0.09之问;
车辆动力传动系统的工作机理十分复杂,它包括
l
系统动力学模型
轮胎与地面的附着作用、差速器的差动作用、减振器阻
尼的非线性、发动机动态转矩特性及离合器传递转矩
1.1发动机转矩模型
对于发动机转矩特性,目前较多在稳态试验数据的基础上采用数表或拟合公式来表示,再利用转矩下降系数进行动态转矩修正_。数表法只在发动机整个
的热衰退等。要建立一个十分精确的模型具有一定的
难度,在保证尽可能真实地反映DCT换挡过程的前提下,对模型进行了一定的简化∞。,简化后的系统模型如图l所示。
+收稿日期:2叭2一07—25:修订日期:2013—02—09
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60970072,51375402);四川省自然科学重点资助项目(10zAl00);四川省汽车工程重点实验室资助项
目(SGXZD9902一10一1)
作者简介:滕艳琼(197l一),女,四川金堂人,讲师,硕士,主要研究方向:汽车系统动力学及汽车传动系统控制技术。
机械设计第30卷第8期
图l
双离合器自动变速系统模型
根据该简化模型,DCT动力学方程可表示为:f,e0。=砰一L,cd∞。d=td—Lll一如I
(3)
kq∞。=c。oddiodd;。tl+c…。。i。。。。i。t2一咒oL0。=疋一L,
∞。——发动机角速度,rad/8;砣——发动机输出转矩,N m;
t。——发动机至离合器输入端扭转减振器传递转矩,
N m:
,cd——双离合器主动部分转动惯量,kg m2;∞。。——双离合器主动部分角速度,rad/s;t。。——离合器1输入端转矩,N m;乇。——离合器2输入端转矩,N m;
k——离合器1,2从动盘及输入轴、同步器、中间轴转换
至变速器输出轴上的转动惯量,kg m2;
∞。——变速器输出轴角速度,rad/s;c刊。——奇数挡同步器接合系数;i谢。——奇数挡位传动比;i。——主传动比;
一。——离合器1传递转矩,N m;c…。——偶数挡同步器接合系数;i…。——偶数挡位传动比;
,。——汽车质量转换至车轮的转动惯量与车轮转动惯量
之和,kg m2;
如——离合器2传递转矩,N m;
r——变速器输出端至车轮间等效扭转减振器传递转
矩,N m;
n——地面作用在车轮上的阻力矩,N m。
1.3
整车纵向动力学模型
汽车行驶时,通过传动系统作用在驱动轮上的驱
动转矩咒用于克服汽车车轮受到的行驶阻力F。,和加速惯性阻力,整车纵向动力学方程可表示为:
,,击。=L—F,fr
(4)
式中:山。——车轮角速度,rad/s;
F。l=Ft+F。+F、;
B,F。,F。——滚动阻力、空气阻力、坡道阻力,计算方法
见文献[7];
一车轮半径。
2
换挡控制策略
2.1
DcT换挡品质评价指标
(1)换挡时问£。
设当前挡位离合器开始卸荷和目标挡位离合器开始充油时刻点为f。,当前挡位离合器卸荷完毕和目标挡位离合器充油完毕时刻点为£:,湿式DCT的换挡时
间可表示为:
£=≠2一tl
(5)
(2)冲击度J。
冲击度是指汽车纵向加速度相对于时间的变化率,DCT换挡过程冲击度可表示为:
,=÷[(t。i甜。+t::…。)/i。一t]
(6)
』0e口
(3)比滑摩功形’。。
比滑摩功为单位面积上产生的滑摩功,计算公式如下:
』,
形’。=以/A=J[tl(∞。d一山。1)+瓦2(∞。d一甜c2)]d£/A
。fl
(7)
式中:职——总滑摩功,J;
A——摩擦接触面积,m2。2.2
换挡控制策略
DCT换挡过程是离合器主动盘与当前挡位离合器
从动盘分离并与目标挡位离合器从动盘接合的过程。以奇数低挡(n挡)升偶数高挡(n+l挡)为例,由于i。>i训,低挡离合器从动盘的角速度∞。。大于高挡从动盘的角速度∞。:。为使离合器主动盘与高挡离合器从动盘转速迅速达到一致,以便离合器主动盘与高挡离合器从动盘接合,需要控制发动机转速快速下降。另
外,为减小冲击度,要求变速器的输出转矩尽可能的保
持相对的平稳。为了控制滑摩功,要求滑摩阶段尽可能短,摩擦转矩尽可能小。基于上述分析,综合考虑换挡
时间、冲击度和滑摩功,提出了DCT升挡过程控制策略,如图2所示。将升挡过程划分为5个阶段(以奇数
低挡升偶数高挡为例进行说明):
式中:,。——发动机曲轴的转动惯量,kg m2;
2013年8月滕艳琼,等:6速湿式DCT动力学建模与换挡控制仿真
51
(1)低挡运行相(£.≤£≤£:):f。时刻点开始接合偶数挡同步器,并在换挡点对应时刻£:之前接合完毕。
(2)低挡转矩相(£2<f≤f,):£2为变速器控制单元(Tran
smission
3
仿真研究
DcT系统换挡控制仿真模型
采用Matlab/Simulink/Statenow建立了DCT换挡过
Control
Unit,TCU)确定的换挡时
3.1
刻,从此刻离合器1开始卸荷,离合器2开始充油。通过
控制离合器1的压力使其传递转矩小于最大静摩擦转矩,即t。<疋¨以保持离合器1锁止。在£。时刻,离合器1主、从动盘开始分离,进入滑摩状态。
转矩
P噶u
__——
程控制仿真模型,该模型包括发动机(含转矩计算及转速控制器模型)、变速器、整车及换挡逻辑仿真模块。
根据所建发动机数学模型构造不同节气门开度、转速、转矩之间的MAP图,通过二维插值计算出在相
应节气门开度和转速下的转矩输出。在换挡过程中采
甲
/
\}用PI算法控制节气门开度,以使发动机转速迅速达到目标转速,PI控制器的仿真模型如图3所示。为避免因节气门开度变化造成频繁换挡,换挡过程中节气门开度不参与挡位决策。
时间
门开度
r。
×
/
‘l,cl
角速度
/
∥
/
<<
/
∞.
>
彳。:
图3发动机转速PI控制器
/
f
2l
根据发动机转矩特性和整车及传动系参数,采用
I
解析法‘81制定了该6速湿式DCT的最佳动力性二参
f7时间
f2
f3£4£s£6
数换挡规律,如图4所示。
图2
升挡过程DCT转矩及发动机转速控制策略示意图
(3)滑摩相(£,<t≤f,):为控制离合器主动盘转速下降,以缩短与低速的离合器2从动盘同步的时间,
需通过调节发动机节气门开度来控制发动机转速。同
时,通过调节离合器2的压力缓慢加大其摩擦转矩,以增大发动机负荷,配合发动机更快地降低转速,发动机目标转速为离合器2从动盘角速度∞。:。随着离合器2主、从动部分转速的接近,离合器2摩擦转矩在达到最大值后,控制其下降以使摩擦转矩趋近与离合器2锁
止时的传递转矩,该点对应时刻即为£。。该阶段以离合
车速/(kⅡl,11)
图4最佳动力性换挡规律
器2主、从动盘转速差为O,传递转矩小于最大静摩擦
转矩,离合器2锁止为标志结束。
在制定换挡规律的基础上,使用Manab/Statenow
设计了自动换挡逻辑,仿真模型如图5所示。
(4)高挡转矩相(£,<£≤k):该阶段离合器2已经锁止,应以最快充油速度增加离合器2压力P2,使最大静摩擦转矩达到设定的后备转矩(t正=后。吐如,尼。出为后备系数,||}。正>1)以避免突然的转矩变化造成离
合器分离。£。即为充油完毕时刻。
唧10
(5)高挡运行相(£>£。):此时离合器2液压缸压
力已经达到预定值,为避免奇数挡同步器接合情况下,离合器1的高速运行造成离合器内液压油扰动、油温
6《一嗣
升高,进入该阶段后要将奇数挡同步器迅速分离,f,时
刻分离完毕。
蚕壤同蔷云二呱。曲譬茹测。
~【m‘ⅫadoⅫ】
,clcmmmtc——J—一
血mngcall
njn,
.
[u—ad赢】]■]『r
/一啦ady或蚍},一—舢氆唑圳、
2
,【u—a酬『‘≮坚竺竺生二:f齑阍
{gc”sl噩£c由wm}
图5自动换挡逻辑仿真模块
52
机械设计第30卷第8期
3.2换挡过程仿真及结果分析
采用所建仿真模型对6速湿式DcT换挡过程进行了仿真。以1挡升2挡为例,对50%节气门开度下的升挡过程进行了仿真,仿真结果如图6~图10。
图6和图7分别是离合器主、从动盘转速和离合器油压变化曲线。由图可知,50%节气门开度下,换挡之前2挡同步器接合,接合时间为0.36s,换挡完成后,1挡同步器分离,分离时间为0.3ls。1挡升2挡离合器1开始卸荷时间为2.91s,离合器2充油完毕
时间为3.67s,换挡时间为O.76
s。
厂\『\。,
1
r、
f
Lf
时间几
图9冲击度
图10为比滑摩功变化曲线。50%节气门开度下1挡升2挡过程中双离合器产生的比滑摩功大
小为125
490J/m2。
{
||
,J
时问A
图10比滑摩功
4
结论
围绕6速湿式DcT产品开发,进行了系统建模及
换挡控制仿真研究,在将升挡过程划分为5个阶段的基础上提出了DCT升挡控制策略,并运用Matlab/Sim-ulink/Statenow建立了系统仿真模型;通过仿真实验获得了换挡过程主要参数和性能指标,验证了所建DcT系统动力学模型的正确性及所提出的换挡控制策略的有效性。仿真结果比较客观地反映了换挡过程中DcT换挡时间、冲击度和滑摩功3种性能指标的变化过程。
rn/s3范围内,具有较小的冲击度,满足舒适性要求。
通过进一步优化控制算法,DCT的换挡性能还有很大的提升空间,可更好地实现快速、平稳且无动力中断的
换挡。
\
\
\
{
、f
V
\~——~
/
、
参考文献
/
/
时间/s
[1]
阴晓峰,李磊,廖志明,等.汽车自动变速技术的发展现状与展望[J].机械传动,2010,34(8):87—91.
[2]刘振军,刘飞.双离合器自动变速器齿轮轴系三维建模与仿真[J].机械设计,2011,28(1):73—76.
图8变速器输出转矩
第30卷第8期2013年8月
机械设计
JOURNAL0FMACHINEDESIGN
V01.30Aug.
No.82013
行星滚柱丝杠副滚柱的设计方法与虚拟装配+
董永,刘更,马尚君,佟瑞庭
(西北工业大学机电传动与控制陕西省工程实验室,陕西西安710072)
摘要:基于行星滚柱丝杠副(Planetary
RolleT
screw,PRs)滚柱既有螺纹又有齿的复杂结构特点,提出了滚柱螺纹和
滚柱齿的匹配设计方法,并给出了详细设计流程,分为3大步骤:滚柱中径的匹配设计,滚柱端部直齿轮的设计,滚柱螺纹的设计。在此基础上,结合PRs结构组成和运动原理,构建了螺纹截面设计方法并建立了三维模型,最后进行了虚拟装配,对滚柱与螺母装配中可能存在的问题及注意事项进行了说明。文中提出的滚柱设计和虚拟装配方法可为PRS的设计分析提供指导。
关键词:行星滚柱丝杠副;滚柱设计;虚拟建模;虚拟装配中图分类号:THl32.1
文献标识码:A
文章编号:1001—2354(2013)08—0053一06
行星滚柱丝杠副(P1anetary
R01ler
screw,PRS)作通滚珠丝杠副高一。。
针对PRs的研究主要集中在运动学分析‘5。6J、性能测试方面’7‘9J,鲜有文献对PRs结构进行研究。靳谦忠等人。1叫对PRs的工作原理、运动特性及几何关系进行分析研究,推导出表达运动关系的方程式,给出了各参数选择的公式,尤其是滚柱两端齿轮齿数的比值关系;韦振兴等人u¨分析了行星滚柱丝杠副的传动原理,将PRs中行星齿轮的部分结构参数作为设计变
chengdu
6l0039,china;2.GIF
Research
为一种可以将旋转运动转换为直线运动的传动装置,以其具有大推力、高精度、高效率、高频响和长寿命等特点,逐渐地应用于飞行器和武器装备¨。3o及石油、化工、机床等需要直线伺服传动的场合。滚柱作为PRs滚动体,与广泛应用的滚珠丝杠副中的滚珠相比,滚柱螺纹可加工出较大的接触半径,且所有的滚柱螺纹同时参与啮合,接触点多,故PRS承载能力及刚度比普
3
YiZhang.
Shiftdynam—
+-+一’。卜。—1卜。—。.卜。—’卜一—+.-+-+一+一十一+-+-+-+一+一+ +”+”+一+一+一+-+ +-+一+”+”+*+一+“+ -+ + + +-+一+一+”+”+一+ + +.-+.-+”+..+.
Manlshics
Kulkanli,。IhehyunShim,center(china)Co.
andcontrolofdual-clutchtIansmissionsaIldMachine
[J].
Mecha—
Ltd.,Suzhou215024,China)
nism
neory,2007,42:168—182.Abst阳ct:Inorder
to
develop
a
6一speedwetdualclutch
wet
trans.
4
金辉,葛安林,陈惠岩.汽车自动变速器的新发展[J].汽车技术,2007(2):1—4.
黎苏,黎晓鹰,黎志勤.汽车发动机动态过程极其控制[M].北京:人民交通出版社,200l:2l一50.
张德旺.双离合器自动变速系统动力学建模与仿真研究[D].成都:西华大学,2009.
余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,
2010:7—15.
mission(DCT),thedynarIlicsmodelofthe
DCTsysteminclu。
rf56rl7rL81J
dingthetoI‘quemodelofengine,thedynamicsmodelofDCT,andthelongitudinaldynamicsmodelofvehiclewasestablished.
ing
Bvtak.
int0considerationoftheshmtime,theshiftjerk,andthe衔c—
tionworktogether,anup—shiftcontrolstrateg)rforthetorqueandtheenginespeedofthewetDCTwasputforw盯d.7Ihesimulationmodelofgea卜shiftpmcessofthewetDCTwasbuiltbyusingtheMatlab/SimulinkandStatenow
pla怕rnl.Takingtheup.shiftfrom
葛安林.车辆自动变速理论与设计[M].北京:机械工业出版社。1993:25—40.
thegearpositionltothegearposition2under50%t11mttleopening
as
an
example,validated.
thedynamicsmodelandtheshiftcontrolstrategyThesimulationresultsshowthatdvnamicsmodelof
rea—
were
Dynami舔modeHngandg明r sllift∞ntrolSimlllationof
6-speedwetduaIclutch
TENGLUHanl
a
thewetDCTsystemiscorrectandtheshiftcontmlstrateg)『issonableandpracticable.
tra砸missi伽
Y粕-qi蚰91,Y矾】|【i∞-feng‘,ZlIANGDe-w柚92,
En舀neering,
Xihua
University,
Keywords:dualclutchtransmission;dynamicsmodel;con.
tIDlstrategy;shiftschedule;systemsimulation
(1.
InstituteofAutomotive
Fig10Tab0Ref8“JixieShe∥2633
+收稿日期:2013一Ol—lO:修订日期:2013一07一15
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51275423);教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(201261021l0019);高等学校学科创
新引智计划资助项目(B13044);西北工业大学研究生创业种子基金资助项目(Z2013026)
作者简介:董永(1987一),男,湖南株洲人,硕士研究生,主要从事行星滚柱丝杠副设计研究。
6速湿式DCT动力学建模与换挡控制仿真
作者:
作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
滕艳琼, 阴晓峰, 张德旺, 卢汉, TENG Yan-qiong, YIN Xiao-feng, ZHANG De-wang, LU Han滕艳琼,阴晓峰,卢汉,TENG Yan-qiong,YIN Xiao-feng,LU Han(西华大学汽车工程研究所,四川成都,610039), 张德旺,ZHANG De-wang(吉孚动力技术(中国)有限公司,江苏苏州,215024)机械设计
Journal of Machine Design2013,30(8)
参考文献(8条)
1.阴晓峰;李磊;廖志明 汽车自动变速技术的发展现状与展望[期刊论文]-{H}机械传动 2010(08)2.刘振军;刘飞 双离合器自动变速器齿轮轴系三维建模与仿真[期刊论文]-{H}机械设计 2011(01)
3.Manish Kulkarni;Taehyun Shim;Yi Zhang Shift dynamics and control of dual-clutch transmissions 20074.金辉;葛安林;陈惠岩 汽车自动变速器的新发展[期刊论文]-{H}汽车技术 2007(02)5.黎苏;黎晓鹰;黎志勤 汽车发动机动态过程极其控制 20016.张德旺 双离合器自动变速系统动力学建模与仿真研究 20097.余志生 汽车理论 2010
8.葛安林 车辆自动变速理论与设计 1993
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