双离合自动变速器换挡过程分析

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Internal Combustion Engine 建模;换挡过程 Key words double clutch ; modeling ; shift process i 概述 为提升 DCT换挡品质,降低换挡过程中的冲击。以简 化的 DCT换挡动力学模型为基础,分析 DCT换挡过程离 合器在5 个阶段所处的工作状态,并以单个离合器的3种 工作状态对换挡过程的5 个阶段进行简化,对存在功率循 环或不存在功率循环时的离合器状态进行特性分析。 2 DCT换挡过程动力学建模 以整车、发动机和双离合自动变速器动力学状态为基 础,建立相对应的 DCT换挡过程动力学模型11,为方便数 学计算处理,现针对 DCT模型进行如下简化和假设 忽略弹性环节的惯性、惯性环节的弹; 轴承、轴承座、齿轮啮合不存在弹性; 忽略各传动轴的横向振动; 忽略系统中的间隙; 忽略系统阻尼。 此时该系统简化为一个离散化的当量系统。合器前 的质量对发动机转化,即获得 DCT换挡过程动力学模型 如图1所示。 图 1 DCT动力学模型 选取1、挡已满足对冲击度做一般性分析需求,故图 中对其它挡位不做详细介绍。图中 C1、 C2 分别表示离合 作者简介赵国珍(1986-,男,青海化隆人,合肥工业大学在职研 究生,现工作单位安徽交通职业技术学院,助理讲师, 主要研究方向为汽车变速器技术。 器 1及离合器2, G1耀 G7表示各级齿轮,并规定传动比, 为齿轮 Ga、 Gb之间的传动比。可得一挡动比 i,为 kxi37, 二挡传动比 i2为 i45Xi67。 2.1换挡过程分析 DCT换挡过程是以1挡升2 挡为例进行分析,整个换 挡过程离合器将会分别处于以下5 个阶段低挡运行、低 挡转矩相、惯性相、高挡转矩相、高挡运行。2 2.1.1低挡运行阶段 离合器 C1接合、而 C2 滑摩状态,车辆以低速挡位平 稳行驶,发动机输出扭矩从 C1输出, C2 无动力传递。此时 C1、 C2传递的扭矩及车辆的传动比未变,加速度为零。 2.1.2低挡转矩相 DCT系统接收到换挡信号,换挡执行机构提前动作啮 合下一挡位齿轮,为换挡做好准备。离合器 C2 开始逐渐 分离,施加于离合器 C2 推杆上的压紧力逐渐降低并处于 接合状态;离合器 C1开始逐渐接合,离合器 C1推杆上的 压紧力逐渐增大并出现滑摩, C2 传递的扭矩大小取决于 其上的正向压力。此时双离合器输出的转矩发生变化,而 DCT系统的转速、传动比变化较小,加速度等于0。 2.1.3惯性相阶段 换挡执行机构控制离合器的切换,使传动系统由低挡 位过渡至高挡位。此时离合器 C1压紧力降低而出现滑 转;离合器 C2压紧力逐渐增加并处于滑转状态。该过程 中变速器的输出扭矩、各构件的转速、传动比产生变化,最 大冲击度将会出现的此阶段。3 2.1.4高挡转矩相阶段 高挡转矩相 DCT系统完成了低挡至高挡的变换。因 离合器 C1压紧力继续降低出现滑转,而离合器 C2 上的 压紧力持续增大,直至其为接合的工作状态。此过程中各 构件转速、传动比近乎稳定。 2.1.5高挡运行阶段 车辆平稳运行时,离合器 C1、 C2 处于完全分离、接 合,离合器 C2 输出发动机转矩,离合器 C1无动力传递。 50 内燃机与配件 分析 DCT换挡过程的上述5 个阶段,可知单个离合 器只存在分离、滑摩、接合三种状态。从数学表示角度分 析,分离和滑摩这两种状态可以用同一表达式描述其转矩 大小,而不同之处仅在于分离状态下离合器接合力为0, 即可视为不加载接合力的滑摩状态。 因此可以认为单个离合器仅存在滑摩、分离两种状 态,故 DCT换挡过程中离合器 C1、 C2存在以下四种状态 C1接合 C2 滑摩; C1滑摩 C2 滑摩; C1滑摩 C2 接合; C1接合 C2 接合。 明显状态4 不能成立,故将实际 DCT换挡过程可以 简化成1、2、3这三种状态。本文的后续建模过程都以切 换 i2为例。 2.2 C1接合 C2 滑摩状态特性分析 现以图1 中的1挡换2 挡为例,此种状态下 i,大于 i2,则导致离合器 C1从动盘转速大于离合器 C2 从动盘转 速,故离合器 C2 不存在功率循环现象。假如离合器 C1存 在功率循环,将会使丁成为负值,这与其初始状态为正, 并期间必经过0 点,这与此状态下离合器 C1总保持接合 的状态相矛盾,因此当前状态下, C1、 C2 均不存在功率循 环现象。 2.3 C1滑摩、 C2 滑摩状态特性分析 假设该过程中离合器的主动盘转速高于其从动盘转 速,因为两摩擦面间的动摩擦力方向始终与相对速度方向 相反,故此刻的摩擦力矩从主动盘传递至从动盘;假设离 合器从动盘转速高于其主动盘转速,则摩擦力矩传递方向 将会变为由从动盘至主动盘。双离合器同时处于滑摩阶段 之初,离合器 C1、 C2 的主动盘转速相等(因为双离合器 主、从动盘是一体的,其转速等于发动机输出转速)且于 离合器 C1从动盘转速,同时高于离合器 C2从动盘转速 离合器 C1、 C2 从动盘转速为变速箱输出轴转速分别乘 以离合器 C1、2相对应的传动比得到。由于离合器 C1所 对应的传动比大于离合器 C2 所对应的传动比,故离合器 C1、 C2从动盘转速比相同且离合器 C1从动盘转速始终高 于离合器 C2 从动盘转速。当双离合器处于同时滑摩阶段 终了时,由于离合器 C1、离合器 C2 分别处于分离、接合 状态,因此离合器 C1、 C2 主动盘的转速与离合器 C2 从 动盘转速相等,而又小于离合器 C1从动盘转速。接合发 动机转速调节的实际需求,可实现如图2 所示的两种控 制方式4。 图 a 所示控制是双离合器同时处于滑摩过程中调节 发动机转速,使其同时高于双离合器从动盘的转速,直至 离合器 C1处于完全分离状态,就会导致离合器 C1、 C2 的 两路摩擦转矩同时正向传递;图 b 所示控制为不对发动机 进行反馈调节,离合器 C2 摩擦转矩正向传递时,离合器 C1发生功率循环现象。 2.4 C1滑摩、 C2 接合状态特性分析 但此种情形类似于本文中 C1接合、 C2 滑摩的状态特 性,故在此不再重复讨论。 参考文献 m 谭勇,唐新蓬,段小成.双离合自动变速器无冲击换挡过程 的实现 J1.机床与液压,2007,359 208-211. 2郝琪.汽车湿式离合器的模糊控制研究 J1.湖北汽车工业学 院学报,2000,9. 3葛安林.车辆自动变速理论与设计 M1.机械工业出版社, 1993188. 41 Leo F.Sohwab.Development of Shift Quality Metric for Automatic Transmission .SAE.941009,1994. 5 J.C.Wheal,C Crewe,M.Ramsbottom ,S.Rook and M,Wedtby . Automated Manual Transmission A European Survey and Proposed Quality Shift Metrics.SAE,2002-01-0929. 6 张建国.基于神经网络的 AMT换挡品质评价方法研究 D. 吉林吉林大学汽车工程学院,2007. 7 杨伟斌,等.智能修正型换挡规律的设计及在双离合器式 自动变速器中的应用 J.机械工程学报,2009,45 1205-210. 8 钟兆强.车辆选择性输出双离合自动变速器的换挡策略研 究 D.安徽合肥合肥工业大学机械与汽车工程学院,2012.
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