車輛動(dòng)力學(xué)(8)-傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模.

1、一、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型第三章傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程建模第一節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程模型及建模方法第二節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的換擋控制和閉鎖控制0CI4IMG IWSTITUTe OF TeCMnOLOGV第一節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程模型及建模方法一、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型建模方法1. 建模原則1）模型滿足仿真任務(wù)需求二2）模型應(yīng)正確反映系統(tǒng)性質(zhì)。3）簡化為集中質(zhì)量離散系統(tǒng)。2. 建模方法D多自由度系統(tǒng)，每個(gè)自由度對應(yīng)一個(gè)集中質(zhì)量2）發(fā)動(dòng)機(jī)用一個(gè)慣量表示3）齒輪、較大質(zhì)量部件為集中質(zhì)量，慣性質(zhì)量不做功的分 支和慣量可以包括在作功元件內(nèi)。集中質(zhì)竺里或多剛乜|集石質(zhì)匚芻性軸模型 |一、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型2. 建模方法4）模型參數(shù)確定轉(zhuǎn)動(dòng)

2、慣量A三維建模軟件軸的扭轉(zhuǎn)剛度式中：G材料的剪切彈性模量；/ 軸的橫截面極慣性矩，/二血4/32D軸的直徑；L 軸的長度。對于傳動(dòng)系的復(fù)雜軸段.常簡化為階梯軸或A材料力學(xué)公式GlttGDaK =L 32LA有限元分析軟件者套軸，按照剛度串聯(lián)或者并聯(lián)的方法求解：3. 縮減自由度的基本方法1）雙質(zhì)量系統(tǒng)代替單質(zhì)量系統(tǒng)ek =ek-l+ekj; =Jk +以+1ej為柔度,是扭轉(zhuǎn)剛度的倒數(shù)一、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型3 縮減自由度的基本方法2）單質(zhì)量系統(tǒng)代替雙質(zhì)量系統(tǒng)dI3一、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型3)例 qJq-Q)3 ey4 Q4 g45Q5 56 of6厶如Jj + J 2J + J27T 勺彳 + e1

3、丿1十丿2丿I +丿2S+S5 知+勺5 跟+J 3丿5w僥人為w+細(xì)7，勺4十勺5知+弘）動(dòng)態(tài)模型示例定軸變速箱M 1J+：i4+N+：34傳統(tǒng)變速裝鼻二、動(dòng)態(tài)模型示例定軸變速箱二、動(dòng)態(tài)模型示例 雙離合器式自動(dòng)變速器（DCT）雙離合器變速器結(jié)構(gòu)簡圖雙離合器式自動(dòng)變速器（DCT）使變速器相鄰擋位的扭矩傳遞，分別受控于兩個(gè)獨(dú)立的 離合器，這樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不中斷換擋。手動(dòng)變速器與DCT變速器性能對比二、動(dòng)態(tài)模型示例雙離合器式自動(dòng)變速器（DCT）行星變速箱八警r dm = M一仏 dt某兩擋行星變速箱(a) 發(fā)動(dòng)機(jī)一泵輪構(gòu)件(b) 渦輪一太陽齒輪構(gòu)件(c) 制動(dòng)器一齒圈構(gòu)件(d) 行星架一輸出軸構(gòu)件

4、行星排轉(zhuǎn)速關(guān)系式：行星排轉(zhuǎn)矩關(guān)系式：Mt/Mb = KB= PSBnBD50 + ka）r 一（1 + k）co = 0JrV-第二節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的換擋控制和閉鎖控制 、換擋規(guī)律1. 換擋規(guī)律概念相鄰排擋之間自動(dòng)換擋點(diǎn)的控制參數(shù)(車速U.油門開 度a)的變化規(guī)律，稱為換擋規(guī)律。是自動(dòng)換擋系統(tǒng)的基本特性。口是按照車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性要求設(shè)計(jì)的。ECU的作用就是按照換擋規(guī)律的要求，來進(jìn)行換擋控 制的，按車速.油門中的一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要 求的換擋時(shí)刻自動(dòng)換擋，才能保證車輛獲得良好的動(dòng)力 性能和經(jīng)濟(jì)性能。一、換擋規(guī)律每一個(gè)自動(dòng)換擋系統(tǒng)都有一個(gè)換擋規(guī)律，它的曲線形狀取決 于車輛傳動(dòng)的要求，由自動(dòng)換擋

5、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。一、換擋規(guī)律自動(dòng)換擋特性I一擋不同油門開度曲線換擋特性是由牽引特性和換擋規(guī)律組合而成的。當(dāng)牽引特性一定 時(shí)，換擋規(guī)律對車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和使用性能有決定意義。一、換擋規(guī)律2 單參數(shù)換擋規(guī)律E A升擋線換擋重疊或換擋延遲1）換入新?lián)鹾蟛粫?huì)因車速稍有變化而 重新?lián)Q回原來的排擋，保證了換攔過程 的穩(wěn)定性；2）有利于減少換擋循環(huán)，防止控制元 件加速磨損與降低乘坐舒適性；3）變化換擋延遲可改變換擋規(guī)律。不能實(shí)現(xiàn)駕駛員的干預(yù)換擋。經(jīng)濟(jì)性差, 實(shí)際中只有少數(shù)軍用車輛上有所應(yīng)用，目的是減少換擋次數(shù)，發(fā)揮車輛動(dòng)力性 能。2 雙參數(shù)換擋規(guī)律尊延遲型換擋規(guī)律：換擋延遲不隨油門開 應(yīng)的變化而變

6、化a|升擋線n Aa /-廠-b 0II駕駛員可干預(yù)，可提前換入高擋或提前降 到低擋，很大程度上改善了車輛的燃油經(jīng) 濟(jì)性。1）油門開度不變，假設(shè)為8車速達(dá)到冬時(shí)，I擋自動(dòng)升入H擋車速降到比時(shí)，n擋自動(dòng)換回I擋2）車速不變，假設(shè)為兒行駛阻力減小，油門開度小于內(nèi)時(shí)，自動(dòng)升入H擋 行駛阻力增加，油門開度大于色時(shí)，自動(dòng)換入I擋干預(yù)換擋：松油門提前換高擋，猛踩油門強(qiáng)制換低擋一、換擋規(guī)律2 雙參數(shù)換擋規(guī)律發(fā)散型換擋規(guī)律：換擋延遲隨油門開度的 增大而增大，呈發(fā)散狀分布，也稱增延遲 型換擋規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)：1）大油門時(shí)換擋延遲大，可減少換擋次數(shù)。2）大油門時(shí)，升擋車速高，接近最大功率點(diǎn), 動(dòng)力性好。缺點(diǎn)：大油門降擋

7、時(shí)的車速低，功率利用差，較適用 于后備功率大的輕型車輛。2雙參數(shù)換擋規(guī)律收斂型換描規(guī)律：換擋延遲隨油門開度增 大而減小，呈收斂狀分布，也稱減延遲型 換擋規(guī)律。1) 在升降擋時(shí)都有較好的功率利用，動(dòng) 力性好。2) 低速時(shí)，可以松油門提前換高擋，改 善燃油經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)可以在較低轉(zhuǎn)速下工作，燃油經(jīng)濟(jì) 性好、噪聲低.行駛平穩(wěn)舒適。該規(guī)律適 合于比功率較低的貨車。一、換擋規(guī)律3 其它換擋規(guī)律(a)組合型換擋規(guī)律由兩段或多段不同變化規(guī)律所組成的換擋規(guī)律，便于在不同油 門開度范圍內(nèi)得到不同的車輛性能。常見的組合型換擋規(guī)律：小油門開度以舒適、穩(wěn)定及少污染為 主；大油門開度則以動(dòng)力性能為主；在中等油門開度下，

8、首先要求 很好的燃料經(jīng)濟(jì)性，其次要有滿意的動(dòng)力性能。(b)多規(guī)律換擋控制并列有幾種不同換擋規(guī)律的控制器，駕駛員改變選擇開關(guān)，就 可使同一變速箱改換用另一種換擋規(guī)律進(jìn)行控制。-換擋規(guī)律豐田小轎車換擋規(guī)律的特點(diǎn)(a)采用發(fā)散型的換擋規(guī)律， 在節(jié)氣門全開和中等開度時(shí)， 降擋速差都較大，大大減少換 擋次數(shù)，有利于提高變速箱的 耐久性，且經(jīng)濟(jì)性也良好。(b)升擋點(diǎn)的設(shè)計(jì)，考慮動(dòng)力 性和排放。各油門下升擋點(diǎn)都 設(shè)計(jì)在較高車速。(d)合理使用超速擋。在大于 85%油門開度以上，為了不使動(dòng) 力性能變壞，換擋規(guī)律規(guī)定不 得升入超速擋。小于25%油門開 度時(shí)，換擋點(diǎn)車速較高些，減 小排放。其余中等開度，使用 超速

9、擋節(jié)油。四擋變速箱(C)設(shè)計(jì)了強(qiáng)制降擋，當(dāng)油門 開度達(dá)85-90%時(shí)，可以提前降 入低擋，提高了降擋后的發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速，改善了降擋后的功率 利用和動(dòng)力性。換擋規(guī)律阿里遜CLBT-6061重型車輛的換擋規(guī)律采用收斂型換擋規(guī)律。當(dāng)油門全開時(shí)， 降擋速差最小，有利于得到優(yōu)良的動(dòng)力 性能。在小油門開度時(shí)，降擋速差最大, 得到廣泛的多擋重疊工作區(qū)，可以大大 減少換擋次數(shù)，也有利于提高經(jīng)濟(jì)性。二、閉鎖規(guī)律1 變矩器的閉鎖控制(1)改善傳動(dòng)性能的閉、解鎖。(2)換擋時(shí)變矩器的緩沖解鎖。二、閉鎖規(guī)律2. 閉鎖點(diǎn)的選擇一般把閉鎖點(diǎn)設(shè)計(jì)在偶合器工況點(diǎn)附近，以保證得到較高的效 率和牽引力。閉鎖點(diǎn)應(yīng)隨油門開度而變，油門

10、開度越小，閉鎖點(diǎn)的 轉(zhuǎn)速則越低。按渦輪轉(zhuǎn)速單參數(shù)控制按車速、按擋位在閉鎖點(diǎn)與解鎖點(diǎn)之間，也要有一定的解鎖速差，以免過于頻 繁的閉鎖一解鎖循環(huán)。按轉(zhuǎn)速比控制雙參數(shù)控制按渦輪轉(zhuǎn)速和油門開度按車速和油門開度3-單參數(shù)閉鎖控制只要當(dāng)車速達(dá)到某一定值時(shí), 就能實(shí)現(xiàn)變矩器閉鎖。閉鎖工況的u1）按渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉鎖控制只要渦輪轉(zhuǎn)速達(dá)到某個(gè)固定不變的 數(shù)值時(shí)，變矩器就閉鎖。這種控制方法只能在少部分油門開 度下保證有合理的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。對于多擋變速器各擋均閉鎖時(shí).一般低擋閉鎖T較高 可以充分利用變矩器變矩性能，提高動(dòng)力性；高擋閉鎖 較低，以便盡早閉鎖，利用機(jī)械傳動(dòng)，提高傳動(dòng)效率。3. 單參數(shù)閉鎖控制2）按車速進(jìn)

11、行閉鎖控制這可以避免低擋范圍內(nèi) 頻繁閉鎖，減少由此引起的 沖擊和磨損。3.單參數(shù)閉鎖控制3）按擋位進(jìn)行閉鎖控制只有在某些排擋范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)閉鎖，例如前進(jìn)擋或高擋范內(nèi)才能（C）閉鎖，而在其它排擋工作時(shí)，不論其轉(zhuǎn)速多大，都只能用液力工況工作。4. 雙參數(shù)閉鎖控制1）按渦輪轉(zhuǎn)速和油門開度進(jìn)行閉鎖控制在油門全開時(shí)，可把閉鎖 點(diǎn)設(shè)計(jì)在偶合器工況點(diǎn)附近， 隨著油門開度減小，閉鎖點(diǎn)轉(zhuǎn) 速也隨之降低。顯然，這種方 法只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，可以在很大 的油門開度范圍內(nèi)得到比較合 理的閉鎖點(diǎn)。這種控制方法也 較簡單。結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)。三、換擋過渡過程V每當(dāng)傳動(dòng)比達(dá)到一定值時(shí)，實(shí)現(xiàn) 閉鎖。2）按車速和油門開度進(jìn)行閉鎖控制油門

12、開度一定時(shí)，只有當(dāng)車速到 達(dá)一定值才閉鎖；井可以根據(jù)擋 位實(shí)現(xiàn)高擋閉鎖而低擋不閉鎖， 是目前轎車常用的控制。4. 雙參數(shù)閉鎖控制3）按變矩器的速比進(jìn)行閉鎖控制這種控制原理比較合理，在各種油 門開度下都可得到合理的效率及動(dòng) 力性能。1換擋過渡過程的兩種狀態(tài):轉(zhuǎn)矩相：在這種狀態(tài)下，各構(gòu)件之間只有轉(zhuǎn)矩的分配和變動(dòng)，沒有急劇的轉(zhuǎn)速變化，因而忽略慣性的影響。慣性相：在這種狀態(tài)下，不僅有轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)，同 時(shí)伴有急劇的轉(zhuǎn)速變化，因而慣性的影響不能忽 略。三、換擋過渡過程口升擋過程胡仃低擋：A點(diǎn)麗低擋轉(zhuǎn)矩相：A和B點(diǎn)間慣性相：B和C點(diǎn)間A BCt/s高擋階段：C點(diǎn)以后0三、換擋過渡過程降擋過程升擋過渡過程高擋：

13、A點(diǎn)以前；高擋轉(zhuǎn)矩相：A和B點(diǎn)間;慣性相：B和C點(diǎn)間；低擋：C點(diǎn)以后。三、換擋過渡過程總結(jié):在慣性階段的始末點(diǎn)（B、 C）,輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)較大 的擾動(dòng)，形成了影響過 渡過程品質(zhì)的轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)。 這種轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)很大程度 取決于充、放油過程的 油壓特性。2.換擋沖擊分析(1) 摩擦力矩的變化T/c = juFreZ“二摩擦系數(shù);摩擦片壓緊力； 宀一作用半徑；Z-摩擦副數(shù)。離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的變化過程伴有一定的轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)三、換擋過渡過程2.換擋沖擊分析(2) 慣性能量的變化在換擋過程中，因旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速的急劇變化，引發(fā) 的慣性能量的變化產(chǎn)生的沖擊。旋轉(zhuǎn)件慣量和車輛的質(zhì)量愈大引發(fā)的沖擊也就越 大。| 相鄰擋速比比但愈大

14、引發(fā)的沖擊也就愈大|2.換擋沖擊分析(3)換擋動(dòng)作的時(shí)序多個(gè)換擋機(jī)構(gòu)動(dòng)作的時(shí) 序引發(fā)的換擋沖擊，一般情 況下，兩個(gè)動(dòng)作之間不是有 重疊，就是有間隔。四、仿真模型實(shí)例Complete VeNcleThi model rwfxvwnb oompl.g with SimOivwlin blodo. frorn engine, drivetroin and ransmhsioo. to tire and venide dynsmiHTM Clutch oonwolier xc，00怙 out 8“ x crtnfix, to 2202 to gixvlhia* xrviorTrsnyndsiofl -

15、Control I &InSpooo Rano Scop*Engirw DynanriaTorqueJ fl lrwdiCon-zcacrmp4lTurbig Lipwt Sh*ftRwnVowiolc bM TroDynanldOutput 52f!四.仿真模型實(shí)例MM CwMMMui mgInertiainpv:Pla xsry X.Ciucr cinputftun InertiaPlanetaryOutput Son Inenia|oowWvt Crrr|npyt RMgHer*.四、仿真模型實(shí)例Ck&gMC8PrQ*s*rred B*e Tk 沖ProQonimdCM6CcciGUtc

16、 ith LedruO CmI叱他CR-CR伙SUlImtirI4CQDrre RatioClute*Sum$&sJewFiUCarBased on CS-CR 4-Speej trr$mis$i;nV/oncspace vanasies are defred四、仿真模型實(shí)例粽介傳動(dòng)裝覺多質(zhì):t訓(xùn)性動(dòng)力學(xué)仿JX模電練習(xí)一任選一個(gè)系統(tǒng)，建立系統(tǒng)換擋 過程動(dòng)態(tài)模型（框圖、數(shù)學(xué)模 型均可）1、模型應(yīng)包括關(guān)鍵部件：如發(fā) 動(dòng)機(jī)、變矩器、換擋離合器、 齒輪、車體。2、模型應(yīng)含控制器，控制規(guī)律 可假設(shè)。3、模型自由度自定。4、可針對一個(gè)升擋過程或從起 步到加速整個(gè)過程建模。練習(xí)二1.仿真對象發(fā)動(dòng)機(jī)帶閉鎖離合 器的變矩器四前一倒行星變速器門咸n乍輪和 速器乍體2、仿真內(nèi)容在油門和制動(dòng)踏板信號(hào)下，車輛在行駛過程中的動(dòng)態(tài)特 性，包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)矩變化等。L Locked F Free4、變速箱擋位邏輯表Gear1a i1b ic id iR iRatio11 II1L 1|1，1F 1