七擋自動變速器建模與仿真

1、七擋自動變速器建模與仿真隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展， 越來越多的企業(yè)開始加大具有高附加值自動變速器的研發(fā)力度。 自動變速器作為現(xiàn)化汽車傳動技術(shù)中的關(guān)鍵總成之一，接收發(fā)動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、經(jīng)過變速增扭，通過主減速器傳遞給車輪， 自動變速器匹配的好壞直接關(guān)系到汽車的總體性能。自動變速器是集機械、液壓、電子于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。相對手動變速器具有操縱簡化、駕駛平順舒適、改善汽車排放、 保證汽車在行駛過程中經(jīng)常處于良好的性能狀態(tài)等一系列優(yōu)勢而被越來越多地裝備于車輛上 1 。在自動變速器開發(fā)階段借助模擬仿真技術(shù)是研究自動變速器的有效手段， 可以提前確定各個重要參數(shù)， 并對參數(shù)間的相互關(guān)系進(jìn)行分析， 并不斷進(jìn)行優(yōu)化分

2、析，從而具有縮短研發(fā)時間、減少研發(fā)經(jīng)費等優(yōu)點。因此模擬仿真作為汽車研究與設(shè)計部門的一種有效方法而被廣泛采用。研究自動變速器模擬仿真方法對于我國自動變速器自主研發(fā)具有重要意義2 。1 理論依據(jù)圖 1 為市場上某型7擋自動變速器的結(jié)構(gòu)示意圖和離合器接合圖表。 此型變速器前面是行星齒輪組， 后面是拉維娜行星齒輪組。前排齒輪組行星輪P3與太陽輪S3嚙合。從前排齒圈B1通過離合器E輸出到拉維娜行星架C1;從前排行星架D1 一路經(jīng)過離合器A連接拉維娜太陽輪S2, 一路經(jīng)過離合器B連接拉維娜太陽輪S1。拉維娜式行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示， 其結(jié)構(gòu)特點如下。（ 1）在一個行星架上安裝有相互嚙合的兩

3、套行星齒輪，長行星輪 P1 同時與大太陽輪S1、 短行星輪P2、 內(nèi)齒圈 A1 相嚙合；短行星輪P2與長行星輪S1和小太陽輪S2相嚙合；兩套行星齒輪共用一個齒圈 A1 和一個行星架C1。（2）有5組離合器，離合器C、D分別制動大太陽輪S1和共用行星架C1o離合器E使拉維娜式行星齒輪小太陽輪 S2與前排行星輪外齒圈 B1 結(jié)合， 離合器A、 B 分別拉維娜式行星齒輪小太陽輪S2、 大太陽輪 S1 與前排行星輪齒輪架D1 結(jié)合， A1 為動力輸出為共用齒圈。 各齒輪的齒數(shù)如下：ZA1=84；ZB1=70；ZS1=36；ZS2=32； ZS3=44； ZP1=24； ZP2=24； ZP3=13；傳

4、動比計算1）一擋傳動比2）四擋傳動比3）五擋傳動比4）倒擋傳動比模型建立與分析AMESim是法國達(dá)索公司推出的液壓、機械等系統(tǒng)建模及動力學(xué)仿真分析軟件，除了擁有常規(guī)的機械、液壓模型庫外，針對變速器的模擬仿真，AMESim專門開發(fā)了一個傳動系 Powertrain 庫專門用于車輛傳動系統(tǒng)建模和仿真，它包括發(fā)動機、離合器、同步器、傳動軸、差速器、輪胎、車身以及傳感器等模塊的多種元件級模型。 利用所需模塊可以簡便地構(gòu)建自動變速器的傳動系統(tǒng)仿真模型，并進(jìn)行動力學(xué)響應(yīng)分析4 。在AMESim建立仿真模型，此模型包括發(fā)動機、自動變速器、傳動軸、主減速器、差速器、車輪等模塊，并有發(fā)動機和變速器的控制邏輯模塊

5、。 自動變速器模型包括的行星齒輪組、 離合器、液力耦合器和鎖止器。前排是行星齒輪組，后排是拉維娜行星齒輪組的模型。變速器的控制邏輯模塊將升擋信號轉(zhuǎn)化為各個離合器接合信號，并在MATLAB/Simulink 中對離合器的接合規(guī)律建立模型， 通過時間積分再通過查表的方法， 對離合器換擋規(guī)律進(jìn)行模擬，從而建立七擋變速器的仿真模型。如圖2所示，在AMESimm莫型中，換擋信號經(jīng)過邏輯表后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)離合器控制信號，傳入AMESim-SimulinkCo-simulation interface 模塊后再傳輸?shù)礁鱾€離合器。齒輪的傳動模型從前排齒圈B1通過離合器E輸出到拉維娜行星架 C1, 從前排行星架D1

6、 一路經(jīng)過離合器A連接太陽輪S2, 一路經(jīng)過離 合器B連接太陽輪S1o太陽輪S2經(jīng)過行星輪P2傳動到行星輪 P1,最后經(jīng)過A1傳出。設(shè)置完參數(shù)后， 試運行后， 可使 S-function 的接口在 AMESim 中的 Simulink 聯(lián)合仿真模塊定義的輸入輸出接口相同。隨后建立如圖4所示的控制模型，其中Clutch模塊從AMESim接口模塊輸出端口接收信號,經(jīng)過轉(zhuǎn)化輸出到AMESim接口模塊輸入端口。其中 If Action rise 模塊當(dāng)有上升擋位信號時，便能子模塊，內(nèi)部計時器開始積分計時，輸出時間函數(shù)，并經(jīng)過查表，輸出接合率的函數(shù)。當(dāng)有下降擋位信號時，便能子模塊，同樣的內(nèi)部計時器計時并

7、查表，輸出接合率的函數(shù)。此時接合率是下降的。如果需要更改接合曲線，只需更改查表函數(shù)曲線即可。分析換擋仿真結(jié)果如下。從圖 5 可以得出變速器在5 擋時為直接擋；通過數(shù)據(jù)分析，各個擋位的傳動比與理論分析的傳動比相同。 圖 6 是自動變速器輸入與輸出的轉(zhuǎn)矩圖， 當(dāng)傳動為直接擋時， 可以看出輸出轉(zhuǎn)矩小于輸入轉(zhuǎn)矩， 這是因為變速器內(nèi)部有阻尼引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗。 為了使換擋沖擊最小， 需優(yōu)化換擋時離合器結(jié)合與分離曲線， 使換擋時的最大值降低，從而減小換擋沖擊。結(jié)論1）根據(jù)自動變速器各組成部分結(jié)構(gòu)及功能，在 AMESim建立了自動變速器機械、 離合器仿真模型以及整車模型， 在 MATLAB中建立了離合器接合規(guī)律模型，通過AMESinmf Simulink聯(lián)合仿真。最后由仿真結(jié)果分析，