基于cruise軟件的dct整車動(dòng)力傳動(dòng)系匹配仿真研究-一汽等

1、基于 CRUISE的 DCT 整車動(dòng)力傳動(dòng)系匹配仿真研究（中國(guó)第車公司技術(shù)中心）摘要：在車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及匹配研究中,系統(tǒng)的建模是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,耗時(shí)較長(zhǎng),給研究工作帶來(lái)諸多不便，利用專業(yè)進(jìn)行建模與仿真可大大提高研究效率。本文利用高級(jí)模擬CRUISE建立了一款正在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)7擋DCT整車模型，分別匹配三款不同傳動(dòng)比的DCT變速器，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求與仿真結(jié)果選擇出匹配此款車的最佳變速器。：CRUISE DCT 車輛傳動(dòng)系 仿真1、前言雙離合器自動(dòng)變速器（Dual Clh Transmis,簡(jiǎn)稱DCT）是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)變速器，它綜合了液力機(jī)械式自動(dòng)變速器（AT）與電控機(jī)械式自動(dòng)變

2、速器（AMT）的各種優(yōu)點(diǎn)，其動(dòng)力傳遞是通過(guò)兩個(gè)離合器聯(lián)結(jié)兩根輸入軸，相鄰各檔的齒輪交錯(cuò)與兩輸入軸齒輪嚙合，配合兩離合器的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)在不切斷動(dòng)力的情況下進(jìn)行換檔，從而縮短換檔時(shí)間，有效提高換檔品質(zhì)，具有優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景。汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是傳動(dòng)系統(tǒng)各之間以及與發(fā)之間的匹配,以保證汽車能在不同條件下正常行駛,并具有良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的建立是車輛設(shè)計(jì)、匹配及性能研究的基礎(chǔ),但傳動(dòng)系統(tǒng)建模復(fù)雜,調(diào)試過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng),給研究工作帶來(lái)了很大的不便。采用專業(yè)對(duì)其進(jìn)行建模及仿真研究不僅可以節(jié)省大量的時(shí)間,使建模過(guò)程簡(jiǎn)單化,而且程序運(yùn)行可靠、調(diào)試方便、結(jié)果準(zhǔn)確,

3、利于分析研究。1-3 本文利用高級(jí)模擬析。2、 CRUISECRUISE對(duì)一款正在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的DCT轎車變速器傳動(dòng)比進(jìn)行了匹配分介紹奧地利 AVL List 公司開(kāi)發(fā)的 CRUISE是用來(lái)研究汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能及制動(dòng)性能的高級(jí)模擬，靈活方便的模塊化設(shè)計(jì)理念使得 CRUISE 可以對(duì)任意結(jié)構(gòu)形式的汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。CRUISE可用于汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中的動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配，汽車性能和整車仿真計(jì)算：也可以進(jìn)行發(fā)、變速箱、輪胎的選型及它們與車輛的匹配優(yōu)化：還可以用于混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。它可優(yōu)化的內(nèi)容：1)各種駕駛循環(huán)的油耗和排放

4、，如FTP、NEDC、ECE、EUDC等，用戶也可自定義駕駛循環(huán)；2)駕駛性能(加速性能、制動(dòng)性能、爬坡性能)；3)傳動(dòng)系傳動(dòng)比；4)無(wú)級(jí)變速器(CVT)和自動(dòng)變速箱(AT、AMT、DCT)的換檔規(guī)律圖。43、 整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型的建立圖 1 為DCT 車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系簡(jiǎn)圖，其中離合器 C1 控制奇數(shù)擋，離合器 C2 控制偶數(shù)擋，根據(jù)此簡(jiǎn)圖，可以很方便的在 CRUISE主要包括 Vehicle 模塊、Engine 模塊、Cl上搭建整車結(jié)構(gòu)模型如圖 2 所示，所使用的模塊h 模塊、DCT 模塊、Wheel/Tire 模塊、Cockpit模塊以及 GB Control 模塊、GB Program

5、 模塊。圖 1 DCT 動(dòng)力傳動(dòng)系簡(jiǎn)圖圖 2 DCT 車輛整車模型模型中所使用的主要參數(shù)如表 1 所示：表 1 模型主要參數(shù)表 2 為此模型所匹配的三款 DCT 的傳動(dòng)比：表 2 不同傳動(dòng)比的DCT中 DCT 換檔控制功能的實(shí)現(xiàn)4 CRUISEDCT 換檔控制過(guò)程由用戶自定義的換檔控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，本模型采用“變速器控制(Gear Box Control)”和“變速器程序(Gear Box Program)”兩個(gè)控制模塊來(lái)確定換檔點(diǎn)。4.1 變速器控制模塊（GB Control）在變速器控制模塊中，可以根據(jù)發(fā)的轉(zhuǎn)速或車速來(lái)確定換檔點(diǎn)，所確定的換檔點(diǎn)在計(jì)算任務(wù)中被使用，轉(zhuǎn)速和車速都要通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)

6、連接，變速器控制模塊用來(lái)連接變速器程序模塊和變速器模塊。1 擋2 擋3 擋4 擋5 擋6 擋7 擋DCT13.39312.07461.5011.19350.95740.77540.6345DCT23.39292.31631.69871.32361.0810.90450.7721DCT33.39291.99651.26850.93980.79420.70590.6353DCT44.2252.7361.8281.3011.0000.8450.735參數(shù)名稱參數(shù)值整車空載總重（kg）1325滿載總重（kg）1775迎風(fēng)面積（m2）2.1阻力系數(shù)0.32軸距（mm）2675發(fā)排量（l）1.6怠速轉(zhuǎn)速（

7、rpm）750最大轉(zhuǎn)速（rpm）6000轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg*m2）0.1離合器輸入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg*m2）0.005最大傳遞扭矩（Nm）300變速器各擋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg*m2）0.0015各擋效率0.95主器主比4.533輪胎摩擦系數(shù)0.95靜力半徑（mm）290滾動(dòng)半徑（mm）308變速器升檔和降檔的控制參數(shù)均為變速器控制將獲得的目標(biāo)檔位，而換檔的方式有以下四種情況：根據(jù)工況換檔；根據(jù)車速換檔；根據(jù)轉(zhuǎn)速換檔；根據(jù)換檔程序換檔。4.2 變速器程序模塊（GB Program）變速器程序模塊的換檔過(guò)程與變速器控制模塊的相似，唯一不同的是換檔點(diǎn)還與發(fā)的油門開(kāi)度有關(guān),需根據(jù)給定油門信號(hào)和發(fā)轉(zhuǎn)速曲線換檔,使用的

8、轉(zhuǎn)速和油門信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接。由變速器程序模塊所確定的目標(biāo)檔位被傳送到變速器控制模塊再傳到變速器模塊。此外，換檔曲線能進(jìn)行優(yōu)化，在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況時(shí)能使燃油消耗量最小，全油門加速時(shí)間最短，動(dòng)力性能也能得到提高，優(yōu)化后的換檔過(guò)程和正常的換檔過(guò)程相同。4.2.1 動(dòng)力性換檔規(guī)律動(dòng)力性換檔的目的是確保汽車牽引力能獲得最好的利用，以充分發(fā)揮發(fā)功率的潛力，從而獲得優(yōu)異的加速性能、爬坡能力，提高平均行駛車速。為此，汽車應(yīng)盡可能在較低檔位行駛。（1）升檔規(guī)律在同一油門開(kāi)度下，相鄰兩擋加速度特性曲線相交，若交點(diǎn)不為負(fù)，取各檔交點(diǎn)為換擋點(diǎn)；如果在同一油門開(kāi)度下，相鄰排擋加速度特性曲線不相交，取各檔的最高車速為換檔

9、點(diǎn) (邊界點(diǎn))。在邊界點(diǎn)升檔后，驅(qū)動(dòng)力將變小，加速度將降低。若換檔后加速度為負(fù)，則會(huì)導(dǎo)致車速下降，造成換檔循環(huán)或發(fā)熄火。因此，必須滿足以下邊界換檔點(diǎn)升檔原則：a)若升檔后，汽車加速度 0，則升檔； b)若升檔后，汽車加速度 0，為防止換檔循環(huán)，則不應(yīng)實(shí)施降檔，保持原檔；若原檔汽車加速度 0，則在降檔處實(shí)施降檔。換檔規(guī)律用發(fā)散或收斂程度 An 來(lái)評(píng)價(jià)1，即： (vn vn1 )Anv n式中，對(duì)于收斂型控制策略：vn ： 小油門時(shí)，n 檔換入(n+1)檔時(shí)的車速；vn1 ：小油門時(shí)，(n+1)檔降到 n 檔時(shí)的車速。對(duì)于發(fā)散型控制策略：vn ： 大油門時(shí)，n 檔換入(n+1)檔時(shí)的車速；vn1

10、：大油門時(shí)，(n+1)檔降到 n 檔時(shí)的車速。通常 An 應(yīng)小于 0.40.45，并有下降的趨勢(shì)。由公式可以推出：vn1 (1 A)vn根據(jù)以上規(guī)則做出動(dòng)力性換檔規(guī)律。4.2.2 經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律力求有最低的百公里油耗指標(biāo)，使得每升油能行駛更長(zhǎng)的路程。以發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率 b（g/(kw.h)）作為換檔依據(jù)，保證汽車總是以使發(fā)檔位行駛。的燃油消耗率最小的通過(guò)發(fā)試驗(yàn)測(cè)試，獲得了發(fā)油耗 Qe(kg/h)特性曲線，如圖 3 所示。發(fā)轉(zhuǎn)速與汽車速度的關(guān)系為va 7.2inio ) ，燃油消耗率 b 與油耗 Qe 的關(guān)系為：b 60 *1000Qe *10002Te neb-發(fā)轉(zhuǎn)矩(Nm) c

11、-小時(shí)油耗(kg/h)圖 3 發(fā)油耗特性曲線升檔規(guī)律的獲取對(duì)于經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律，在小油門開(kāi)度時(shí)，同一油門開(kāi)度而不同檔位時(shí)，有交點(diǎn)則以交點(diǎn)為換擋點(diǎn)；否則以動(dòng)力性換檔規(guī)律作為參考進(jìn)行選取。降檔規(guī)律的獲取對(duì)于經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律可以采用等延遲型降檔控制策略。4.2.3 綜合換檔規(guī)律在汽車的使用中，通常人們希望小油門時(shí)可以節(jié)省，獲得較好的經(jīng)濟(jì)性，大油門時(shí)希望發(fā)能提供足夠的功率和扭矩，獲得高的動(dòng)力性。因此采用了綜合換檔規(guī)律：即在中小油門開(kāi)度下，采用經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律，保證汽車的經(jīng)濟(jì)性；在大油門下采用動(dòng)力性換檔規(guī)律，保證汽車的動(dòng)力性。圖 4 為根據(jù)以上原則所做出的綜合換檔規(guī)律曲線。(A)升檔規(guī)律曲線(B)降擋規(guī)律曲線

12、d-車速(km/h) b-油門開(kāi)度(%)圖 4 綜合換檔規(guī)律曲線5、仿真分析對(duì)于轎車行駛性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有兩大類：動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能。其中動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)中的最高車速、檔最大爬坡度是否決指標(biāo)。當(dāng)所設(shè)計(jì)車型的最高車速和檔最大爬坡度沒(méi)有到達(dá)涉及任務(wù)書要求時(shí)，該車型所選擇的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)就被否定，因?yàn)檫@兩個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)是用戶最基本的要求。動(dòng)力性分析從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動(dòng)力性主要可由最高車速、爬坡性能及加速能力來(lái)評(píng)定。最高車速對(duì)比表 3 為匹配此三款 DCT 變速器車輛的最高車速對(duì)比，從表中可以看出，匹配此三款 DCT變速器的車輛理論最高車速均一致，實(shí)際最高車速 DCT3 略高，但與

13、其他兩款 DCT 差別不大，優(yōu)勢(shì)不明顯。表 3 匹配不同 DCT 的最高車速5.1.2 爬坡性能對(duì)比圖 5 為匹配此三款 DCT 變速器車輛的爬坡性能對(duì)比，由圖中可以看出，由于這三款 DCT變速器的 1 擋速比基本一致，故車輛的最大爬坡度相等，約為 22%左右；從其余檔位的爬坡度來(lái)看，DCT2 的爬坡度高于其余兩款 DCT，爬坡性能最好，其次是 DCT1，DCT3 的爬坡性能。爬坡度(%)2520151050050100150200車速(km/h)DCT1 DCT2 DCT3理論最高車速（km/h）實(shí)際最高車速（km/h）DCT1190.79189.00DCT2190.79189.00DCT3

14、190.79190.00圖 5 爬坡性能對(duì)比5.1.3 加速性能對(duì)比圖6 和圖7 分別為匹配此三款DCT 變速器車輛的原地起步加速性能與超車加速性能對(duì)比圖，從這兩圖可以看出，DCT1 的加速時(shí)間最短，即加速性能最好，其次為 DCT2，DCT3 的加速性能。圖 6 原地起步加速性能對(duì)比圖 7 超車加速性能對(duì)比車速（km/h）爬坡度(%)車速（km/h）13012011010090807060504025時(shí)間（S）DCT1 DCT2 DCT312010080604020005101520時(shí)間（s）DCT1 DCT2 DCT32520151050050100150200車速(km/h)DCT1 DC

15、T2DCT35.2 經(jīng)濟(jì)性分析汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量能行駛的里程來(lái)衡量。在我國(guó)及歐洲，燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的為 L/100km，即行駛 100km 所消耗的燃油消耗的燃油升數(shù)，其數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性就越差。等速行駛百公里燃油消耗量是一種常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)性，CRUISE可完成給定循環(huán)工況和巡航工況的仿真，還可以計(jì)算各個(gè)檔位等速行駛時(shí)的油耗。本仿真設(shè)置的計(jì)算任務(wù)是 NEDC 循環(huán)工況下（見(jiàn)圖 8）的百公里燃油消耗量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4 所示，可見(jiàn) DCT3 的百公里耗油量最少，經(jīng)濟(jì)性最好，DCT1 次之，DCT2 的經(jīng)濟(jì)性。圖 8 NEDC 循環(huán)工況表 4 NEDC 循環(huán)工況下的百公里油耗5.3 結(jié)果分析綜合以上分析的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果，匹配 DCT1 變速器的車輛既具有良好的動(dòng)力性，也具有不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)性，整車性能較好，因此可選擇匹配到此款車上。6 結(jié)論1）利用 CRUISE 可構(gòu)建傳動(dòng)系統(tǒng)模型,研究車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放.通過(guò)對(duì)整車建模與仿真,能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期車輛的性能,給車輛研究工作帶來(lái)了很大的幫助。2）重點(diǎn)介紹了 DCT 整車模型中變速器程序模塊換檔規(guī)律的計(jì)算原理，并根據(jù)此原理計(jì)算出綜合換檔規(guī)律應(yīng)用于此模型中。3）進(jìn)行了基于 CRUISE的 D