基于MATLAB汽车离合器接合性能仿真--毕业论文.doc

基于MATLAB汽车离合器接合性能仿真-毕业论文目 录摘 要 Abstract1 绪论1 1.1 AMT自动离合器的发展2 1.2 AMT自动离合器发展现状3 1.3 自动变速器的研究方向4 1.4 自动离合研究的难点与重点5 1.5 论文研究的主要内容62 AMT离合器工作原理和接合性能研究7 2.1 AMT原理和结构82.1.1 概述92.1.2 电控单元ECU102.1.3 离合控制系统112.1.4 传感器、电控软件12 2.2 离合器接合特性分析132.2.1 力学模型分析142.2.2 离合器的三种状态分析152.2.3 AMT离合器起步过程分析16 2.2.4 离合器接合指标173 离合器的建模与仿真18 3.1 MATLAB/SIMULINK简介19 3.2 AMT离合器力学模型的建立20 3.2.1假设条件21 3.2.2 发动机转矩输出模型22 3.2.3 离合器动力学模型建立234 离合器接合过程分析24 4.1 离合器角速度25 4.2 滑磨功和温度26 4.3 冲击度27 4.4 发动机输出转矩285 AMT离合器试验台搭建简介296 展望307 致谢31参考文献32附录33摘 要 电控机械式自动变速器就是人们平常称的AMT，AMT为Automated Mechanical Transmission三个英文单词的缩写，能根据汽车的运行速度快慢，油门节气门的开度大小，驾驶人员的主观直接指令等一系列确定和模糊的参数，来选取合适的换挡时机，保证汽车行驶的最佳档位。AMT没有增添新的机械操纵部分，保存了原本老式的变速箱机构，省略了驾驶员的踩离合，换挡等。也就是在原有的变速箱基础上增加一个智能的控制器和执行机构，通过某种控制策略对发动机，离合器，整车传动机构进行协调控制，自动完成选挡和换挡操作。AMT的核心技术是微机控制，电子技术质量，生产工艺的品质。 随着经济的发展，在环保和节约成为当今的主题，当前在中国对排放标准和燃料要求越来越符合环保节能的形势下。AMT是一个很好的选择。主要表现在与三种变速器相比： （1）与AT（液力变矩器自动变速器）相比：动力性能好：传动效率比一般的变速器高，动力传递没有损耗。省油：比起一般的变速器来说运用微机智能控制策略。生产成本低：相比于一般的机械变速器，AMT的生产成本低。维护成本低：低成本的优势也就造就低的成本的维护。 （2）与MT（手动变速器）相比：操作更加便捷：智能换挡，驾驶无需离合。动力更加强大：传动效率高，动力传输无损耗。更省油：微电脑控制系统，换挡时机掌握更准确。安全性更加优异：模仿最优秀的驾驶员行驶，避免错误操作。 （3）对比与CVT（机械式无级变速器）：便于生产：成本低。维护方便：成本低，维护方便。产品可匹配性好。 但与以上的变速器相比，AMT的顿挫感虽然比较强烈。然则由于具备传动效率高，机械结构紧凑，制造成本低，方便大批量制造，工作性能可靠稳定，以及操纵简捷等优点，尤其是对于燃油经济性的考虑。使得AMT越来越受到各国的青睐。是以对离合器接合特性的研究具有十分重大的意义。本文的重点包括四方面的内容： (1)对AMT变速器的演变历史和发展做简要概述以及AMT变速器相比于当下流行的变速器的优缺点对比。 (2)理论的对总的汽车动力和AMT离合器接合过程以及评定指标进行动力学分析。 (3)建立动力源（发动机）模型，汽车阻力模型，离合器角速度输出模型。 (4)对假设条件下汽车运行离合器离合仿真并分析仿真结果。关键词 变速器 AMT 动力学分析 仿真Abstract AMT (automated mechanical transmission (AMT), according to the vehicle speed, throttle throttle opening size, drivers subjective direct instruction and so on a series of determine and fuzzy parameters, to select the appropriate timing of the shift to ensure vehicle optimum gear. AMT did not increase the new mechanical control part, retained the original old gearbox, omitted the human step on the clutch, shift and so on. Is in the original gearbox based on increased an intelligent controller and actuator, strategy of engine, clutch, vehicle driving mechanism were coordinated control through a control, automatic gear selection and shift operations. AMT core technology is computer control, electronic technology, production quality. Chinas current emission standards and fuel requirements are increasingly stringent under the situation. AMT is a good choice. Compared with the three kinds of transmission: (1) Compared with AT (torque converter automatic transmission), the dynamic performance is good: the transmission efficiency is higher than the general transmission, power transmission is no loss. The fuel-efficient than transmission generally using microcomputer intelligent control strategy. The production cost is low: compared with the general mechanical transmission, the production cost of AMT is low. The maintenance cost is low: low cost also makes maintenance and low cost. (2) Compared with MT (manual transmission), the operation is more convenient: intelligent shift, driving without clutch. The power is more powerful: the transmission efficiency is high, the power transmission has no loss. The more fuel-efficient: microcomputer control system, shift timing is more accurate. The more excellent safety: imitation the best driver, avoid the wrong operation. (3)Compared with CVT (mechanical type continuously variable transmission), it is easy to produce: low cost. Easy maintenance: low cost, easy maintenance. The product can be well matched.But compared with the transmission over AMT, the strong sense of frustration. Due to the high transmission efficiency, compact structure, low cost, easy manufacture, reliable work, and convenient manipulation and other advantages, especially suitable for the characteristics of fuel-efficient. Makes AMT more and more favored by all countries. So the research on the characteristics of the combination is of great significance. The focus of this paper includes three aspects:(1)A brief overview of the evolution history and development of the AMT transmission and the comparison of the advantages and disadvantages of the AMT transmission compared to the current popular transmission.(2) Kinetic analysis of the overall vehicle dynamics and the AMT clutch engagement process as well as the evaluation analysis.(3) To establish the power source (engine) model, the vehicle resistance model, the clutch angle speed output model.(4) Simulation and analysis of clutch clutch under the condition of hypothesis.Keyword transmission AMT dynamic analysis simulation1绪论 现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为汽车的动力源，其转矩和转速变化范围比较小，但复杂的外部条件对汽车的通过性（足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带，以及各种障碍的能力）是一大挑战，因此要求汽车的驱动力和车速在相当大的范围内变化。为了解决这一难题，在传动系统中设置了变速器。变速器主要改变传动比，这样就能让驱动轮的转矩和转速在很大的范围变动，便于适应经常变化的行驶环境（如起步时段，加速时段，上坡时段），同时让发动机能够在有利（输出功率高同时省油）的条件下运行。在上述的优点下并且还能使发动机曲轴旋转方向不变的条件下，使汽车能倒退行驶，也就是我们所说的倒挡。并且利用离合器摩擦片的分离阻断动力传输，让发动机能够起动，怠速，使变速器能够快速换挡或者进行动力输出1。 离合器类似于于一个“动力开关”，是控制汽车心脏（发动机）传输动力的开关。它位置处于发动机与变速器之间的飞轮壳中，螺栓将离合器总成紧紧固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴便是变速器的输入轴。在车辆行进时，驾驶人员可按照自身的需要，进行一系列动作，比如踩下或者松开离合踏板，使发动机和离合器暂时条件分离和逐渐结合趋势，进而切断或者传递发动机向变速器输入的力矩。依靠接触面的摩擦作用，离合器的主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合。在传动过程中又可以允许两部分相互转动。 随着汽车行业的飞速发展，汽车行业又带动其他相关产业的发展，对维持经济增长和社会发展有举足轻重的作用。伴随着国际社会排放标准和汽车燃油经济性的要求越来越高，节约燃料和保护环境已经成为全球关注的重大事件。因此汽车自身对装备自动变速器的需求也迫在眉睫。如何改善汽车的燃油经济性，如何提高汽车的乘坐舒适性，如何提高汽车的安全行驶等等都迫切的需要汽车能够变速自动化。1.1 AMT自动离合器的发展历史 由于AMT自动变速器的汽车具备很多优点，因而受到很多国家的青睐。根据统计，在美国90年代的新车型上，AMT自动离合器作为标准件安装在车上覆盖了美国90%的汽车。日本在同时代为73%，欧洲相对低一点也在25%。车用自动变速器作为一种具备大量优点性能的新型的传动装置。很早就吸引人们研究和关注，20实际40年代年通用公司的澳兹默毕儿分部就是自动变速的先驱。当时这种自动的变速装置是使用液力偶合器和4速行星齿轮传动机构组成的一种动力分配的传动机构。此后自动离合的技术主在1969年开发的电子控制变速点的自动变速，1974年大众梯亚柯塞3挡自动变速器，1977和1979年丰田公司开发的装有超速挡的电子控制4速自动变速器和平行轴3速自动变速器，到了90年代初AMT自动离合器主要是丰田和日产为代表的模糊逻辑电子控制综合传动系统控制。 伴随着科学技术的日新月异，人们对汽车的操纵稳定性，舒适性，安全性有着更为严格的考究。AMT自动离合正朝着两个方面改进：机械部件的改进。电子控制功能的改进。随着微电子技术不断的发展，变速器的性能也会随着不断提高。1.2 AMT自动离合器发展现状 对目前主流的其他两种离合器相比较，AMT离合器首先制造成本低，其次制造工艺简单，维护成本低，最后AMT离合器传动效率保存了机械式变速器传动效率高的优点，同时也有AT（液力自动变速器）的操做简单，换挡平顺等许多的优点。这就使AMT自动离合能降低驾驶员驾驶的疲劳感，保证驾驶的安全成为必然。同时还能保证重型车辆对动力传递的要求。所以AMT的发展具有更大的潜力。如下图表1.1和表1.2分别显示国外和国内自动离合器的发展情况。表1.1国外自动离合器的发展情况表1.2：国外自动离合器和AMT的发展情况表1.1和1.2：国内自动离合器研发情况2。 从国内外自动变速技术的发展历史来看，要提高汽车的档次和市场竞争，开发和高科技含量的产品，推广使用AMT是最佳选择。并且产品经过很长周期已经趋向于成熟。市场前景很受人们青睐，利润空间有很大的可能。1.3 自动变速器研究的方向 伴随着汽车工业的发展，国内领先的变速器制造公司通过引进海外先进的模具加工设备、精密铸造和锻造设备、高精机加工设备和检测设备以及与海外领先企业公司等展开技术交流和合作。提高了变速器齿轮、轴、同步器等关键零件的设计水平。同时产品的冷热加工制造技术与装备工艺水平也得到大幅度的提高。总体观望市场上的变速机构，目前变速器主流的三个方向是：AT（液力自动变速器）。CVT（机械式无级变速器）。AMT（电子控制机械式自动变速器）。（1）液力自动变速器（AT，Automatic Transmission)技术最成熟的变速箱 AT自动变速器的基本结构主要是由液力变矩器与动力换档的辅助变速装置构成。处于发动机和变速器之间的是液力变矩器，液力变矩器以液压油为工作介质，利用液压，在汽车传动中传递转矩，变矩，变速及离合。当然液力变矩器能够在一定范围内自动无级地改变转矩比和传动比，能够很好的适应行驶阻力的变化，满足汽车在不同工况下的行驶要求。但是它还是有局限性，传动的范围有局限，由于液力变矩器变矩系数小，不能完全满足汽车使用的要求，所以它必须与齿轮变速器组合使用，扩大传动比的变化范围。 中国在上世纪的60年代，就已经开始使用AT，我们熟悉的“红旗”770轿车上就使用了具有2个前进档的液力自动变速器，20世纪80年代又研制出具备有3个前进档的CA774液力自动变速器。目前随着经济的进一步发展，大量海外轿车进入我国市场，尤其是很多中高档次的轿车，在这些车中很多带有自动变速器的，并且种类几乎全部是液力自动变速器。AT自动变速器所使用的使用的液力变矩器很耗油，根据实验测的的数据会提高车辆10%左右的油耗。和当今节能环保的发展趋势背道而驰，但AT作为自动变速箱中技术最成熟的一款变速箱，AT在未来一定时间内仍有广阔的发展趋势，对比于市场占有率也会有一定提高。但AT结构复杂，成本高，效率低依然是它的短板。如图1.1为AT。图1.1 AT（液力自动变速器）(2) 机械式无级变速器(CVT是英文单词Continuously Variable Transmission的缩写)连续变速的变速箱 在CVT变速器中刚皮带和滑轮代替了原来的齿轮，把CVT传动分为活动的两部分，彼此可以靠近和分开。通过连续改变主动轮和被动轮的直径，实现真正的无级连续变速。CVT技术的成长，到目前为止有一百多年的历史，最早起源于德国。奔驰公司是应用CVT技术实现连续变速的先驱，早在19世纪90年代年德国的奔驰公司就将V型橡胶带式CVT安装在公司生产的汽油机车辆传动系统上面，使汽车能够连续的变速，改善汽车的性能。到20实际末期，CVT连续无极变速的性能让汽车工程师对CVT技术的研究开发日益重视，尤其在中小型车中，CVT被认为是核心的技术。随着科学技术的发展，尤其是微电子技术领域的的发展，新的电子技术与自动控制技术的结合被被应用到CVT中。20世纪末期，日本日产公司首先开发在排量2.0L汽车上使用CVT。这都是基于20实际80年代，日本Subaru把装备了CVT变速器的汽车投放市场，并且获得巨大成功。与此同时在20实际的末期欧洲的Ford和Fiat也将CVT装备于排量为1.1L到1.6L的商用轿车和重型车上，也取得了巨大的成功。随着能源危机爆发以及国际社会对排放的标准的严格。人们开始对环保引起重视，节能环保成为时代的主题，于是在总结第一代的CVT的经验基础上，开发出了性能更佳，转矩容量更大的CVT。当前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的经济效益，花费大量精力在CVT的研发工作，由此可见CVT的影响力和魅力。比如TOYOTA，NISSAN等驰名世界的汽车品牌中，都有配备CVT变速器的各种车型销售，目前全世界CVT汽车(包括各种类型的车辆）的年平均产量达到了近50万辆的数量。 CVT变速箱可以根据发动机工况和运行的环境合理选择最适当的传动比，让汽车在各个车速时都能拥有比较满意的燃油经济性。目前许多CVT变速箱的传动效率可以达到85%到96%之间。相应的，由于发动机可以在最佳工况下工作，其排放的有害气体大大减少。同时CVT变速箱没有固定档位，这使得汽车在加速时动力输出连续并且线性，没有AT变速箱换挡时候有较大冲击震动和噪音。使得汽车在复杂路况中，舒适性也会很高。并且CVT变速箱由于没有AT变速箱较复杂的行星齿轮等结构，使得其整体构造简单、体积更小，便于大规模批量生产。生产成本也能进一步降低，生产继承性进一步提高。但CVT变速箱传动效率并不高。很多重要的技术都被国外垄断，尤其是日系的车。CVT的稳定性也略差。图1.2机械无级式变速器。图1.2 CVT（机械无级式变速器）(3) 电子控制机械式自动变速器（AMT，Automated Mechanical Transmission）最具开发热点 AMT变速器是在原来老式的机械变速器基础上加装微机智能控制的自动变速器。自动变速器（AMT）能根据车辆行驶速度大小，油门开度的百分比和转速大小，驾驶员主观的命令等确定和模糊的参数，匹配最佳挡位，完成汽车自动变速。控制取代了原来由手动档汽车来完成的离合器分离与接合，换挡手柄的摘挡，换挡手柄的挂挡以及发动机的油门开度百分比的同步协调等过程，实现换挡过程平顺和操作的智能化。AMT保存了原有老式机械变速器的基本结构，因而传动效率比较高，比较常用的海外进口AT（液力变矩器自动变速器）汽车，尤其是日系的汽车，AMT具有传动效率高，机械结构紧凑，制造成本低，生产继承性强，便于大批量生产，工作可靠性好，操纵方便等优点。是目前最具开发的热点。如图1.3为电子控制式机械变速器 图1.3 AMT（电子控制式机械变速器）1.4自动离合研究的难点与重点 自动离合的控制策略是如何实现自动化的，这是比较复杂的问题，其中车辆行驶时候路面捉摸不定的复杂路况，驾驶员操作时候的主观因素等。如何提高离合器的结合性能实现最佳的匹配规律，仍然困难重重。国内对AMT技术的研究时间比较晚，起点相应的比较低，在1996到2000年是我国执行第九个五年计划时期间，其中在这期间AMT的研究被列为“95”科技攻关项目。目前，展开这方面研究的大学有吉林工业大学、北京理工大学、上海交通大学，展开这方面研究的公司有哈尔滨艾幕忒汽车电子有限公司、重庆东方欧翔汽车电子有限公司等。目前国内对AMT的的研究水平还是有很长足的进步，基本上处于AMT离合器的起步控制、换档操纵规律等。在实际上与同时期国外相比还存在着很大的差距，在理论上的研究和国际水平相当。主要针对以下方面：（1） 识别驾驶员的操纵意图。 通过加速和制动踏板来识别驾驶员的意图，具有特别有限的局限性，不能完整的反映驾驶员的操纵意图。因此通过输入的信息识别驾驶员的意图是离合器自动控制的重点。（2） 路况的识别。 汽车行驶时候受天气、路面、驾驶员本身、车身的载重等方面影响很大。因此如何对多变的环境识别，是离合器自动控制的难题。（3） 换挡过程对离合器的控制。 在换挡过程时候，保证发动机稳定运转的情况下，不仅要求在换挡过程平顺，还要减少离合器的滑摩时间，不损耗离合器的寿命，是离合器自动控制的核心。 综上所述由于车辆载重、路面状况多变、驾驶员驾驶习惯等环境的不确定，起步过程中发动机与离合器必须紧密接合才行，否则就会出现很多不确定的状况，严重的可能危及安全。尤其对干式离合器，这种空气冷却的离合器起动行时候，既要保证离合器能平顺自如地与发动机飞轮动力接合和切断，又要在较短时间的半离合状态下工作，保证离合器也不应由于滑磨现象而出现过高的温升。干式离合器没有机油系统的阻力，一般来说咬合的反应较快，咬合力较大。而且因为没有机油流动的降低温度，一般干式离合器都会采用外面裸露的方式散热。所以在起步过程中，如果离合器接合速度太过快会产生剧烈冲击现象，而且会产生强烈的震动，进而影响乘坐舒适性和变速系统的使用寿命，严重的极有可能造成发动机熄火。如果离合器接合过慢，就会使离合器滑摩时间过久，滑摩时间过长会导致摩擦片温度上升，加速离合器主从动轮的磨损，浪费发动机的油量，对车辆的动力性产生很大影响。因此不同的车辆、不同的环境、不同的驾驶员习惯还要要求采取不同的控制策略。因此离合器的控制、换挡控制是自动离合研究的重点。1.5 论文研究的主要内容（1） 总结AMT离合变速器的发展历史：通过对国外国内AMT离合变速器的发展历史总结，展望AMT离合变速器的研究特点。（2） 分析AMT离合变速器的优缺点：通过对AT（液力自动变速器）、CVT（机械式无级变速器）两种自动变速的比较来对比出AMT离合变速器的优点，以及顺应时代潮流、复合我国的国情特点。（3） 理解AMT自动变速器的工作原理：理解AMT变速器的工作原理，熟悉组成结构，为论文的结合性分析打下坚实的理论基础。（4） 搭建符合离合器结合规律的动力学模型：通过所学的力学和汽车理论基础，搭建发动机转矩模型，汽车阻力矩模型，离合器动力学模型，并进行仿真分析。（5） 分析仿真结果：通过仿真的图像分析仿真结果，必要时候搭建实验台进行验证。2 AMT离合器工作原理和结合性能研究2.1 AMT离合器原理和结构2.1.1 概述 汽车AMT工作过程好比是一个人一样，传感器相当于人的感知器官，操纵控制机构相当于人的手和脚，ECU相当于人的大脑，控制策略相当于人的思维，通过模拟技术高超熟练驾驶人员操纵车辆的过程，自动完成车辆的整个换挡过程。AMT的控制对象有发动机，离合器，变速器，它们都是原来的动力传动系统结构。不同的是AMT所增加的是电控单元和控制执行机构。ECU是AMT的控制核心部分，多采用大规模集成电路构成。控执行机构用于将ECU的电信号指令转变成相应的机械动作，从而实现自动操纵。油门执行机构目前基本采用步进电机驱动。离合器变速器执行机构则常采用伺服电机3。如图2.1所示AMT的基本原理驾驶员操纵杆和加速踏板外部环境车辆ECU发动机变速器执行机构离合器执行机构供油控制车辆变速器离合器发动机油泵感觉感觉声音机械动作电信号图2.1 AMT的基本原理 起步与换挡是控制功能的动作，从AMT基本原理图可知，驾驶人员通过踩踏加速踏板（油门）和操纵操纵杆（摘挡）向ECU传递基本的控制信号，大量的传感器传递着着车辆的行驶状态，时刻提供车辆的运行情况。计算机按存储于其中的最佳控制策略：动态三参数最佳换挡规律、离合器模糊控制规律、发动机供油自适应调节规律等，对发动机供油、离合器的分离与接合、以及变速器换挡三者的动作与时序实现最佳匹配，从而获得优良的燃料经济性与动力性能以及平稳起步与迅速换挡的能力。AMT的主要目的是实现对变速器的自动操纵，进而实现对发动机、变速器、离合器、驱动轴、驱动桥等传动系统的控制。如果说发动机是心脏，是力量之源，那么传动就是一辆车的灵魂。发动机转动后，传输的动力中的一小部分用来带动附在发动机旁边的发电机发电，供电给车上的车灯，音响等使用，其他大部分则经由飞轮传到离合器。飞轮是起动机的被动件，同时是离合器的主动件。飞轮的摩擦面在车辆行进时候，经过静摩擦力将动力传递至变速器，变速器又将动力传递到其他汽车传动系统。当驾驶人踩下汽车离合器踏板时候，离合器摩擦片便离开飞轮，使动力传递中断，可进行换挡。与此相对应的是，松开离合器踏板时候，离合器摩擦片又与飞轮相接触，动力又便恢复传送。2.1.2 电控单元ECU 电控单元ECU的基本组成为微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。电路如图2.2 ECU的组成ECUA/D输入处理电 源 电 路微处理器输出处 理模拟信号数字信号电 源电 磁 阀电 机指 示 灯输入输出 图2.2 ECU的组成2.1.3 离合控制系统 图2.2 ECU的组成 离合控制系统主要由ECU，蓄电池，直流伺服电机，执行机构，离合器组成。其中AMT汽车使用的执行机构主要有三种：气动式、液压式、电动式。离合器和变速器使用的三种执行机构都比较普遍。如图2.3为离合控制系统的组成。 E C UM执行机构 蓄 电 池离合器车速以及发动机的输入信号 直流伺服电机图2.3离合控制系统组成该系统没有汽车与驾驶员“人机”交互部分的离合器踏板，换挡时，由 ECU 感知传感器传递而来的电信号的变化，主要是车速以及发动机的输入信号，ECU感知信号后发出指令电信号将驱动电机与离合器相分开，再根据控制策略中自动换挡规律，由 ECU 控制电信号发出电信号挡指令选换挡，完成换挡操作，实现自动换挡。ECU 是这个系统的核心，因为它不仅可以控制信号让电机正转，还可发出电信号指令控制电机反转，使离合器反过来也能轻松接合上，将发动机的动力通过变速器变速机构传递出去，完成自动变速。2.1.4 传感器、电控软件 ECU要能迅速捕捉汽车运行状态，并及时的做出反映。这对传感器和电控软件的要求也很高。传感器、电控软件是离合过程中必不可少。电控软件是自动变速的核心，传感器捕捉汽车的各种信息。如图2.4为AMT车用传感器类型表2.3 AMT车用传感器类型和数量42.2 离合器结合特性分析2.2.1 力学模型分析如图2.4所示离合器结合的力学模型从动部分主动部分 图2.4离合器结合力学模型如图所示个字母代表的含义为：发动机转矩。：发动机角速度。：离合器摩擦转矩。：发动机的转动惯量。：从动轴上的转动惯量。：离合器从动部分阻力转矩。：离合器从动轴角速度。 离合器处于半接触半联动状态：主动磨擦片与被动磨擦片接触，相互之间没有达到同步，处于滑磨状态。离合器的传动系统的动力学方程： 离合器处于全结合状态：此时主动磨擦片与被动磨擦片在弹簧和压板的作用力下紧紧结合在一起，发动机产生的力矩被传送到变速箱。离合器进入同步阶段，此时，汽车传动系统的运动学方程为： 离合器全分离状态：顾名思义就是离合器的主动摩擦片和被动摩擦片分离，此时主动摩擦片随发动机飞轮转动，被动摩擦片随变速器的动力输入轴转动，动力传输被中断。此时。2.2.2离合器三种状态分析 完全接合和完全分离状态时，传递的扭矩是确定的。完全接合传递的扭矩：。完全分离时候：。离合器处于半联动状态就是既不结合也不分离的滑磨状态，此状态离合器主动摩擦片与从动摩擦片相接触，并使转速趋向于同步，而且在滑磨过程中由于摩擦作用产生能量的转化导致温度变化。滑磨过程时候随时都发生速度的变化，摩擦力矩与滑动速度随着汽车运行变动，相对滑动速度消失后，主动摩擦片与被动摩擦片之间存在静摩檫力紧紧接合，保证动力的传输。2.2.3 AMT离合器起步过程分析 以AMT汽车起步过程分析为例，汽车起步时，按离合器接合速度快慢控制可以分为快快慢快4个阶段，如下图2.5所示：快离A合 快器 B 结 慢合 C位快D移量 O 时间图2.5AMT离合器接合位移量与时间关系如下图2.6所示离合器结合过程中, 发动机角速度，离合器从动轴角速度，离合器传递扭矩，汽车行驶阻力矩。TDCtBAO图2.6 AMT离合器接合过程示意图如上图2.6所示离合器的接合过程又可以划分为四个阶段：(OA):空行程阶段，刚起步时，由于变速器和分离轴承之间存在一定的间隙，OA阶段就是克服间隙。OA阶段为0转矩传递阶段，因此为了缩短起步时间，OA阶段应该快速进行接合。(AB):克服起步阻力阶段，AB阶段离合器主动盘传递的而来的发动机扭矩小于汽车行驶阻力矩，不能让汽车启动。离合器从动轴角仍然没有转动，汽车处于静止状态。（BC):半接合半联动阶段,此阶段处于滑磨状态，会传递扭矩，不仅会产生冲击度也会产生大量的滑磨功。离合器主从动摩擦片半联动半接触,相对处于滑磨状态,此时的压盘发生弹性变形,传递发动机输入的扭矩,汽车开始起动。需要根据汽车运行工况控制接合速度，保证平顺传递发动机动力而不发生相当的冲击,当然还应缩短离合器主从动摩擦片相对滑磨时间，保证离合器使用寿命。（CD）：同步接合阶段,此阶段离合器传递扭矩处于相对饱满时候,离合器主动摩擦片和从动摩擦片转速同步,将发动机输入到离合器的动力输出到变速器主动轴，在输入到其他传动系统，使汽车运行。而离合器装置中回位弹簧的作用下，离合器主从动摩擦片会快速接合，不会引起由于驱动力的变化而影响平顺性发生较大的冲击。 综上所述：汽车起动时,离合器主从动摩擦片在达到半联动半接合点以前,应该快速接合,减少汽车起步时间；离合器主从动摩擦片转速达到同步后,也应快速接合,保证离合器快速传递发动机的扭矩；在上面两种状态的中间位置,即离合器主从动摩擦片处于半联动半接合的相对滑磨时,为了使汽车平顺起步,减少冲击作用，离合器应缓慢接合6。2.2.4 AMT离合器接合的指标 AMT 离合器系统控制最重要的是离合器起步控制策略。离合器起步控制策略既要满足汽车起步时车辆的平顺性，减少冲击的要求,又要保证发动机能够稳定输出扭矩、传递动力，还要缩短离合器主从动摩擦片的滑磨时间,不引起过高温升，从而可延长离合器使用寿命。这是个相对难，也是相对矛盾的条件。因为保证平顺就要要求缓慢接合，减少滑磨就要要求缩短接合时间。所以如何使这两个指标在车辆的各种行驶环境条件下都能达到令人满意的效果是车辆起步过程中离合器控制的关键。下面为汽车离合器接合的三个指标： 冲击度：为了描述汽车的冲击，我们引入了汽车运行时，在运动方向上加速度的变化率,用加速度的变化率来评价汽车起步或换挡时离合器接合过程平稳性。就像我们开车时候汽车起步时候松开离合踏板不可避免的有抖动。这都是过快的瞬时加速度或者瞬时减速度带给我们不舒适的冲击和抖动,这就是离合器接合不平顺外在的表现。所以将用冲击度的大小，硬性的来衡量离合器的接合过程的平顺性。：冲击度：汽车运行方向上加速度：时间：车速由汽车动力学分析所得冲击度的公式为：离合器摩擦系数：离合器摩擦力作用半径：常系数：第n挡传动比：主减速比：汽车旋转质量换算系数：机械传动效率：汽车总的质量：车轮的半径：离合器接合速度 综上所述：汽车行驶方向上加速度的变化率为冲击度的客观评价,但是一般对乘坐舒适性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击对乘员舒适性的影响在一定的界限之类，主要是根据乘员的主观感觉的舒适性来评价。低频：3Hz当：，用公式修正后，不满意的平顺性指标为： 滑磨功：滑磨功也是作为评价离合器接合的一个很重要的指标,离合器在接合过程中半联动半接合时候，主从动摩擦片之间由于相对滑动而产生摩擦做功，滑磨功就指的是这些摩擦所做的功。滑磨功大小表示离合器在接合过程中机械能换成热能的程度,滑磨功越大,转换的热能越多，磨损就越严重。因此为了保证离合器的使用寿命，减小磨损情况，滑磨功应该尽量减小。通过前面2.2.3图2.6介绍我们知道产生滑磨功主要有两个阶段： 产生滑磨的第一阶段（AB）:克服汽车行驶阻力距阶段，从时间A到时间B阶段，离合器摩擦副在这段时间传递扭矩不足以克服汽车行驶阻力矩,离合器从动部分转速为0,传递的扭矩为0,汽车处于静止状态。这段时间A到B离合器摩擦副所产生的摩擦力矩所作的功可表示为。 产生滑磨的第二阶段（BC）：此阶段为同步以前到第一阶段为止的阶段。属于半接合状态，离合器的主从动摩擦片发生接触，压盘发生变形，汽车开始运动。这时离合器摩擦副所产生的摩擦力矩所作的功可表示为：上述中：离合器滑磨状态1阶段时传递的摩擦力矩。:离合器滑磨状态2阶段时候传递的摩擦力矩。：离合器开始滑磨时间：离合器滑磨结束时间：离合器摩擦副完全结合同步时间：发动机转速：离合器输入轴转速：离合器输出轴转速：符号函数值，为目标传动比，为原挡传动比，升档时候=-1，降挡时候=+1 综上所述：由滑磨功的公式可知滑磨功的大小与发动机转速、滑磨时间关,离合器输入、输出轴转速等有关。整理第一阶段和第二阶段公式：，从公式中还可以可以看出发动机输出转矩越大、相对滑磨时间越长及离合器摩擦副之间角速度差距（转速差）越大,离合器摩擦副所产生的滑磨功就越大，损耗的功率也越严重。为减小滑磨功保证离合器寿命,应尽量降低发动机转速及缩短滑磨时间。 换挡时间：换挡时间主要是分离离合时间、摘挡时间、选挡时间、同步挂挡时间、再次接合离合器时间。：为换挡总时间：分离离合时间：摘挡时间：选挡时间：挂挡时间：再次接合离合器时间换挡时间是ECU发出指令至执行机构完成换挡过程，较长的换挡时间会引起发动机动力传递中断较长时间，汽车行驶速度降低，这些直接影响汽车的行驶动力性，严重影响汽车操纵的品质。更为严重的是在上坡或超车时引发汽车安全事故，所以在满足平顺性及离合器摩擦片使用寿命的基础上应尽量减小换挡时间。 小结 本章首先介绍AMT离合器的工作原理和结构，以及各配件的相互联系和功能。其次建立离合器模型分析动力性，最后分析离合器结合性能指标。最终得到以下结论，AMT 离合器接合过程中，既要考虑车内成员的乘坐舒适性，增加车辆的平顺性。又要保证滑磨过程中产生尽量小的滑磨功，延长离合器的使用寿命。3 汽车行驶离合器动力学模型建立与仿真3.1 MATLAB/SIMULINK简介 MATLAB原来是矩阵实验室（Matrix Laboratory)在70年代用来提供LINPACK（特征值求解程序库）和EISPACK（解线性方程的程序库）软件包的接口程序,采用C语言编写。MATLAB除了具有强大的数学计算能力外，它还提供专业的水平符号计算，文字处理，可视化建模，实时控制等功能。1990年SIMULINK 作为MATLAB的软件包推出，SIMULINK是MATLAB软件的扩展。主要用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。最大的优点在于为用户省去了许多重复的代码编写工作。3.2 AMT离合器动力学模型的建立3.2.1 假设条件 仿真的目的是用简单的模型直观的了解AMT离合器在汽车等速行驶时候离合器指标等的动态特性。因此在仿真中将复杂的汽车模型要进行简单化处理，但又要求保持汽车所具有的一般动态特性，所以做以下的假设：忽略发动机功率大小对AMT离合器主动从动轴转速的影响。传动部分满足刚性的连接要求，不考虑扭振、摆振等振动。只考虑汽车等速在直线行驶状态下的车辆动态特性。3.2.2 发动机的转矩输出模型 汽车的动力来源于发动机，发动机是汽车的心脏。发动机的动力特性决定于汽车动力性能,包括汽车的最高车速，加速时间，最大爬坡度。因此应首先了解并建立汽车发动机特性的数学模型。发动机通过节气门开度百分比和转速来决定输出扭矩的大小。由于汽车发动机工作状况非常复杂，很难用准确的理论模型描述，一般采用测功机试验分析得到一系列离散的数据。在汽车起步过程中，由汽车的动力性出发，即发动机转矩转速特性。 ，代表发动机的输出转矩，单位。节气门开度的百分比。发动机转速，单位。我们研究发动机一般都是在试验台上测得的发动机节气门开度、转速、输出转矩这些离散而相对应的点，然后制成一张表格。为了在SIMULINK上建立更准确的发动机模型，仿真采用SIMULINK软件包所提供的查表模块（ Look-up Table ），在输入发动机稳态试验数据的情况下模块应用插值原理得出发动机输出转矩。如下图的表格3.1对应发动机在不同的开度和转速情况下的输出转矩。表格3.1发动机对应不同开度和转速下的输出情况7。发动机的实际工作状态往往是非稳态的，与实际试验台架上测得的稳态特性有所差别。根据资料显示8，发动机的动态工作转矩与稳态工作转矩存在以下关系： 其中为输出转矩，为稳态输出转矩，为发动机下降系数本次数取0.08，发动机的模型如图3.2所示：图3.2 发动机的仿真模型模型输入为发动机的转速（In1）与油门开度（In2),输出量为发动机转矩。对本次仿真主要是对用输入和，通过查表格Lookup Table模块建