车辆动力学(8)-传动系统动态建模.

1、一、传动系统动态模型第三章传动系统动态过程建模第一节传动系统动态过程模型及建模方法第二节传动系统的换挡控制和闭锁控制0CI4IMG IWSTITUTe OF TeCMnOLOGV第一节 传动系统动态过程模型及建模方法一、传动系统动态模型建模方法1. 建模原则1）模型满足仿真任务需求二2）模型应正确反映系统性质。3）简化为集中质量离散系统。2. 建模方法D多自由度系统，每个自由度对应一个集中质量2）发动机用一个惯量表示3）齿轮、较大质量部件为集中质量，惯性质量不做功的分 支和惯量可以包括在作功元件内。集中质竺里或多刚乜|集石质匚刍性轴模型 |一、传动系统动态模型2. 建模方法4）模型参数确定转动

2、惯量A三维建模软件轴的扭转刚度式中：G材料的剪切弹性模量；/ 轴的横截面极惯性矩，/二血4/32D轴的直径；L 轴的长度。对于传动系的复杂轴段.常简化为阶梯轴或A材料力学公式GlttGDaK =L 32LA有限元分析软件者套轴，按照刚度串联或者并联的方法求解：3. 缩减自由度的基本方法1）双质量系统代替单质量系统ek =ek-l+ekj; =Jk +以+1ej为柔度,是扭转刚度的倒数一、传动系统动态模型3 缩减自由度的基本方法2）单质量系统代替双质量系统dI3一、传动系统动态模型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侥人為w+细7，勺4十勺5知+弘）动态模型示例定轴变速箱M 1J+：i4+N+：34传统变速装鼻二、动态模型示例定轴变速箱二、动态模型示例 双离合器式自动变速器（DCT）双离合器变速器结构简图双离合器式自动变速器（DCT）使变速器相邻挡位的扭矩传递，分别受控于两个独立的 离合器，这样可以实现动力不中断换挡。手动变速器与DCT变速器性能对比二、动态模型示例双离合器式自动变速器（DCT）行星变速箱八警r dm = M一仏 dt某两挡行星变速箱(a) 发动机一泵轮构件(b) 涡轮一太阳齿轮构件(c) 制动器一齿圈构件(d) 行星架一输出轴构件

4、行星排转速关系式：行星排转矩关系式：Mt/Mb = KB= PSBnBD50 + ka）r 一（1 + k）co = 0JrV-第二节 传动系统的换挡控制和闭锁控制 、换挡规律1. 换挡规律概念相邻排挡之间自动换挡点的控制参数(车速U.油门开 度a)的变化规律，称为换挡规律。是自动换挡系统的基本特性。口是按照车辆动力性和经济性要求设计的。ECU的作用就是按照换挡规律的要求，来进行换挡控 制的，按车速.油门中的一个或两个参数，根据设计要 求的换挡时刻自动换挡，才能保证车辆获得良好的动力 性能和经济性能。一、换挡规律每一个自动换挡系统都有一个换挡规律，它的曲线形状取决 于车辆传动的要求，由自动换挡

5、系统的结构和参数来实现。一、换挡规律自动换挡特性I一挡不同油门开度曲线换挡特性是由牵引特性和换挡规律组合而成的。当牵引特性一定 时，换挡规律对车辆动力性、经济性和使用性能有决定意义。一、换挡规律2 单参数换挡规律E A升挡线换挡重叠或换挡延迟1）换入新挡后不会因车速稍有变化而 重新换回原来的排挡，保证了换拦过程 的稳定性；2）有利于减少换挡循环，防止控制元 件加速磨损与降低乘坐舒适性；3）变化换挡延迟可改变换挡规律。不能实现驾驶员的干预换挡。经济性差, 实际中只有少数军用车辆上有所应用，目的是减少换挡次数，发挥车辆动力性 能。2 双参数换挡规律尊延迟型换挡规律：换挡延迟不随油门开 应的变化而变

6、化a|升挡线n Aa /-厂-b 0II驾驶员可干预，可提前换入高挡或提前降 到低挡，很大程度上改善了车辆的燃油经 济性。1）油门开度不变，假设为8车速达到冬时，I挡自动升入H挡车速降到比时，n挡自动换回I挡2）车速不变，假设为儿行驶阻力减小，油门开度小于內时，自动升入H挡 行驶阻力增加，油门开度大于色时，自动换入I挡干预换挡：松油门提前换高挡，猛踩油门强制换低挡一、换挡规律2 双参数换挡规律发散型换挡规律：换挡延迟随油门开度的 增大而增大，呈发散状分布，也称增延迟 型换挡规律。优点：1）大油门时换挡延迟大，可减少换挡次数。2）大油门时，升挡车速高，接近最大功率点, 动力性好。缺点：大油门降挡

7、时的车速低，功率利用差，较适用 于后备功率大的轻型车辆。2双参数换挡规律收敛型换描规律：换挡延迟随油门开度增 大而减小，呈收敛状分布，也称减延迟型 换挡规律。1) 在升降挡时都有较好的功率利用，动 力性好。2) 低速时，可以松油门提前换高挡，改 善燃油经济性。发动机可以在较低转速下工作，燃油经济 性好、噪声低.行驶平稳舒适。该规律适 合于比功率较低的货车。一、换挡规律3 其它换挡规律(a)组合型换挡规律由两段或多段不同变化规律所组成的换挡规律，便于在不同油 门开度范围内得到不同的车辆性能。常见的组合型换挡规律：小油门开度以舒适、稳定及少污染为 主；大油门开度则以动力性能为主；在中等油门开度下，

8、首先要求 很好的燃料经济性，其次要有满意的动力性能。(b)多规律换挡控制并列有几种不同换挡规律的控制器，驾驶员改变选择开关，就 可使同一变速箱改换用另一种换挡规律进行控制。-换挡规律丰田小轿车换挡规律的特点(a)采用发散型的换挡规律， 在节气门全开和中等开度时， 降挡速差都较大，大大减少换 挡次数，有利于提高变速箱的 耐久性，且经济性也良好。(b)升挡点的设计，考虑动力 性和排放。各油门下升挡点都 设计在较高车速。(d)合理使用超速挡。在大于 85%油门开度以上，为了不使动 力性能变坏，换挡规律规定不 得升入超速挡。小于25%油门开 度时，换挡点车速较高些，减 小排放。其余中等开度，使用 超速

9、挡节油。四挡变速箱(C)设计了强制降挡，当油门 开度达85-90%时，可以提前降 入低挡，提高了降挡后的发动 机转速，改善了降挡后的功率 利用和动力性。换挡规律阿里逊CLBT-6061重型车辆的换挡规律采用收敛型换挡规律。当油门全开时， 降挡速差最小，有利于得到优良的动力 性能。在小油门开度时，降挡速差最大, 得到广泛的多挡重叠工作区，可以大大 减少换挡次数，也有利于提高经济性。二、闭锁规律1 变矩器的闭锁控制(1)改善传动性能的闭、解锁。(2)换挡时变矩器的缓冲解锁。二、闭锁规律2. 闭锁点的选择一般把闭锁点设计在偶合器工况点附近，以保证得到较高的效 率和牵引力。闭锁点应随油门开度而变，油门

10、开度越小，闭锁点的 转速则越低。按涡轮转速单参数控制按车速、按挡位在闭锁点与解锁点之间，也要有一定的解锁速差，以免过于频 繁的闭锁一解锁循环。按转速比控制双参数控制按涡轮转速和油门开度按车速和油门开度3-单参数闭锁控制只要当车速达到某一定值时, 就能实现变矩器闭锁。闭锁工况的u1）按涡轮转速进行闭锁控制只要涡轮转速达到某个固定不变的 数值时，变矩器就闭锁。这种控制方法只能在少部分油门开 度下保证有合理的动力性与经济性。对于多挡变速器各挡均闭锁时.一般低挡闭锁T较高 可以充分利用变矩器变矩性能，提高动力性；高挡闭锁 较低，以便尽早闭锁，利用机械传动，提高传动效率。3. 单参数闭锁控制2）按车速进

11、行闭锁控制这可以避免低挡范围内 频繁闭锁，减少由此引起的 冲击和磨损。3.单参数闭锁控制3）按挡位进行闭锁控制只有在某些排挡范围内才能实现闭锁，例如前进挡或高挡范内才能（C）闭锁，而在其它排挡工作时，不论其转速多大，都只能用液力工况工作。4. 双参数闭锁控制1）按涡轮转速和油门开度进行闭锁控制在油门全开时，可把闭锁 点设计在偶合器工况点附近， 随着油门开度减小，闭锁点转 速也随之降低。显然，这种方 法只要设计得当，可以在很大 的油门开度范围内得到比较合 理的闭锁点。这种控制方法也 较简单。结构上易于实现。三、换挡过渡过程V每当传动比达到一定值时，实现 闭锁。2）按车速和油门开度进行闭锁控制油门

12、开度一定时，只有当车速到 达一定值才闭锁；井可以根据挡 位实现高挡闭锁而低挡不闭锁， 是目前轿车常用的控制。4. 双参数闭锁控制3）按变矩器的速比进行闭锁控制这种控制原理比较合理，在各种油 门开度下都可得到合理的效率及动 力性能。1换挡过渡过程的两种状态:转矩相：在这种状态下，各构件之间只有转矩的分配和变动，没有急剧的转速变化，因而忽略惯性的影响。惯性相：在这种状态下，不仅有转矩的变动，同 时伴有急剧的转速变化，因而惯性的影响不能忽 略。三、换挡过渡过程口升挡过程胡仃低挡：A点丽低挡转矩相：A和B点间惯性相：B和C点间A BCt/s高挡阶段：C点以后0三、换挡过渡过程降挡过程升挡过渡过程高挡：

13、A点以前；高挡转矩相：A和B点间;惯性相：B和C点间；低挡：C点以后。三、换挡过渡过程总结:在惯性阶段的始末点（B、 C）,输出转矩出现较大 的扰动，形成了影响过 渡过程品质的转矩扰动。 这种转矩扰动很大程度 取决于充、放油过程的 油压特性。2.换挡冲击分析(1) 摩擦力矩的变化T/c = juFreZ“二摩擦系数;摩擦片压紧力； 宀一作用半径；Z-摩擦副数。离合器传递转矩的变化过程伴有一定的转矩扰动三、换挡过渡过程2.换挡冲击分析(2) 惯性能量的变化在换挡过程中，因旋转件转速的急剧变化，引发 的惯性能量的变化产生的冲击。旋转件惯量和车辆的质量愈大引发的冲击也就越 大。| 相邻挡速比比但愈大

14、引发的冲击也就愈大|2.换挡冲击分析(3)换挡动作的时序多个换挡机构动作的时 序引发的换挡冲击，一般情 况下，两个动作之间不是有 重叠，就是有间隔。四、仿真模型实例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.仿真模型实例MM CwMMMui mgInertiainpv:Pla xsry X.Ciucr cinputftun InertiaPlanetaryOutput Son Inenia|oowWvt Crrr|npyt RMgHer*.四、仿真模型实例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、仿真模型实例粽介传动装覺多质:t训性动力学仿JX模电练习一任选一个系统，建立系统换挡 过程动态模型（框图、数学模 型均可）1、模型应包括关键部件：如发 动机、变矩器、换挡离合器、 齿轮、车体。2、模型应含控制器，控制规律 可假设。3、模型自由度自定。4、可针对一个升挡过程或从起 步到加速整个过程建模。练习二1.仿真对象发动机带闭锁离合 器的变矩器四前一倒行星变速器门咸n乍轮和 速器乍体2、仿真内容在油门和制动踏板信号下，车辆在行驶过程中的动态特 性，包括车速、发动机转速和转矩、输出转矩变化等。L Locked F Free4、变速箱挡位逻辑表Gear1a i1b ic id iR iRatio11 II1L 1|1，1F 1