七挡自动变速器建模与仿真

1、七挡自动变速器建模与仿真随着我国汽车工业的发展， 越来越多的企业开始加大具有高附加值自动变速器的研发力度。 自动变速器作为现化汽车传动技术中的关键总成之一，接收发动机的转速转矩、经过变速增扭，通过主减速器传递给车轮， 自动变速器匹配的好坏直接关系到汽车的总体性能。自动变速器是集机械、液压、电子于一体的复杂系统。相对手动变速器具有操纵简化、驾驶平顺舒适、改善汽车排放、 保证汽车在行驶过程中经常处于良好的性能状态等一系列优势而被越来越多地装备于车辆上 1 。在自动变速器开发阶段借助模拟仿真技术是研究自动变速器的有效手段， 可以提前确定各个重要参数， 并对参数间的相互关系进行分析， 并不断进行优化分

2、析，从而具有缩短研发时间、减少研发经费等优点。因此模拟仿真作为汽车研究与设计部门的一种有效方法而被广泛采用。研究自动变速器模拟仿真方法对于我国自动变速器自主研发具有重要意义2 。1 理论依据图 1 为市场上某型7挡自动变速器的结构示意图和离合器接合图表。 此型变速器前面是行星齿轮组， 后面是拉维娜行星齿轮组。前排齿轮组行星轮P3与太阳轮S3啮合。从前排齿圈B1通过离合器E输出到拉维娜行星架C1;从前排行星架D1 一路经过离合器A连接拉维娜太阳轮S2, 一路经过离合器B连接拉维娜太阳轮S1。拉维娜式行星齿轮机构的结构示意图如图 1 所示， 其结构特点如下。（ 1）在一个行星架上安装有相互啮合的两

3、套行星齿轮，长行星轮 P1 同时与大太阳轮S1、 短行星轮P2、 内齿圈 A1 相啮合；短行星轮P2与长行星轮S1和小太阳轮S2相啮合；两套行星齿轮共用一个齿圈 A1 和一个行星架C1。（2）有5组离合器，离合器C、D分别制动大太阳轮S1和共用行星架C1o离合器E使拉维娜式行星齿轮小太阳轮 S2与前排行星轮外齿圈 B1 结合， 离合器A、 B 分别拉维娜式行星齿轮小太阳轮S2、 大太阳轮 S1 与前排行星轮齿轮架D1 结合， A1 为动力输出为共用齿圈。 各齿轮的齿数如下：ZA1=84；ZB1=70；ZS1=36；ZS2=32； ZS3=44； ZP1=24； ZP2=24； ZP3=13；传

4、动比计算1）一挡传动比2）四挡传动比3）五挡传动比4）倒挡传动比模型建立与分析AMESim是法国达索公司推出的液压、机械等系统建模及动力学仿真分析软件，除了拥有常规的机械、液压模型库外，针对变速器的模拟仿真，AMESim专门开发了一个传动系 Powertrain 库专门用于车辆传动系统建模和仿真，它包括发动机、离合器、同步器、传动轴、差速器、轮胎、车身以及传感器等模块的多种元件级模型。 利用所需模块可以简便地构建自动变速器的传动系统仿真模型，并进行动力学响应分析4 。在AMESim建立仿真模型，此模型包括发动机、自动变速器、传动轴、主减速器、差速器、车轮等模块，并有发动机和变速器的控制逻辑模块

5、。 自动变速器模型包括的行星齿轮组、 离合器、液力耦合器和锁止器。前排是行星齿轮组，后排是拉维娜行星齿轮组的模型。变速器的控制逻辑模块将升挡信号转化为各个离合器接合信号，并在MATLAB/Simulink 中对离合器的接合规律建立模型， 通过时间积分再通过查表的方法， 对离合器换挡规律进行模拟，从而建立七挡变速器的仿真模型。如图2所示，在AMESimm莫型中，换挡信号经过逻辑表后转化为相应离合器控制信号，传入AMESim-SimulinkCo-simulation interface 模块后再传输到各个离合器。齿轮的传动模型从前排齿圈B1通过离合器E输出到拉维娜行星架 C1, 从前排行星架D1

6、 一路经过离合器A连接太阳轮S2, 一路经过离 合器B连接太阳轮S1o太阳轮S2经过行星轮P2传动到行星轮 P1,最后经过A1传出。设置完参数后， 试运行后， 可使 S-function 的接口在 AMESim 中的 Simulink 联合仿真模块定义的输入输出接口相同。随后建立如图4所示的控制模型，其中Clutch模块从AMESim接口模块输出端口接收信号,经过转化输出到AMESim接口模块输入端口。其中 If Action rise 模块当有上升挡位信号时，便能子模块，内部计时器开始积分计时，输出时间函数，并经过查表，输出接合率的函数。当有下降挡位信号时，便能子模块，同样的内部计时器计时并

7、查表，输出接合率的函数。此时接合率是下降的。如果需要更改接合曲线，只需更改查表函数曲线即可。分析换挡仿真结果如下。从图 5 可以得出变速器在5 挡时为直接挡；通过数据分析，各个挡位的传动比与理论分析的传动比相同。 图 6 是自动变速器输入与输出的转矩图， 当传动为直接挡时， 可以看出输出转矩小于输入转矩， 这是因为变速器内部有阻尼引起的转矩损耗。 为了使换挡冲击最小， 需优化换挡时离合器结合与分离曲线， 使换挡时的最大值降低，从而减小换挡冲击。结论1）根据自动变速器各组成部分结构及功能，在 AMESim建立了自动变速器机械、 离合器仿真模型以及整车模型， 在 MATLAB中建立了离合器接合规律模型，通过AMESinmf Simulink联合仿真。最后由仿真结果分析，