基于cruise软件的dct整车动力传动系匹配仿真研究-一汽等

1、基于 CRUISE的 DCT 整车动力传动系匹配仿真研究（中国第车公司技术中心）摘要：在车辆动力传动系统设计及匹配研究中,系统的建模是一个非常复杂的过程,耗时较长,给研究工作带来诸多不便，利用专业进行建模与仿真可大大提高研究效率。本文利用高级模拟CRUISE建立了一款正在设计开发7挡DCT整车模型，分别匹配三款不同传动比的DCT变速器，并根据设计要求与仿真结果选择出匹配此款车的最佳变速器。：CRUISE DCT 车辆传动系 仿真1、前言双离合器自动变速器（Dual Clh Transmis,简称DCT）是近几年发展起来的一种新型自动变速器，它综合了液力机械式自动变速器（AT）与电控机械式自动变

2、速器（AMT）的各种优点，其动力传递是通过两个离合器联结两根输入轴，相邻各档的齿轮交错与两输入轴齿轮啮合，配合两离合器的控制，能够实现在不切断动力的情况下进行换档，从而缩短换档时间，有效提高换档品质，具有优异的性能和广阔的应用前景。汽车动力传动系统设计的首要任务是传动系统各之间以及与发之间的匹配,以保证汽车能在不同条件下正常行驶,并具有良好的动力性和燃油经济性。动力传动系统动态模型的建立是车辆设计、匹配及性能研究的基础,但传动系统建模复杂,调试过程时间较长,给研究工作带来了很大的不便。采用专业对其进行建模及仿真研究不仅可以节省大量的时间,使建模过程简单化,而且程序运行可靠、调试方便、结果准确,

3、利于分析研究。1-3 本文利用高级模拟析。2、 CRUISECRUISE对一款正在设计开发的DCT轿车变速器传动比进行了匹配分介绍奥地利 AVL List 公司开发的 CRUISE是用来研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能的高级模拟，灵活方便的模块化设计理念使得 CRUISE 可以对任意结构形式的汽车动力传动系统进行建模和仿真。CRUISE可用于汽车开发过程中的动力系统、传动系统的匹配，汽车性能和整车仿真计算：也可以进行发、变速箱、轮胎的选型及它们与车辆的匹配优化：还可以用于混合动力汽车、电动汽车的动力系统、传动系统及控制系统的开发和优化。它可优化的内容：1)各种驾驶循环的油耗和排放

4、，如FTP、NEDC、ECE、EUDC等，用户也可自定义驾驶循环；2)驾驶性能(加速性能、制动性能、爬坡性能)；3)传动系传动比；4)无级变速器(CVT)和自动变速箱(AT、AMT、DCT)的换档规律图。43、 整车动力传动系统模型的建立图 1 为DCT 车辆的动力传动系简图，其中离合器 C1 控制奇数挡，离合器 C2 控制偶数挡，根据此简图，可以很方便的在 CRUISE主要包括 Vehicle 模块、Engine 模块、Cl上搭建整车结构模型如图 2 所示，所使用的模块h 模块、DCT 模块、Wheel/Tire 模块、Cockpit模块以及 GB Control 模块、GB Program

5、 模块。图 1 DCT 动力传动系简图图 2 DCT 车辆整车模型模型中所使用的主要参数如表 1 所示：表 1 模型主要参数表 2 为此模型所匹配的三款 DCT 的传动比：表 2 不同传动比的DCT中 DCT 换档控制功能的实现4 CRUISEDCT 换档控制过程由用户自定义的换档控制模块来实现，本模型采用“变速器控制(Gear Box Control)”和“变速器程序(Gear Box Program)”两个控制模块来确定换档点。4.1 变速器控制模块（GB Control）在变速器控制模块中，可以根据发的转速或车速来确定换档点，所确定的换档点在计算任务中被使用，转速和车速都要通过数据总线来

6、连接，变速器控制模块用来连接变速器程序模块和变速器模块。1 挡2 挡3 挡4 挡5 挡6 挡7 挡DCT13.39312.07461.5011.19350.95740.77540.6345DCT23.39292.31631.69871.32361.0810.90450.7721DCT33.39291.99651.26850.93980.79420.70590.6353DCT44.2252.7361.8281.3011.0000.8450.735参数名称参数值整车空载总重（kg）1325满载总重（kg）1775迎风面积（m2）2.1阻力系数0.32轴距（mm）2675发排量（l）1.6怠速转速（

7、rpm）750最大转速（rpm）6000转动惯量（kg*m2）0.1离合器输入转动惯量（kg*m2）0.005最大传递扭矩（Nm）300变速器各挡转动惯量（kg*m2）0.0015各挡效率0.95主器主比4.533轮胎摩擦系数0.95静力半径（mm）290滚动半径（mm）308变速器升档和降档的控制参数均为变速器控制将获得的目标档位，而换档的方式有以下四种情况：根据工况换档；根据车速换档；根据转速换档；根据换档程序换档。4.2 变速器程序模块（GB Program）变速器程序模块的换档过程与变速器控制模块的相似，唯一不同的是换档点还与发的油门开度有关,需根据给定油门信号和发转速曲线换档,使用的

8、转速和油门信号通过数据总线连接。由变速器程序模块所确定的目标档位被传送到变速器控制模块再传到变速器模块。此外，换档曲线能进行优化，在标准循环工况时能使燃油消耗量最小，全油门加速时间最短，动力性能也能得到提高，优化后的换档过程和正常的换档过程相同。4.2.1 动力性换档规律动力性换档的目的是确保汽车牵引力能获得最好的利用，以充分发挥发功率的潜力，从而获得优异的加速性能、爬坡能力，提高平均行驶车速。为此，汽车应尽可能在较低档位行驶。（1）升档规律在同一油门开度下，相邻两挡加速度特性曲线相交，若交点不为负，取各档交点为换挡点；如果在同一油门开度下，相邻排挡加速度特性曲线不相交，取各档的最高车速为换档

9、点 (边界点)。在边界点升档后，驱动力将变小，加速度将降低。若换档后加速度为负，则会导致车速下降，造成换档循环或发熄火。因此，必须满足以下边界换档点升档原则：a)若升档后，汽车加速度 0，则升档； b)若升档后，汽车加速度 0，为防止换档循环，则不应实施降档，保持原档；若原档汽车加速度 0，则在降档处实施降档。换档规律用发散或收敛程度 An 来评价1，即： (vn vn1 )Anv n式中，对于收敛型控制策略：vn ： 小油门时，n 档换入(n+1)档时的车速；vn1 ：小油门时，(n+1)档降到 n 档时的车速。对于发散型控制策略：vn ： 大油门时，n 档换入(n+1)档时的车速；vn1

10、：大油门时，(n+1)档降到 n 档时的车速。通常 An 应小于 0.40.45，并有下降的趋势。由公式可以推出：vn1 (1 A)vn根据以上规则做出动力性换档规律。4.2.2 经济性换档规律经济性换档规律力求有最低的百公里油耗指标，使得每升油能行驶更长的路程。以发动机燃油消耗率 b（g/(kw.h)）作为换档依据，保证汽车总是以使发档位行驶。的燃油消耗率最小的通过发试验测试，获得了发油耗 Qe(kg/h)特性曲线，如图 3 所示。发转速与汽车速度的关系为va 7.2inio ) ，燃油消耗率 b 与油耗 Qe 的关系为：b 60 *1000Qe *10002Te neb-发转矩(Nm) c

11、-小时油耗(kg/h)图 3 发油耗特性曲线升档规律的获取对于经济性换档规律，在小油门开度时，同一油门开度而不同档位时，有交点则以交点为换挡点；否则以动力性换档规律作为参考进行选取。降档规律的获取对于经济性换档规律可以采用等延迟型降档控制策略。4.2.3 综合换档规律在汽车的使用中，通常人们希望小油门时可以节省，获得较好的经济性，大油门时希望发能提供足够的功率和扭矩，获得高的动力性。因此采用了综合换档规律：即在中小油门开度下，采用经济性换档规律，保证汽车的经济性；在大油门下采用动力性换档规律，保证汽车的动力性。图 4 为根据以上原则所做出的综合换档规律曲线。(A)升档规律曲线(B)降挡规律曲线

12、d-车速(km/h) b-油门开度(%)图 4 综合换档规律曲线5、仿真分析对于轿车行驶性能的评价指标有两大类：动力性能、经济性能。其中动力性能评价指标中的最高车速、档最大爬坡度是否决指标。当所设计车型的最高车速和档最大爬坡度没有到达涉及任务书要求时，该车型所选择的动力传动系统就被否定，因为这两个单项指标是用户最基本的要求。动力性分析从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要可由最高车速、爬坡性能及加速能力来评定。最高车速对比表 3 为匹配此三款 DCT 变速器车辆的最高车速对比，从表中可以看出，匹配此三款 DCT变速器的车辆理论最高车速均一致，实际最高车速 DCT3 略高，但与

13、其他两款 DCT 差别不大，优势不明显。表 3 匹配不同 DCT 的最高车速5.1.2 爬坡性能对比图 5 为匹配此三款 DCT 变速器车辆的爬坡性能对比，由图中可以看出，由于这三款 DCT变速器的 1 挡速比基本一致，故车辆的最大爬坡度相等，约为 22%左右；从其余档位的爬坡度来看，DCT2 的爬坡度高于其余两款 DCT，爬坡性能最好，其次是 DCT1，DCT3 的爬坡性能。爬坡度(%)2520151050050100150200车速(km/h)DCT1 DCT2 DCT3理论最高车速（km/h）实际最高车速（km/h）DCT1190.79189.00DCT2190.79189.00DCT3

14、190.79190.00图 5 爬坡性能对比5.1.3 加速性能对比图6 和图7 分别为匹配此三款DCT 变速器车辆的原地起步加速性能与超车加速性能对比图，从这两图可以看出，DCT1 的加速时间最短，即加速性能最好，其次为 DCT2，DCT3 的加速性能。图 6 原地起步加速性能对比图 7 超车加速性能对比车速（km/h）爬坡度(%)车速（km/h）13012011010090807060504025时间（S）DCT1 DCT2 DCT312010080604020005101520时间（s）DCT1 DCT2 DCT32520151050050100150200车速(km/h)DCT1 DC

15、T2DCT35.2 经济性分析汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能行驶的里程来衡量。在我国及欧洲，燃油经济性指标的为 L/100km，即行驶 100km 所消耗的燃油消耗的燃油升数，其数值越大，汽车燃油经济性就越差。等速行驶百公里燃油消耗量是一种常用的评价指标。对于经济性，CRUISE可完成给定循环工况和巡航工况的仿真，还可以计算各个档位等速行驶时的油耗。本仿真设置的计算任务是 NEDC 循环工况下（见图 8）的百公里燃油消耗量，计算结果见表 4 所示，可见 DCT3 的百公里耗油量最少，经济性最好，DCT1 次之，DCT2 的经济性。图 8 NEDC 循环工况表 4 NEDC 循环工况下的百公里油耗5.3 结果分析综合以上分析的动力性与经济性仿真结果，匹配 DCT1 变速器的车辆既具有良好的动力性，也具有不错的经济性，整车性能较好，因此可选择匹配到此款车上。6 结论1）利用 CRUISE 可构建传动系统模型,研究车辆的动力性、经济性和排放.通过对整车建模与仿真,能在产品开发的早期车辆的性能,给车辆研究工作带来了很大的帮助。2）重点介绍了 DCT 整车模型中变速器程序模块换档规律的计算原理，并根据此原理计算出综合换档规律应用于此模型中。3）进行了基于 CRUISE的 D