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干式双离合器变速器的离合器扭矩公式和校准

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干式双 离合器 变速器 扭矩 公式 以及 校准
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内容简介:
干式双离合器变速器的离合器扭矩公式和校准 王永刚刘 a, b,大同秦 a,洪江 c,查尔斯刘 c,易章 b, 重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400044 b 密歇根大学 学机械工程系, 8128,美国 c 传动与传动系研究与高级工程,福特汽车公司, 8128,美国 文章历史: 收到 2010 年 3 月 2 日 收到订正表格 2010 年 9 月 15 日接受 2010 年 9 月 21 日 可在 2010 年 10 月 20 日在线 关键词: 双离合变速箱离合器扭矩 校准 摘要 本文的重点是离合器扭矩制定和校准的干式双离合器变速器( 在理论的离合器扭矩和控制参数的相关性是基于不断的摩擦功率和离合器执行机构运动学成立。一个算法基于动力总成动力学,提出了离合器扭矩车辆在计算启动和移位操作。这个算法使用车轮速度传感器的数据作为输入,并能够确定离合器扭矩,而两个离合器打滑,从而提供了一个在实时操作离合器的扭矩和离合器执行机构之间的可靠的相关性控制变量。该算法的正确性已被验证的扭矩测量在证明地面样机试验。 1 引言 双离合变速器( 功能,驾驶性能媲美传统自动变 速箱和燃油经济性甚至比手动变速箱更好。由于这些优点,有在汽车行业中一个持续的趋势发展和市场的 油,但在没有支出的性能和驾驶性能 1,2 。它可以预见配备双离合变速器的车辆将有显著的市场份额在不久的将来。发射和转移过程中的离合器扭矩控制是车辆的 运动学,齿轮在双离合器变速器换档是类似于在传统的自动变速器的离合器至离合器换档。许多有价值的研究双方的分析和实验手段都在传播动力学已成功进行,控制区。研究人员在福特研究实验室 3,4 是最早进行定量分析动态瞬变在传输 过程中的变化通过计算机建模和测试。迎面而来的和非持续离合器的同步有采用液压冲洗阀在有离合器到离合器换档模式的自动变速箱已经实现 5 。系统的已经开发了集成发动机控制和离合器的扭矩控制策略,生产的车辆优化车辆起步和换挡质量 6,7 。研究和开发与上文提到已成为可能的技术成熟传统的自动变速器。 尽管相似的离合器至离合器换档的特性,双离合器变速器不同于传统的自动在该后变速器具有发动机输出与变速器输入之间的变矩器。的存在液力变矩器靠垫动力总成动态瞬变,因此利于平滑车辆发射过程中和变化。不带扭矩转换器的缓冲效 果,离合器扭矩控制要求精度高,实现发射和移品质媲美自动变速器。在以前的文章中,作者提出,分析了系统模型双离合器变速箱的动态行为,并验证了模型仿真基于原型车的测试 8。作为进一步研究,本文介绍的工作集中在离合器扭矩制定和校准的干式双离合器传输。首先,在理论或标称离合器转矩相关,基于该假设,即摩擦功率是恒定的摩擦盘面上的离合器设计参数。此配方提供了基础的设计离合器及其执行机构。其次,根据动力系统动力学的算法是建立离合器扭矩的计算转变期间,在发射和在两个离合器的离合启动。这个算法使用车轮速度传感器的数据作为输入 并能够准确地计算离合器扭矩,而两个离合器都滑倒在实时的基础。该算法具有几个优点: a)它使离合器扭矩的测定不使用摩擦盘的摩擦系数而变化为温度的函数 ; b)其提供了对校准的设计和控制变量的离合器扭矩的有效途径离合器和致动器 ; C)它提供了在实时离合器的扭矩和离合器的控制变量之间的相关性可靠操作自适应发送控制。第三,分析制定和算法的离合器扭矩的计算是验证对地面验证试验数据,分析和测试数据之间取得值得称赞的协议。 2分析离合器扭矩配方 行机构运动学和离合器扭矩 离合器中的一个的结构和其在干式离合器 致动器的 9示于图 1 ,其它离合器和致动器装配有类似的设计。常开离合器设计,在 该图所示,本离合器执行器(或控制器)组成的电机,弹簧,螺丝和滚轮。当电动机转动时,辊子错开的距离 造了杠杆作用的轴向力的产生上的分离轴承。这个力,然后由放大压力板的水平,从而导致该夹在摩擦盘上的压力。对于给定的离合器致动器设计中,离合器扭矩是一个由螺钉参数相关的辊子位移 本文中,不断的摩擦功率的概念(即离合器时的转化率从动能摩擦工作滑移)是用于标称离合器扭矩 10的制剂。基于这个假设,能量转换率是表示如下: f pv = 中, V 是在一个点的相对速度,和 据这一假设,在任何时候,在磁盘表面上的压力是表示为, 其中是角速度, 量克拉 f 是恒定的磁盘面而被指定为 磁盘表面上的压力变化成反比的半径。把最大压力 摩擦盘及常数 = 中 漏 2)在盘表面上的压力,然后表示 为: 在压板上的压力然后可以计算如下: 其中, D和 1接触面的离合器扭矩是通过下面的计算, 的接触表面的数量为两个的每个离合器,因此标称离合器扭矩 计算方法是: 关的离合器扭矩和控制参数 在压板上的压力是相关的力上的分离轴承通过压板杆。但是,由于压板杆,其具有与膜片弹簧的式样和晃动的存在的变形,有离合器扭矩和致动器的控制参数之间存在的非线性特性。考虑到这一点非线性,多次测试中以测量释放轴承力(即接合负载)。根据试验数据,释放轴承力相关联的接合行 程,如图 2 。 如该图所示 2,有相当大的力(记为 在两个离合器的分离轴承接合时行进是零,由于刚性高的压型钢板杆。由于这个原因,两个独立的功能,必须用于关联的分离轴承力 分离轴承行进之前的啮合载荷示于图 3,如该图所示。 3,分离轴承力 0如下, 其中, 示辊的位置, 弹簧的位移是很小的时候 为分离轴承位移接近于零和弹簧力遗骸几乎是恒定的,即财政司司长 = 此时 ( 7)如下: 因此,当其 ,分离轴承力是由公式表示在辊位移条款( 7)。后轴承开始旅行,一个单独的函数,需要关联的分离轴承力和辊由于弹簧压缩位移由轴承行程受影响。 分离轴承的旅行之后的接合负载中示出了图 4,如该图所示。 4,弹簧的压缩量由轴承行程确定如下改变, 其中 于这个增量,后弹力息的移动可以表示如下: 其中 动器杆的平衡需要以下方程被满足, 结合 方程。( 10)和( 11)中,分离轴承力 合器的扭矩和控制参数的相关性 正如在方程( 6),所述离合器扭矩是加压力的函数的压力板,摩擦系数和离合器尺寸。在该原型中使用的两个离合器的主要参数示于表 1中。 根据公式( 6),在这两种标称离合器扭矩离合器 1和离合器 2可以计算如下, 其中, 释放轴承分别为力量离合器 1 和离合器 2。的弹簧常数被选择为 150 牛顿 /平方毫米为两个致动器和致动器杆的长度为 L= 100 毫米。在这分离轴承的滚子位移开始是 25 毫米和 30 移动。初始弹簧力由公式决定的。 ( 8)如 689和 860 N。 前释放轴承开始移动时,离合器扭矩和辊位置可表示为以下, 后轴承开始移动,可以从以下地址获得参与旅游 2,表示 , F( 当参与旅游大于 4 是正确的够由下面的线性函数来拟合函数 f( 所以方程。( 12)和( 15)可以被组合在一起(与 = )关联的离合器 1离合器扭矩如下, 类似地,在 离合器 2的离合器扭矩可表示为 由式所代表的离合器扭矩( 16)和( 17)也可以以图形方式用图来表示 5。 3算法离合器扭矩计算 方程( 14),( 16)和( 17)提供的分析计算离合器扭矩中的滚子的位置而言。然而,这计算必须进行校准现实世界的应用程序,因为离合器的摩擦系数与温度有关。在这种部分,用于基于动力系统动力学的算法,提出了如上述的离合器扭矩的精确计算以下。 在文献 8 ,发射和转移过程中的 力总成动力已经详 细研究。动态 模型在研究中使用的双离合器变速器如图所示。 6,在该模型中,齿轮轴被建模为集中群众和四个同步建模为电源开关。如图中箭头所示。的惯性 6 ,质量矩集中群众表示为以下几点:发动机输出组件,包括离合器输入端( ,离合器 1 驱动板( ,离合器 2 从动盘( ,实心轴( ,空心轴( ,传输轴 1 ( ,传输轴 2 ( ,输出轴( 。以类似的方式,频率 e , 1, 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7和表示相应的角速度。车轮 角速度表示为 w 。 的输出扭矩,离合器分别为 2和输出轴。惯性上的车辆等效质量时刻输出轴被表示为一,刚度和传动系的阻尼系数不考虑,因为它们不影响离合器扭矩的计算。 算算法的离合器扭矩 离合器计算儿茶扭矩是基于动力系统动力学。运动的车辆发射方程和 1于其它的操作模式,类似的方程可以根据衍生功率流路径,如在详细说明 8。 射 在发射模式中,离合器 1的离合器的扭矩逐渐增加,直到它被完全啮合,而在离合器的离合器扭矩 2 等于零。 离合器 1 的转矩是直接用来驱动车辆。运动方程的系统是作为如下。 其中, 二,第五和第六齿轮共享。 离合器扭矩 内环境质量图 1是惯性在所述第一齿轮的等效质量矩。 为集中质量包括传输轴 1,实心轴的装配和相应的旋转所有其他组件第一齿轮。 路负载转矩 其中, f 为滚动阻力系数,感知车辆的质量, r 为轮胎半径, 空气和档次电阻分别。 如可以从 方程可以看出( 18) - ( 22),离合器扭矩 以用公式进行计算( 18)或方程( 19) - ( 22)分别。如果发动机扭矩和发动机转速就可以准确汽车起动扭矩 18)。 然而,在瞬态操作的发动机扭矩和速度都很难准确测量得到的不可接受的误差为离合器扭矩计算。另一方面,车辆的车轮速度更加稳定的比较与发动机的转速,并且可以高精度地进行测量。因此,离合器扭矩 以计算出高精度使用公式( 19) - ( 22)。在方程( 19) - ( 22)中,角速度的关系如下: 1=3 , 7=w 和 3=7 1。因此,方程可结合,在 下: 根据上面的等式中,离合器扭矩 以在发射过程中被计算,并且精度仅取决于车轮加速度,它是车轮速度的速度传感器的微分。 变 换档过程分为两个阶段,即扭矩阶段和惯性阶段。该系统方程 1可以很容易地扩展到其他的变化。 其中, 第二个齿轮比, 最终传动比是由第三和第四档的共享。 离合器扭矩。 自 5=7方程( 26) ( 28)可以被组合 成一个单一的公式: 当离合器扭矩 一个离合器转矩可由式计算。 ( 29)在 是,在换档过程中,有摩擦扭矩在两个离合器和它们不能使用等式求解( 29)单独使用。对于同样的原因,如前所述,方程( 25)不提供帮助,因为发动机转矩是不知道。 如所表示的方程( 13) - ( 17),所述离合器扭矩的离合器设计参数,摩擦系数和控制功能参数。由于离合器扭矩在两个离合器的比例应该是独立的摩擦系数的温度的影响是相同的两个离合器。因此,在离合器 1和离合器 2 离合器的扭矩由比例以下: 式 中, 2是取决于离合器的尺寸,致动器参数和滚子的因素如第 2 的详细位置,结合方程。 ( 29)和( 30)引出两个离合器扭矩 的确定 4 案例研究 在第 3 节中描述的离合器扭矩计算算法基于 平台已经实现。一原型车与表 2所示的参数是在证明地面平坦赛道进行测试。车辆加速,车轮转速,双离合器辊的位置和变速器档位在测试过程中被记录下来。 一种扭矩传感器被安装在半轴测量传动系统输出扭矩。测得的半轴扭矩由相关的传动比变换是在输入 轴的等效扭矩值。这等价转矩与如下面描述的算法计算出的离合器扭矩进行比较。 射 在发射操作中,档位处于第一和离合器扭矩可以直接由方程进行计算。 ( 24) 。车辆加速度或者从测试车轮转速是唯一的模型输入。上的离合器扭矩的比较示于图 7,离合器扭矩计算从转矩算法高度同意从测量获得的离合器扭矩。 在换档时,测得半轴扭矩不能因为转换以在输入轴的等效扭矩值测得的离合器扭矩的比例是未知的。因此,所得的一半轴扭矩,即两者的总和离合器扭矩乘以各自的传动比,与所测量的一半轴转矩进行比较。如该图所示。 8,在 1示扭矩的有效性和准确性计算算法。 作在一齿轮位置 当车辆运行在一个齿轮上的离合器的扭矩也可以通过在本文提出的算法进行计算。结果在第 4档操作如图所示。 9,离合器 1转矩为零,因为只有离合器2现转让引擎扭矩来驱动车辆。如该图所示,在离合器 2的转矩几乎是一样的试验结果,这再次证实了该算法的精度。 5结论 本文的重点是双离合器的扭矩制定和校准。离合器扭矩配方的基础上提出恒定的能量转换率在摩擦片的脸。上的离合器扭矩和离合器的参数的相关性致动器已经建立 的滚子位置的条款,以及相关的设计参数。校准的目的,一个离合器转矩计算算法已经提出了一种基于 算法采用车轮速度从速度传感器作为输入和获得利用 台上实现。本算法的有效性已证实通过证明原型车的地面试验获得的试验数据。在本文提出的方法提供用于双离合器系统设计的分析工具和离合器转矩的精确控制,以发射和关键 辆的变化。 鸣谢 从福特创新联盟计划在本文介绍的工作的财政支持是极大的赞赏。 参考文献 1 B. o. 20052005. 2 J. A.
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