基于AMESIM的DCT动力换挡模型仿真

1、图1DCT 结构原理图基于AME SI M 的DCT 动力换挡模型仿真收稿日期:2010-03-03;修订日期:2010-07-30基金项目：重庆市教育委员会科学技术研究项目（KJ080619）作者简介:王黎明（1969-），男，江苏徐州人，重庆理工大学重庆汽车学院讲师，硕士，研究方向：机械传动和机器人技术研究。王黎明，张君，李志立（重庆理工大学重庆汽车学院，重庆400050）摘要:使用AMESIM 软件平台，建立了发动机、DCT 动力换挡模型，运用曲面拟合得到发动机特性图，分析了动力换挡过程，并对换挡过程进行了仿真。仿真结果验证了动力换挡过程的不间断性，换挡时间和换档压力会明显影响冲击度，可

2、以有效模拟实车动力换挡过程。关键词:DCT ；AMESIM ；冲击度；仿真中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1008-8725（2010）11-0218-02Model Simulation of DCT Drive PowerShift Based on AMESIMWANG Li-ming, ZHANG Jun, LI Zhi-li（Chongqing College of Automotive Engineer, Chongqing University of Technology, Chongqing 400050, China ）Abstract:Both model

3、 of the engine and model of power shift were established through using AMEESIM software, graph of engine characteristics was obtained through surface fitting, process of DCT power shift was analyzed and process of shift was simulated. The results show that the produce of DCT Power Shift is not disco

4、ntinuity, Shift time and Shift press could affect the jerk greatly, simulation of power shift is validity. Key words:DCT; AMESIM; jerk; simulation0前言双离合器式自动变速器（DCT ）由2台自动控制的离合器组成，由液压推动并由电子控制，2台离合器的运作能实现同时控制。许多学者对DCT 换挡过程分析仿真中使用了不同的工具如M ATLAB2,3，MATLAB 和Stateflow 2-4，Modelica/Dymola5。文中使用AM ESIM 多学科仿

5、真软件建立换挡模型并对其进行动态分析。LM S Imagine.Lab AM ESim 提供了1个系统工程高级建模环境，基于直接图形接口，工程系统仿真可以运用应用库在1个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。可以研究任何元件或系统的稳态和动态性能。1DCT 结构及换挡工作原理两轴式为研究对象如图1所示。2个独立的的离合器组，1个齿轮传动结构。离合器CL1与档位1，3和5连接在轴1上；离合器CL2与档位2和4连接在轴3上。轴3套在轴1外面，车辆起步时，自动换档机构通过同步器S3将档位切换为档，离合器CL1接合，当车辆换入档运行时，此时CL2处于分离状态，其不

6、传递动力，但CL2的主动部件是旋转的，提前挂好的预选档位档的从动部件也是旋转的。换档时ECU 控制自动换档机构通过同步器S3将档位提前换入档，实现档位的变换。2DCT 动力学模型2.1发动机模型发动机数学模型为T e !" =a0+k1n 3e +k2n 2e 2+k43+k5n 2e +k6n e +k72+k8n e +k9（1）式中T e 发动机扭矩；n e 发动机转速；油门开度；k i （i =1，2，39）为常数。根据以上的数学模型，某汽车发动机油门开度在0100，发动机转速在12005200r/min时，用AMESIM 软件table editor 工具编辑模型数据，进行

7、曲面拟合得到发动机的特性图如图2。运用AM ESIM 信号库和动力传动库模块建立发动机仿真模型如图3：2.2DCT 动力学模型仿真双离合变速器的传动轴运动时被分为两部分，一为实心的传动轴，另一为空心的传动轴。由2个离合器组交替接合来完成能量和扭矩的传递。若能够建立系统控制相应的动力学模型，为提高乘坐舒适性提供较好的理论依据。文中以档换到档过程为例，在换档过程中，离合器CL1随油压的下降由接合变为滑磨；离合器CL2第29卷第11期 2010年11期煤 炭技术Coal TechnologyVol.29,No.11 November,2010图2发动机特性图图3发动机AMESIM 仿真模型王黎明，等

8、：基于AMESIM 的DCT 动力换挡模型仿真第11期·219·随油压的升高由滑磨变为接合。利用AMESIM 标准库中的机械库，信号控制库以及动力传动库等模块，首先建立子模型，再通过子模型模式，给每个元件匹配子模型，进入参数模式为子模型设置参数，完成工程系统创建。动力换档模型工程系统创建如图4。 自动变速器升档过程包含5个阶段，低档稳定阶段、低档转矩转换阶段、惯性矩增加阶段、高档转矩转换阶段和高档稳定阶段。（1）低档稳定阶段。这个阶段是以档为换档起始点的，在换档瞬间前，各参数基本是稳定的。 有:n e =ncl 1=i1n 0（2）T 0=i1T cl 1=i1T e（3）

9、（2）低档转矩转换阶段。离合器CL2的传递扭矩为:T cl 2=P n 2A 2fZ 2×2R 32-r 32R 2-r 2"（4）离合器CL1传递的扭矩为 T cl 1=T e -T cl 2（5）此时离合器CL1的扭矩不是第一阶段的扭矩了，输出扭矩为T O =i1T cl 1+i 2T cl 2（6）（3）惯性矩增加阶段。当离合器CL1的油压降到出现滑磨现象的程度，则离合器CL2的油压会逐渐升高，但滑磨会仍会出现。此时传动比发生了改变，因为发动机输出的扭矩和2个离合器传递的扭矩有所不同，会导致整个系统振动相对较大，会产生惯性矩。T cl 1=P n 1A 1fZ 1&#

10、215;2R 31-r 3 1R 1-r 1"（7）T cl 2=P n 2A 2fZ 2×2R 32-r 32R 2-r 2"（8）式（4）、（7）和（8）中P 2P n 1、P n 2P 1。在这个过程中发动机要消磨掉一部分能量，原因是惯性相阶段的振动损失，其表达式为T g =Ied e=Te -T cl 1-T cl 2（9）（4）高档转矩转换阶段。因离合器CL2油压提高而逐渐接合，此时CL1油压降低而逐步分离，持续到离合器CL1的扭矩传递为零，输出扭矩为T O =i1T cl 1+i2T cl 2=i2T e +i 1-i 2! " T cl 1

11、（10）（5）高档稳定阶段。这个阶段车辆已经高档位运行，离合器CL1完全脱离，离合器CL2传递扭矩，输出扭矩为T O =i2T cl 2=i2T e（11）以上5个阶段与降档时候一样，虽然把整个换档过程离散的分为5个阶段，实际是瞬间连续完成的。以上各式中P n 2活塞作用压力；A 1、A 2活塞作用面积；f 动摩擦系数；r ，R 分别为摩擦片的内外径；T cl 1，T cl2分别为CL 1和CL 2传递转矩；n cl 1，n cl 2分别为CL 1和CL 2转速；T O ，n O 为输出的扭矩和输出转速；J e 为发动机、减振器以及离合器主动部件的转动惯量；J cl 1，J cl 2为离合器C

12、L 1、CL 2从动部件总成的转动惯量；i 1，i 2为，档的传动比；P 1，P 2离合器完全接合的临界压力，也是离合器由接合到刚要开始滑磨的分界线。3仿真实例仿真时需要的主要参数如下：仿真开始时发动机输出扭矩50Nm, 整车质量m =1450kg, 迎风面积A =2.28m2, 风阻系数C d =0.32,车轮半径r =0.31m ，空气密度=1.266kg/m3，主减速比=4.19，i 1=3.73，i 2=1.96，R 1，R 2=150mm ，r 1，r 2=105mm ，f =0.1，z 1，z 2=10，A 1，A 2=0.0254m 2仿真开始时间0s ，换挡开始时间5s ，仿真

13、结果如下：（1）换挡时间0.2s, 终使压力10000N 下的双离合器输出扭矩如图5。（2）换挡时间分别为t =0.2s ，t =0.8s ，t =1.4s,2s 的冲击度如图6。（3）压力3000N ,5000N ,20000N 下的冲击度如图7。4结论根据实验参数拟合了发动机特性图，分析了DCT 车辆换挡过程，运用多学科仿真软件AMESIM 建立了发动机和动力换挡模型。根据整车参数，对装有DCT 系统的整车进行了换挡过程仿真，结果表明了动力换挡过程中的动力的连续性，在换档阶段输出扭矩发生波动。通过对换挡过程的仿真研究，为进一步研究DCT 换挡品质，提高车辆的换挡平顺性提供了理论依据。参考文献：1张裕强. 基于DCT 结构的动力换档模型与液压控制特性的研究D.重庆：重庆理工大学,2008.2颜志鹏, 秦大同. 双离合器自动变速器换挡过程仿真分析J.重庆工学院学