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首页MATLAB_Simulink仿真:DCT起步与换挡策略优化研究
本篇硕士学位论文主要探讨了基于MATLAB/Simulink平台的双离合器自动变速器(DCT)起步与换挡仿真研究。作者选择奇瑞A3汽车作为研究对象,针对DCT的关键技术挑战,特别是起步和换挡过程,进行了深入的分析和建模。 首先,论文介绍了DCT在我国市场的广泛接受和其研发的重要性,强调了起步与换挡技术在DCT设计中的核心地位。论文从5速干式DCT的结构出发,着重讨论了单输出轴式DCT的特点,以及在起步和升、降挡工况下的动力传递路径。作者对DCT系统的受力进行了详细分析,这对于理解DCT的工作原理和优化设计至关重要。 接着,论文深入探讨了车辆传动系统在不同工况下的动力学方程,包括起步工况和多种行驶状态。阻转矩模型和发动机、离合器的动力学模型也被构建,这些模型是仿真和控制策略的基础。 构建的MATLAB/Simulink模型涵盖了DCT系统在起步和换挡工况下的系统模型、离合器模型,以及控制策略模块,如目标挡位决策和数学模型切换逻辑。在约束滑摩功和冲击度的前提下,作者设计了离合器和发动机的控制策略,并简化搭建了起步和1挡换2挡的仿真模型。通过仿真结果,模型成功模拟了双离合器的动力学特性,证明了所制定的控制策略有效且符合理论要求。 论文认为,其研究方法和控制策略对工程实践具有实用价值。论文的建模方法对于其他DCT动力学系统的开发提供了有益参考,同时,对离合器和发动机控制策略的研究有助于提升DCT起步和换挡的性能质量。 这篇论文通过深入的理论分析和实际建模,为DCT起步与换挡的仿真技术以及控制策略提供了宝贵的研究成果,为汽车行业尤其是奇瑞A3汽车的DCT设计提供了有力的数据支持和改进策略建议。
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基于 MATLAB/Simulink 的 DCT 起步与换挡仿真研究
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图 2.2 DCT 结构简图
Fig. 2.2 Schematic diagram of DCT
2.1.4
控制系统
DCT 的控制系统是 DCT 实现自动运行的关键部件。DCT 的控制系统负责接
收相关传感器信号并对其进行计算和分析,然后做出相应的判断和决策,再向各
执行机构发出动作指令,以此控制发动机、变速器等执行机构部件的动作。DCT
的控制系统主要包括换挡策略模块、离合器控制模块、发动机模块和同步器控制
模块等四大模块,本文中的起步与换挡控制策略研究的重点是换挡策略模块、离
合器控制模块和发动机控制模块。
车辆在行驶过程中会接收来自离合器、发动机、同步器及其他车辆传感器传
送的信号,通过计算和分析并比对换挡规律确定车辆是否到达某个挡位的换挡
点。当确定车辆已到达某个挡位的换挡点后,DCT 控制系统便通过离合器控制
模块、发动机控制模块及同步器控制模块分别对离合器执行机构、发动机执行机
构及同步器执行机构发出动作指令,以执行挡位切换的命令。如图 2.3 所示为
DCT 系统挡位切换控制原理图。
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江苏大学硕士学位论文
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换挡规律
离合器C1信号
离合器C2信号
发动机信号
同步器信号
其他车辆信号
D
C
T
控
制
器
离合器控制
发动机控制
同步器控制
离合器C1执行机构
离合器C2执行机构
发动机节气门
同步器执行机构
挡
位
切
换
图 2.3 DCT 换挡控制原理图
Fig. 2.3 DCT shifting control schematic
2.2
干式单输出轴式双离合器自动变速器的工作原理
干式单输出轴式双离合器自动变速器的工作原理可分三种主要工况进行分
析,即起步工况和升、降挡工况。
(1)起步工况工作原理
起步时,自动换挡机构首先将同步器 A1 与Ⅰ挡从动齿轮 Z1’接合,然后逐渐
增加离合器 C1 的压紧力使离合器 C1 开始滑摩,车辆开始起步。当离合器 C1 滑
摩结束直至完全接合后,车辆便进入Ⅰ挡行驶状态,此时离合器 C2 仍然处于分离
状态不传递动力。如图 2.4 中粗实线箭头所示为稳定状态下Ⅰ挡功率流流向。
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基于 MATLAB/Simulink 的 DCT 起步与换挡仿真研究
10
图 2.4 稳定状态下 I 挡功率流流向
Fig. 2.4 Power flow direction of first gear in steady state
(2)升挡工况工作原理
车辆以Ⅰ挡行驶后,当车速逐渐升高至接近Ⅱ挡的换挡点时,DCT 控制器向
换挡执行机构发出指令使其预先将同步器挂入Ⅱ挡,使Ⅱ挡齿轮副开始运行,此
时离合器 C2 开始空转而不传递动力。当车速升高至Ⅱ挡换挡点时,离合器 C1 的
压紧力开始减小,同时离合器 C2 的压紧力逐渐增大并开始滑摩,直到离合器 C1
完全分离,离合器 C2 完全接合,Ⅰ挡升Ⅱ挡的过程结束,车辆以Ⅱ挡运行。如图
2.5 中粗实线箭头所示是稳定状态下Ⅱ挡功率流流向。
图 2.5 稳定状态下Ⅱ挡功率流流向
Fig. 2.5 Power flow direction of second gear in steady state
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江苏大学硕士学位论文
11
(3)降挡工况工作原理
车辆以Ⅱ挡行驶后,DCT 控制系统根据相关传感器的输入信号识别车辆当前
所处的运行状态,并根据换挡规律判断车辆是降到Ⅰ挡还是升到Ⅲ挡,而Ⅰ挡和Ⅲ
挡主副齿轮均与离合器 C1 联接,但离合器 C1 此时处于分离状态不传递动力。Ⅱ
挡升Ⅲ挡的工作原理与Ⅰ挡升Ⅱ挡的工作原理类似,在此不赘述,只分析Ⅱ挡降Ⅰ
挡的工作原理。当车速逐渐降低至即将到达Ⅰ挡换挡点时,DCT 控制系统向换挡
执行机构发出指令,预先将同步器挂入Ⅰ挡,使Ⅰ挡齿轮副开始运行,离合器 C1
开始空转。当车速降低至Ⅰ挡换挡点时,离合器 C2 的压紧力逐渐减小,同时离合
器 C1 的压紧力逐渐增大并开始滑摩,直到离合器 C2 完全分离,离合器 C1 完全
接合,Ⅱ挡降Ⅰ挡过程结束,车辆以Ⅰ挡运行。
车辆以其他挡位运行时的升挡和降挡的工作过程与此类似,在此不再赘述。
2.3 DCT
系统受力分析
DCT 系统的受力分析基于以下假设:
(1)假设离合器 C1 和离合器 C2 都固连,则整个 DCT 系统无任何自由度,
所以如果受到驱动力矩(如发动机转矩),整个系统就会损坏。
(2)假设离合器 C1 固连,离合器 C2 滑摩,则整个系统存在一个自由度,
此时若慢慢地接合离合器 C2,即离合器 C2 传递的扭矩渐渐增大,对于发动机输
出轴来说,离合器 C2 将拖慢发动机转速,而发动机输出轴又与离合器 C1 相连,
故离合器 C2 的转速也将下降,直到整个系统都停止不动,即将所有的动能都转
化为热能耗散掉了。
(3)假设离合器 C1 和离合器 C2 都滑摩,则整个系统存在两个自由度。
基于以上 3 个基本假设,对 5 速干式单输出轴式 DCT 系统的受力分析如下:
(1)如果发动机转速都高于离合器 C1、C2 的转速,那么对于变速器输出轴
来说,两个离合器传递的都为驱动力矩,只不过离合器 C1 输入轴、输出轴、离
合器 C2 输入轴的转速变化率存在一定的比例关系(不管离合器 C1 扭矩
C1
T
和离
合器 C2 扭矩
C2
T
的大小,其比例关系总能靠内部联系维持,具体是通过内部力矩
的变化来实现的)。
(2)如果 1 挡换 2 挡,且发动机不可控,则发动机转速在换挡过程中不可
避免的会被拉低,从而小于离合器 C1 的转速,但若离合器 C1 的转矩下降率较
离合器 C2 的转矩增长率来得大(一般都是如此),即
C1 C2
T +T ≤
原先值,故发动
机仍有一段增速空间,待离合器 C1 完全分离时,离合器 C2 可能仍接合了一半
而已,此时可以通过继续增大接合扭矩或节气门控制来实现控制发动机输出轴和
离合器 C2 轴的转矩。但此时变速器的输出转矩肯定小于原先的输出转矩,即会
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