汽車干式雙離合器接合過(guò)程動(dòng)力學(xué)與控制的研究.pdf

1、機(jī)械式變速器(Mechanical Transmission，MT)同液力自動(dòng)變速器(Automatic Transmission，AT)獨(dú)自具有優(yōu)良的燃油經(jīng)濟(jì)性同行駛舒適性。無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器(Continuously Variable Transmission，CVT)雖在以上兩方面具有綜合優(yōu)勢(shì)，但因傳送帶轉(zhuǎn)矩容量限制所導(dǎo)致的其可傳輸最大轉(zhuǎn)矩容量有限這一問(wèn)題限制了它的適用范圍。為了克服AT技術(shù)所存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜加工制造難度大的問(wèn)題同時(shí)獲得

2、與之類似的乘坐舒適性，人們研制了采用電控技術(shù)后MT變速器，即機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated Mechanical Transmission，AMT)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)效率、結(jié)構(gòu)緊湊度和復(fù)雜度、工作可靠性、燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的良好協(xié)調(diào)。但在AMT換檔過(guò)程中因離合器分離而產(chǎn)生的傳動(dòng)系動(dòng)力傳輸中斷嚴(yán)重惡化了換擋動(dòng)力性，降低了換擋舒適性。為了克服換檔動(dòng)力中斷這一問(wèn)題，并充分利用AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳動(dòng)效率高、工作可靠等長(zhǎng)處，設(shè)法通過(guò)巧妙的機(jī)械

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將兩個(gè)獨(dú)立的離合器有機(jī)耦合為一體的雙離合器自動(dòng)變速器(Dual-Clutch Transimission，DCT)便應(yīng)運(yùn)而生。這樣在換檔階段便可通過(guò)對(duì)所有離合器接合及分離時(shí)序的恰當(dāng)操控來(lái)確使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)DCT被穩(wěn)恒地傳輸至車輪。
　　 科學(xué)探討干式雙離合器自動(dòng)變速器(DDCT)所遵循的機(jī)械結(jié)構(gòu)研制理念以及實(shí)踐路線施行策略，基于牛頓力學(xué)體系下的達(dá)朗貝爾原理，采用試驗(yàn)與理論研究相結(jié)合的方法，本研究構(gòu)建了涵蓋發(fā)動(dòng)機(jī)、干式雙離合

4、器本體、干式雙離合器電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、雙中間軸式變速器、驅(qū)動(dòng)軸—車輪總成的DDCT系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。重點(diǎn)針對(duì)波片彈簧摩擦片—壓盤—膜片彈簧系統(tǒng)壓緊力傳輸性能以及電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模工作，開展了波片彈簧受載變形特性、波片彈簧摩擦片—壓盤—膜片彈簧系統(tǒng)壓緊力傳輸性能以及波片彈簧摩擦片—壓盤—膜片彈簧—滾子撥叉執(zhí)行機(jī)構(gòu)—電機(jī)滾珠絲桿輸出軸總成的摩擦轉(zhuǎn)矩傳輸特性試驗(yàn)研究工作，驗(yàn)證了DDCT總成建模工作的有效性。從而為定量研究雙離

5、合器接合過(guò)程動(dòng)力學(xué)原理以及探研起步同換檔階段最優(yōu)雙離合器同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩匹配調(diào)整策略提供必要的理論前提。
　　 滑摩功與沖擊度是一對(duì)互為矛盾的指標(biāo)。以往的最優(yōu)控制策略在建立目標(biāo)泛函時(shí)，將滑摩功這一非線性項(xiàng)按摩擦轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速差分別加權(quán)處理，以便利用線性最優(yōu)控制理論的研究方法獲取最優(yōu)摩擦轉(zhuǎn)矩和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的解析解。這樣雖然可利用成熟的線性最優(yōu)控制理論直接求解，但是最優(yōu)泛函表達(dá)繁瑣且不能真實(shí)客觀評(píng)析滑摩功控制效果。因此本探研將同沖擊度互為矛盾

6、的滑摩功一道視作約束目標(biāo)，考慮接合過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的協(xié)調(diào)控制以及燃油經(jīng)濟(jì)性的提高，基于極小值原理探研了起步與換檔過(guò)程中雙離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)匹配控制算法，求取了DDCT起步同換檔階段發(fā)動(dòng)機(jī)同離合器各自最優(yōu)輸出轉(zhuǎn)矩的解析解，繼而參考車輛傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論求解體系順勢(shì)求解出最優(yōu)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和離合器轉(zhuǎn)速的解析解。證明了最優(yōu)控制能夠極大改善車輛起步換檔品質(zhì)，沖擊度在等量的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪起始轉(zhuǎn)速、離合器起始轉(zhuǎn)速及同步轉(zhuǎn)速這類限制條件下同滑摩功互為矛盾。

7、又因?yàn)樽顑?yōu)控制量的公式解可直接由發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速與變速器輸出軸轉(zhuǎn)速等狀態(tài)變量分別經(jīng)常系數(shù)矩陣線性變換后的疊加來(lái)闡析，所以在理論研究和試驗(yàn)過(guò)程中可通過(guò)所測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速與變速器輸出軸轉(zhuǎn)速等狀態(tài)變量的信號(hào)直接求解線性定常反饋?zhàn)顑?yōu)控制，而無(wú)需按線性二次型最優(yōu)控制研究方法進(jìn)行繁瑣的黎卡提方程離線數(shù)值求解，從而極大地簡(jiǎn)化了計(jì)算工作量。此外，由于實(shí)施線性二次型最優(yōu)控制方法后必須求解黎卡提方程，以構(gòu)建相應(yīng)時(shí)變反饋矩陣來(lái)對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行映射，最終對(duì)映射

8、后的狀態(tài)變量進(jìn)行線性疊加來(lái)形成最優(yōu)控制解，所以本研究所構(gòu)想的控制策略非常便于工程應(yīng)用。
　　 為精準(zhǔn)跟蹤最優(yōu)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪同雙離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速，將所構(gòu)建的DDCT總成的非線性動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間的仿射非線性動(dòng)力學(xué)模型，繼而完成了DDCT總成仿射非線性動(dòng)力學(xué)模型相對(duì)階的定義與量化分析、與原仿射非線性動(dòng)力學(xué)模型拓?fù)涞葍r(jià)的線性定常系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的Brunovsky標(biāo)準(zhǔn)型表述、微分同胚映射的解析化構(gòu)建、線性定常數(shù)理模型PID跟蹤控制

9、策略探析、非線性狀態(tài)反饋求解等工作，以期將微分同胚映射逆映射求解結(jié)果用于原動(dòng)態(tài)響應(yīng)體系跟蹤量計(jì)算。在此基礎(chǔ)上利用成熟的線性系統(tǒng)控制理論完成了節(jié)氣門開度與離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)電流調(diào)控量的推算，取得了精準(zhǔn)穩(wěn)定的跟蹤效能。
　　 為了驗(yàn)證以上控制策略的工程實(shí)用性，需進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車試驗(yàn)。為此研制了干式雙離合器本體、雙接合軸承、具有兩輸入軸結(jié)構(gòu)的變速器、雙離合器與選換檔電控機(jī)械式執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件。設(shè)計(jì)開發(fā)了干式雙離合器動(dòng)力總成電控系統(tǒng)軟