双离合变速器预选档策略下齿轮敲击动力学分析

双离合自动变速器(Dual clutch transmission,DCT)在预选档状态下具有换档无动力中断和换档平顺等优点,然而在预选档策略下双离合自动变速器的齿轮敲击问题更加突出。以某型湿式双离合变速器为研究对象,分别建立变速器1档无预选以及预选2档下的齿轮敲击动力学模型。模型中各空套齿轮拖曳力矩包括齿轮搅油阻力矩、轴承阻力矩以及同步器阻力矩,此外,模型还考虑了变速器非功率流中未结合状态下离合器所产生的拖曳力矩。齿轮接触模型在考虑齿面弹性接触的基础上,计入了由润滑效应引起的齿隙间非线性油膜力。运用龙格库塔算法对模型求解,获得各齿轮副的动态响应。通过变速器敲击台架试验验证了动力学模型的可行性,计算结果与试验结果具有较好的一致性。对变速器齿轮动力学响应的研究结果表明：在一定角加速度激励下,变速器中空套齿轮存在明显的双面敲击现象;预选档位并不会对无预选状态下已发生敲击的齿轮副产生影响,但是预选档后,变速器非功率流分支发生改变,变速器内空套齿轮数量增多,整体上使变速器敲击问题更加突出。     

基于解决传动系统变速器齿轮敲击的分析方法

建立一汽车传动系统6自由度动力学模型,模型中包括发动机、离合器、变速器与整车,考虑了变速器内承载齿轮副以及非承载齿轮副啮合间隙。以变速器输入轴的角加速度值为评价指标,研究模型参数变化对传动系统扭转振动的影响。利用序列二次规划法对存在非承载齿轮敲击问题的某车辆的飞轮转动惯量和离合器设计参数进行优化。根据优化结果,试制了离合器,并对新旧离合器下传动系统非承载齿轮敲齿的情况进行测试,测试了变速器处的输入轴扭转角加速度、变速器壳体处加速度以及发动机舱变速器侧声压。测试结果表明,增大飞轮侧转动惯量和离合器阻尼转矩、合理地调节离合器刚度可以衰减变速器输入轴角加速度幅值,抑制非承载齿轮副敲击现象。     

基于振动相对量法的齿轮敲击振动辨识

整车转毂振动测试中测得的手动变速器箱体振动信号包含了多种部件的振动信号,传统方法无法从测试信号中直接获取齿轮敲击振动信号,故无法定量评价齿轮敲击振动水平。本文提出了运用敲击振动相对量来辨识齿轮敲击振动的方法。该方法首先对箱体振动信号进行人耳特性滤波,然后进行回归和平滑处理获得稳态振动信号。将滤波后的振动信号减去稳态振动信号,得到的振动相对量即为非承载齿轮对的瞬态敲击振动信号,最终可辨识出齿轮敲击振动的发生时刻、频率范围和水平。在实车试验中,采用该方法在3.5s的测试时间内,识别出振动相对量最大的134个齿轮敲击振动信号,其发生时刻与敲击振动信号回放得到的134个敲击噪声发生时刻完全相同,辨识结果与人的主观感受一致,即准确辨识出了齿轮敲击振动。得到的辨识结果可用于定量评价齿轮敲击振动水平,校核理论模型的正确性,研究不同参数对齿轮敲击振动水平的影响规律,找出关键影响因素并优化处理,从而改善齿轮敲击性能。     

双离合变速器敲击噪声的仿真分析与实验评价

针对某变速器在车辆一挡起步工况实验中出现敲击噪声的问题,利用LMS Virtual.Lab软件搭建了包含轴、齿轮、同步器、轴承、差速器、壳体等部件的双离合变速器刚柔耦合模型.考虑输入轴转速波动、轴承刚度非线性、齿轮啮合时变刚度和阻滞力矩,以再现敲击噪声发生时壳体的振动响应.仿真计算与实验结果的良好一致性,验证了仿真分析方法的有效性.     

Simulation of clutch actuation system for commercial vehicle

Generally, a method of a hysteresis loop is used to show the property of the clutch system in the design process. This represents the load by a pedal travel which is a useful data for designing a vehicle for the comfort of the driver. Transfer torque of manual shift gear types for heavy duty vehicles is too high. Therefore unlike passenger car air pressure is added to the clutch system in addition to the fluid pressure. In this case it is hard to predict nonlinear element to control the hysteresis because of the addition of the components. In this paper theoretical model of the system components involving variables such as mass, stiffness and damping is developed and simulated. The results of the actual test of the clutch system are compared with simulation.     

变速器敲击性能量化评价指标建立

针对单个齿轮副和变速器总成两方面的敲击特性,笔者利用专用的敲击试验装置测试多工况敲击相关数据。首先,对振动噪声数据进行有效能量叠加处理和对齿轮副在啮合线方向上速度差标准差的计算,得到单个齿轮副和变速器总成的敲击特征曲线;其次,提取相应的特征参数分别建立单个齿轮副和变速器总成的敲击特性量化评价指标向量;最后,用量化评价指标对某5档变速器的敲击问题进行了量化分析及问题点确定,并对优化前后的变速器进行了敲击性能量化对比。结果表明:量化指示与主观评价结果有较好的一致性,证明量化评价指标对变速器敲击问题优化和评价具有一定的指导意义。     

Effects of a one-way clutch on the nonlinear dynamic behavior of spur gear pairs under periodic excitation

Nonlinear behavior analysis was used to verify whether a one-way clutch is effective for reducing the torsional vibration of a paired spur gear system under periodic excitation. The dynamic responses were studied over a wide frequency range by speed sweeping to check the nonlinear behavior using numerical integration. The gear system with a one-way clutch showed typical nonlinear behavior. The oscillating component of the dynamic transmission error was reduced over the entire frequency range compared to a system without a one-way clutch. The one-way clutch also eliminated unsteady continuous jump phenomena over multiple solution bands, and prevented double-side contact, even with very small backlash. Installing a one-way clutch on both sides of the gear system was more effective at mitigating the negative effects of external periodic excitation and various parameter changes than a conventional gear system without a one-way clutch.     

汽车手动变速箱的齿轮敲击模拟和分析

本文阐述了汽车手动变速箱的扭振模型和分析，该模型是为齿轮敲击的分析和预测而开发的，它尽可能包容了动力传动系的许多部件去研究所有速度工况的敲击响应，模型包括的元件有发动机，离合器，飞轮，承载和非承载齿轮以及传动轴，适用于MATLAB的数值方法来解动力分析采用的差分方程，所得结果显示了模型和分析图解的有效性。已经开发了 一个软件包可用于观察和分析任何动力传动系模型，本文介绍了采用该软件包分析Daimler-Chrysler T 350变速箱和其结果，它表明了齿轮敲击可能出现双侧，单侧和不规则碰撞三种主要的形式。敲击系数可用来比较不同齿轮副产生敲击的大小、它对于为最好地降低敲击声协调离合器的是十分有益的。     

Étude du bruit dit de graillonnement dans les boı̂tes de vitesses automobiles

In a car, acoustic comfort has become a sales point. Due to the fact that the main noises have been reduced, the secondary sounds which could not be heard before suddenly became annoying. Such is the case of rattle noise, caused by repeated impacts between unloaded gears in the gear box, as they are driven by the engine acyclism. This publication presents a new method of study of the rattle noise. Our test bench is original, given that the gear box is not operated but is submitted to small angular oscillations. This allows us to control the angular acceleration applied on the primary shaft. We first distinguished and reviewed various kinds of rattling depending on the acyclism level produced. Then, we simulated real engine excitation by applying an acceleration made up of a sum of harmonics rather than a simple sine. Our aim being to measure the influence of the spectral composition and the waveform of the gear box input torque on the rattle threshold.     

Analysis and simulation of a torque assist automated manual transmission

The paper presents the kinematic and dynamic analysis of a power-shift automated manual transmission (AMT) characterised by a wet clutch, called assist clutch (ACL), replacing the fifth gear synchroniser. This torque assist mechanism becomes a torque transfer path during gearshifts, in order to overcome a typical dynamic problem of the AMTs, that is the driving force interruption.The mean power contributions during gearshifts are computed for different engine and ACL interventions, thus allowing to draw considerations useful for developing the control algorithms.The simulation results prove the advantages in terms of gearshift quality and ride comfort of the analysed transmission.     

基于等效BSFC和电池SOC平衡的插入式混合动力汽车分段式能量分配策略研究

基于所提出的插入式并联混合动力汽车系统结构,对整车动力/传动系统(包括发动机、电机、电池、离合器、变速箱等子系统)进行了动态精确建模,模拟了行车换挡过程中同步器切换、离合器接合/分离等瞬态过程。根据电池SOC值分段采用最大用电策略或效率优先策略,提出了基于等效BSFC和电池SOC平衡的分段式能量分配策略,兼顾了发动机BSFC和电机充/放电效率,实现了系统在当前转速和输入轴需求转矩下的最佳转矩分配。结果表明,所提出的能量分配策略在不牺牲汽车各项性能的前提下,提高了动力系统工作效率和整车燃油经济性。     

干式DCT双离合器联合起步最优协调控制

基于自主开发的6速干式双离合器自动变速器(Dual clutch transmission, DCT),提出基于极小值原理的双离合器联合起步过程发动机和双离合器转矩协调最优控制算法。在起步滑摩阶段,以滑摩功和冲击度为性能指标,在反映驾驶员意图的终端约束下,采用极小值原理和改进的发动机恒转速控制,研究并确定起步过程中双离合器,发动机转矩及其转速。根据起步控制目标,确定分离离合器分离条件和离合器的转矩分配关系。在需求转矩切换阶段,将发动机输出转矩平滑切换到驾驶员需求转矩。在Matlab/Simulink软件平台上,搭建DCT车辆双离合器联合起步控制仿真模型,对不同驾驶意图和起步档位下DCT车辆的起步过程进行仿真。结果表明,所提出的基于极小值原理的发动机和双离合器转矩协调控制策略,有效地保证双离合器联合起步品质,反映起步意图,延长离合器使用寿命。将所得的离合器最优转矩控制律转化为离合器位置控制律,在离合器伺服控制试验台架上进行离合器位置闭环控制,得到较好的跟踪效果。     

湿式换挡离合器在不同起步挡位对传动系统动态特性影响的仿真

结合在研项目,建立了某综合传动装置上湿式换挡离合器工作过程中的转矩传递模型和离合器油缸充油过程的模型,并应用MATLAB软件针对不同起步挡位对车辆传动系统动态特性的影响进行了仿真研究．     

智能修正型换挡规律的设计及在双离合器式自动变速器中的应用

以车速和发动机油门为控制参数,设计双离合器式自动变速器(Dual clutch transmission, DCT)的两参数换挡规律,硬件在环仿真结果表明该控制规律在城市工况极易导致频繁换挡,在制动工况容易产生意外升挡.分析不合理换挡现象的原因,并指出驾驶员的不合理操作习惯是引起频繁换挡和意外升挡的主要原因,两参数换挡规律不易避免不合理换挡现象.基于"sugeno"型模糊控制方法,建立智能修正型换挡规律的控制系统,该系统以油门开度和油门开度变化率为输入,实时升、降挡车速的修正系数为输出,确定隶属度函数并制定相应的模糊控制规则.智能换挡系统中的降挡速度为两参数降挡曲线临界值与降挡修正系数的乘积,升挡速度为两参数升挡曲线临界值与升挡修正系数的商.控制结果表明智能换挡规律在保留两参数换挡规律优点的同时,可以避免频繁换挡及意外升挡现象的发生,提高整车的舒适性和燃油经济性.     

电控机械式自动变速器换挡过程中离合器的接合控制

为有效减少换挡过程中离合器的接合冲击,需要在机械式自动变速器的离合器接合模型基础上,运用合适的控制方法来寻求离合器接合的控制规律。首先采用反馈方法求解模型的控制矢量,得到闭环的离合器接合过程模型;接着对电控机械式自动变速器换挡过程中离合器的接合过程进行模拟,得出离合器接合过程中发动机和变速器输入轴的转速和转矩变化过程,并计算出相应的离合器弹簧分离指小端位移和车辆冲击度;通过用模拟结果和实车测试结果对比,验证了模型和控制方法的准确性,为进一步提高机械式自动变速器的性能奠定了基础。     

转速激励下齿轮系统拍击振动的分岔特性

在考虑齿轮轴偏心质量、主动轴转速波动、轮齿时变啮合刚度及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了齿轮传动系统拍击振动分析的集中质量模型。计算了主动轴转速波动激励下齿轮传动系统振动性态随负载力矩变化的分岔规律。计算结果表明,随着负载力矩的减小,齿轮副依次出现三种振动状态,即:①完全啮合的振动状态; ②仅有齿面碰撞的脱啮碰撞振动状态;③同时具有齿面碰撞和齿背碰撞的脱啮碰撞振动状态。通过倍周期分岔, 系统振动由周期转变为混沌,而在混沌区域中还存在一些周期窗口。齿轮副在振动状态转变的过程中均出现了跳跃现象,而跳跃过程的振动周期并不改变。分岔过程揭示出系统具有复杂的非线性特征。     

OPTIMAL CONTROL APPLIED IN AUTOMATIC CLUTCH ENGAGEMENTS OF VEHICLES

Start-up working condition is the key to the research of optimal engagement of auomaticclutch for AMT. In order to guarantee an ideal dynamic performance of the clutch engagement, anoptimal controller is designed by considering throttle angle, engine speed, gear ratio, vehicle accelera-tion and road condition. The minimum value principle is also introduced to achieve an optimal dy-namic performance of the nonlinear system compromised in friction plate wear and vehicle drive qual-ity. The optimal trajectory of the clutch engagement can be described in the form of explicit and ana-lytical expressions and characterized by the deterministic and accurate control strategy in stead ofindeterministic and soft control techniques which need thousands of experiments. For validation of thecontroller, test work is carried out for the automated clutch engagements in a commercial car with antraditional mechanical transmission, a hydraulic actuator, a group of sensors and a portable computersystem. It is shown through     

汽车动力系离合器接合抖振和粘一滑的分析和仿真

研究分析了离合器接合的抖振和粘一滑以及用数字来检验这些现象的影响系数。为具有汽车变速箱装置的动力系带打滑离合的4自由度（4DOF）的扭振系统开发了一个模型。进行稳态分析表明该离合器的抖振与摩擦系数和斜率有关,并用数字仿真加以证实。开发了模拟粘一滑的一种算法,并用于数字仿真,它表明了由于离合器压力波动,离开接合的抖振和外栽荷变动将增加了粘一滑的可能性。由2档换到3档的数字仿真证明,根据离合器接合时作用压力波动,离开接合抖振和外裁荷波动发生粘一滑可能增大,而随作用压力倾斜到啮合点发生粘一滑可能性明显减少。     

含间隙的斜齿轮副扭振分析与试验研究

建立了科齿轮副的间隙型非线性扭振模型，其中考虑了斜齿轮副的啮合综合误差，齿侧间隙和时变啮合刚度。采用三维有限元法计算了斜齿轮副啮合刚度，用三次样条插值拟合得到时变啮合刚度函数。用数值积分方法对系统的非线性动力学微分方程进行了求解，获得了斜齿轮副在外转矩作用下受静态传动误差激励的非线性稳态强迫响应，并对系统的动态响应进行了测试，试验和理论计算结果了一致性证实了本文所提出模型和解法的正确性。     

汽车动力系离合器接合抖振和粘一滑的分析和仿真

研究分析了离合器接合的抖振和粘一滑以及用数字来检验这些现象的影响系数。为具有汽车变速箱装置的动力系带打滑离合的4自由度（4DOF）的扭振系统开发了一个模型。进行稳态分析表明该离合器的抖振与摩擦系数和斜率有关,并用数字仿真加以证实。开发了模拟粘一滑的一种算法,并用于数字仿真,它表明了由于离合器压力波动,离开接合的抖振和外载荷变动将增加了粘一滑的可能性。由2档换到3档的数字仿真证明,根据离合器接合时作用压力波动,离开接合抖振和外载荷波动发生粘一滑可能增大,而随作用压力倾斜到啮合点发生粘一滑可能性明显减少。