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1、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。车辆传动系统的动力学分析与自动变速箱 gkossa,p.debrux,.verndena 关键词：自动变速器删除卡斯蒂略的方法变速箱的运动离合器模型罚函数车辆纵向动力学 摘要 本文介绍了对自动变速器模型的一个有效的配方在动力传动系统设计的早期发展阶段的车辆性能。相应的用虚功原理获得的运动方程,涉及所有旋转的变速箱零件。删除卡斯蒂略的方法来有效地建立部分的齿轮比的表达。一套是刑罚功能与离合器相关的制动器使连续模拟换档。车辆的加速度计算方程包括变速器模型的乘用车管理纵向行为，包括发动机、轮胎的一个现实的模型和经典道路负载。这个公式提供了一个动力系统车辆动态模型为了简
2、单起见(刚性互连机构运动学约束),和充分有效的连续模拟齿轮变化。提出了两个现实案例,即克莱斯勒5f和爱信华纳55-50锡动力系统。对于后者，验证是通过比较了的测量数据。开发模型显示自己是一个有价值的工具，用于模拟的实现不同控制齿轮变化规律。 02X爱思唯尔有限公司保留所有权利。 。简介 多体仿真工具通常用于评估车辆在架设前的表现。这个虚拟原型不仅用于机械性组件的设计也为电子部分。多体系统的耦合与其他学科提供了丰富的新的发展领域。例如，机械电子系统，需要集成特定方程与致动器、控制器和传感器、富于车辆及其规范现在定义与计算机辅助工程工具。自动变速器(在）组成的行星齿轮火车,越来越多的应用在现代轿车
3、。其重量轻、体积小,有趣的表演,使这类装置的成功,特别是最近被带到限制功率耗散。这种轮系是一个完美的例子。机电一体化系统的汽车由于变速箱控制器来优化燃料消耗或加速性能。尽管通常的多体系统仿真工具通常用于评估车辆的动态性能,对一个完整的加速过程仿真是不直接改变各变速运动限制通过传动系统。模拟换档,第一选项,包括建立连续的齿轮1模型,仿真跳跃模型是根据一定的连续性条件进行的模型(硬件在环仿真)。这方式是乏味的,由于机构配置高一些但有很好的分离阶段模数转换优势。第二选项包括在模型的执行机构，除了内部组件。因此，更复杂的模型可以被开发,包括变速箱的所有机械零件，和详细的接触现象的发生离合器和制动器2。
4、水獭等。3建议在odeica的软件模型下考虑变速箱,包括液力变矩器(tc)，作为一个变量结构。同样，邓普西等。( 、5）开发了一种melic图书馆致力于自动传动系统动力学（p)，包括多重物理量行为(热或液结构交互)在 一个模拟的环境。多拉和穆拉德6提供了一个方法,每个传输部分分别建模，然后连接到对方一步一步中间使用lms想象mesim.ab验证。联合仿真技术用于包括和利用系统控制。钟等。【7】 注重提高换挡瞬态换挡控制算法。真田等人。8,还提出了一个数学模型的鲁棒控制器设计的离合器滑摩控制，考虑到移动的惯性相位。对于动力传动齿轮噪声和动态载荷,行星齿轮动力学建模主要包括集中质量模型和有限元模型
5、。刚体运动学模型,为集总参数模型提出的顾和伊兰克斯9，10，报价也可能研究准静态和动态在制造误差的存在,加载(几何,安装，)。这些动态模型的齿轮的齿之间的相互作用也保留对行星齿轮的自然频率和振动模态。113。所有这些交互往往是研究在一个齿轮箱模型中，由于集成模型（如动力系统/车辆动态模型）需要的计算工作。 上述模型对变速箱的机械设计是特别有用,但是他们都强烈地依赖于平台仿真。此外,在动力总成设计阶段存在的不足,详细的完整的多体分析中的应用将是困难的。在这种情况下,一个中间模型倡导并优先在行业。例如,帮助的齿轮变化的设计，它是处理一个模型允许完整的加速过程仿真有趣车辆。这种模式甚至可以集成在开发
6、新的策略目标变速箱控制器内部精确的发动机转速控制和最优移位电机调谐。一个简单的模型在本文中,基于以下假设:它包括所有齿轮箱的旋转部分，视为刚性，没有专注于摩擦扭矩齿轮相互作用引起的。相比其他建模（例如，结合多体动力学和润滑的接触力学模型4,牙齿摩擦在行星齿轮功率损失),这种方法允许简化的目的与早期的发展阶段。 对于传动系统，齿轮的相互作用是在为运动约束。柔性接触和非线性特性产生从行星齿轮的动力，在16的研究,也忽视了由于换档的设计并不需要一个非常传动系统详细的弹性分析。 离合器和制动器,它代表自动传动系统的基本要素,是由扭矩施加在齿轮使用替换通过分析制定刑罚与设备有关的运动学约束相关的功能。
7、动力模型是包含在一个简单的车辆模型，考虑到纵向运动。 所有这些假设与模型的目的和所采用的有效配方兼容。建立变速箱的运动控制方程，利用虚功原理,提出一个系统的方法,通过删除相关卡斯蒂略以自动建立运动学约束。该模型用于加速度的仿真一个客车，包括电机和t的特点，受古典的道路负荷如滚动阻力的现实模型，和空气阻力。提出了一个验证步骤，通过比较从车辆的加速度发表的一些结果配备爱信华纳555锡动力。超越的动力性能分析,结果进行了比较对克莱斯勒4f传输。2。自动变速器的动力学模型 车内的机械系统之间的连接装置,在动力总成图所示。c一般直接放在发动机将负载从电源在换档后。液压泵与在消耗营养液从而激活制动器和离合
8、器一点能量。这些操作由一个电子控制单元,称为传输控制模块(c),允许策略被越来越多的复杂提供司机驾驶更舒适。事实上，齿轮的变化是根据由车辆优化设计运行条件:低转速或嬉戏的态度在全油门低消耗。进一步的，经典力学考虑，包括差分和车轮。本节重点介绍变速器的力学行为，包括一系列复杂planeries更多或更少,取决于变速箱的设计。 图1。在传输流 仅考虑各部分围绕其中心轴旋转，虚功率原理是由下列表达 在我被认为是刚性的各构成变速箱b机构的角速度。相应axialmmen惯性和总扭矩的顶端到顶端，我对每个体都考虑在内，包括刹车离合器或贡献,外部来源(输入和输出传动元件)。虚拟旋转速度参数v，我的身体的每一
9、个可以表在一些选定的cp主虚拟旋转速度v，j的部分贡献， 与nc的变速箱的自由度数量。系数我,j被定义 为研究机械系统始终是与时间无关的，表达(2)也是有效的房态和因此的角加速我： 哪j是第j个主旋转加速度。从这些时刻的虚拟旋转速度v获得虚拟功率,从均衡提供了np方程变速箱的运动规律: 这一原则是安萨姆最大坐标的方法类似,希勒1，19发达，其中数配置参数的nc用于表达themltd系统运动学等于自由度的数目该系统。比较喜欢直角坐标或相对坐标的方法，广泛应用于商业产品，一个最小的坐标的方法产生一个nc的常微分方程系统的优势。通过对式(5)，事实证明,运动方程可以构造如果用户提供了系统的运动学，也
10、就是说系数表达我,j,和所施加的扭矩，身体的每 图。轮系结构。 2.。齿轮和行星 在变速器的运动学分析进行第一步是确定的自由度的数目和选择主旋转只有每个部分围绕其中心轴旋转必须考虑第二步是提取。运动各部分间的关系以确定系数我作为选定程度的功,自由工作可以由每个传动关系写了著名的（见图。2 (一）) l/m与齿轮具有相对于身体的旋转速度（即齿轮轴连接的部分）和zl为齿轮的齿的（l=i或j）。这种关系必须结合组成的旋转 行星差动齿轮，ewllis公式20可以直接使用(参见图2（b）为指标） 在参考部分0可以由任何人取代，根据组成的旋转。 2.。在删除卡斯蒂略的使用方法 建立运动学公式（2）是复杂的
11、，繁琐的和是一个错误。为了克服这个困难，系统的方法,通过删除卡斯蒂略1最初,是用来方便地解释所要求的运动关系。如果一个齿轮（或基本电路)k的确定了火车，一个矩阵c容易建造fromkimtic关系,考虑结构行星。其元素c定义为 与下标ik和jk的齿轮和rk相关承运人（在“”符号为内部负号啮合的齿轮只）。i是齿齿数我参与电路k元素纳铁福提供j运动学方程 矩阵的大小（jn）确定j和链接，请注意这两个数字是数字电路与数字通过下关系联系: 在一个单自由度的行星1。 图3。一个四连杆行星结构及其电路的运动方案。 系数我，j是从下面的关系17获 其中e，e，l和连接尺寸的向量（n)的条件是等于零，默认情况下
12、，在对应行的一个所采用的定义（该：输出齿轮；输入齿轮；排rowj：l：固定齿轮；化：最后一行)。方程(2）是availbwh选定行星验证关系（1）,与系数的定义兼容我，。应用这种方法,它是必要的表定义行星电路研究。说明行星在图3中显示的是该方法。注意身体的是由两齿数不同的牙齿（z22左边;右边）。强调的是两个电路，和是 如果身体4被锁定,和体1和3作为输入和输出元件分别, 这比31行星轮系通过求解式（1 如果身体被选择作为输出, (j和el不变） 2.3。稳定的罚函数的离合器和制动器 确保从输入功率传输到输出轴,ncp1辅助设备,一个离合器或制动器，必须从事这样的变速箱拥有1度feomonly
13、。如果i和j接合部分之间的离合器,它将逐步防止相对转动速度,施加以下约束 实际上,摩擦力矩是通过输入和输出轴之间的离合器装置，最大振幅根据对摩擦盘的压力。压力逐渐增大,当传递的转矩低于摩擦极限，部分坚持相互约束。的齿轮变化平整度直接相关由液压致动器施加的压力剖面,驱动本身的变速箱控制器。允许一个连续的齿轮变化的简单模拟,离合器将引入的运动方程施加力矩ti和tj在部分i和分别给出的， 换档时，惩罚系数k是由控制单元施加的压力分布和模拟继续进行。当然,一些滑移发生在装置，但如果惩罚系数足够大，可以忽略不计，这可能是由于稳定期。制动的情况是类似的，一部分是固定的。这种方法是相当简单的。方程（19）存
14、在一定的局限性，忽略了界面摩擦粘滑性离合器或制动器,因此复杂的摩擦现象，如离合器抖动2。罚函数被应用在所有的情况下在整个模拟。他们还提供了一个简单的方法来估计右离合器的扭矩值（低估扭矩是重要的滑动相关;过高会导致有关的部分的相对旋转）没有定义许多机械参数。时间常数介绍保证数值积分的稳定性模型也可以被看作是某种相关的运动学约束比例微分控制。同样的表达用于任何制动,离合器或单向离合器系统（使用带，楔块或磁盘技术)。所有的惩罚系数的标称值等于15a和持续时间0.1秒源于调整提供令人满意的结果（惩罚系数足够大的）。 2.4。变速器的动力学 通过开发式的表达(）在主旋转速度 ，以下系统得到的 介绍台基网
15、和吹捧的施加的扭矩输入轴和输出轴上。采用这种结构，我们假设第一和最后的配置参数与输入(）和输出轴速度（cp),分别。它要说明的是利矩阵和d的发 展与价值的惩罚系数相对于每个离合器/制动器和运动方程高刚性由于这些惩罚系数的高值。这些方程必须在整个模拟过程中保持不变的优点。每个齿轮比对应的一组的惩罚系数,换档时,惩罚系数逐步倒(005srad或负)。以要尽可能接近现实,惩罚系数随时间变化和遵循,在转变过程中，压力的演化由液压致动器驱动离合器/制动器变速箱控制器施加。对所提出的系统模型，已在sydyn方法23,24实施框架。esydyn由c+库允许的运动方程，数值建设和整合从运动学,表示的最小坐标的方法,并对机械系统的力量。的可能性，包括补充微分方程，这些方程提供其他consructeec
