汽車干式雙離合器接合過程動力學與控制的研究.pdf

1、機械式變速器(Mechanical Transmission，MT)同液力自動變速器(Automatic Transmission，AT)獨自具有優(yōu)良的燃油經(jīng)濟性同行駛舒適性。無級自動變速器(Continuously Variable Transmission，CVT)雖在以上兩方面具有綜合優(yōu)勢，但因傳送帶轉(zhuǎn)矩容量限制所導致的其可傳輸最大轉(zhuǎn)矩容量有限這一問題限制了它的適用范圍。為了克服AT技術所存在的結(jié)構(gòu)復雜加工制造難度大的問題同時獲得

2、與之類似的乘坐舒適性，人們研制了采用電控技術后MT變速器，即機械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission，AMT)來實現(xiàn)傳動效率、結(jié)構(gòu)緊湊度和復雜度、工作可靠性、燃油經(jīng)濟性和動力性的良好協(xié)調(diào)。但在AMT換檔過程中因離合器分離而產(chǎn)生的傳動系動力傳輸中斷嚴重惡化了換擋動力性，降低了換擋舒適性。為了克服換檔動力中斷這一問題，并充分利用AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、傳動效率高、工作可靠等長處，設法通過巧妙的機械

3、結(jié)構(gòu)設計將兩個獨立的離合器有機耦合為一體的雙離合器自動變速器(Dual-Clutch Transimission，DCT)便應運而生。這樣在換檔階段便可通過對所有離合器接合及分離時序的恰當操控來確使發(fā)動機動力經(jīng)DCT被穩(wěn)恒地傳輸至車輪。
　　 科學探討干式雙離合器自動變速器(DDCT)所遵循的機械結(jié)構(gòu)研制理念以及實踐路線施行策略，基于牛頓力學體系下的達朗貝爾原理，采用試驗與理論研究相結(jié)合的方法，本研究構(gòu)建了涵蓋發(fā)動機、干式雙離合

4、器本體、干式雙離合器電機執(zhí)行機構(gòu)、雙中間軸式變速器、驅(qū)動軸—車輪總成的DDCT系統(tǒng)動力學模型。重點針對波片彈簧摩擦片—壓盤—膜片彈簧系統(tǒng)壓緊力傳輸性能以及電控執(zhí)行機構(gòu)總成動力學響應特性進行數(shù)學建模工作，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)行機構(gòu)—電機滾珠絲桿輸出軸總成的摩擦轉(zhuǎn)矩傳輸特性試驗研究工作，驗證了DDCT總成建模工作的有效性。從而為定量研究雙離

5、合器接合過程動力學原理以及探研起步同換檔階段最優(yōu)雙離合器同發(fā)動機轉(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互為矛盾的指標。以往的最優(yōu)控制策略在建立目標泛函時，將滑摩功這一非線性項按摩擦轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速差分別加權處理，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)動機轉(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)泛函表達繁瑣且不能真實客觀評析滑摩功控制效果。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，考慮接合過程發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的協(xié)調(diào)控制以及燃油經(jīng)濟性的提高，基于極小值原理探研了起步與換檔過程中雙離合器與發(fā)動機最優(yōu)匹配控制算法，求取了DDCT起步同換檔階段發(fā)動機同離合器各自最優(yōu)輸出轉(zhuǎn)矩的解析解，繼而參考車輛傳動系統(tǒng)動力學理論求解體系順勢求解出最優(yōu)發(fā)動機飛輪和離合器轉(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)動機飛輪起始轉(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、又因為最優(yōu)控制量的公式解可直接由發(fā)動機飛輪轉(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闡析，所以在理論研究和試驗過程中可通過所測得的發(fā)動機飛輪轉(zhuǎn)速與變速器輸出軸轉(zhuǎn)速等狀態(tài)變量的信號直接求解線性定常反饋最優(yōu)控制，而無需按線性二次型最優(yōu)控制研究方法進行繁瑣的黎卡提方程離線數(shù)值求解，從而極大地簡化了計算工作量。此外，由于實施線性二次型最優(yōu)控制方法后必須求解黎卡提方程，以構(gòu)建相應時變反饋矩陣來對狀態(tài)變量進行映射，最終對映射

8、后的狀態(tài)變量進行線性疊加來形成最優(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用。
　　 為精準跟蹤最優(yōu)發(fā)動機飛輪同雙離合器從動盤轉(zhuǎn)速，將所構(gòu)建的DDCT總成的非線性動力學模型轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間的仿射非線性動力學模型，繼而完成了DDCT總成仿射非線性動力學模型相對階的定義與量化分析、與原仿射非線性動力學模型拓撲等價的線性定常系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的Brunovsky標準型表述、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)果用于原動態(tài)響應體系跟蹤量計算。在此基礎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)行機構(gòu)電機電流調(diào)控量的推算，取得了精準穩(wěn)定的跟蹤效能。
　　 為了驗證以上控制策略的工程實用性，需進行臺架試驗和實車試驗。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械式執(zhí)行機構(gòu)等零部件。設計開發(fā)了干式雙離合器動力總成電控系統(tǒng)軟