基于車輛動(dòng)力學(xué)模型的AMT在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究
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2 車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)仿真模型
2．1 車輛模型
車輛由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，經(jīng)過傳動(dòng)系傳遞到驅(qū)動(dòng)車輪，并轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力克服道路阻力，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。車輛的行駛方程為：
式中：Ft為驅(qū)動(dòng)力；Ff為地面滾動(dòng)阻力；Fi為路面坡度阻力；Fw為空氣阻力；Fj為加速阻力；Tc為離合器傳遞的摩擦力矩；ig和io分別為變速器傳動(dòng)比和主減速比；ηT為傳動(dòng)系的機(jī)械效率；r為車輪半徑；m為車輛總質(zhì)量；g為重力加速度；f為地面與輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)；i為道路坡度；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；u為汽車行駛速度；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。
圖2所示為車輛傳動(dòng)的三質(zhì)量系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，其各部分的動(dòng)力學(xué)方程為：
式中：Tc為發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；Tc為離合器傳遞的摩擦力矩；Ts為隨變速器擋位變化的同步轉(zhuǎn)矩；Tψ為車輪所受阻力轉(zhuǎn)矩，包括空氣阻力矩、道路阻力矩和制動(dòng)力矩等；ωe為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角速度(也是離合器主動(dòng)片角速度)；ωc為變速器輸入軸角速度(也是離合器從動(dòng)片角速度)；ωv為變速器輸出軸角速度；Je 為發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器主動(dòng)部分當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jc為離合器從動(dòng)部分、變速器部分當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jv為與變速器輸出軸有固定關(guān)系的各總成部件在軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ign和io分別為變速器第n檔傳動(dòng)比和主減速比。
2．2 發(fā)動(dòng)機(jī)模型
發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Te可通過發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性曲線求得。采用實(shí)車發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性曲線(即發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的油門開度和轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩特性)作為發(fā)動(dòng)機(jī)模型，由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板開度確定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Te。在AMT在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，通過由車輛模型求得的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及油門踏板的實(shí)際開度，根據(jù)已知的發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性曲線可以求得不同轉(zhuǎn)速和油門開度下發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和油耗。
2．3 離合器模型
離合器傳遞轉(zhuǎn)矩Tc與離合器的工作狀態(tài)有關(guān)。離合器依靠主從動(dòng)片之間的摩擦力矩來傳遞動(dòng)力，并通過分離與接合來控制車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，離合器工作狀態(tài)可以分為完全接合、完全分離和滑磨三個(gè)狀態(tài)。
2．3．1 完全接合、完全分離狀態(tài)
這兩個(gè)狀態(tài)是穩(wěn)定的，離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩也是確定的，即：完全接合時(shí)，Tc=Te；完全分離時(shí)，Tc=0。
2．3．2 滑磨狀態(tài)
滑磨狀態(tài)是前兩個(gè)狀態(tài)間的過渡狀態(tài)，既可以是由接合到分離的過渡，也可以是分離到接合的過渡。從其傳遞的摩擦力矩來看，就是離合器傳遞的摩擦力矩從0按照一定規(guī)律變化到Te或者由Te變化到0的狀態(tài)。此狀態(tài)包括離合器起步接合過程、換擋結(jié)束后接合過程、換擋開始前分離過程。
(1)起步接合過程
圖3為起步過程中轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化示意圖。其中，Tm為換算到離合器從動(dòng)部分上的車輪所受阻力轉(zhuǎn)矩；Tcs為離合器靜態(tài)摩擦力矩，△ω(△ω=ωe-ωc) 是離合器主動(dòng)盤、從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速差。0～t1階段，TcTm，ωe增大，ωc=O；t1～t2階段，Tc≤Tm，由式(3)可知ωe一直增長到極大值，ωc也增長但是不及ωe增長速度快，故轉(zhuǎn)速差△ω亦增大；t2～t3階段，Tc>Te，Tc繼續(xù)增長到極大值，由式(3)可知ωe開始減小，ωc繼續(xù)增大，轉(zhuǎn)速差△ω開始變?。籺3～t4階段，Tc持續(xù)降低，直到Tc=Te，轉(zhuǎn)速差△ω一直減小到0；t4～t5是離合器快速接合的階段，此時(shí)離合器已經(jīng)停止滑磨，開始正常傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，Tc=Te。
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