基于MATLAB/Simulink的干式雙離合器起步建模與仿真分析

王 鐵 卜玉帥 高金瑞

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，沈陽(yáng) 110159）

基于MATLAB/Simulink的干式雙離合器起步建模與仿真分析

王 鐵 卜玉帥 高金瑞

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，沈陽(yáng) 110159）

本文基于發(fā)動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)速原則，在MATLAB/Simulink中建立了干式雙離合器起步動(dòng)力學(xué)仿真模型和整車動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)干式雙離合器起步工況進(jìn)行了研究。

干式雙離合器 恒轉(zhuǎn)速 動(dòng)力學(xué) 仿真 模型

引言

干式DCT是一種新型的變速器，它傳遞動(dòng)力的效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有更高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，因此市場(chǎng)前景非常好，具有重要的意義[1-2]。本文考慮汽車的綜合性能，研究汽車的起步質(zhì)量，利用MATLAB/Simulink[3]仿真分析其起步品質(zhì)。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)速起步控制原則，在起步過(guò)程中應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)維持較低轉(zhuǎn)速，且盡量保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。因此，為進(jìn)一步減少滑摩功，本文將起步最高轉(zhuǎn)速限制在2300 r/min，將具體油門踏板開(kāi)度下最大轉(zhuǎn)矩作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。所得目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所對(duì)應(yīng)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，如圖1所示，而相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩則可以由目標(biāo)轉(zhuǎn)速根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線求得。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速

2 干式雙離合器起步動(dòng)力學(xué)模型

由于雙離合器結(jié)構(gòu)特殊，它可以單離合器傳遞動(dòng)力起步，也可以兩個(gè)離合器聯(lián)合傳遞動(dòng)力起步。因此，必須對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。本文建立了兩個(gè)離合器同時(shí)傳遞動(dòng)力的整車動(dòng)力傳遞的數(shù)學(xué)模型：

其中：TⅠ、TⅡ分別為離合器Ⅰ、Ⅱ所傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位N·m；Je為離合器輸入軸之前部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位kg·m2；T阻為總的阻力矩，單位N·m；i0為主減速比；i1、i2為變速器一、二檔傳動(dòng)比；JⅠ、JⅡ?yàn)殡x合器Ⅰ、Ⅱ的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位kg·m2；ω0為變速器輸出端的轉(zhuǎn)速，單位rad/s；mq為車輛的平移質(zhì)量，單位kg；R為車輪半徑，單位m。

基于上面的方程，在Matlab/Simulink中建立動(dòng)力仿真模型，如圖2所示。

圖2 雙離合器動(dòng)力傳遞模型

3 滑摩功

滑摩功是汽車起步品質(zhì)的重要評(píng)定指標(biāo)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

可以看出，在汽車起步工程中，滑摩功與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、住從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速差及滑磨的時(shí)間有關(guān)。因此，在起步過(guò)程中應(yīng)該盡量減少滑摩功。

Matlab/Simulink中滑摩功的計(jì)算模型，如圖3所示。

圖3 滑摩功仿真模型

4 仿真結(jié)果及分析

本文選擇在油門開(kāi)度為30%下進(jìn)行平地正常起步，以及10%、20%坡道起步等三種工況下的Matlab/Simulink仿真，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速依次設(shè)置為1000r/min、1200r/min、1400r/min、1600r/min和1800r/min五種情況。仿真結(jié)果顯示：在節(jié)氣門開(kāi)度不變的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，滑摩功的產(chǎn)生量迅速增加；在1800轉(zhuǎn)時(shí)，在2.44s時(shí)達(dá)到了14.7kJ；然而，隨著轉(zhuǎn)速的增加，汽車的起步車速變得減??；1000轉(zhuǎn)的時(shí)候，在2s時(shí)車速達(dá)到13.35km/h。而隨著坡度的增加，滑摩功增大迅速，并且滑磨的時(shí)間較長(zhǎng)，需要較多的時(shí)間才能達(dá)到平衡，汽車的起步車速比平坦道路上面小得多。這主要是由于坡道阻力迅速增大了。

5 結(jié)論

在節(jié)氣門開(kāi)度不變的情況下，隨著轉(zhuǎn)速增加，滑摩功迅速增加，并且滑磨需要的時(shí)間也變長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)候主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差對(duì)滑摩功的影響更大，而汽車的起步車速降低。隨著坡度的增加，滑摩功的值迅速增大，比平道起步要大得多，這主要是由于坡道阻力迅速增大了。

[1]常成.干式DCT雙離合器設(shè)計(jì)與起步過(guò)程仿真分析[D].太原：中北大學(xué)，2013.

[2]鄭修成.干式雙離合變速器轉(zhuǎn)矩傳遞建模與換擋控制研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2014.

[3]張化光，孫秋野.MATLAB/Simulink實(shí)用教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

Starting Modeling and Simulation Analysis of Dry Dual Clutch based on MATLAB/Simulink

BU Yushuai, WANG Tie, GAO Jinrui
(School of automobile and traffic, ShenYang Ligong University, Shenyang 110159)

In this paper, based on the principle of constant engine speed, set up in the MATLAB/Simulink dry dual clutch starting dynamics simulation model and vehicle dynamics model of dual dry clutch starting conditions were studied.

dry double clutch, constant speed, dynamics, simulation, model