基于车辆动力学模型的AMT在环仿真实验系统研究
2 车辆动力学系统仿真模型
2．1 车辆模型
车辆由发动机提供动力源，经过传动系传递到驱动车轮，并转化为驱动力克服道路阻力，驱动车辆行驶。车辆的行驶方程为：
式中：Ft为驱动力；Ff为地面滚动阻力；Fi为路面坡度阻力；Fw为空气阻力；Fj为加速阻力；Tc为离合器传递的摩擦力矩；ig和io分别为变速器传动比和主减速比；ηT为传动系的机械效率；r为车轮半径；m为车辆总质量；g为重力加速度；f为地面与轮胎的滚动阻力系数；i为道路坡度；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；u为汽车行驶速度；δ为汽车旋转质量换算系数。
图2所示为车辆传动的三质量系统动力学模型，其各部分的动力学方程为：
式中：Tc为发动机的输出转矩；Tc为离合器传递的摩擦力矩；Ts为随变速器挡位变化的同步转矩；Tψ为车轮所受阻力转矩，包括空气阻力矩、道路阻力矩和制动力矩等；ωe为发动机曲轴角速度(也是离合器主动片角速度)；ωc为变速器输入轴角速度(也是离合器从动片角速度)；ωv为变速器输出轴角速度；Je 为发动机、离合器主动部分当量转动惯量；Jc为离合器从动部分、变速器部分当量转动惯量；Jv为与变速器输出轴有固定关系的各总成部件在轴上的当量转动惯量；ign和io分别为变速器第n档传动比和主减速比。
2．2 发动机模型
发动机输出转矩Te可通过发动机速度特性曲线求得。采用实车发动机速度特性曲线(即发动机在不同的油门开度和转速下的转矩特性)作为发动机模型，由发动机转速和油门踏板开度确定发动机输出转矩Te。在AMT在环仿真实验系统中，通过由车辆模型求得的发动机转速及油门踏板的实际开度，根据已知的发动机速度特性曲线可以求得不同转速和油门开度下发动机的输出转矩和油耗。
2．3 离合器模型
离合器传递转矩Tc与离合器的工作状态有关。离合器依靠主从动片之间的摩擦力矩来传递动力，并通过分离与接合来控制车辆动力传动系统的工作状态，离合器工作状态可以分为完全接合、完全分离和滑磨三个状态。
2．3．1 完全接合、完全分离状态
这两个状态是稳定的，离合器传递的转矩也是确定的，即：完全接合时，Tc=Te；完全分离时，Tc=0。
2．3．2 滑磨状态
滑磨状态是前两个状态间的过渡状态，既可以是由接合到分离的过渡，也可以是分离到接合的过渡。从其传递的摩擦力矩来看，就是离合器传递的摩擦力矩从0按照一定规律变化到Te或者由Te变化到0的状态。此状态包括离合器起步接合过程、换挡结束后接合过程、换挡开始前分离过程。
(1)起步接合过程
图3为起步过程中转速、转矩变化示意图。其中，Tm为换算到离合器从动部分上的车轮所受阻力转矩；Tcs为离合器静态摩擦力矩，△ω(△ω=ωe-ωc) 是离合器主动盘、从动盘的转速差。0～t1阶段，TcTm，ωe增大，ωc=O；t1～t2阶段，Tc≤Tm，由式(3)可知ωe一直增长到极大值，ωc也增长但是不及ωe增长速度快，故转速差△ω亦增大；t2～t3阶段，Tc>Te，Tc继续增长到极大值，由式(3)可知ωe开始减小，ωc继续增大，转速差△ω开始变小；t3～t4阶段，Tc持续降低，直到Tc=Te，转速差△ω一直减小到0；t4～t5是离合器快速接合的阶段，此时离合器已经停止滑磨，开始正常传递发动机转矩，Tc=Te。
评论