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      干式雙離合自動變速器分段優(yōu)化換擋的分析

      2018-12-26 08:44:22楊浩劉森
      大眾汽車 2018年11期
      關(guān)鍵詞:干式油壓離合器

      楊浩 劉森

      南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 河南 南陽 473000

      引言

      在雙離合自動變速器的動力方面,分別采用奇數(shù)與偶數(shù)兩個擋位進行驅(qū)動,在保障自動與手動變速器不發(fā)生變化的情況下,利用雙離合器彌補換擋過程中動力上的缺陷,具有較為良好的體驗感、經(jīng)濟性與動力性。但是,如若在雙離合器換擋的過程中控制不合理,則會產(chǎn)生動力循環(huán)、滑摩過度等情況,不但無法提高綜合性能,甚至還會影響變速器的使用。因此,本文以干式雙離合自動變速器為例,對其換擋過程的分段優(yōu)化措施進行分析與研究。

      1 干式雙離合自動變速器換擋過程概述

      1.1 動力學(xué)模型的構(gòu)建

      雙離合自動變速器又可稱為DCT,本文所研究的干式DCT動力學(xué)模型可表示為:

      式中,Te代表的使發(fā)動機扭矩;Tco代表的是奇離合器傳遞扭矩;Tce代表的是偶離合器傳遞扭矩;ω代表的使發(fā)動機的速度;m代表的使整車質(zhì)量;rw代表的使車輪本經(jīng);TR代表的使阻力矩。

      根據(jù)干式DCT結(jié)構(gòu),利用控制液對液壓機構(gòu)壓強進行控制,從而對離合器的傳遞扭矩進行控制。如若離合器處于接合狀態(tài),則傳遞發(fā)動機扭矩;如若離合器處于滑摩狀態(tài),則傳遞離合器滑摩扭矩,表達式如下:

      式中,Tc代表的是離合器傳遞扭矩;Tf代表的使離合器滑摩扭矩;代表的使離合器片摩擦因數(shù);Fc代表的使離合器壓盤壓緊力;Rc代表的是等效摩擦半徑。

      1.2 DCT換擋過程劃分

      將DCT的換擋過程劃分為四個部分,在換擋過程中,奇數(shù)離合器利用的使分離離合器;偶數(shù)離合器采用的是接合離合器。第一階段屬于預(yù)充階段,與離合器相互連接后建立油壓,并且對分離離合器中的油壓進行降低,使其屬于臨界值;第二階段屬于扭矩交互階段,與離合器相接觸后不斷的增壓,不斷增加傳遞發(fā)動機中的扭矩;同時對分離離合器中的油壓進行降低,使其與傳遞扭矩相一致,直至與接合離合器傳遞發(fā)動機扭矩完成一致;第三階段屬于調(diào)速階段,奇偶離合器均為滑摩狀態(tài),利用接合離合器油壓,使發(fā)動機降扭,以此來使結(jié)合離合器主片與動片都處于同步狀態(tài);第四階段在完成上述操作以后,將油壓增加,使其處于系統(tǒng)安全油壓范圍。

      1.3 換擋過程的關(guān)鍵節(jié)點

      在DCT換擋的過程中,各個階段動力學(xué)特性不盡相同,因此各個階段的分界點都屬于換擋控制的關(guān)鍵節(jié)點。在第一與第二階段相結(jié)合的位置,如若離合器沒有建立油壓,則會使動力不斷降低,如若離合器建立的油壓,但油壓較快,則會形成沖擊,第一階段輸出的軸扭矩可以表示為:

      式中,i1代表的是第一階段擋轉(zhuǎn)動比;i2代表的是第二階段擋轉(zhuǎn)動比; 代表的是偶數(shù)離合器摩擦因數(shù);Cce代表的是偶數(shù)離合器控制系數(shù);Pce代表的使液壓閥壓強。

      由此可見,如若扭矩交互很快完成,將會產(chǎn)生換擋動力;如若完成的較慢,則會在兩個離合器之間產(chǎn)生動力回路,進而對效率與舒適度產(chǎn)生較大影響。在第三階段結(jié)束以后,便是換擋過程中的又一個關(guān)鍵點,該點十分容易受到?jīng)_擊,如若發(fā)動機扭矩的請求沒有得到合理的控制,則很容易在同步點的位置產(chǎn)生較大的沖擊[1]。

      2 干式雙離合自動變速器換擋方法

      通過上文的分析和闡述可知,在換擋過程中關(guān)鍵節(jié)點需要制定有效的策略進行控制,不但要對換擋過程進行優(yōu)化,還應(yīng)為關(guān)鍵節(jié)點提供切實保障,特別是同步點性能,以此來達到換擋整體優(yōu)化的效果。DCT換擋應(yīng)與摩擦功、沖擊度相結(jié)合,并且確保關(guān)鍵節(jié)點的功能得以充分展現(xiàn)。本文將以第一部分與第二部分為例,對DCT整體控制方式進行分析。

      2.1 預(yù)充階段換擋方式

      在預(yù)充階段中,離合器沒有正式開始傳遞扭矩,分離離合器也沒有開始滑摩,這時兩個離合器在油壓方面也沒有過大的差距,在沖擊度與摩擦功方面也不會產(chǎn)生較大的影響,因此在油壓變化的分析上,應(yīng)以系統(tǒng)運行中的最大速度為依據(jù)。預(yù)充結(jié)束的關(guān)鍵節(jié)點控制的前提為離合器中存在少量的正滑摩;當離合器控制按照加速度波動超過在擋行駛加速度時,應(yīng)以自然波動的變化程度為先決條件,二者的判斷依據(jù)如下:

      2.2 扭矩交互階段換擋方式

      在該階段中,分離器的狀態(tài)始終為接合,摩擦功較低,因此應(yīng)更多的側(cè)重于沖擊度方面。通過公式計算可知,該階段的沖擊度與離合器的增壓相比屬于正相關(guān)關(guān)系,所傳遞出來的扭矩由分離離合器轉(zhuǎn)移到接合離合器當中,因此后者在增壓狀態(tài)下,分離離合器中的油壓勢必會降低。由駕駛員對沖擊度閥值進行設(shè)定,然后明確前者的增壓速率以及后者的減壓速率。

      在扭矩交互階段中,主要的控制難點在于保障分離離合器的臨界位置,事實上,通過主從動片中產(chǎn)生小量滑摩能夠看出,其與主動片轉(zhuǎn)速滑摩之間存在一定的聯(lián)系,在對跟隨控制效果進行計算時,算法為:

      將εΔω設(shè)置為轉(zhuǎn)速差的控制目標,如若分離離合器的轉(zhuǎn)速差與εΔω設(shè)置的數(shù)值相同或者超過設(shè)置的數(shù)值時,則代表著預(yù)充結(jié)束,并且開始正式扭矩交互控制;

      根據(jù)上文中所闡述的方式,對雙離合器的油壓進行變動實驗,并且以分離離合器中的轉(zhuǎn)速差作為反饋信號,對離合器中的油壓進行控制,保障扭矩在交互時都能夠以εΔω為中心產(chǎn)生波動,這樣做不但能夠使分離離合器對發(fā)動機進行驅(qū)動,還能夠保障扭矩始終為正,不會由于分離離合器中的從動片轉(zhuǎn)速超過發(fā)動機而產(chǎn)生較大的沖擊;

      當分離離合器中轉(zhuǎn)速差與△ω0相比較大時,則代表著扭矩交互正式完成,可以進入到下一個階段[2]。

      2.3 調(diào)速階段換擋方式

      針對調(diào)速階段的控制,不但要針對整個換擋過程沖擊度進行分析,使其能夠與滑摩功之間處于均衡狀態(tài),還應(yīng)注重最終的同步點沖擊,因此在離散動態(tài)規(guī)劃情況下,可以通過公式對換擋策略進行設(shè)計,公式為:

      式中,xk代表的是KT時的狀態(tài)矢量;uk代表的是控制矢量數(shù)值;Φ(XN)代表的是終端性能指標;J代表的是總性能泛函。在離散動態(tài)規(guī)劃目標方面,為了能夠?qū)ふ业阶罴芽刂菩蛄?,?yīng)盡可能的減少J的數(shù)值。在實車應(yīng)用的過程中,對于不同車速、駕駛員意圖、檔位等因素影響,離散狀態(tài)規(guī)劃經(jīng)過計算機完成運算,將結(jié)果輸入到TCU當中,并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建二維表,通過標定對基準值進行糾正,最終繪制成實車的控制曲線。

      3 DCT換擋控制策略的實際應(yīng)用

      將文中所研究的分段優(yōu)化換擋策略應(yīng)用到車輛實驗中,針對A市試車場中的車輛進行實車測試,選擇的實驗環(huán)境為平面公路,工況為靜態(tài)起步踩油門換擋。在實驗中所選擇的車輛等級為B,質(zhì)量為1450kg,在發(fā)動機中最大的扭矩為225N·m,裝配干式DCT,第一與第二擋傳動比為15.14與9.52,其中包含減速比。

      3.1 新舊一擋升二擋控制效果對比

      分別采用傳統(tǒng)方式與新型策略對車輛在全油門工況下,第一擋升級為第二擋時的效果進行對比分析。在以往控制策略當中,通過標定PI參數(shù)的方式,保障輸出扭矩的數(shù)值不發(fā)生改變,通過扭矩與降扭兩個階段,促使發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。為了方便對比分析,在新制定的策略中對換擋時間,通過計算可知,在新策略當中,前后摩擦功均相同,主要的性能區(qū)別體現(xiàn)在沖擊度當中。

      通過實驗結(jié)果可以看出,在以往傳統(tǒng)的換擋過程中,調(diào)速階段中產(chǎn)生的沖擊力最大,并且沒有重點對關(guān)鍵節(jié)點進行優(yōu)化,致使扭矩在交互與分界的過程中,在兩個關(guān)鍵節(jié)點上產(chǎn)生了較大的沖擊現(xiàn)象;而使用新型分段優(yōu)化策略則能夠有效的避免上述問題的發(fā)生,在整個換擋過程中,都能夠感受到均勻的沖擊程度,并且將沖擊力有效的控制在較為合理的范圍之內(nèi)。另外,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)能夠?qū)σ淮稳烷T溫度的提升進行計算,使第一擋在上升到第二擋時,平均溫度上升到35—40℃之間,在滑摩功方面也能夠得到有效的控制與保障。

      3.2 新舊油門控制效率的對比

      通過不同的油門測試,對實驗車輛的DCT進行分段優(yōu)化控制,從效果的對比分析中能夠看出,無論在何種油門工況情況下,新策略都能夠在確保滑摩功不增加的同時,對沖擊度進行有效的控制。在扭矩交互方面,也能夠有效防止發(fā)動機的異常轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速波動;對于同步點性能的優(yōu)化來說,能夠有效防止在傳遞扭矩的過程中由于特性發(fā)生改變而產(chǎn)生的同步?jīng)_擊[3]。

      4 結(jié)論

      綜上所述,換擋過程控制屬于干式DCT控制中的重中之重,同時也具有較強的復(fù)雜性。在本文的研究中,通過實車實驗的方式,將整體的換擋過程劃分為四個部分,使干式DCT的換擋性能得到有效的改善。在本文所提出的策略當中,還將關(guān)鍵節(jié)點的控制融入其中,針對可能對其產(chǎn)生影響的因素進行評價,并且獲取到十分良好的控制效果。

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