基于車輛動力學模型的AMT在環(huán)仿真實驗系統(tǒng)研究
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2 車輛動力學系統(tǒng)仿真模型
2．1 車輛模型
車輛由發(fā)動機提供動力源，經過傳動系傳遞到驅動車輪，并轉化為驅動力克服道路阻力，驅動車輛行駛。車輛的行駛方程為：
式中：Ft為驅動力；Ff為地面滾動阻力；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分別為變速器傳動比和主減速比；ηT為傳動系的機械效率；r為車輪半徑；m為車輛總質量；g為重力加速度；f為地面與輪胎的滾動阻力系數；i為道路坡度；CD為空氣阻力系數；A為迎風面積；u為汽車行駛速度；δ為汽車旋轉質量換算系數。
圖2所示為車輛傳動的三質量系統(tǒng)動力學模型，其各部分的動力學方程為：
式中：Tc為發(fā)動機的輸出轉矩；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矩；Tψ為車輪所受阻力轉矩，包括空氣阻力矩、道路阻力矩和制動力矩等；ωe為發(fā)動機曲軸角速度(也是離合器主動片角速度)；ωc為變速器輸入軸角速度(也是離合器從動片角速度)；ωv為變速器輸出軸角速度；Je 為發(fā)動機、離合器主動部分當量轉動慣量；Jc為離合器從動部分、變速器部分當量轉動慣量；Jv為與變速器輸出軸有固定關系的各總成部件在軸上的當量轉動慣量；ign和io分別為變速器第n檔傳動比和主減速比。
2．2 發(fā)動機模型
發(fā)動機輸出轉矩Te可通過發(fā)動機速度特性曲線求得。采用實車發(fā)動機速度特性曲線(即發(fā)動機在不同的油門開度和轉速下的轉矩特性)作為發(fā)動機模型，由發(fā)動機轉速和油門踏板開度確定發(fā)動機輸出轉矩Te。在AMT在環(huán)仿真實驗系統(tǒng)中，通過由車輛模型求得的發(fā)動機轉速及油門踏板的實際開度，根據已知的發(fā)動機速度特性曲線可以求得不同轉速和油門開度下發(fā)動機的輸出轉矩和油耗。
2．3 離合器模型
離合器傳遞轉矩Tc與離合器的工作狀態(tài)有關。離合器依靠主從動片之間的摩擦力矩來傳遞動力，并通過分離與接合來控制車輛動力傳動系統(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狀態(tài)。
2．3．1 完全接合、完全分離狀態(tài)
這兩個狀態(tài)是穩(wěn)定的，離合器傳遞的轉矩也是確定的，即：完全接合時，Tc=Te；完全分離時，Tc=0。
2．3．2 滑磨狀態(tài)
滑磨狀態(tài)是前兩個狀態(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為起步過程中轉速、轉矩變化示意圖。其中，Tm為換算到離合器從動部分上的車輪所受阻力轉矩；Tcs為離合器靜態(tài)摩擦力矩，△ω(△ω=ωe-ωc) 是離合器主動盤、從動盤的轉速差。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，轉速差△ω開始變?。籺3～t4階段，Tc持續(xù)降低，直到Tc=Te，轉速差△ω一直減小到0；t4～t5是離合器快速接合的階段，此時離合器已經停止滑磨，開始正常傳遞發(fā)動機轉矩，Tc=Te。
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