【摘 要】文章概述了雙離合器自動變速器（DCT）系統(tǒng)，闡釋了DCT系統(tǒng)的構(gòu)成，并從DCT 系統(tǒng)的動力學(xué)模型、雙離合器系統(tǒng)建模、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型和整車動力學(xué)模型四個方面論述了DCT系統(tǒng)模型的建立。

【關(guān)鍵詞】DCT系統(tǒng) 建模 動力學(xué)模型 雙離合器自動變速

【中圖分類號】U463.211 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674－4810（2011）20－0200－02

目前，汽車自動變速器主要有三種形式：AT（Automatic Transmission，液力機(jī)械自動變速器）、CVT（Continuously Variable Transmission，無級變速器）和AMT（Automated Manual Transmission，電控機(jī)械自動變速器），在電控機(jī)械式自動變速器領(lǐng)域中，近年來又出現(xiàn)了一種新的變速傳動方式DCT（Dual Clutch Transmission，雙離合器自動變速器），并成了世界汽車領(lǐng)域研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

一 雙離合器自動變速器系統(tǒng)概述

為了既可以充分利用電控機(jī)械式自動變速器具有的優(yōu)點(diǎn)，又可以消除其換檔過程動力中斷的缺點(diǎn)，采用雙離合器結(jié)構(gòu)的雙離合器自動變速器（DCT）應(yīng)運(yùn)而生。DCT的主要特點(diǎn)是變速器各檔位主動齒輪按奇、偶數(shù)檔位分別與輸入軸上設(shè)置的兩個離合器C1、C2連接，離合器C1、C2交替?zhèn)鬟f工作動力以實(shí)現(xiàn)檔位切換。DCT工作時，車輛先以某一檔位運(yùn)行，車輛自動變速器電控單元可以根據(jù)相關(guān)傳感器的信號判斷即將進(jìn)入工作的下一檔位，該檔位與另一個離合器相連且該離合器處于分離狀態(tài)，因此該檔位不傳遞動力，所以可以十分方便的控制換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)，預(yù)先換入這一檔位，在車輛運(yùn)行達(dá)到換檔點(diǎn)時，只需要將正在工作的離合器分離，同時將另一個離合器接合，則使汽車以下一個檔位行駛。在換檔過程中，發(fā)動機(jī)的動力始終不斷地被傳遞到車輪，所以這樣完成的換檔過程為動力換檔，這將極大地提高換檔舒適性，同時也保證了車輛具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

二 DCT系統(tǒng)的構(gòu)成

雙離合器自動變速機(jī)構(gòu)主要包括與離合器、換檔同步器相聯(lián)接的換檔控制系統(tǒng)和電控系統(tǒng)及變速器。雙中間軸式雙離合器自動變速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖（圖略），其特征在于動力輸入軸上設(shè)置有兩個離合器C1、C2，變速器各檔位主動齒輪按奇、偶數(shù)檔位分別與離合器C1、C2連接，離合器C1、C2交替?zhèn)鬟f動力以實(shí)現(xiàn)檔位切換，DCT的同步器與普通手動變速器的同步器結(jié)構(gòu)形式基本相同。

在車輛處于停車狀態(tài)時，兩個離合器都處于分離狀態(tài)。當(dāng)車輛起步時，初選Ⅰ檔，選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)將檔位置為Ⅰ檔，然后離合器C1接合，車輛開始起步運(yùn)行，這時的控制過程與電控機(jī)械式自動變速器類似。車輛換入Ⅰ檔運(yùn)行后，因?yàn)榇藭r離合器C2處于分離狀態(tài)，不傳遞動力。在車速達(dá)到Ⅱ檔的換檔點(diǎn)之前，選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)就將Ⅱ檔同步器結(jié)合，當(dāng)車速達(dá)到換檔點(diǎn)時，離合器C1開始分離，同時離合器C2開始接合，兩個離合器交替切換，直到離合器C1完全分離，離合器C2完全接合。車輛進(jìn)入Ⅱ檔運(yùn)行后，自動變速器電控單元可以根據(jù)相關(guān)傳感器信號判斷車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而計(jì)算出車輛即將進(jìn)入運(yùn)行的檔位，如果車輛加速，則下一個檔位為Ⅲ檔，如果車輛減速，則下一個檔位為Ⅰ檔。而Ⅰ檔和Ⅲ檔均連接在離合器C1上，因?yàn)樵撾x合器處于分離狀態(tài)，不傳遞動力，故可以控制選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)預(yù)先換入即將進(jìn)入工作的檔位，當(dāng)車輛運(yùn)行達(dá)到換檔點(diǎn)時，只需要將正在工作的離合器C2分離，同時將另一個離合器C1接合，配合好兩個離合器的切換時序即可方便地實(shí)現(xiàn)整個換檔過程。

三 DCT系統(tǒng)的動力學(xué)模型

要分析DCT換檔過程中傳動系的動力學(xué)特性，需要建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型。車輛動力傳動系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多質(zhì)量、多自由度的系統(tǒng)，在建立其模型前需要對其進(jìn)行簡化，為此作如下假設(shè)：（1）系統(tǒng)由無彈性的慣性元件和無慣性的彈性元件組成；（2）忽略軸承和軸承座的彈性以及齒輪嚙合彈性；（3）忽略軸的橫向振動。根據(jù)以上假設(shè)，將系統(tǒng)簡化為一個離散化的當(dāng)量系統(tǒng)。離合器主動盤之前的參數(shù)或變量向離合器輸入軸轉(zhuǎn)化，即向發(fā)動機(jī)飛輪轉(zhuǎn)化；變速器輸出軸之后的參數(shù)或變量向輸出軸轉(zhuǎn)化，即向車輛平移質(zhì)量的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行轉(zhuǎn)化。建立的DCT系統(tǒng)動力學(xué)模型簡圖（以Ⅰ檔和Ⅱ檔為例）（圖略）。其中，Te為發(fā)動機(jī)輸出扭矩，TC1、TC2為離合器C1、C2傳遞的扭矩，Tout為對車輛輸出地扭矩，Tr為外界阻力矩作用子變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)矩；Ie為發(fā)動機(jī)和離合器主動部分的轉(zhuǎn)動慣量；Ic1、Ic2分別為離合器C1、C2從動部分及連接部分的轉(zhuǎn)動慣量，Iv為變速器輸出軸轉(zhuǎn)動慣量和汽車平移質(zhì)量換算到輸出軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量之和；Kc為變速箱輸出軸與Iv間的當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度；be、bc1、bc2、bv分別為Ie、Ic1、Ic2、Iv的旋轉(zhuǎn)粘性阻尼；θe、θc1、θc2、θv分別為Ie、Ic1、Ic2、Iv的角位移；i1、i2分別為Ⅰ、Ⅱ檔傳動比。根據(jù)DCT系統(tǒng)動力學(xué)模型簡圖，車輛起步可以采用一個離合器起步也可以采用兩個離合器同時參與起步，則整個過程中可能出現(xiàn)三種情況：一個離合器滑磨，兩個離合器同時滑磨和以固定檔位運(yùn)行。

四 雙離合器系統(tǒng)建模

1．離合器動態(tài)摩擦力矩建模

首先，離合器靜態(tài)模型分析。離合器靜態(tài)模型認(rèn)為，離合器傳遞的力矩為靜態(tài)摩擦力矩Tcs。該模型不考慮動態(tài)摩擦系數(shù)，不考慮離合器傳遞力矩的過渡過程，用靜態(tài)摩擦力矩代替動態(tài)摩擦力矩，與實(shí)際情況差異較大。而應(yīng)用于雙離合器自動變速器的自動離合器要求對離合器的傳遞力矩實(shí)現(xiàn)較精確的控制，故在雙離合器自動變速器控制過程中應(yīng)用靜態(tài)模型會影響自動離合器的控制精度。其次，動態(tài)摩擦力矩模型。離合器由滑磨到完全接合過渡的動態(tài)過程中，動態(tài)摩擦力矩是漸變的過程，前期主要取決于正壓力，隨著轉(zhuǎn)速差|△ω|的減小，逐漸過渡到主要取決于離合器的輸入扭矩。因此，在過渡過程中，離合器傳遞的力矩是正壓力與離合器的輸入扭矩共同作用的。定義了輸入扭矩影響參數(shù)λ來表征輸入扭矩對動態(tài)摩擦力矩的影響，可得到列離合器扭矩傳遞特性：在過渡的開始階段，輸入力矩的作用很明顯，隨著轉(zhuǎn)速差的增大，其影響迅速下降。λ表征了輸入力矩的影響下降的速度。動態(tài)模型能夠較好地體現(xiàn)出離合器傳遞力矩的過渡性質(zhì)，對于更加精確地控制離合器具有很好的理論指導(dǎo)意義。

2．膜片彈簧建模

膜片彈簧可以看成是由碟簧部分A和分離指部分B（開槽處）所組成，具有徑向槽的指形部分在離合器分離過程中起分離桿的作用，因此稱為分離指。膜片彈簧小端變形量λ2即分離軸承的位移，膜片彈簧大端的載荷F1產(chǎn)生摩擦扭矩Tc。F1與λ2的非線性關(guān)系反映為Tc為λ2的非線性函數(shù)。

五 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型

本文論述的離合器為干式離合器。電機(jī)驅(qū)動的雙離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括直流伺服電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)為直齒單級減速器，運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為絲杠螺母，它可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為離合器分離結(jié)合所需要的直線運(yùn)動，同時實(shí)現(xiàn)較大減速比，獲得恰當(dāng)?shù)乃俣群妥銐虻姆蛛x力。根據(jù)直流永磁伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)模型，可以建立在恒定磁場激磁條件下的電機(jī)運(yùn)動基本方程，包括電壓平衡方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程、電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程和電動機(jī)加速轉(zhuǎn)矩方程，進(jìn)而可以得出直流伺服電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的微分方程，然后取拉普拉斯變換得模型。

六 結(jié)束語

DCT系統(tǒng)在起步和換檔過程中的動力學(xué)模型，包括以固定檔位運(yùn)行、單離合器滑磨和雙離合器同時滑磨三種情況。由于篇幅原因，本文沒有對雙離合器系統(tǒng)建模及離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行詳細(xì)論述，主要論述了建模的思路與方法。另外，工程實(shí)際中還應(yīng)建立發(fā)動機(jī)數(shù)值模型。

參考文獻(xiàn)

［1］楊偉斌、吳光強(qiáng)等.雙離合器式自動變速器傳動系統(tǒng)的建模及換檔特性［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007（7）

［2］吳光強(qiáng)、楊偉斌等.雙離合器式自動變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007（2）

〔責(zé)任編輯：李錦雯〕