[发明专利]汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台

权利要求书

1.一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，包括宿主机、目标机、电控单元，其特征在于：

宿主机建立汽车起步工况、起步完成后的稳定行驶工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器开始接合的工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器完成接合的工况以及双离合器换挡的动态过渡工况的数字仿真数学模型，转化为C代码格式，经以太网由目标机接收下载到其CPU内，电控单元控制二个离合器的执行电机和同步器的执行电机，并通过PCL板卡接收离合器的位移量，控制目标机内存储的汽车各种工况数字仿真模型运行及其反馈的信息。

2.按权利要求1所述的一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，其特征在于：

所述的多种工况数字仿真数学模型如下：

1)汽车起步工况

车辆首先处于驻车工况，当驾驶员打开点火钥匙后，开始进入起步工况。在起步工况中，离合器1的主、从动部分开始接合，动力学微分方程如下所示：

$T_e-T_{c_{1}e}-b_e{\mathrm{\ω}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\ω}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

$T_{e{c}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\ω}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{s{m}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\ω}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\ω}}_s=(I_s+I_g{i}_{s_2}^2)\frac{d{\mathrm{\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

${\mathrm{\ω}}_{m_1}=\frac{{\mathrm{\ω}}_{c_1}}{i_1}---\left(5\right)$

${\mathrm{\ω}}_s=\frac{{\mathrm{\ω}}_{m_1}}{i_{s_1}}---\left(6\right)$

$T_{c_1{m}_1}=i_1{T}_{m_1{c}_1}\mathrm{\η}---\left(7\right)$

$T_{m_{1}s}=i_{s_1}{T}_{s{m}_1}\mathrm{\η}---\left(8\right)$

$I_s=\frac{m\·r^2+I_{\mathrm{chc}}}{i_0^2}+I_{\mathrm{chz}}---\left(9\right)$

$F_r=(f\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\α})\mathrm{mg}+\frac{C_D{\mathrm{Av}}^2}{21.15}---\left(10\right)$

$T_f=\frac{F_{r}r}{i_0}---\left(11\right)$

式中I_e——发动机及离合器主动部分的转动惯量；

I_c1——c₁轴及与其固定联接部分的转动惯量；

I_m1——m₁轴及与其固定联接部分的转动惯量；

I_s——s轴和主减速器主动部分的转动惯量；

I_chc——主减速器从动部分的转动惯量；

I_chz——主减速器主动部分和s轴的转动惯量之和；

I_g——单个齿轮的转动惯量；

——c₁轴的转速及转速的变化率；

——m₁轴的转速及转速的变化率；

——s轴的转速及转速的变化率；

T_e——发动机的转矩；

T_c1e——c₁轴对发动机的反作用转矩；

T_ec1——发动机传递给c₁轴的转矩；

T_m1c1——中间轴m₁对c₁轴的反作用转矩；

T_c1m1——c₁轴传递给中间轴m₁的转矩；

T_sm1——输出轴s对中间轴m₁的反作用转矩；

T_m1s——中间轴m₁传递给输出轴s的转矩；

T_f——转换到变速器输出轴处的阻力矩；

i₁——为当前挡位的速比；

i_S1——中间轴m₁与输出轴s间的传动比；

i_S2——中间轴m₂与输出轴s间的传动比；

i₀——主减速器的速比；

b_e，b_c1，b_m1——阻尼；

m，C_D，A——整车质量、风阻系数及迎风面积；

v——车速；

α——道路坡度；

r——车轮半径；

η——为两个齿轮间的传递效率、定义为95％；

2)起步完成后的稳定行驶工况

当离合器1的主、从动部分达到同步后，车辆进入稳定行驶阶段，c₁轴与发动机的曲轴固联在一起，动力学微分方程如下所示：

$T_e-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\ω}}_{c_1}=(I_e+I_{c_1})\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(12\right)$

${\mathrm{\ω}}_{c_1}={\mathrm{\ω}}_e---\left(13\right)$

式中b_s——阻尼；

3)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器预先接合工况

随着车速的增加，车辆有换挡的趋势，下一挡位同步器预先接合，与上一工况相比，增加了同步器动态接合过程，相应的转动惯量及转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示：

$T_{m_{1}s}-T_f-T_{\mathrm{gs}}-b_s{\mathrm{\ω}}_s=I_s\frac{d{\mathrm{\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(14\right)$

$T_{\mathrm{sg}}-T_t-b_g{\mathrm{\ω}}_g=I_g\frac{d{\mathrm{\ω}}_g}{\mathrm{dt}}---\left(15\right)$

$T_t-b_t{\mathrm{\ω}}_t=(I_{c_2}{i}_2^2+I_t)\frac{d{\mathrm{\ω}}_t}{\mathrm{dt}}---\left(16\right)$

${\mathrm{\ω}}_g=i_{s_2}{\mathrm{\ω}}_s---\left(17\right)$

$T_{\mathrm{gs}}=i_{s_2}{T}_{\mathrm{sg}}\mathrm{\η}---\left(18\right)$

式中T_gs——中间轴m₂作用于输出轴的转矩；

T_sg——相应的反作用转矩；

ω_g——为同步器主动部分的转速；

T_t——同步器主动部分作用于其被动部分的转矩；

I_c2——c₂轴及与其固定联接部分的转动惯量；

I_t——同步器从动部分的转动惯量；

——同步器从动部分的转速及其变化率；

i₂——下一挡位的速比；

b_g，b_t一表示阻尼；

4)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器已经接合工况

在同步器完全接合后，相应的转动惯量和转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示：

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\ω}}_s=[I_s+(I_{c_2}{i}_2^2+I_{m_2})i_{s_2}^2]\frac{d{\mathrm{\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(19\right)$

${\mathrm{\ω}}_{m_1}=\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{i_1}---\left(20\right)$

${\mathrm{\ω}}_{c_1}={\mathrm{\ω}}_e---\left(21\right)$

式中I_m2——m₂轴及与其固定联接部分的转动惯量；

5)双离合器换挡的动态过渡工况

当达到换挡临界点时，与当前挡位联接的离合器开始分离，同时另一离合器开始接合，动力学微分方程如下所示：

$T_e-[\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_1})T_{c_{1}e}+\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_2})T_{c_{2}e}]-b_e{\mathrm{\ω}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\ω}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(22\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_1})T_{e{c}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\ω}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(23\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_2})T_{e{c}_2}-T_{m_2{c}_2}-b_{c_2}{\mathrm{\ω}}_{c_2}=I_{c_2}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_2}}{\mathrm{dt}}---\left(24\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{{\mathrm{sm}}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\ω}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{{\mathrm{d\ω}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(25\right)$

$T_{c_2{m}_2}-T_{{\mathrm{sm}}_2}-b_{m_2}{\mathrm{\ω}}_{m_2}=I_{m_2}\frac{{\mathrm{d\ω}}_{m_2}}{\mathrm{dt}}---\left(26\right)$

$T_{m_{1}s}+T_{m_{2}s}-T_f-b_s{\mathrm{\ω}}_s=I_s\frac{d{\mathrm{\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(27\right)$

$T_{c_2{m}_2}=i_2{T}_{m_2{c}_2}\·\mathrm{\η}---\left(28\right)$

${\mathrm{\ω}}_{m_2}=i_{s_2}{\mathrm{\ω}}_s---\left(29\right)$

$T_{m_{2}s}=i_{s_2}{T}_{{\mathrm{sm}}_2}\mathrm{\η}---\left(30\right)$

${\mathrm{\ω}}_{c_2}=i_2{\mathrm{\ω}}_{m_2}---\left(31\right)$

$\mathrm{sig}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_1})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_1}\≥0\\ -1& {\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_1}\<0\end{array}\right.---\left(32\right)$

$\mathrm{sig}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_2})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_2}\≥0\\ -1& {\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_2}\<0\end{array}\right.---\left(33\right)$

式中T_c2e——m₂轴反作用于发动机的转矩；

T_ec2——发动机传递给c₂轴的转矩；

T_m2c2——m₂轴对c₂轴的反作用转矩；

T_c2m2——c₂轴传递给中间轴m₂的转矩；

T_sm2——s轴对中间轴m₂的反作用转矩；

T_m2s——中间轴m₂传递给s轴的转矩；

——c₂轴的转速及转速的变化率；

ω_m2，-m₂轴的转速及转速的变化率；

b_m2-阻尼。