CN103838928A - 基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于变速箱仿真技术领域，为使一种通用模型能够应用到AMT系统仿真中，完成换档过程中的动态分析，并能进行控制策略的调试，本发明提供一种基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，设计了通用的变速箱动态模型，把变速箱统一分为同步器和轴系两部分，实现了控制系统性能的预测，解决了无法获得换档过程中的扭矩、转速变化规律的难题，为AMT系统开发过程中的换档规律选择、换档过程中的动力中断控制提供了有力的支撑，也对改善车辆的换档平稳性、摩擦元件的可靠性有很大帮助；本发明缩短了AMT系统的开发周期，降低了研发成本、提高了工作效率，对项目的发展具有重大的进步意义。

Description

基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法

技术领域

本发明属于变速箱仿真技术领域，具体涉及基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法。

背景技术

目前在国内的AMT系统仿真平台，大多数都是对变速箱进行简单的搭建，不能进行换档过程动态分析，而极少数搭建的变速箱模型为针对单一变速箱设计，没有通用性，且需要长时间的设计、调试，无法快速为控制系统设计提供支撑。

因此，设计一种定轴变速箱通用模型，加快仿真平台设计进度，尽快为AMT控制系统设计及调试提供支撑，成为了一个重要的任务。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，使该通用模型能够应用到AMT系统仿真中，完成换档过程中的动态分析，并能进行控制策略的调试。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

步骤一，将基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计转变为变速箱轴模型和同步器模型的设计；

步骤二，所述变速箱轴模型通过受力计算出变速箱轴的参数，包括轴输出转矩、转速和转动惯量；所述变速箱同步器模型通过对轴模型的输出参数和分动箱的输入参数进行判断，计算变速箱传动比及同步扭矩指令，输出变速箱同步器的参数和变速箱输出参数，同时，所述变速箱同步器模型把同步器的参数反馈到轴模型，参数包括转速、扭矩、转动惯量和启动指令。其中，所述变速箱传动比及同步扭矩指令的计算方法为：当变速箱当前档位101查表得到的传动比大于定值C时，表示变速箱在档，变速箱传动比为当前档位传动比；否则，属于换档过程中，此时变速箱传动比由执行机构所挂档位判定；当执行机构档位传动比102大于定值C时，变速箱传动比为执行机构挂档传动比，否则，按照前一项采样时刻获得的传动比计算；同时，如果执行机构挂档完成，而变速箱当前档位为空档时，当前变速箱处于同步过程，输出同步扭矩指令104为1，其他时候为0。

其中，所述轴输出参数即转速、扭矩和转动惯量的计算方法为：

轴输出转速计算公式：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Prim}}=\frac{T_{\mathrm{Clt}}+T_{\mathrm{Sync}}-T_K}{I_{\mathrm{Clt}}+I_{\mathrm{Sync}}+I_{\mathrm{Prim}}}$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{Prim}}={\∫\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Prim}}\mathrm{dt}$

式中：ε_Prim为轴角加速度，单位为rad/s²；T_Clt为离合器输出扭矩，单位为Nm；T_Sync为同步器输出阻力矩，单位为Nm；T_K为变速箱输入轴刚性力矩，单位为Nm；T_K＝Kω_Prim，K为常数，ω_Prim为变速箱轴转速，单位为rad/s；

所述变速箱轴输出扭矩等于离合器输出扭矩；所述变速箱轴输出转动惯量为离合器输出转动惯量与变速箱轴转动惯量的叠加。

其中，所述变速箱输出参数即启动指令、转速、转动惯量和扭矩的计算方法为：当变速箱当前档位101查表得到的传动比大于定值C时，表示变速箱在档，输出启动指令等于1，表示扭矩可以传递；变速箱输出转速等于变速箱传动比103与变速箱轴转速的乘积；变速箱输出转动惯量等于启动指令、传动比103的平方、轴转动惯量的乘积。当在同步过程时，变速箱输出扭矩等于启动指令、传动比103和同步器传递扭矩的乘积，否则，变速箱输出扭矩等于启动指令、传动比103和轴输出扭矩的乘积。

（三）有益效果

与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：

1、本发明设计了通用的变速箱动态模型，变速箱动态模型改变了传统的齿轮对独立建模的方法，把变速箱统一分为同步器和轴系两部分，实现了控制系统性能的预测，解决了无法获得换档过程中的扭矩、转速变化规律的难题，为AMT系统开发过程中的换档规律选择、换档过程中的动力中断控制提供了有力的支撑，也对改善车辆的换档平稳性、摩擦元件的可靠性有很大帮助；

2、本发明缩短了AMT系统的开发周期，降低了研发成本、提高了工作效率，对项目的发展具有重大的进步意义；可以广泛的应用在各种MT、AMT、AST系统的变速箱研制中，节省了控制系统的设计时间和经费；

3、本发明提供的基于Matlab的定轴变速箱通用模型已经成功应用于杭州公交车、东风轻卡、某8X8轮式装甲车的AMT系统的仿真分析、控制系统设计中，通过上述车型验证，定轴变速箱通用模型适用于不同档位、不同结构的定轴变速箱，不仅实现了变速箱的动态仿真，且满足整车及AMT系统仿真要求，该平台是可以代替实际变速箱车进行控制系统及液压系统研究。

附图说明

图1为本发明提供的基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法的结构框图；

图2为本发明提供的基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法的变速箱传动比及同步扭矩指令计算流程图；

图3为本发明提供的基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法的变速箱输出参数计算流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

步骤一，将基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计转变为变速箱轴模型和同步器模型的设计；

步骤二，所述变速箱轴模型通过受力计算出变速箱轴的参数；所述变速箱同步器模型通过对轴模型的输出参数和分动箱的输入参数进行判断，计算变速箱传动比及同步扭矩指令，输出变速箱同步器的参数和变速箱输出参数，同时，所述变速箱同步器模型把最终参数反馈到轴模型，参数包括转速、扭矩、转动惯量和启动指令。

如图2所示，所述变速箱传动比及同步扭矩指令的计算方法为：当变速箱当前档位101查表得到的传动比大于定值C时，表示变速箱在档，变速箱传动比为当前档位传动比；否则，属于换挡过程中，此时变速箱传动比由执行机构所挂档位判定；当执行机构档位传动比102大于定值C时，变速箱传动比为执行机构挂档传动比，否则，按照前一项采样时刻获得的传动比计算；同时，如果执行机构挂档完成，而变速箱当前档位为空挡时，当前变速箱处于同步过程，输出同步扭矩指令104为1，其他时候为0。

其中，所述轴输出参数即转速、扭矩和转动惯量的计算方法为：

轴输出转速计算公式：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Prim}}=\frac{T_{\mathrm{Clt}}+T_{\mathrm{Sync}}-T_K}{I_{\mathrm{Clt}}+I_{\mathrm{Sync}}+I_{\mathrm{Prim}}}$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{Prim}}={\∫\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Prim}}\mathrm{dt}$

式中：ε_Prim为轴角加速度，单位为rad/s²；T_Clt为离合器输出扭矩，单位为Nm；T_Sync为同步器输出阻力矩，单位为Nm；T_K为变速箱输入轴刚性力矩，单位为Nm；T_K＝Kω_Prim，K为常数，ω_Prim为变速箱轴转速，单位为rad/s；

所述变速箱轴输出扭矩等于离合器输出扭矩；所述变速箱轴输出转动惯量为离合器输出转动惯量与变速箱轴转动惯量的叠加。

如图3所示，其中，所述变速箱输出参数即启动指令、转速、转动惯量和扭矩的计算方法为：当变速箱当前档位101查表得到的传动比大于定值C时，表示变速箱在档，输出启动指令等于1，表示扭矩可以传递；变速箱输出转速等于变速箱传动比103与变速箱轴转速的乘积；变速箱输出转动惯量等于启动指令、传动比103的平方、轴转动惯量的乘积。当在同步过程时，变速箱输出扭矩等于启动指令、传动比103和同步器传递扭矩的乘积，否则，变速箱输出扭矩等于启动指令、传动比103和轴输出扭矩的乘积。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

步骤一，将基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计转变为变速箱轴模型和同步器模型的设计；

步骤二，所述变速箱轴模型通过受力计算出变速箱轴的参数；所述变速箱同步器模型通过对轴模型的输出参数和分动箱的输入参数进行判断，计算变速箱传动比和同步扭矩指令，输出变速箱同步器的参数和变速箱输出参数，同时，所述变速箱同步器模型把同步器的参数反馈到轴模型，参数包括转速、扭矩、转动惯量和启动指令。

2.如权利要求1所述的基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，其特征在于：所述变速箱传动比及同步扭矩指令的计算方法为：当变速箱当前档位101查表得到的传动比大于定值C时，表示变速箱在档，变速箱传动比为当前档位传动比；否则，属于换档过程中，此时变速箱传动比由执行机构所挂档位判定；当执行机构档位传动比102大于定值C时，变速箱传动比为执行机构挂档传动比，否则，按照前一项采样时刻获得的传动比计算；同时，如果执行机构挂档完成，而变速箱当前档位为空档时，当前变速箱处于同步过程，输出同步扭矩指令104为1，其他时候为0。

3.如权利要求1所述的基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，其特征在于：所述轴输出参数即转速、扭矩和转动惯量的计算方法为：

轴输出转速计算公式：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Prim}}=\frac{T_{\mathrm{Clt}}+T_{\mathrm{Sync}}-T_K}{I_{\mathrm{Clt}}+I_{\mathrm{Sync}}+I_{\mathrm{Prim}}}$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{Prim}}={\∫\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Prim}}\mathrm{dt}$

式中：ε_Prim为轴角加速度，单位为rad/s²；T_Clt为离合器输出扭矩，单位为Nm；T_Sync为同步器输出阻力矩，单位为Nm；T_K为变速箱输入轴刚性力矩，单位为Nm；T_K＝Kω_Prim，K为常数，ω_Prim为变速箱轴转速，单位为rad/s；

所述变速箱轴输出扭矩等于离合器输出扭矩；所述变速箱轴输出转动惯量为离合器输出转动惯量与变速箱轴转动惯量的叠加。

4.如权利要求1所述的基于Matlab的定轴变速箱通用模型的设计方法，其特征在于：所述变速箱输出参数即启动指令、转速、转动惯量和扭矩的计算方法为：当变速箱当前档位101查表得到的传动比大于定值C时，表示变速箱在档，输出启动指令等于1，表示扭矩可以传递；变速箱输出转速等于变速箱传动比103与变速箱轴转速的乘积；变速箱输出转动惯量等于启动指令、传动比103的平方、轴转动惯量的乘积；当在同步过程时，变速箱输出扭矩等于启动指令、传动比103和同步器传递扭矩的乘积，否则，变速箱输出扭矩等于启动指令、传动比103和轴输出扭矩的乘积。

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