CN108319752A - 湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，包括步骤：确定物理仿真模型的第一级物理参数以及第一级输入输出信息；根据用户需求确定物理仿真模型中所需要的功能子模块，确定每个功能子模块的第二级物理参数以及第二级输入输出信息；建立所有功能子模块之间的协同工作关系网络；根据每个功能子模块的第二级物理参数以及第二级输入输出信息对每个功能子模块一一进行仿真，获取多个物理仿真子模型；调试各个物理仿真子模型，将所有的物理仿真子模型集成一物理仿真模型，集成所有的仿真结果。该方法能够有效集成于整车软件，快速建立物理仿真模型，速度快，实用性高。

Description

湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法

技术领域

本发明涉及物理仿真实验领域，尤其涉及湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法。

背景技术

目前，对各种自动变速器控制器的功能软件开发测试主要有样品硬件或道路试验、仿真分析两类方法，样品硬件或道路试验需耗费大量的人力、物力，加大了开发成本，而且样品硬件及道路试验准备也需要周期，并最终导致变速器控制器开发周期的增长。利用仿真技术可以验证控制策略的有效性并可在早期验证方案的可行性，发现控制器软件存在的缺陷，改善软件开发质量，并在硬件实现之前进行软件初期标定及策略验证等，显著加快软件开发进度。

对变速器仿真系统模型的搭建基本采用数学描述的方法。对湿式双离合器系统而言，包括奇偶两个离合器，典型的为7速前进档和倒档，液压控制模块包括各种不同功能的电磁阀以控制主油压建立、离合器分离结合、离合器润滑冷却、及其选换档等，其系统是一个多自由度、非线性复杂的机械液压系统，如机械自身阻尼特性、刚度特性、摩擦损耗、温度敏感性、电磁特性、流体流动特性等等，对其进行精确的数学描述是一向极其复杂的工作，并且复杂详尽的仿真模型运行速度无法满足软件的MIL、HIL测试，因此针对软件开发前期，为加快开发速度及保证模型准确性，对湿式双离合及液压控制模块物理仿真模型搭建及简化尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，以快速建立一物理仿真模型。

本发明的技术方案是：湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，所述方法包括步骤：

S1、确定物理仿真模型的第一级物理参数以及第一级输入输出信息；

S2、根据用户需求确定所述物理仿真模型中所需要的功能子模块，确定每个所述功能子模块的第二级物理参数以及第二级输入输出信息；

S3、建立所有所述功能子模块之间的协同工作关系网络；

S4、根据每个功能子模块的所述第二级物理参数以及所述第二级输入输出信息对每个所述功能子模块一一进行仿真，获取多个物理仿真子模型；

S5、调试各个所述物理仿真子模型，将所有的所述物理仿真子模型集成一物理仿真模型，集成所有的仿真结果。

较佳的，所述物理仿真模型是由湿式双离合器仿真模块以及液压控制仿真模模块构成的，所述湿式双离合器仿真模块以及所述液压控制仿真模块均是由多个所述功能子模块构成的。

较佳的，在步骤S4中，利用数学方法建立各个功能子模块的物理仿真子模型。

较佳的，利用一介阶跃响应模拟系统阻尼动态，通过数学描述或函数公式及枚举查表将所述物理仿真子模型进行简化。

较佳的，在步骤S4中，通过离合器基本热力学原理及传热学原理建立对应的所述物理仿真子模型，导入所述离合器及变速箱油对应的所述第二级物理参数以及所述第二级输入信息，计算仿真出离合器传递扭矩、冷却润滑油出口油温及离合器摩擦片表面温度。

较佳的，在离合器结合完成前，利用以下公式建立主动盘以及从动盘对应的物理仿真子模型：

对于主动盘：

对于从动盘：

所述离合器结合完成后，主动盘和从动盘的转速相同，则此时两者共同对应的物理仿真子模型为：

其中，T_e为发动机传递扭矩，T_c为离合器传递扭矩，为离合器从动盘端的阻力矩，J_e为发送机及飞轮等主动盘端等效转动惯量，J_v为从动盘等效转动惯量，ω_c为主动盘角速度，ω_e为从动盘角速度。

较佳的，根据传热学原理，所述离合器建立如下物理仿真西模型：

其中，t_int为离合器摩擦片表面温度，t_oil为离合器的冷却润滑油出口油温，ω₁为离合器的主动盘转速，ω₂为离合器的从动盘转速，τ_cl为离合器扭矩，Q_lube为离合器冷却流量，k_{int_heat}为离合器摩擦片表面升温系数，k_{int_cool}为离合器摩擦片表面冷却系数，k_{oil_heat}为润滑油升温系数，k_{oil_cool}为润滑油冷却系数。

较佳的，所述液压控制模块中根据流体力学原理对油路进行建模，获取油路对应的物理仿真子模型，根据牛顿第二定律对滑阀进行建模，获取滑阀对应的物理仿真子模型。

较佳的，根据流体力学原理，建立电磁阀、滑阀以及油路对应的流量与压力之间的物理仿真子模型：

其中，m为滑阀芯质量，x为滑阀芯移动距离，P₁为滑阀流入端压力，P₂为滑阀流出端压力，A₁和A₂均为压力作用面积，F_p为滑阀弹簧初始力，k_s为弹簧刚度，k_d为阻尼系数。

较佳的，根据牛顿第二定律，建立滑阀对应的动力学物理仿真子模型：

其中，m为滑阀芯质量，x为滑阀芯移动距离，P₁为滑阀流入端压力，P₂为滑阀流出端压力，A₁和A₂均为压力作用面积，F_p为滑阀弹簧初始力，k_s为弹簧刚度，k_d为阻尼系数。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：在项目开发初期，能够有效集成于整车软件，快速建立物理仿真模型，显著提高软件MIL、HIL开发进程及其初期标定的进度，速度快，实用性高。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明湿式双离合器及液压控制模块的物理仿真试验方法进行详细说明。

如图1所示，湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，用以建立一物理仿真模型中，包括步骤：

S1、确定物理仿真模型的第一级物理参数以及第一级输入输出信息；

S2、根据用户需求确定物理仿真模型中所需要的功能子模块，确定每个功能子模块的第二级物理参数以及第二级输入输出信息；

S3、建立所有功能子模块之间的协同工作关系网络；

S4、根据每个功能子模块的第二级物理参数以及第二级输入输出信息对每个功能子模块一一进行仿真，获取多个物理仿真子模型；

S5、调试各个物理仿真子模型，将所有的所述物理仿真子模型集成一物理仿真模型，并集成仿真结果。

近一步来讲，在上述物理仿真试验方法中，首先根据湿式双离合器和液压控制系统产品应用特点列举出输入输出信号和功能框架之间的相应联系，即根据用户需求确定物理仿真模型的第一级物理参数以及第一级输入输出信息，这里的第一级物理参数值得是湿式双离合器以及液压控制系统的尺寸信息，而第一级输入/输出信息，指的是用户需要通过哪一个或者哪几个输入数据获取该物理仿真模型最终获取的输出数据。其中，第一级输入输出信息包括第一级输入信息和第一级输出信息，第二级输入输出信息包括第二级输入信息以及第二级输出信息。

因为在实际应用中，一个大的物理仿真模型是需要多个子模型支撑的，即物理仿真模型中的多个子模型协同作用，对上述第一级输入信息进行处理以获取最终的第一级输出信息，是需要多个物理仿真子模型协同作用，对上述第一级输入信息结合处理获取多个第二级输出信息，将第二级输出信息整合后获取最用第一级输出信息。所以，还需要通过步骤S2，根据用户需求确定所需要的功能子模块，并每个功能子模块对应的第二级物理信息以及第二级输入输出信息，建立每个功能子模块之间的协同工作关系网络，并根据这些信息确定相应的物理仿真子模型。最终，对各个物理仿真子模型以及整体的物理仿真模型进行调试，保证其能够正常工作，最终集成结果获取第一级输出信息。

近一步来讲，在步骤S1中，上述物理仿真模型包括湿式双离合器仿真模块以及液压控制仿真模块，而每一个模块下又是由多个子模块构成的，其中第一级输入信息包括电磁阀的输入电流、压力波动因子、油底壳温度、机械泵流量、电子泵流量、超越控制输入、发动机转速、输出轴转速、离合器扭矩波动因子。值得指出的是，根据所述湿式双离合器对应的物理参数模拟出物理仿真模型中的等效节流孔尺寸，以反映离合器充油时的压力相应特性。除此之外，通过离合器基本热力学原理及传热学原理建立对应的物理仿真子模型，导入离合器及变速箱油对应的第二级物理参数以及第二级输入信息数据，计算仿真出离合器传递扭矩、冷却润滑油出口油温及离合器摩擦片表面温度这些第二级输出信息。

近一步来讲，湿式双离合器仿真模块对应的是湿式双离合器物理仿真模型，液压控制仿真模块对应的是液压控制物理仿真模型。由于湿式双离合器仿真模块以及液压控制仿真模块下均包括多个功能子模块，则对应的，湿式双离合器物理仿真模型以及液压控制物理仿真模型均包括多个物理仿真子模型。

近一步来讲，在步骤S4中，利用数学方法建立各个功能子模块的物理仿真子模型。

近一步来讲，利用一介阶跃响应模拟系统阻尼动态，通过数学描述或函数公式及枚举查表等等效方式将原有复杂详尽的物理仿真子模型进行简化，以提高运行步长，加快仿真速度。

近一步来讲，在离合器结合完成前，其利用以下公式建立主动盘以及从动盘对应的物理仿真子模型：

对于主动盘：

对于从动盘：

离合器结合完成后，主动盘和从动盘的转速相同，则此时两者共同对应的物理仿真子模型为：

其中，T_e为发动机传递扭矩，T_c为离合器传递扭矩，为离合器从动盘端的阻力矩，J_e为发送机及飞轮等主动盘端等效转动惯量，J_v为从动盘等效转动惯量，ω_c为主动盘角速度，ω_e为从动盘角速度。

根据传热学原理，离合器建立如下物理仿真子模型：

其中，t_int为离合器摩擦片表面温度，t_oil为离合器的冷却润滑油出口油温，ω₁为离合器的主动盘转速，ω₂为离合器的从动盘转速，τ_cl为离合器扭矩，Q_lube为离合器冷却流量，k_{int_heat}为离合器摩擦片表面升温系数，k_{int_cool}为离合器摩擦片表面冷却系数，k_{oil_heat}为润滑油升温系数，k_{oil_cool}为润滑油冷却系数。

在湿式双离合器仿真模块中，离合器的滑摩功率为离合器传递扭矩和主、从动盘转速差的乘积，摩擦功率大小直接反映离合器滑摩工况的恶劣程度，以及产生滑摩热量的能力。

近一步来讲，液压控制仿真模块中，主要用于仿真主油压电磁阀、选换挡电磁阀、控制离合器电磁阀、润滑冷却电磁阀及其系统油路压力及流量分配等功能工作状态。此仿真模型中的电磁阀是根据电磁阀的电磁特性、滑阀及弹簧的机械特性、流体伯努利原理、压力流量关系以及牛顿第二运动定律，简化出电磁阀“电流-压力”或“电流-流量”特性和滑阀的运动特性，其中选换档压力是根据系统设计的电磁阀及档位选换档逻辑特性及油路设计，计算出每个选换档出口压力及其响应特性。

其中，电磁阀、滑阀以及油路的建模，根据流体力学原理可导出流量与压力之间的关系如下：

在上式中，A为流通面积，C_d为流量系数，P₁为流量前压力，P₂为流量后压力，Q为流量，ρ为流体密度。

此外，许多滑阀动力学建模是根据牛顿第二定律建立如下运动学方程模型：

其中，m为滑阀芯质量，x为滑阀芯移动距离，P₁为滑阀流入端压力，P₂为滑阀流出端压力，A₁和A₂均为压力作用面积，F_p为滑阀弹簧初始力，k_s为弹簧刚度，k_d为阻尼系数。

在上述双离合器输出仿真模型中，能够输出离合器传递扭矩、冷却润滑油出口油温及离合器摩擦片表面温度。此模型能够直观地显示离合器输出信号，便于集成借口及模型调试。

在上述液压控制仿真模块中，能够输出主油压、控制奇偶离合器压力、各挡位压力、冷却润滑流量及压力传感器输出信息。此模型能够直观地显示液压控制模块的输出信号，便于集成及模型调试。

本发明提供一种用于软件开发的湿式双离合及液压控制模块物理仿真模型，该物理仿真模型包括两大功能模块，分别为湿式双离合器模块及其液压控制模块。湿式双离合器模块物理模型能够仿真离合器动力学特性及热特性；液压控制模块物理模型能够仿真主油压电磁阀、选换挡电磁阀、控制离合器电磁阀、润滑冷却电磁阀及其系统油路压力调节及流量分配等功能工作状态。本发明的湿式双离合及液压控制模块物理仿真试验方法，在项目开发初期，能够有效集成于整车软件，快速建立物理仿真模型，显著提高软件MIL、HIL开发进程及其初期标定的进度，速度快，实用性高。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1、确定物理仿真模型的第一级物理参数以及第一级输入输出信息；

S2、根据用户需求确定所述物理仿真模型中所需要的功能子模块，确定每个所述功能子模块的第二级物理参数以及第二级输入输出信息；

S3、建立所有所述功能子模块之间的协同工作关系网络；

S4、根据每个功能子模块的所述第二级物理参数以及所述第二级输入输出信息对每个所述功能子模块一一进行仿真，获取多个物理仿真子模型；

S5、调试各个所述物理仿真子模型，将所有的所述物理仿真子模型集成一物理仿真模型，集成所有的仿真结果。

2.根据权利要求1所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，所述物理仿真模型是由湿式双离合器仿真模块以及液压控制仿真模模块构成的，所述湿式双离合器仿真模块以及所述液压控制仿真模块均是由多个所述功能子模块构成的。

3.根据权利要求2所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，在步骤S4中，利用数学方法建立各个功能子模块的物理仿真子模型。

4.根据权利要求3所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，利用一介阶跃响应模拟系统阻尼动态，通过数学描述或函数公式及枚举查表将所述物理仿真子模型进行简化。

5.根据权利要求3所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，在步骤S4中，通过离合器基本热力学原理及传热学原理建立对应的所述物理仿真子模型，导入所述离合器及变速箱油对应的所述第二级物理参数以及所述第二级输入信息，计算仿真出离合器传递扭矩、冷却润滑油出口油温及离合器摩擦片表面温度。

6.根据权利要求5所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，在离合器结合完成前，利用以下公式建立主动盘以及从动盘对应的物理仿真子模型：

对于主动盘：

对于从动盘：

所述离合器结合完成后，主动盘和从动盘的转速相同，则此时两者共同对应的物理仿真子模型为：

其中，T_e为发动机传递扭矩，T_c为离合器传递扭矩，为离合器从动盘端的阻力矩，J_e为发送机及飞轮等主动盘端等效转动惯量，J_v为从动盘等效转动惯量，ω_c为主动盘角速度，ω_e为从动盘角速度。

7.根据权利要求5所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，根据传热学原理，所述离合器建立如下物理仿真子模型：

其中，t_int为离合器摩擦片表面温度，t_oil为离合器的冷却润滑油出口油温，ω₁为离合器的主动盘转速，ω₂为离合器的从动盘转速，τ_cl为离合器扭矩，Q_lube为离合器冷却流量，k_{int_heat}为离合器摩擦片表面升温系数，k_{int_cool}为离合器摩擦片表面冷却系数，k_{oil_heat}为润滑油升温系数，k_{oil_cool}为润滑油冷却系数。

8.根据权利要求5所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，所述液压控制模块中根据流体力学原理对油路进行建模，获取油路对应的物理仿真子模型，根据牛顿第二定律对滑阀进行建模，获取滑阀对应的物理仿真子模型。

9.根据权利要求1所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，根据流体力学原理，建立电磁阀、滑阀以及油路对应的流量与压力之间的物理仿真子模型：

其中，m为滑阀芯质量，x为滑阀芯移动距离，P₁为滑阀流入端压力，P₂为滑阀流出端压力，A₁和A₂均为压力作用面积，F_p为滑阀弹簧初始力，k_s为弹簧刚度，k_d为阻尼系数。

10.根据权利要求1所述的湿式双离合器及液压控制系统的物理仿真试验方法，其特征在于，根据牛顿第二定律，建立滑阀对应的动力学物理仿真子模型：

其中，m为滑阀芯质量，x为滑阀芯移动距离，P₁为滑阀流入端压力，P₂为滑阀流出端压力，A₁和A₂均为压力作用面积，F_p为滑阀弹簧初始力，k_s为弹簧刚度，k_d为阻尼系数。