CN110119538B - 基于四参数模型的摩擦式离合器瞬态温度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于四参数模型的摩擦式离合器瞬态温度计算方法，其特征在于，该方法采用四参数模型代替二参数模型，对离合器瞬态温度进行迭代计算，所述的四参数模型中，温升系数和散热系数均被替代为以环境温度和滑摩功率为变量的一次函数。与现有技术相比，本发明既考虑了摩擦生热与离合器半径有关的事实，得到的模型在与实际情况比较时，比原模型更加精确，发现了所用模型的模型参数(温升系数和散热系数)与环境温度、滑摩功率的线性关系，并将这种关系带入二参数模型中，使得改进模型的工况适应性更好。

Description

基于四参数模型的摩擦式离合器瞬态温度计算方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦式离合器瞬态温度计算方法，尤其是涉及一种基于四参数模型的摩擦式离合器瞬态温度计算方法。

背景技术

摩擦离合器是船舶推进轴系的重要部件之一，它利用摩擦面之间的机械摩擦力，把扭矩由主动轴传到从动轴，并且根据工作需要可使主机与从动轴接合或脱离。以摩擦式离合器采用最多的DCT变速箱为例，其全称为双离合自动变速器，由齿轮箱和两套离合器组成，其组成部件与手动变速箱区别不大，制造成本低廉，且DCT变速箱既具有手动变速箱动力传递效率高，燃油经济性好的优点又具有自动变速箱换挡平顺性佳的优点，是性能极为优秀的一种变速箱。但是，DCT变速箱，尤其是干式DCT，存在温升过高的缺点，所以对干式DCT进行实时温度控制是目前亟待解决的问题。

现有的离合器瞬态温度可通过温度场二参数模型计算，现有模型中的二参数 (温升系数和散热系数)值随着工况变化而改变，因此通常采用有限元温度计算方法，存在计算内存大、速度慢等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于四参数模型的摩擦式离合器瞬态温度计算方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于四参数模型的摩擦式离合器瞬态温度计算方法，该方法采用四参数模型代替二参数模型，对离合器瞬态温度进行迭代计算，所述的四参数模型中，温升系数和散热系数均被替代为以环境温度和滑摩功率为变量的一次函数。

所述的温升系数与环境温度和滑摩功率之间为线性关系，所述的散热系数与环境温度和滑摩功率之间为线性关系。

所述的四参数模型表达式为：

其中，T⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点温度，Δt为离散化时间，F⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点离合器压盘压紧力，ω⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点离合器主动端和从动端的转速差，T_∞为环境温度，P为滑摩功率，

为第一比例系数，

为第二比例系数，

为第三比例系数，

为第四比例系数。

所述的第一比例系数、第二比例系数、第三比例系数和第四比例系数的识别方法为最小二乘法。

所述的最小二乘法采用MATLAB中的1sqnonlin非线性拟合函数实现。

各比例系数的初始值为对应数值上下限的平均值。

所述的第一比例系数、第二比例系数、第三比例系数和第四比例系数的优化方法为：通过MATLAB中的lookup模块输入四参数模型进行迭代计算，输入为离合器的转速差和滑摩转矩，输出为模型的计算结果和实验结果的差值，当满足终止条件时，停止迭代，输出各比例系数的优化值，当不满足终止条件时，重新选择各比例系数值进行计算，直到满足终止条件。

所述的终止条件包括待优化系数的变化量、模型计算结果和实验结果的方差的改变量和迭代的次数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)与二参数模型相比，既考虑了摩擦生热与离合器半径有关的事实，得到的模型在与实际情况比较时，比原模型更加精确，发现了所用模型的模型参数(温升系数和散热系数)与环境温度、滑摩功率的线性关系，并将这种关系带入二参数模型中，使得改进模型的工况适应性更好。

(2)与有限元温度计算方法相比，占用的计算内存更小，计算速度更快，精度提高。

(3)采用MATLAB中的lookup模块对各比例系数进行优化，提高了模型精度。

附图说明

图1为本实施例中参数识别流程图；

图2为本实施例中参数优化流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供了一种更加精确的描述摩擦式离合器温度场的改进二参数模型，精度更高，工况适应能力更强，反应快速。可用于离合器精确温度计算与控制策略的相关调整中。流程包括：

1)对某种固定型号的离合器在特定环境温度下进行参数识别，求得模型固定参数c₁、c₂，进而得到了确定的改进二参数温度模型迭代式。

2)在离合器温度控制策略中加入该模型，根据传感器测得的实时环境温度、起始温度、转速差等信息，带入1)中所得的确定迭代式进行计算，得到离合器主体温度，并根据控制策略进行必要的降温等操作，保护离合器，改善其工作性能。

四参数模型表达式为：

其中_，T⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点温度，Δt为离散化时间，F⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点离合器压盘压紧力，ω⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点离合器主动端和从动端的转速差，T_∞为环境温度，P为滑摩功率，

为第一比例系数，

为第二比例系数，

为第三比例系数，

为第四比例系数。该模型的改进点在于，使用环境温度与滑摩功率的函数替代二参数模型的温升系数与散热系数，即：

k₁、k₂分别为温升系数与散热系数。

原模型通过在某一种工况下进行参数识别求得k₁、k₂，但经过实验验证，该模型在不同的工况下实用性很差，误差导致无法使用。经过线性分析，发现了两个系数与环境温度、滑摩功率之间的线性关系。

因此，本实施例借助实验所得温升系数k₁和散热系数k₂同环境温度、滑摩功率的线性函数关系，采用环境温度替代原温度场二参数模型中的模型参数。模型将原本求解k₁、k₂的问题变为求解它们与环境温度、滑摩功率之间的比例系数

的问题，包括参数识别过程和优化过程，具体如下：

图1为参数识别过程，由于干式离合器待辨识的参数没有具体的物理意义，所以无法根据经验给出参数的范围，可以将参数的上下限设置宽泛一些，若在参数识别过程中计算中止，原因是由于参数超出给定的范围，则根据终止原因是超过上限或下限重新给定参数的上下限值。参数的初值越接近真实值则参数辨识所需的时间越短，由于四个参数没有具体的物理意义，所以在本研究中将四个参数的值设为参数上下限的平均值。

干式离合器温度模型的参数识别过程实际是带有约束的优化过程，带有约束是指给定的参数范围。本研究采用MATLAB中的1sqnonlin非线性拟合函数完成参数辨识，其原理是最小二乘法，不断地改变待识别的参数的值从而找到合适的参数值使得在有相同的输入值的条件下，模型的计算结果和实验结果的方差最小。

图2为优化过程。初始化是指设定待识别参数的范围及为待识别的参数赋初值；调用的simulink模型是指改进的温度模型，输入是离合器的转速差，滑摩转矩，通过MATLAB中的lookup模块输入模型，输出是模型的计算结果和实验结果的差值。当满足终止条件时，停止迭代，输出参数值，当不满足终止条件时则重新选择参数值进行计算直到满足终止条件输出参数值。这里的终止条件包括待识别参数的变化量、模型计算结果和实验结果的方差的改变量，以及迭代的次数。

将本实施例与现有的模型进行对比，具体如下：

二参数模型使用方法首先对模型进行参数识别。参数识别是指在已经建立的数学模型的前提下，代入实验数据，求得模型中的未知参数，使得模型的输出结果与实验结果尽量地相同。实验时一共选取多组实验工况。在这些工况中任选一组实验数据代入模型进行参数识别。经过迭代计算得到了升温系数与降温系数。将参数识别结果与台架试验结果相比较，几乎相同，说明结果可信。同样的方法求出其他十组工况下的k₁、k₂值。

由上步结果可知不同工况下的数据识别出的模型参数k₁和k₂是不同的，即一种工况下的模型参数并不适用于其他工况，那么就需要识别非常多工况下的参数值才能用二参数温度模型进行实时温度预测，但是每种工况都要进行参数识别得到该工况特定的参数值显然是不现实的。

使用四参数模型方法与原模型类似。但是参数识别的对象由k₁和k₂值变为

重复参数识别过程，取某一工况下识别出的

的值作为四参数温度模型的固定模型参数。用不同工况下的实验结果(离合器测点温度)与四参数温度模型的计算结果进行比较，通过分析模型计算结果和实验结果的绝对误差和相对误差对模型的精度进行对比，发现其最大绝对误差为2.5℃，最大相对误差为4.4％，相比二参数模型精度有所改进。不同工况仍可使用以上方法求得温度场信息，使离合器的温度控制变为现实。

相比之下，二参数温度模型计算结果的最大绝对误差为17℃，最大相对误差为16％，说明四参数温度模型的计算精度的确有所提高。

申请人声明，本模型通过上述实验来说明本模型的正确性与适用性，但本发明并不局限于上述操作步骤，即不意味着本发明必须依赖上述操作步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (1)

1.一种基于四参数模型的摩擦式离合器瞬态温度计算方法，其特征在于，该方法采用四参数模型代替二参数模型，对离合器瞬态温度进行迭代计算，所述的四参数模型中，温升系数和散热系数均被替代为以环境温度和滑摩功率为变量的一次函数；所述的温升系数与环境温度和滑摩功率之间为线性关系，所述的散热系数与环境温度和滑摩功率之间为线性关系；

所述的四参数模型表达式为：

其中，T⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点温度，Δt为离散化时间，F⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点离合器压盘压紧力，ω⁽ⁱ⁾为第i个离散时间节点离合器主动端和从动端的转速差，T_∞为环境温度，P为滑摩功率，

为第一比例系数，

为第二比例系数，

为第三比例系数，

为第四比例系数；

所述的第一比例系数、第二比例系数、第三比例系数和第四比例系数的识别方法为最小二乘法；

所述的最小二乘法采用MATLAB中的1sqnonlin非线性拟合函数实现；

各比例系数的初始值为对应数值上下限的平均值；

所述的第一比例系数、第二比例系数、第三比例系数和第四比例系数的优化方法为：通过MATLAB中的lookup模块输入四参数模型进行迭代计算，输入为离合器的转速差和滑摩转矩，输出为模型的计算结果和实验结果的差值，当满足终止条件时，停止迭代，输出各比例系数的优化值，当不满足终止条件时，重新选择各比例系数值进行计算，直到满足终止条件；

所述的终止条件包括待优化系数的变化量、模型计算结果和实验结果的方差的改变量和迭代的次数。

Images