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原文传递 DCT车辆起步与换挡过程摩擦振动特性分析及控制研究

论文题名：	DCT车辆起步与换挡过程摩擦振动特性分析及控制研究
关键词：	双离合器自动变速器;车辆起步;换挡过程;摩擦振动
摘要：	科学技术的发展使得车辆行驶动力性、经济性和舒适性得到了不同程度的提升。近年来，随着人们对出行要求的提高，消费者对驾乘舒适性的要求也日趋严格。作为车辆动力传动系统的关键部件，自动变速器性能的好坏，对整车舒适性具有重要的影响。与其它几种自动变速器相比，双离合器自动变速器（DualClutchTransmission，DCT）具有优越的综合传递性能、良好的生产继承性和出色的混动适配性，非常适合我国自动变速器的发展方向。但搭载DCT的车辆在起步和换挡过程中由于离合器的摩擦传递特性出现颤振现象(Judder)，且随着离合器服役时间的增加，振动程度加重，影响整车舒适性。因此，开展DCT车辆起步和换挡过程摩擦振动特性分析及控制研究对提高DCT车辆起步和换挡品质具有重要意义。　　本研究依托国家自然基金重点项目“考虑服役性能和驾驶行为及行驶环境的DCT智能控制与评价方法”（U1764259）和国家重点研发计划项目课题“智能重型拖拉机动力换挡关键技术研究与开发”（2016YFD0701102），针对DCT车辆起步和换挡过程中由于离合器摩擦传递特性导致的振动且随着离合器接合分离频次的增加，振动加重问题，开展了湿式离合器摩擦衰减（离合器摩擦传递特性随其接合分离频次的增加而衰减）特性及接合过程摩擦振动(自激振动和粘滑现象)特性分析、DCT车辆起步和换挡过程动力传动系统摩擦振动特性分析及控制的研究。主要研究内容如下：　　①研究了湿式离合器摩擦传递性能及其衰减特性，探究了离合器摩擦传递特性随其接合分离频次的变化关系；建立了考虑离合器摩擦衰减特性的动态接合模型并进行了试验验证，分析了离合器接合过程中由于其摩擦传递特性而导致的振动及离合器摩擦衰减特性对其结合过程摩擦振动特性的影响，为DCT车辆起步和换挡过程动力传动系统摩擦振动特性的研究奠定了基础。　　②利用模块化建模思想，建立了发动机单元模型、考虑离合器摩擦衰减特性的离合器单元模型、考虑齿轮时变啮合特性的齿轮副单元模型、考虑多点啮合耦合特性的DCT主减速器单元模型；基于系统中各单元模块间的关联关系，提出了由单元模块动力学模型构建系统动力学模型的方法，并以此方法构建了DCT车辆动力传动系统动力学模型，为DCT车辆起步和换挡过程仿真模型的建立及起步和换挡过程动力传动系统摩擦振动特性的分析与控制提供了基础。　　③搭建了DCT车辆起步过程仿真模型并进行了试验验证；分析了DCT车辆动力传动系统中内部激励（齿轮副时变啮合刚度）及关键结构参数(刚度、阻尼和惯量)对其起步过程摩擦振动特性的影响规律；分别分析了系统中关键控制参数(离合器油压变化率)及DCT车辆起步过程中离合器压力和发动机转矩协调控制的状态量(离合器接合时主从动盘初始转速差)对DCT车辆起步过程动力传动系统摩擦振动特性的影响以及两者共同作用时对DCT车辆起步过程动力传动系统摩擦振动特性的影响；探究了离合器摩擦衰减特性及考虑离合器摩擦衰减特性的离合器油压变化率和初始转速差对DCT车辆起步过程动力传动系统摩擦振动特性的综合影响，为DCT车辆在离合器不同程度衰减时的起步过程协调控制提供参考。　　④建立了DCT车辆换挡过程仿真模型并进行了试验验证；分析了内部激励(离合器摩擦系数随转速差的负梯度变化，齿轮副时变啮合刚度)对DCT车辆换挡过程动力传动系统摩擦振动特性的影响规律；探究了离合器接合时摩擦振动特性与齿轮副时变啮合特性之间的互相影响关系，提出了采用离合器微滑摩控制的方法来改善换挡过程动力传动系统摩擦振动；分析了离合器摩擦衰减特性及考虑离合器摩擦衰减特性的DCT车辆换挡过程关键控制参数(换挡过程目标挡位离合器油压变化率和微滑摩阈值)对其换挡过程摩擦振动特性的影响，为DCT车辆在离合器不同程度衰减时的换挡过程协调控制提供参考。　　⑤针对DCT车辆起步和换挡过程中由于离合器摩擦传递特性导致的振动问题，提出采用最优轨迹跟踪控制的方法对DCT车辆起步和换挡过程中的摩擦振动进行抑制。构建了以抑制DCT车辆起步和换挡过程动力传动系统摩擦振动为目标的最优化问题，采用伪谱法得到了DCT车辆起步和换挡过程离合器的最优接合轨迹；以DCT车辆起步和换挡过程最优轨迹的跟踪误差最小为目标，将DCT车辆起步和换挡过程中的摩擦振动控制问题转化为最优轨迹跟踪问题，利用非线性模型预测控制的方法设计了DCT车辆起步和换挡过程离合器最优接合轨迹跟踪控制器，并通过试验验证了该方法的有效性。
作者：	王东洋
专业：	机械工程
导师：	胡明辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2021