汽车离合器虚拟仿真及测试

　　0　引　言

　　离合器虚拟仿真设计及优化设计以先进的建模仿真理论为指导,综合应用先进建模/仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术,用产品的集成虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估,从功能、性能和行为上模拟离合器产品,对离合器基于全生命周期设计和评估提供支持,从而缩短开发周期,降低成本、改进产品质量,提高企业面向客户,敏捷响应市场的能力^[1]

　　随着计算机技术的迅猛发展,多刚体系统动力学的理论方法和计算手段都产生了质的飞跃,同时多刚体系统动力学在汽车技术领域的应用也逐渐广泛起来。80年代中期是多刚体系统动力学在汽车领域应用发展最快的时期。国外的主要汽车部件厂家和研究机构都在其汽车设计开发系统中结合使用了多体系统动力学软件,并与有限元、模态分析、设计优化等软件一起构成一个有机的整体^[2].

　　本研究主要探讨汽车离合器虚拟仿真及测试。

　　1　离合器虚拟仿真设计流程

　　离合器虚拟仿真设计及产品优化开发过程是以人为中心的、产品性能的优化设计过程。在构建物理样机前实现性能评估,将设计缺陷消灭在物理样机制造之前,极大地提高设计质量。离合器虚拟仿真设计及产品优化开发过程如图1所示。

　　离合器虚拟仿真及优化设计是一个循环反复、逐步优化的过程,在设计中,如果零部件、子系统、整机性能达不到预期的要求,则可以修改设计,再进行设计分析,直到满足设计要求。本研究主要在分析离合器动力学模型的基础上,完成离合器工作过程虚拟仿真与测试过程,为后续的离合器整体设计优化提供数据参考。

　　2　离合器系统方案及动力学模型的建立

　　2. 1　离合器系统方案的选定

　　本研究建立了离合器设计专家系统,根据汽车型号及特殊需求,以得到符合要求的离合器的类型和关键部件的参数。如:已知车辆类别为轻型货车;发动机型号为F10L103;发动机最大转矩为565 N·m;发动机极限转速为4 300 r/min。则最后,得到的方案及部分参数如图2所示。根据该界面,可以知道采用单片周置离合器,摩擦片外径D为350mm,内径为195mm。

　　2. 2　离合器动力学模型的建立

　　汽车起步、换档过程中,离合器从彻底分离到完全接合的行程经历4个阶段[3],如图3所示。第1阶段AB为空行程,无扭矩传递,这一过程应尽可能快,以快速起步和减少换档时功率中断的时间;第2阶段BC从离合器摩擦面开始接触(此时摩擦扭矩Tc=0)到Tc克服静摩擦阻力矩Tr,在平坦的沥青路或混凝土路上起步时,Tr很小,因此BC很短;第3阶段CD,Tc从Tr开始增大,带动汽车行驶,离合器从动轴角速度逐渐增加,直到与发动机转速同步;这一阶段要放慢接合速度,以获得平稳起步和乘坐舒适,但为了防止滑摩时间过长发热严重影响寿命亦须控制在一定时间内完成;第4阶段CD是主从轴同步以后的行程,该过程继续接合:压紧力增长至最大;保留分离轴承与分离叉之间间隙的需求。其中,第2、第3阶段占接合时间的大部分,是影响接合品质的关键。换档过程中Tr一直为动摩擦形式,故第2阶段可并入第3阶段一起考虑.