基于ADAMS的DCT驻车换档机构动力学分析

基于ADAMS/View的DCT驻车换档机构动力学分析DCTParkingandShiftingSystemDynamicAnalysisbyADAMS/View上海汽车乘用车分公司技术中心上海201804顾敏芳吴涛肖琪摘要：本文结合公司DCT驻车换档机构的研发，在产品设计的早期，基于ADAMS/View软件，利用多体动力学方法，并采用冲击函数算法计算获得接触力与摩擦力，建立DCT驻车换档机构的运动模型，从而有效对DCT驻车换档机构进行功能校核分析。关键词：DCT驻车换档机构接触算法动力学分析Abstract：ThispapercombinesresearchanddesignoftheDCTparkingandshiftingsysteminourcompany.inearlierdevelopoftheproduct,wecreatetheDynamicmodelandcalculatethecontactforceandfrictionbydefaultContactArithmeticinADAMS/ViewtosimulateanditisefficienttovalidatethefunctionoftheDCTparkingandshiftingsystem.Keywords：DCTparkingandshiftingsystemContactArithmeticDynamicAnalysis1引言在新一代动力总成系统的开发过程中，DCT驻车换挡机构为新开发部件，为确保其使用性能，可利用虚拟仿真分析技术，对其性能进行仿真分析。基于ADAMS/View软件建立DCT驻车换挡机构动力学分析模型，能够快速得到换挡时，手杆的作用扭矩值，同时通过仿真动画，可以保证机构的合理性和可靠性，从而优化设计方案，提高工作效率。2DCT驻车换挡机构设计模型DCT驻车换挡机构设计模型如图1所示：图1DCT驻车换挡机构设计模型Fig.1DesignModelofDCTParkingandShiftingSystem图2换档连接杆型线比较Fig.2SharpComparisonamongShafts本机构连接变速手杆和变速器，而换档连接杆的外形决定了手杆在变换档位（驻车档、倒车档、空档和前进档）时所需要的作用力，保证手感，如图2。目前实际工程中主要通过实验和手工计算方法获得作用力的值，这两种方法都比较费时费力。3动力学仿真分析模型的建立3.1几何模型的输入DCT驻车换挡机构中的几何部件除保留功能特征外，均可简化，并转化为Parasolid（.x_t）格式的文件导入ADAMS/View中，同时赋予正确的质量和转动惯量。3.2接触力与摩擦力的模拟该机构中，对作用力影响最大的是部件间的接触力和摩擦力，因此，因此在建模时必须对其进行精确建模。通过冲击函数法来计算接触力，并定义接触力时需设定刚度系数，力的非线性指数，最大粘滞阻尼系数，最大阻尼时部件的变形深度。而摩擦力的计算一般采用库伦法，需输入静态摩擦系数、动态摩擦系数、静滑移及动滑移速度。3.3板簧与弹簧产品结构中存在板簧，但ADAMS/View中不存在该模块，因此，用普通弹簧替代，并校核弹性刚度。预载限位弹簧可通过两根弹簧线性叠加模拟。3.4驱动的输入在手杆的旋转铰处施加一个常速驱动，模拟实际换挡运动。如图2所示：图2DCT驻车和换档机构动力学模型Fig.2DCTParkingandShiftingSystemDynamicModel4仿真结果及分析4.1仿真工况及流程针对车辆正常使用过程中该驻车换挡机构所碰到的各种情况，我们选取的三种普遍性的工况予以比较分析。a)正常换挡。b)挂P档时，因棘轮位置不对，棘齿向下运动过程中被其卡住，而导致棘齿无法挂入，如图3所示。图3棘齿与棘轮非正常啮合Fig.3ratchetwheelcan’tjogglewithratchetc)挂入P档后，因路面坡度影响和手刹未及时制动，使棘轮随车体运动而转动，顶住棘齿，导致下次车辆启动时，从P档挂出需要的极限力矩。4.2仿真结果及分析4.2.1对方案1在正常换挡的受力情况予以计算，并与试验值进行比较，如图4所示：图4计算结果与试验值比较Fig.4ResultComparebetweenanalysisandexperiment4.2.2计算各方案在正常换挡工况下的受力情况，如图5所示。图5正常换挡工况下各方案的受力情况Fig.5ShiftCharacteristicsatShiftShaftwithdifferentsharpbyADAMS4.2.3选取合适的方案，对其进行b）和C）工况的计算校验，图6棘轮棘齿无法啮合下，手杆所受的极限扭矩Fig.6TheShiftCharacteristicAtShiftShaftWithTheRatchetCollision图7棘轮棘齿预压力下，从P档挂出需要的最大扭矩Fig.7TheMaxTorqueatShiftShaftwithSlopeForce5结论运用多体动力学能够有效模拟DCT驻车和换档机构的动力学关系，快速得到仿真动画以及手杆换挡时（包括驻车、倒车、空档和前进）的作用扭矩值。通过观察仿真动画可以保证零件结构的可靠性和合理性，为零件设计提供帮助。为了满足项目要求，换挡扭矩的峰值必须小于项目提出的目标值。6参考文献[1]MDI公司UsingADAMS/View[2]李军，刑俊文，覃文洁.ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社，2002[3]陈立平，张云清，任卫群等。机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005[4]郑建荣.ADAMS–虚拟样机技术入门与提高.北京：机械工业出版社，2002