用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法
阅读：1034发布：2020-05-24
专利汇可以提供用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于干式 离合器 的 温度 ‑摩擦综合建模方法，属于离合器技术领域。本 发明 的目的是考虑AMT 干式离合器 在不同工作状态下的主要热过程，以及受温度影响的动态摩擦过程，提供一种基于AMESim高级建模与仿真平台的用于干式离合器的温度‑摩擦综合建模方法。本发明将离合器整 体模 型分成离合器工作状态判断模 块 、离合器热量产生模块以及离合器动态摩擦模块进行建模。本发明所述的建模方法采用了 汽车 厂商广泛应用的高级建模与仿真 软件 AMESim作为平台，进行建模方法研究和仿真验证，利于方法的应用和推广。为以此模型为 基础 的估计、 控制器 开发和控制参数预调整等各种研究奠定良好的基础，对离合器的设计，分析和改进具有一定的指导意义及应用价值。，下面是用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法专利的具体信息内容。
1.一种用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，其特征在于：将离合器整体模型分成离合器工作状态判断模块、离合器热量产生模块以及离合器动态摩擦模块；
①离合器工作状态判断模块：离合器的工作状态判断模块输入为离合器主动部分转速ωm，从动部分转速ωc，以及由执行机构提供的离合器主从动盘之间的范围为0～1的压紧力信号FN，0表示无压紧力作用，1表示最大的压紧力信号，FN的大小与离合器执行机构的位置有关，通过对离合器执行机构的控制来实现对FN的调整；
②离合器热量产生模块：设离合器滑磨时的滑磨功无损失地全部转化成热能，在t0～tf的滑磨时间内，产生的热量Qgen为：
故而产生的热流量 表示为：
热量产生模型的输入为：ωm，ωc，离合器滑磨状态信号，以及由离合器动态摩擦模型输出的离合器传递转矩Mc，输出为
③离合器热量交换模块：是由滑磨热量分配；离合器壳内空气与飞轮、压盘、离合器壳的对流换热；离合器飞轮及压盘轴向热传导；离合器壳体与外部空气对流及辐射换热；离合器内空气温度估计五个子模型构成：
a、滑磨热量分配子模型：结合式(1)～(2)得，在一个滑磨过程内传递到飞轮和压盘的总热量均如下式所示：
飞轮和压盘得到的滑磨热流量表示为：
式中Qcp、Qcf分别表示压盘和飞轮在滑磨时间t0～tf内产生的总热量， 分别表示二者的滑磨热流量；
b、离合器壳内空气与飞轮、压盘、离合器壳的对流换热子模型：
根据牛顿冷却定律，对流换热强度，即热流量表示为：
式中， 分别为飞轮和壳内空气对流换热热流量，以及压盘和壳内空气对流换热热流量；h1，h2分别为飞轮和壳内空气的强迫对流换热系数以及压盘和壳内空气的强迫对流换热系数，A1，A2分别为壳内空气与飞轮、压盘的换热面积，Tf，Tp分别为飞轮和压盘的摩擦表面温度，Tairt为壳内空气温度；
c、离合器飞轮及压盘轴向热传导子模型：
导热截面A，相距d的两点之间的热流量为：
式中， 表示飞轮轴向热传导热流量；α为材料的热传导系数，Tfn，Tff分别为飞轮近摩擦面温度与远摩擦面处的温度；
d、离合器壳体与外部空气对流及辐射换热子模型：
对流换热热流量表示为：
式中， 表示离合器壳体和壳外空气对流换热热流量，h5为二者的强迫对流换热系数，A5为二者对流换热面积，Tair为壳外空气温度，Tbox离合器壳体温度；得到离合器壳体与离合器壳外部空气的辐射换热热流量：
式中， 表示离合器壳体和壳外空气辐射换热热流量，κ为辐射系数，正比于壳体材料黑度和辐射换热面积，σ＝5.67*10-8W/m2/K4为斯蒂芬玻尔兹曼常数；
e、离合器内空气温度估计子模型：
壳内空气温度由下式计算得到：
式中，Tin_airi为离合器壳内空气初始温度，mairi为离合器壳内空气质量，Cairi为空气比热容，Qairi是空气的热交换热量， 是空气的热交换热量变化率；
④离合器动态摩擦模块：
由lugre建模方法，搭建的离合器动态摩擦模型表达如下：
其中，v为广义的速度，在这里v＝ωm-ωc代表离合器主从动部分的相对运动速度，Z为接触面之间的鬃毛平均物理偏移量，g(v)是反映stribeck效应的模型，Mfric为摩擦力矩，σ0是鬃毛的等效刚度，σ1是鬃毛等效阻尼系数，σ2是粘性摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，其特征在于：离合器工作状态实现过程为：首先判断输入压紧力FN是否大于零，FN小于零则表明两滑磨面之间无挤压作用力即两滑磨面无接触，输出离合器的状态为分离；相反如果FN大于零，继续判断离合器主从动盘转速差的绝对值|ωm-ωc|是否大于零，|ωm-ωc|等于零，则表明离合器主从动盘已经达到相同的转速，输出离合器状态为完全接合，反之表明离合器主从动盘之间有转速差，输出离合器状态为滑磨。
3.根据权利要求1所述的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，其特征在于：强迫对流换热系数h1由下式计算得来：
式中的Nu1为Nussel数，其值表示空气与飞轮之间对流换热的强烈程度；λ为空气热传导系数，Cdim1为空气与飞轮之间换热特征长度。
4.根据权利要求3所述的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，其特征在于：强迫对流换热过程Nussel数Nu1表示为：
Nu1-f(Pr，Rr) (8)
式中Pr为普朗特数，Re叫做雷诺兹常数，表示气体的惯性和黏度。
5.根据权利要求1所述的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，其特征在于：强迫对流换热，其热流量表示为：
式中， 表示离合器壳体和壳内空气对流换热热流量；h3为二者的强迫对流换热系数，A3为二者对流换热面积，Tbox为离合器壳体温度。
6.根据权利要求1所述的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，其特征在于：离合器摩擦模型中g(v)表示如下：
式中T为由离合器热量交换模型得到的摩擦面温度，v0为stribeck效应速度，Mco为摩擦面之间的库伦摩擦力矩。
7.根据权利要求1所述的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，其特征在于：温度对σ2的影响由下式表示：
式中，β0为初始黏性摩擦系数，β1为黏性表面润滑状态系数，ξ为黏性摩擦温度衰减系数，T0为黏性表面特征温度，T为由离合器热量交换模型得到的摩擦面温度。
用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法
技术领域
[0001] 本发明属于离合器技术领域。
背景技术
[0002] 对于干式离合器来说，由于在工作过程中不能如湿式离合器一样采取有效的强制冷却措施，故而在频繁换挡工况下，离合器会经常工作在较高的温度范围内。而高温的工作环境，尤其是离合器摩擦面的温度会严重影响离合器系统的工作特性，例如摩擦系数，摩擦片的膨胀度，膜片弹簧的弹簧刚度等，因此会影响离合器传递转矩的能力，并且会直接导致离合器磨损的增加。温度过高时，离合器可能由于局部过热导致的熔结或粘结而失效，直接影响车辆行驶安全性。
[0003] 同时，离合器的主要作用就是通过其分离、滑磨以及接合来切断或者传递动力，离合器是车辆系统中应用摩擦作用的典型部件之一，汽车起步和换挡过程的舒适性更是依赖于对离合器摩擦扭矩的大小及变化过程的合理、精确控制。而离合器的摩擦过程是一个复杂的动态过程，且温度对摩擦表面的摩擦特性有很大的影响，对于换挡控制来说，若不考虑温度补偿，很难保证好的换挡质量。建立反映离合器复杂摩擦特性和过程的模型对离合器的研究有重要的意义。
[0004] 因此，建立干式离合器的温度模型，以及受温度影响且可反映摩擦动态特性的干式离合器综合模型，不仅可以为离合器的温度保护提供依据，有利于对离合器磨损和剩余寿命的预测，从而保证离合器的可靠性，更可以为离合器的控制策略的制定提供指导意义。对于考虑温度及复杂摩擦特性的离合器控制系统设计提供依据，便于对离合器控制量做出修正来提高离合器控制精度，以及控制器的参数调整预开发，同时对应用于AMT，DCT自动变速器的干式离合器及其控制系统开发也具有重要意义。
[0005] 由于离合器工作时在封闭壳体内高速旋转，使得离合器总成上安装测量主从部分温度的传感器十分困难，测量压紧的摩擦表面的温度更为困难，同时，离合器传递转矩无法直接测得，利用模型观测器的方法获取离合器温度和传递转矩是合理且经济的选择。目前为了解决实际离合器控制中对离合器温度和摩擦动态信息的需求问题，许多专家和企业在仿真建模方法设计方面进行了努力，针对于离合器的建模问题已经提出了一些方法。
[0006] 目前对于AMT干式离合器温度的研究较少，对DCT干式离合器温度建模有以下研究：
[0007] 中国专利公开号CN10277513A，公开日2012年11月14日，专利申请号为：201210143103.4，专利申请名称为“用于干式双离合器变速器的热模型”。专利申请中描述了一种确定干式双离合器机构温度的方法，包括对第一离合器和第二离合器以及中心飞轮、离合器壳体内温度的热力建模，其热力建模方案主要基于对热传导，热对流的数学建模。由于实际的离合器器件在不同的温度下热特性系数有较大变化，而这种方法并没有反映此部分的热力特性，故而可能影响其模型精度。
[0008] 目前对于反映离合器动态摩擦特性建模的研究较少。中国专利公开号CN103790999A，公开日2014年05月14日，专利申请号为：201310163575.0，专利申请名称为“估算车辆的干式离合器的传动扭矩的方法”。该方法通过对离合器执行机构的操作，让离合器从接合到逐渐释放使离合器发生滑动并保持滑动状态，利用本状态执行机构位置和动力源扭矩相同的特性，来更新扭矩转速T-S曲线，用于对离合器传递转矩控制。本方法的优点是估算方法简单易实现，局限是更新后T-S曲线依然不能反映滑磨过程中不同滑磨时刻由于温度所引起的离合器转矩特性的变化，难以较完整地反映离合器的摩擦特性。
[0009] 以上专利均是单独对离合器的温度或者摩擦力矩进行建模，未能直接充分考虑二者之间相互影响关系。
发明内容
[0010] 本发明的目的是考虑AMT干式离合器在不同工作状态下的主要热过程，以及受温度影响的动态摩擦过程，提供一种基于AMESim高级建模与仿真平台的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法。
[0012] ①离合器工作状态判断模块：离合器的工作状态判断模块输入为离合器主动部分转速 ，从动部分转速 ，以及由执行机构提供的离合器主从动盘之间的范围为0 1~
的压紧力信号 ，0表示无压紧力作用，1表示最大的压紧力信号， 的大小与离合器执行机构的位置有关，通过对离合器执行机构的控制来实现对 的调整；
的压紧力信号 ，0表示无压紧力作用，1表示最大的压紧力信号， 的大小与离合器执行机构的位置有关，通过对离合器执行机构的控制来实现对 的调整；
[0014] （1）
[0015] 故而产生的热流量 表示为：
[0016] （2）
[0017] 热量产生模型的输入为： ， ，离合器滑磨状态信号，以及由离合器动态摩擦模型输出的离合器传递转矩 ，输出为 ；
[0018] ③离合器热量交换模块：是由滑磨热量分配；离合器壳内空气与飞轮、压盘、离合器壳的对流换热；离合器飞轮及压盘轴向热传导；离合器壳体与外部空气对流及辐射换热；离合器内空气温度估计五个子模型构成：
[0019] a、滑磨热量分配子模型：结合式（1）（2）得，在一个滑磨过程内传递到飞轮和压盘~的总热量均如下式所示：
[0020] （3）
[0021] 飞轮和压盘得到的滑磨热流量表示为：
[0022] （4）
[0023] 式中 、 分别表示压盘和飞轮在滑磨时间 内产生的总热量，分别表示二者的滑磨热流量；
[0024] b、离合器壳内空气与飞轮、压盘、离合器壳的对流换热子模型：
[0025] 根据牛顿冷却定律，对流换热强度，即热流量表示为：
[0026] （5）
[0027] （6）
[0028] 式中， ， 分别为飞轮和壳内空气对流换热热流量，以及压盘和壳内空气对流换热热流量； ， 分别为飞轮和壳内空气的强迫对流换热系数以及压盘和壳内空气的强迫对流换热系数， ， 分别为壳内空气与飞轮、压盘的换热面积， ， 分别为飞轮和压盘的摩擦表面温度， 为壳内空气温度；
[0029] c、离合器飞轮及压盘轴向热传导子模型：
[0030] 导热截面 ，相距 的两点之间的热流量为：
[0031] （10）
[0032] 式中， 表示飞轮轴向热传导热流量； 为材料的热传导系数， ， 分别为飞轮近摩擦面温度与远摩擦面处的温度；
[0033] d、离合器壳体与外部空气对流及辐射换热子模型：
[0034] 对流换热热流量表示为：
[0035] （11）
[0036] 式中， 表示离合器壳体和壳外空气对流换热热流量， 为二者的强迫对流换热系数， 为二者对流换热面积， 为壳外空气温度；
[0037] 得到离合器壳体与离合器壳外部空气的辐射换热热流量：
[0038] （12）
[0039] 式中， 表示离合器壳体和壳外空气辐射换热热流量， 为辐射系数，正比于壳体材料黑度和辐射换热面积， 为斯蒂芬玻尔兹曼常数；
[0040] e、离合器内空气温度估计子模型：
[0041] 壳内空气温度由下式计算得到：
[0042] （13）
[0043] （14）
[0044] 式中， 为离合器壳内空气初始温度， 为离合器壳内空气质量，为空气比热容， 是空气的热交换热量；
[0045] ④离合器动态摩擦模块：
[0046] 由lugre建模方法，搭建的离合器动态摩擦模型表达如下：
[0047] （15）
[0048] （16）
[0049] 其中， 为广义的速度，在这里 代表离合器主从动部分的相对运动速度， 为接触面之间的鬃毛平均物理偏移量， 是反映stribeck效应的模
型， 为摩擦力矩， 是鬃毛的等效刚度， 是鬃毛等效阻尼系数， 是粘性
摩擦系数。
型， 为摩擦力矩， 是鬃毛的等效刚度， 是鬃毛等效阻尼系数， 是粘性
摩擦系数。
[0050] 本发明离合器工作状态实现过程为：首先判断输入压紧力 是否大于零， 小于零则表明两滑磨面之间无挤压作用力即两滑磨面无接触，输出离合器的状态为分离；相反如果 大于零，继续判断离合器主从动盘转速差的绝对值 是否大于零， 等于零，则表明离合器主从动盘已经达到相同的转速，输出离合器状态
为完全接合，反之表明离合器主从动盘之间有转速差，输出离合器状态为滑磨。
为完全接合，反之表明离合器主从动盘之间有转速差，输出离合器状态为滑磨。
[0051] 本发明强迫对流换热系数 由下式计算得来：
[0052] （7）
[0053] 式中的 为Nussel数，其值表示空气与飞轮之间对流换热的强烈程度； 为空气热传导系数， 为空气与飞轮之间换热特征长度。
[0054] 本发明强迫对流换热过程Nussel数 表示为：
[0055] （8）
[0056] 式中 为普朗特数， 叫做雷诺兹常数，表示气体的惯性和黏度。
[0057] 本发明强迫对流换热，其热流量表示为：
[0058] （9）
[0059] 式中， 表示离合器壳体和壳内空气对流换热热流量； 为二者的强迫对流换热系数， 为二者对流换热面积， 为离合器壳体温度。
[0060] 本发明离合器摩擦模型中 表示如下：
[0061]
[0062] （17）
[0063] 式中 为由离合器热量交换模型得到的摩擦面温度， 为stribeck效应速度。
[0064] 本发明温度对 的影响由下式表示：
[0065] （18）
[0066] 式中， 为初始黏性摩擦系数， 为黏性表面润滑状态系数， 为黏性摩擦温度衰减系数， 为黏性表面特征温度。
[0067] 本发明与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0069] 2）本发明所述的一种基于AMESim的干式离合器温度-摩擦建模方法充分考虑了离合器不同工作状态下的关键热过程，以及与之相互影响的离合器的动态摩擦特性，将离合器整体模型分成离合器工作状态判断模块、离合器热量产生模块、离合器热量交换模块以及离合器动态摩擦模块，采用模块化建模的策略，对每一部分包含的子模型都进行详细建模，清晰直观地描述了离合器的特性。
[0070] 3）从本发明所述的技术方案的实现来看，基于不同的结构分析及参数设置，本发明所述的干式离合器建模方法可以应用于干式AMT离合器及干式DCT离合器系统，具备一定的通用性。
[0071] 4）本发明所述干式离合器温度-摩擦建模方法所提供的AMESim离合器温度-摩擦综合模型能够充分反映离合器的温度及摩擦动态变化情况，从而为以此模型为基础的估计、控制器开发和控制参数预调整等各种研究奠定良好的基础，对离合器的设计，分析和改进具有一定的指导意义及应用价值。附图说明
[0072] 图1是AMT干式离合器结构示意简图；
[0074] 图3是干式离合器主要热交换过程示意图；
[0075] 图4a是干式离合器温度-摩擦AMESim模型中离合器信号输入模型图；
[0076] 图4b是干式离合器温度-摩擦AMESim模型中离合器工作状态判断模型图；
[0077] 图4c是干式离合器温度-摩擦AMESim模型中离合器热量产生模型图；
[0078] 图4d是干式离合器温度-摩擦AMESim模型中离合器热量交换模型图；
[0079] 图4e是干式离合器温度-摩擦AMESim模型中离合器lugre动态摩擦模型图；
[0080] 图5是干式离合器工作状态判断模块原理流程图；
[0081] 图6是干式离合器工作状态判断模型详解图；
[0082] 图7是干式离合器热量产生模型详解图；
[0083] 图8a离合器壳内空气与飞轮的对流换热模型详解图；
[0084] 图8b离合器壳内空气与压盘的对流换热模型详解图；
[0085] 图9是干式离合器摩擦模块原理图；
[0086] 图10是干式离合器动态摩擦模型详解图；
[0087] 图11a是本发明实例1AMESim离合器飞轮和压盘温度仿真结果图；
[0088] 图11b是对比文献离合器飞轮和压盘温度仿真结果图；
[0089] 图12a是本发明实例2 AMESim离合器飞轮和压盘温度仿真结果图；
[0090] 图12b是对比文献离合器飞轮和压盘温度仿真结果图；
[0091] 图13a是实验1离合器传递转矩图；
[0092] 图13b是实验2离合器传递转矩图。
具体实施方式
[0093] 本发明建模方法以干式AMT为例，基于AMT干式离合器的结构，参阅图1，根据AMT干式离合器的结构特点和实际的工作过程，在汽车厂商广泛使用的商用软件AMESim环境中进行离合器温度-摩擦模型的搭建。将离合器整体模型分成离合器工作状态判断模块、离合器热量产生模块以及离合器动态摩擦模块；采用模块化建模的策略。
[0094] 本发明涉及的软件为AMESim，AMESim(Advanced Modeling and Simulation Environment for System Engineering)是一款面向工程应用的多学科领域复杂系统建模仿真平台，在电力电子、船舶、汽车、航空航天等诸多领域应用广泛。为简化建模过程，AMESim为用户提供了3500多个来自不同领域的专用元件模型，使得用户在建模时只需根据所建模型的机械结构及工作原理，不需要复杂的编程操作，选择相应的元件模型进行连接组装并合理设置参数即可，同时 AMESim还提供许多实例以供用户参考。除了模型搭建及仿真外，AMESim还为用户提供了各种仿真分析工具，如时域分析、频域分析、根轨迹等，使用户在能轻易观察到所需特性的同时，还能对仿真结果进行详细分析。此外，AMESim还提供与Matlab、dSPACE、LabVIEW等许多软件的接口，并支持 Python 脚本语言，使其应用范围更加广泛。考虑到在离合器热模型搭建时，离合器相关材料复杂的特性，而采用AMESim中相关元件搭建具有模型更真实精确的优点，且建模较方便，模块功能明了，同时所搭建的离合器模型可以很容易地封装成超级元件便于移植应用，故本发明选用 AMESim进行模型的搭建。
[0095] 一、AMT干式离合器工作分析与模型建立
[0096] 如图1所示，AMT干式膜片弹簧离合器结构主要包括：离合器盖总成、从动盘总成以及分离轴承总成三个部分。其中离合器盖总成主要由：离合器盖、压盘等组成；从动盘总成由：摩擦盘、扭转减振器、从动盘毂等组成；分离轴承总成包括分离轴承以及分离轴承套筒。
[0097] 发动机飞轮与离合器压盘总成构成离合器主动部分，离合器从动盘总成及连接车辆传动系部分构成离合器从动部分。在离合器执行机构的作用下，离合器主从动部分之间会产生不同大小的压紧力，故而摩擦盘与飞轮和压盘之间会发生不同压力下的摩擦作用，从而实现离合器总成主从动部分之间的扭矩传递与中断。离合器的工作状态可以分为以下几种： （1）离合器分离状态：即离合器主从动部分完全分离，不存在摩擦现象，离合器不传递动力。
[0098] （2）离合器滑磨状态：即离合器主从动部分接触，且存在相对滑动，发动机与传动系依靠滑磨作用实现动力传递。
[0099] （3）离合器完全接合状态：离合器主从动部分完全接合且转速相同，发动及输出扭矩完全经离合器传递。
[0100] 基于离合器的几种工作状态讨论离合器温度-摩擦的建模框架，示意图如图2。对于本发明所述的建模方法来说，所需要的模型输入信号有：离合器主动部分转速 、从动部分转速 、离合器主从动盘之的压紧力信号 （按照离合器传递转矩能力将其表示为范围为0 1的数值信号），动力源输入转矩 ，壳外空气温度 ，离合器壳内空气
~
初始温度 ，汽车行驶车速 。对于目前的汽车系统来说这些量均可以通过传感
器较为方便地测得，基于这些较容易测得的速度、力及温度信号建立离合器模型具有合理性。
~
初始温度 ，汽车行驶车速 。对于目前的汽车系统来说这些量均可以通过传感
器较为方便地测得，基于这些较容易测得的速度、力及温度信号建立离合器模型具有合理性。
[0101] 首先由于离合器的工作状态决定了其热量的产生、热量交换过程、以及摩擦特性，故而对于离合器系统建模来说，要建立可以反映温度及摩擦动态的离合器模型，首先需要建立离合器的工作状态判断模型。经分析，可以由 ， ， 来判断离合器的工作状态，据此建立离合器工作状态判断模型，输出离合器的完全接合、分离、滑磨、接合四种状态。其中，在滑磨和完全接合状态下，离合器亦处于接合状态。
[0102] 离合器的工作状态信息输出可以作为离合器热量产生模块、热量交换模块、动态摩擦模块的输入。如图2，对于离合器热量产生模块，拟通过离合器滑磨状态信息 ，，以及由动态摩擦模型最终计算得来的离合器传递扭矩 实时求得滑磨产生的热流量 。
[0103] 热量产生模块的输出 作为离合器热量交换模块的一个重要输入，再结合， ， ， ，以及由离合器工作状态模块输出的离合器滑磨状态信号，
综合考虑如图3中滑磨热量分配，以及主要的对流、传导、辐射换热过程，利用AMESim元件库中丰富的热力、机械、及信号库建立出各个热传递过程的模型，在模型中可以很方便地读出离合器内各个主要部件的温度、热流量等信息，并且把对离合器特性影响最大的离合器滑磨面的温度T作为输出。
综合考虑如图3中滑磨热量分配，以及主要的对流、传导、辐射换热过程，利用AMESim元件库中丰富的热力、机械、及信号库建立出各个热传递过程的模型，在模型中可以很方便地读出离合器内各个主要部件的温度、热流量等信息，并且把对离合器特性影响最大的离合器滑磨面的温度T作为输出。
[0104] 对于离合器动态摩擦模块来说，可以通过 ， ， ， 和离合器的滑磨、分离、接合三个运动状态信息，再结合离合器热量交换模块的输出 ，通过lugre动态摩擦模型框架，搭建出受摩擦面温度影响的离合器动态摩擦模型。
[0105] 由以上建模框架分析可以看出，本发明所述的建模方法不仅可以建立AMT干式离合器的温度-摩擦模型，也适用于干式DCT的离合器建模。二者不同之处在于由离合器个数、物理布置形式的不同所引起的相关部件物理参数以及热过程参数设置的不同，从模块组成及建模原理来说，二者并无实质区别，本建模方法具有一定的通用性。
[0106] 参阅图4a、b、c、d、e，搭建每个部分对应的AMESim离合器模型，AMESim的元件库中存在各类子模块库，每个子模块库中又包含各种典型环节模块。对于本离合器模型的搭建，主要使用到信号库中的信号传递元件TRANS0，信号接收元件RECEI0，开关元件SWITCH01，减法元件JUN3M，函数元件FX00，乘法元件MUL00等；机械库中的信号转换元件如输入信号向力矩信号的转化元件TORQC；热力库中的固体热属性元件TH_CAST_IRON_GS53、TH_AISI1010，热容量元件THC000，气体强迫对流换热元件TPCV05，广义辐射换热元件THR00等。利用这些典型模块的连接、组合以及参数设置可以搭建具体实施方式中所述的包含数学、逻辑、以及元件热特性的复杂离合器温度-摩擦模型。信号输入AMESim模型如图4a所示，通过相关元件和接口可以得到建模所需要的7个外部输入信号。
[0107] 下面就本发明所述的建模过程和原理按照模块详细说明。
[0108] ①离合器工作状态判断模块：离合器的工作状态判断模块输入为离合器主动部分转速 ，从动部分转速 ，以及由执行机构提供的离合器主从动盘之间的范围为0 1~
的压紧力信号 ，0表示无压紧力作用，1表示最大的压紧力信号， 的大小与离合器执行机构的位置有关，可以通过对离合器执行机构的控制来实现对 的调整。
的压紧力信号 ，0表示无压紧力作用，1表示最大的压紧力信号， 的大小与离合器执行机构的位置有关，可以通过对离合器执行机构的控制来实现对 的调整。
[0109] 离合器工作状态判断模块原理流程图如图5，通过对离合器主从动盘转速差以及主从动盘之间的压紧力信号的大小的判断，得出离合器工作状态：分离、完全接合、滑磨、接合。具体实现过程为：
[0110] 离合器的工作状态判断模块输入为离合器主动部分转速 ，从动部分转速，以及由执行机构提供的离合器主从动盘之间的范围为0 1的压紧力信号 ，0表示
~
无压紧力作用，1表示最大的压紧力信号， 的大小与离合器执行机构的位置有关，通过对离合器执行机构的控制来实现对 的调整。
~
无压紧力作用，1表示最大的压紧力信号， 的大小与离合器执行机构的位置有关，通过对离合器执行机构的控制来实现对 的调整。
[0111] 在AMESim中搭建出的离合器工作判断模块模型如图4b所示。
[0112] 图6为本发明所述的离合器工作状态判断部分模型详解图。模型的接口输入“Sa”，“Sb”，“Sc”分别为由AMESim中的RECEI0元件接收系统的三个输入信息： 、 、 。减法元件JUN3M，和乘法元件MUL00在示意图中直接表示。“Sa”，“Sb”经减法元件做差，得到的为离合器主从动盘转速差。S01 S04均为函数模块，其中S01功能为判断正压力是否为零；
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S02功能为判断离合器主从动盘转速差是否为零；S03功能是判断离合器主从动盘转速差是否大于零；S04为取反模块。用两个输入的乘法模块模拟两个条件输入，若同时满足，则乘法模块输出为1，否则为0。结合图5流程图所示模型工作原理，则可以得到离合器的四个工作状态：完全接合、滑磨、接合、分离作为模型输出，用接口输出“Sd”，“Se”，“Sf”，“Sg”表示，输出为1则表示处于相应的工作状态，为0则表示不处于此工作状态。在AMESim模型中四个离合器状态信号均由TRANS0元件输出，便于其他模块的使用。
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S02功能为判断离合器主从动盘转速差是否为零；S03功能是判断离合器主从动盘转速差是否大于零；S04为取反模块。用两个输入的乘法模块模拟两个条件输入，若同时满足，则乘法模块输出为1，否则为0。结合图5流程图所示模型工作原理，则可以得到离合器的四个工作状态：完全接合、滑磨、接合、分离作为模型输出，用接口输出“Sd”，“Se”，“Sf”，“Sg”表示，输出为1则表示处于相应的工作状态，为0则表示不处于此工作状态。在AMESim模型中四个离合器状态信号均由TRANS0元件输出，便于其他模块的使用。
[0113] ②离合器热量产生模块：离合器在滑磨过程中产生滑磨功，转化为热量，热量通过压盘和飞轮进行扩散。首先压盘和飞轮通过摩擦工作面吸收热量，然后由于飞轮和压盘内部存在温差，热量便会从高温部分传递到低温部分，即会通过传导方式将热量传至整个压盘和飞轮，与此同时由于压盘和飞轮与离合器盖内的空气存在相对运动，故可以通过与空气强迫对流的方式进行散热，最后经离合器壳体等部件进一步向离合器外部散热。图3为干式离合器的主要热交换过程示意图。
[0114] 本模块基于离合器只在滑磨过程中产生滑磨功转化为热量建立其热量生成模型。
[0115] 设离合器滑磨时的滑磨功无损失地全部转化成热能，在 的滑磨时间内，产生的热量 为：
[0116] （1）
[0117] 故而产生的热流量 表示为：
[0118] （2）
[0119] 热量产生模型的输入为： ， ，离合器滑磨状态信号，以及由离合器动态摩擦模型输出的离合器传递转矩 ，输出为 ；结合附图3，在AMESim中搭建出如
图4中③所示的离合器热量产生模型。
图4中③所示的离合器热量产生模型。
[0120] 图7为本发明所述的离合器热量产生部分的模型详解图。模型的接口输入“Ga”，“Gb”，“Gc”，“Gd”分别为输入信号： 、 、 ，及离合器滑磨状态信号。“Ga”，“Gb”传输量经减法元件作差得到离合器主从动盘转速差。G01，G02均为函数模块，且功能均为求绝对值。再使用两个乘法模块，即可完成如式（2）所表示的离合器热量产生模型的功能，模型输出为离合器滑磨产生热流量 ，由“Ge”元件输出。
[0121] ③离合器热量交换模块：由于离合器传热过程涉及元件多，并且实际中同时存在各元件及离合器壳内空气间的热对流、热传导、热辐射中的一种或几种热过程，热量交换情况复杂，故需要做适当简化，选取影响离合器各元件温度的主要热过程来进行建模。假设如下：
[0122] 1. 由于离合器从动盘相对于压盘和飞轮吸热能力特别微弱，故忽略离合器从动盘的吸热，同时假设离合器接合和分离时产生的所有热能均被压盘和飞轮所吸收，压盘飞轮平均分配热量。
[0123] 2. 在本问题中热辐射相对于热传导和热对流比例很小，较大的热辐射存在于离合器壳体向外部的热辐射，故只考虑这个部分的热辐射的影响，认为其他的热量均通过传导和对流方式扩散。
[0124] 3. 假设压盘和飞轮是表面光滑散热均匀的圆盘结构，压盘和飞轮吸收热量在整个摩擦面上均匀分布，无径向热传导，热传导只发生在摩擦面向非摩擦工作面的传导。
[0125] 4. 假设离合器壳体温度处处相同，壳内由于空气的流动温度处处相同。
[0126] 以对离合器热交换过程的理解为基础，利用AMESim中的热力元件对离合器的热量交换进行建模，得到如图4d所示的AMESim模型。利用AMESim热力建模库进行建模，可以利用库中的固体元件，他包括了固体元件的所有热力学特性，如不同温度下的固体密度、比热容、热力传递特性等，我们只需要选择正确的固体模块，并且设置其质量及初始能量状态即可。类似地，气体的热力学特性也可以在气体热力库里找到。对于所要搭建的离合器模型来说，根据实际汽车离合器材料的使用，选取飞轮和压盘材料为铸铁，其材料特性由热力库中元件th_solid_data中的TH_CAST_IRON_GS53来表示，离合器壳材料为低碳钢其材料特性由TH_AISI1010来表示，与离合器内元件进行热力交换的气体为干燥的空气，其气体热力学特性由热力库中元件tp_gas_data中的TPR_AIR来表示，这三个热容量元件在示意图8中分别用H13，H14，H15表示。图8a、b为本发明所述的离合器热量交换模型详解图。
[0127] 下面分别介绍离合器热量交换模型的几个组成部分：滑磨热量分配、离合器壳内空气与飞轮、压盘、离合器壳的对流换热；离合器飞轮及压盘轴向热传导；离合器壳体与外部空气对流及辐射换热；离合器内空气温度估计五个子模型构成：
[0128] a、滑磨热量分配子模型：该模型的输入为热量产生模型中的输出热流量 ，输出为飞轮、压盘的瞬时摩擦热流量。根据离合器实际传热情况，基于假设1，将离合器滑磨产生的热量平均分配给飞轮和压盘，结合式（1）（2）得，在一个滑磨过程内传递到飞轮和压盘~的总热量均如下式所示：
[0129] （3）
[0130] 飞轮和压盘得到的滑磨热流量表示为：
[0131] （4）
[0132] 式中 、 分别表示压盘和飞轮在滑磨时间 内产生的总热量，分别表示二者的滑磨热流量；热量分配子模型的接口输入“Ha”为 ，
经一个增益元件H01，搭建式（3）、（4）模型，实现热量的分配。将平均分配好的热流量分别与热传输元件H02连接，将数值热流量信号转化为单位为W的热流量信号用于下一步的热力建模。
经一个增益元件H01，搭建式（3）、（4）模型，实现热量的分配。将平均分配好的热流量分别与热传输元件H02连接，将数值热流量信号转化为单位为W的热流量信号用于下一步的热力建模。
[0133] b、离合器壳内空气与飞轮、压盘、离合器壳的对流换热子模型：对流换热分为自然对流换热和强迫对流换热两种，自然对流换热通常由流体各个部分温度不同产生的密度差引起。强制对流换热由泵、风机或者其它外部动力源的作用引起。同一种流体的强制对流换热的流体速度和对流换热系数均大于自然对流换热。离合器中存在的对流换热由于离合器主动部分的转动引起，故均为强迫对流换热，根据牛顿冷却定律，对流换热强度，即热流量表示为：
[0134] （5）
[0135] （6）
[0136] 式中， ， 分别为飞轮和壳内空气对流换热热流量，以及压盘和壳内空气对流换热热流量； ， 分别为飞轮和壳内空气的强迫对流换热系数以及压盘和壳内空气的强迫对流换热系数，表示在单位面积的固体表面上，当流体与固体表面之间的温度差为1K时，每单位时间内所传递的热量。 ， 分别为壳内空气与飞轮、压盘的换热面积，， 分别为飞轮和压盘的摩擦表面温度， 为壳内空气温度；
[0137] 在搭建此子模型时，空气的雷诺兹常数 ，以及普朗特数 是随空气温度等状态变化的，本信息包含在元件H15中；所搭建的离合器飞轮和压盘材料均为铸铁，其特性包含在元件H13中；离合器壳体材料为低碳钢，其特性包含在元件H14中。
[0138] 在搭建本模块的AMESim模型时，也以离合器壳内空气与飞轮的对流换热为例，离合器主动部分转速“Hb”，离合器接合状态信息“Hc”，以及由离合器热量交换模型内空气温度估计子模型计算得出的离合器壳内空气温度“ha1”为接口输入(接口元件用小写字母和数字组成，表示该接口传递的信号为同一个模型的子模型之间的信号)。H03， H05为气体与固体的强制对流换热元件； H04 ，H06 为函数元件；H07，H08，H09为热传输元件；H10为开关元件；H11为能量传感器；H12为热容量元件(这里对其参数设置与飞轮近摩擦面所匹配)。将各元件按照图8a中 所示进行连接，需对H03，H05元件进行换热面积、换热特征长度Nussel数求解公式等的设置(需要说明的是由于离合器主从动盘接触状态不同引起的强迫对流换热强度的不同，体现在换热面积和换热特征长度的设置中)。由于AMESim模型中强迫对流换热元件无法体现换热气体与固体之间相对速度对换热强度的影响，加入H04及H06两个元件，其输入为离合器主动部分转速，分别通过H04 ，H06元件完成对不同相对转速下雷诺兹常数 的修正；经过“Hc”的判断，接通反映当前离合器工作状态下的强迫对流换热传递通路，经H10输出当前强迫对流热流量，此输出与H09相连，同时H09将飞轮近摩擦面温度信息输出，作为H07和H08的输入；与H09相连的H11不改变信号及传输方向，其作用是输出离合器飞轮与空气对流换热热流量；再将H12的一个端口与H11相连，至此完成离合器壳内空气与飞轮的对流换热子模型的搭建。
[0139] 类似地，H16也为热容量元件(其参数设置与压盘近摩擦面匹配)，离合器壳内空气与压盘的对流换热的模型建立方法相同，参数根据实际压盘换热特性设置，不做详细介绍，用图8a中 来表示，其输入也为“ha1”，“Hb”，输出“hc2”为压盘与空气对流换热热流量。
[0140] 离合器壳内空气对于离合器壳的对流换热模型的搭建与离合器壳内空气与飞轮、压盘对流换热子模型方法类似，输入同样为“ha1”，“Hb”，用到的元件为：H23为气体与固体的强制对流换热元件；H24为函数元件；H25，H26为热传输元件；H27为能量传感器。输出“hc3”为离合器壳体与壳外空气对流换热热流量，建模方法与对流换热建模方法一致，不再重复，示意图如图8b中 所示。
[0141] c、离合器飞轮及压盘轴向热传导子模型：
[0142] 离合器飞轮和压盘通过摩擦工作面吸收热量后，由于飞轮和压盘各自内部的温差，热量会从高温部分向低温部分传递，这种传热方式叫做热传导。基于假设3，该热传导过程为一维非稳态传热，传热过程遵循傅立叶导热定律，以离合器的飞轮为例，通过导热截面，相距 的两点之间的热流量为：
[0143] （10）
[0144] 式中， 表示飞轮轴向热传导热流量； 为材料的热传导系数， ， 分别为飞轮近摩擦面温度与远摩擦面处的温度；对离合器飞轮的轴向热传导过程的模型搭建根据精度要求将飞轮搭建为n个热容量的元件H12，并且依次由n-1个热传导元件H19连接起来，表示距离飞轮摩擦面不同距离处的导热面导热情况，如图8a中 所示。 n越大则热传导模型越精确，相应的模型计算量也越大，实际建模时可根据需求确定n的取值。需要设置的参数有n个H12元件的初始温度、材料类型、材料质量，n-1个H19的材料类型、导热点之间距离、导热面积，重复的H12和H19元件在图中省略，用点划线框表示。压盘轴向热传导模型建立方法与飞轮轴向热传导模型建立方法相同，不再复述，用图8a中 表示。
[0145] d、离合器壳体与外部空气对流及辐射换热子模型：
[0146] 由于汽车的运动，离合器壳体外部的空气与离合器壳体的对流换热也为强迫对流换热，其对流换热热流量表示为：
[0147] （11）
[0148] 式中， 表示离合器壳体和壳外空气对流换热热流量， 为二者的强迫对流换热系数， 为二者对流换热面积， 为壳外空气温度；对流换热系数 是一个与车速有关的量，其对应的Nussel数 的求取原理与飞轮和壳内控制对流换热相关参数求取方法类似。
[0149] 考虑离合器壳体和外部空气的辐射换热，由斯蒂芬波尔兹曼定律，得到离合器壳体与离合器壳外部空气的辐射换热热流量：
[0150] （12）
[0151] 式中， 表示离合器壳体和壳外空气辐射换热热流量， 为辐射系数，正比于壳体材料黑度和辐射换热面积， 为斯蒂芬玻尔兹曼常数；本子模型示意图如图8b中 所示，接口输入“Hd”，“He”分别为外部空气温度和汽车行驶速度。H20为流体与固体之间的用户定义对流换热元件，H21为辐射换热元件，H22为表示离合器壳体的热容量元件。将各个部分按照图8b中 的连接方法相连，需要设置的参数有：H20热流量增益、信号输入阈值、换热表达式；H21的辐射系数；H22的初始温度、材料类型、材料质量。对元件H20来说，对流换热热流量由车速、换热两对象的温度以及用户子定义的换热强度表达式决定，其输入有“Hd”，“He”以及H22输出的温度信号，输出为对流换热热流量 。H21的辐射换热强度由辐射物体与环境温度所决定，其两端分别与“Hd”和H22相连。至此本部分子模型搭建完毕。
[0152] e、离合器内空气温度估计子模型：
[0153] 离合器相关元件与最终向外界的热量散失均离不开离合器壳内空气这一介质，离合器壳内空气由于离合器内主从动部分的快速转动，认为其温度处处相同，而壳内空气参与了多个热过程，其温度由下式计算得到：
[0154] （13）
[0155] （14）
[0156] 式中， 为离合器壳内空气初始温度， 为离合器壳内空气质量，为空气比热容， 是空气的热交换热量；是空气与飞轮、压盘、离合器壳体之间
热流量总和的积分。
热流量总和的积分。
[0157] 离合器壳内空气温度估计子模型的接口输入为：“hc1”，“hc2”，“hc3”，“Hf”(离合器壳内空气初始温度)，“hc1”，“hc2”，“hc3”经过求和元件H23求和，得到实时空气热交换的总热流量，再经过积分元件H24得到空气的热交换热量 ，函数元件H25作用是对其输入除去壳内气体质量和气体比热容，完成如公式(13)的空气温度变化计算，结合离合器内部初始温度信息“Hf”最终得到的即为实时估计的离合器壳内空气温度，作为壳内空气与其他模块传热的输入。
[0158] 还需要说明的是，对于离合器的热量交换建模来说，最关注的是对离合器摩擦面的表面温度估计，他是由离合器飞轮、压盘近摩擦面的温度传感元件H18，H17读出的，并将两个温度信号求和，经函数元件H26，求二者的平均数，作为模型的摩擦面温度输出“Hg”。实际情况中，若飞轮和压盘物理特性相差较大，对于此部分的建模可根据实际情况做出相应的调整。
[0159] ④离合器动态摩擦模块：
[0160] 对于离合器的摩擦过程的建模基于离合器工作状态判断模型，摩擦模块建模原理如图9，当离合器工作于非接触状态，传递转矩为0；完全接合状态，传递转矩为动力源输入转矩 ，处于滑磨状态，传递转矩由滑磨产生，记作 。对于离合器滑磨转矩的确认，由于摩擦过程实际是动态过程，用简单的静态摩擦模型如：库伦摩擦模型、黏性摩擦模型、stribeck效应摩擦模型均不能很好地反映离合器的滑磨过程，选取可以同时反映摩擦力在低速时有向下弯曲的stribeck效应，和临界摩擦力以及摩擦滞后特性的lugre摩擦建模方法，建立离合器的动态摩擦模型。并且由于温度对离合器的摩擦动态过程有很大影响，将这样的影响作用通过温度对模型相关参数的影响来在建模中得以体现。
[0161] 基于lugre模型的离合器的动态摩擦过程与常规lugre摩擦模型的区别有以下几点：
[0162] 1.由于换挡要求，在两个离合器盘开始滑磨时一般已经有较大的速度差，这与两个摩擦面从静止到开始摩擦的常见滑磨方式不同，需要对相关参数进行初始化。
[0163] 2. 对于离合器来说，可以认为两个滑磨面与水平面垂直，平行放置，且两个面是否接触以及挤压力的大小受到离合器执行机构位移的影响。
[0164] 3. 对于离合器滑磨过程来说，滑磨过程中离合器温度的变化对于滑磨模型的相关参数也会有较大的影响。
[0165] 由lugre建模方法，搭建的离合器动态摩擦模型表达如下：
[0166] （15）
[0167] （16）
[0168] 其中， 为广义的速度，在这里 代表离合器主从动部分的相对运动速度， 为接触面之间的鬃毛平均物理偏移量， 是反映stribeck效应的模
型， 为摩擦力矩， 是鬃毛的等效刚度， 是鬃毛等效阻尼系数， 是粘性
摩擦系数。粘性摩擦力的形成是由于固体接触面存在流体层效应，对于气体液体或者不同的固体， 的值受温度影响变化趋势不同。
型， 为摩擦力矩， 是鬃毛的等效刚度， 是鬃毛等效阻尼系数， 是粘性
摩擦系数。粘性摩擦力的形成是由于固体接触面存在流体层效应，对于气体液体或者不同的固体， 的值受温度影响变化趋势不同。
[0169] 本发明离合器工作状态实现过程为：首先判断输入压紧力 是否大于零，小于零则表明两滑磨面之间无挤压作用力即两滑磨面无接触，输出离合器的状态为分离；
相反如果 大于零，继续判断离合器主从动盘转速差的绝对值 是否大于
零， 等于零，则表明离合器主从动盘已经达到相同的转速，输出离合器状态
为完全接合，反之表明离合器主从动盘之间有转速差，输出离合器状态为滑磨。为了便于观察，定义离合器在滑磨和完全接合状态下，均处于接合状态，并将接合状态作为第四个状态输出。得到的这几个状态将在离合器热量交换模块和动态摩擦模块中作为输入使用。离合器处于相应的状态，则对应状态输出为1，否则为0。
相反如果 大于零，继续判断离合器主从动盘转速差的绝对值 是否大于
零， 等于零，则表明离合器主从动盘已经达到相同的转速，输出离合器状态
为完全接合，反之表明离合器主从动盘之间有转速差，输出离合器状态为滑磨。为了便于观察，定义离合器在滑磨和完全接合状态下，均处于接合状态，并将接合状态作为第四个状态输出。得到的这几个状态将在离合器热量交换模块和动态摩擦模块中作为输入使用。离合器处于相应的状态，则对应状态输出为1，否则为0。
[0170] 本发明式（5）中的强迫对流换热系数 由下式计算得来：
[0171] （7）
[0172] 式中的 为Nussel数，其值表示空气与飞轮之间对流换热的强烈程度； 为空气热传导系数， 为空气与飞轮之间换热特征长度。需要说明的是 的值与
离合器主从动部分的状态有关，当摩擦盘与飞轮接触时， 为飞轮外圈周长，而当摩擦盘与飞轮分离时， 为飞轮环的平均周长。
离合器主从动部分的状态有关，当摩擦盘与飞轮接触时， 为飞轮外圈周长，而当摩擦盘与飞轮分离时， 为飞轮环的平均周长。
[0173] 本发明强迫对流换热过程Nussel数 表示为：
[0174] （8）
[0175] 式中 为普朗特数，他的值代表气体的动量和扩散性，与气体比热容，绝对黏度和气体导热系数有关。 叫做雷诺兹常数，表示气体的惯性和黏度。与气体流速、换热特征长度和空气绝对黏度有关，可近似认为他与气体流速成正比。在本子模型搭建中，由于离合器主动部件转速在汽车正常工作时数值均较大，离合器主动部分转速与对流换热气体流速成正比，从相对运动角度考虑，可以用离合器主动部分转速来表示。
[0176] 类似地可以得到压盘和空气的强迫对流换热过程的描述，不再重述。
[0177] 本发明壳内空气与离合器壳体的对流换热由于飞轮压盘的高速运转带动空气运动，故也为强迫对流换热，其热流量表示为：
[0178] （9）
[0179] 式中， 表示离合器壳体和壳内空气对流换热热流量； 为二者的强迫对流换热系数， 为二者对流换热面积， 为离合器壳体温度。对流换热系数 及其对
应的Nussel数 的求取原理与飞轮和壳内控制对流换热相关参数求取方法类似不再重述。
应的Nussel数 的求取原理与飞轮和壳内控制对流换热相关参数求取方法类似不再重述。
[0180] 本发明 的变化与摩擦面之间的库伦摩擦力矩 和最大静摩擦力矩有关，对于离合器来说 的大小与垂直于摩擦面的力和滑动摩擦因数大小直
接相关，正比于正压力； 的大小也与正压力有关，略大于滑动摩擦力。而温度的变化又对离合器摩擦面之间的摩擦因数有直接影响，故离合器摩擦模型中 表示如下：
接相关，正比于正压力； 的大小也与正压力有关，略大于滑动摩擦力。而温度的变化又对离合器摩擦面之间的摩擦因数有直接影响，故离合器摩擦模型中 表示如下：
[0181]
[0182] （17）
[0183] 式中 为由离合器热量交换模型得到的摩擦面温度， 为stribeck效应速度。
[0184] 本发明参数 为粘性摩擦系数，他反映了随速度的增加，摩擦力增大的现象，他的大小由接触表面之间的性质决定，故也受温度影响，其变化规律与材料有关，经实验验证，温度对 的影响由下式表示：
[0185] （18）
[0186] 式中， 为初始黏性摩擦系数， 为黏性表面润滑状态系数， 为黏性摩擦温度衰减系数， 为黏性表面特征温度。
[0187] 图10为本发明所述的离合器动态摩擦模型详解图。离合器动态摩擦模型的输入接口：“Fa”“Fh”分别为： ，以及离合器主从动盘的分离、滑~
磨、接合几个工作状态信号。
磨、接合几个工作状态信号。
[0188] “Fa”与“Fb”作差得到离合器主从动盘转速差，经函数元件F1结合飞轮和压盘尺寸，将此转速信号的单位由rad/s按照摩擦平均半径换算为m/s。此转速信号作为开关元件F3的一个输入，另一个输入F2为常数信号，且设置为0，F3为离合器不接合状态信号，此部分的作用是得到离合器的滑磨速度v。“Fc”经函数元件F4 搭建出式(18)所示的 模型，反映温度对 的影响，需要设置的变量值有 、 、 、 。温度T，正压力 对离合器摩擦面之间的库伦摩擦力矩 和最大静摩擦力矩 的影响在模型中由输入接
口“Fc”，“Fd”以及函数元件F5，F6， F8，F9，F10，和1Dtable元件F7来反映。温度对最大静摩擦力矩以及动摩擦力矩的影响应通过实验得出，在模型中将此影响看作随温度变化的系数，使用F7建立map，实际的最大静摩擦力矩以及动摩擦力矩通过查表得到。
口“Fc”，“Fd”以及函数元件F5，F6， F8，F9，F10，和1Dtable元件F7来反映。温度对最大静摩擦力矩以及动摩擦力矩的影响应通过实验得出，在模型中将此影响看作随温度变化的系数，使用F7建立map，实际的最大静摩擦力矩以及动摩擦力矩通过查表得到。
[0189] 在知道实时的v， ， ， 的情况下，根据摩擦模型原理图9，以及具体实施方案中的式（15）（17），利用相关数学元件，即可搭建出离合器lugre摩擦计算模型，并~
输出离合器摩擦转矩信号。在这里用图10中虚线框表示，不介绍具体搭建过程。
输出离合器摩擦转矩信号。在这里用图10中虚线框表示，不介绍具体搭建过程。
[0190] 离合器在不同工作下传递的力矩则通过信号开关元件F11，F13结合离合器工作状态信号，由原理图9得到。实时计算得的摩擦力矩值为开关元件F11的一个输入，“Fe”为另一个输入，其判断输入为“Fg”。F11的输出作为开关元件F13的一个输入，另一个输入F12是值为0的常数信号，判断输入为“Fh”，最终输出为离合器各状态下的传递力矩信号，经信号转换元件F14将此信号转换为转矩信号，最终由Fi输出离合器传递力矩。搭建的离合器lugre摩擦模型图如图4e所示。
[0191] 二、仿真验证本建模发明的有效性及合理性
[0192] 为了校验本发明所搭建离合器温度-摩擦模型的功能性及合理性，首先选取用于验证离合器温度模型的两种典型工况进行仿真分析验证，一种是集中对离合器输入较多能量，另一种是以一定功率持续一定时间对离合器输入能量。
[0193] 实施例1
[0194] 在离合器总成环境温度20 ，发动机输出转矩250N.m，离合器主从动部分转速差4500rpm，滑磨时间1.2s的情况下实施本发明的仿真方法，模拟离合器在大转速差下滑磨的情况，例如在发动机闷车及车辆高速运行急剧加速换挡时离合器的工况，从而验证本发明所建模型的功能性和合理性。
[0195] 仿真读取离合器飞轮和压盘距离摩擦面不同距离处的温度，并与相同工况下论文《干式DCT离合器温度模型及其灰色预测控制研究》中的结果进行对比。对比图如图11所示。通过仿真图可以看到：通过本发明所述建模方法所搭建的离合器模型及对比论文中所搭建的模型的飞轮、压盘近摩擦面温度均在1.2秒的滑磨时间内迅速升高，紧接着伴随离合器内部复杂的热量交换过程，飞轮和压盘的近摩擦面温度逐渐降低，温度变化趋势相同。随着距飞轮和压盘表面的距离的增加，温度上升趋势变缓，最高温度点所对应的时间依次后移，对于距摩擦表面距离较远的截面，温度一直呈现缓慢上升的趋势，此现象与实际离合器工作中热量产生、热量传导以及其内部热对流等热交换现象对飞轮和压盘的降温作用的综合作用下，飞轮和压盘的温度变化趋势相符合，可以表明本发明所搭建模型功能的正确性。不同的是本发明所述建模方法所搭建的离合器模型在本实例的工况下大约7秒后飞轮和压盘温度基本达到平衡，而对照论文中飞轮和压盘温度达到平衡所需的时间约为5秒；在本实验所设计的离合器物理及热交换特性参数下，离合器飞轮和压盘在本工况下达到的最高温度均约为210 ，而对照论文中的结果为中间飞轮最高温度约为255 ，压盘最高温度约
为230 。这两个方面的不同首先是由于干式AMT与干式DCT的总体结构布置的区别，其次还和不同离合器飞轮、压盘结构参数的不同有关，虽然温度数值有所差别，但此差别在可接受的合理范围内，本实例能够反映本专利的建模方法的合理性。
为230 。这两个方面的不同首先是由于干式AMT与干式DCT的总体结构布置的区别，其次还和不同离合器飞轮、压盘结构参数的不同有关，虽然温度数值有所差别，但此差别在可接受的合理范围内，本实例能够反映本专利的建模方法的合理性。
[0196] 实施例2
[0197] 在离合器总成环境温度80 ，发动机输出转矩150N.m，离合器主从动部分转速差1500rpm，滑磨时间50s的情况下实施本发明的仿真方法，模拟离合器持续滑磨的情况，例如车辆的起步或者坡路驻车等工况，从而进一步验证本发明所建模型的功能性和合理性。
[0198] 仿真读取最关注的离合器飞轮和压盘摩擦面温度，并在相同工况下与论文《干式DCT离合器温度模型及其灰色预测控制研究》中的结果进行对比。对比图如图12所示：通过仿真图可以看到通过本发明所述建模方法所搭建的离合器模型及对比论文中所搭建的模型的飞轮、压盘表面温度在离合器持续滑磨情况下，均为持续升高状态，且由于初始环境温度高于实例1中的情况，故而升温更快，同时，飞轮和压盘的温度在全过程中始终相差不大，而且存在数次温度值重合的情况。不同的是本发明所述的建模方法所搭建的离合器模型在本实例的工况下在50秒的滑磨后最终离合器飞轮、压盘达到425 左右的高温，而对照实验中在50秒的滑磨后最终离合器飞轮、压盘达到的温度为390 左右。此差异是由于本实验所设计的离合器物理及热交换特性参数与对照实验有所不同引起的，通过本实例可以说明本发明所述的建模方法的合理性和功能性，也可以看出检测离合器温度，并对离合器进行温度保护的重要性。
[0199] 实施例3
[0200] 为了说明本发明所述的用于干式离合器温度-摩擦综合建模方法搭建的模型对于离合器其动态摩擦建模的合理性，设计了以下两组实验，如图13所示。
[0201] 实施例3的第一组实验的设计为了验证通过本发明的建模方法所搭建的模型在不同温度下表现出的摩擦特性是否合理，设置离合器主从动盘在5秒内由相对运动速度为0rad/s匀速增加到300rad/s，摩擦表面温度固定设置为60 ，150 ，240 ，330
，输入压紧力 为0.5，图13(a)为此工况下离合器传递转矩图。通过仿真图可以看
到，在以上几种温度下，输出摩擦力矩均在转速差为50rad/s左右达到最大值，接着输出摩擦力矩有所减少，后来随着离合器主从动盘转速差的增大，又逐渐上升。在温度从60到240 增加的过程中，对于相同的转速差，输出的滑磨转矩程依次增大的规律，而当温度升到330 时，输出滑磨转矩介于150 和240 之间，与离合器实际工作中随温
度升高摩擦系数基本程先增大后减小的现象相符合。该实例说明了本发明所述建模方法所搭建的离合器模型，可以很好的反映离合器工作时的摩擦预滑动、摩擦力在低速时向下弯曲的stribeck效应、以及温度对摩擦动态的影响。
，输入压紧力 为0.5，图13(a)为此工况下离合器传递转矩图。通过仿真图可以看
到，在以上几种温度下，输出摩擦力矩均在转速差为50rad/s左右达到最大值，接着输出摩擦力矩有所减少，后来随着离合器主从动盘转速差的增大，又逐渐上升。在温度从60到240 增加的过程中，对于相同的转速差，输出的滑磨转矩程依次增大的规律，而当温度升到330 时，输出滑磨转矩介于150 和240 之间，与离合器实际工作中随温
度升高摩擦系数基本程先增大后减小的现象相符合。该实例说明了本发明所述建模方法所搭建的离合器模型，可以很好的反映离合器工作时的摩擦预滑动、摩擦力在低速时向下弯曲的stribeck效应、以及温度对摩擦动态的影响。
[0202] 实施例3的第二组实验的设计与第一组实验参数设置的唯一区别是将离合器主从动盘相对运动速度从0rad/s到300rad/s的时间设置为10秒，从而进一步验证本离合器摩擦模型所反映的动态特性的合理性，图13(b)为此工况下离合器传递转矩图。通过仿真图可以看到，两种工况下仿真结果最大的不同在于摩擦力矩达到最大值时所对应的离合器主从动盘转速差，第二组实验在不同温度下输出摩擦力矩均在30rad/s左右达到最大值。本仿真结果也说明了本发明所述建模方法所搭建的离合器模型，可以很好的反映离合器工作时的摩擦滞后特性。
[0203] 在实际中，离合器在短时间内的滑磨也将产生较多热量，由于空气传热速度较慢，不能立即扩散出去，从而导致滑磨过程中离合器摩擦片、压盘和飞轮的温度急剧升高，而离合器的温度过高对其工作有很大影响，尤其是对滑磨片的摩擦系数有显著的影响，这会直接导致离合器传递转矩的变化。因此，根据离合器当前工作温度及时修正摩擦系数值，精确计算离合器传递扭矩，对提高系统控制精度具有极其重要的意义。离合器工作温度将直接影响其力矩传递特性，同样地，离合器传递力矩的大小对摩擦热量的产生也有直接影响，故而应该建立充分反映离合器热力及摩擦特性的更精确的综合模型。
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