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自动变速箱已经广泛应用于轿车和各种工程车辆上。自动变速器的换档品质是指换档过程总体特性的优劣，是一个重要性能指标。新技术和新结构不断引人使人们对自动变速箱换档品质控制的要求也逐渐提高。本文采用平均值模型对发动机进行仿真，建立了液力变矩器的动态模型，并在自动变速箱换档过程分析的通用数学模型基础上建立了系统的等效力学模型。最后，本文对换档过程进行仿真，并与常用的简化模型的仿真结果进行比较和分析，从结果上验证了这种模型的合理性。
传动系统简化动力学模型中，通常忽略相关零部件及支承的弹性变形和系统的阻尼，并检测设换档期间车辆的行驶阻力为常数，如下图所示。图中：ωB泵轮
变速器的换档等效模型如下图所示，输人和输出部分的转动惯量分别等效到辅助机械变速器的输人轴和输出轴上。Cl、C2是在某换档过程中改变结合状态的结合元件。低档时Cl结合，C2分离；高档时C1分离，C2结合。JI均与输人轴固接构件等效到输人轴上的转动惯量，Jo为所有与输出轴固接构件等效到输出轴上的转动惯量；tlmJ2m分别为输人轴到离合器C1、C2的传动比Z/S，L2s为离合器Cl、C2到输出轴的传动比；TC1、TC2为离合器C1、C2的扭矩。
以升档为例，利用Matlab/Simulink建立仿真模型，并与常用的简化模型进行对比，对比结果如图3所示，其中虚线为常用的简化模型仿真结果，实线为本文所提出的动态模型的仿真结果，换档过程从第3s开始，历时0.8s，换档的初始车速为8 km/h。
换档过程分为2个阶段。在第1阶段，换入档结合元件已作用摩擦扭矩，但换出档结合元件仍处于结合状态，这个阶段称为换档过程的扭矩相；在第2阶段，换出档结合元件开始滑摩，直至换入档结合元件结合，这个阶段称为惯性相。简化模型中，3.15-3.35s为扭矩相，3.35-3.59s为惯性相；动态模型中，3.153.33 s为扭矩相，3.33-3.46s为惯性相。在惯性相，伴随离合器C2的相对转速降低，涡轮转速也降低，最终由换档前的i1（OG降为换档后的i2）OGo在常用的简化模型中，发动机模型忽略了进排气、供油和扭矩输出过程中的动态特性，液力变矩器模型忽略了与涡轮和泵轮一起旋转的液体的惯性矩，忽略了液体在非稳态时，因有流动而与刚性的不同之处，认为在变化过程中，液体能够立刻达到稳定状态，不能反映出液体的惯性和液体流动对泵轮转速和扭矩变化的阻碍作用，使得泵轮转速和扭矩的变化幅度偏大。
扭矩相期间变速箱内扭矩的再分配使得输出扭矩下降的现象叫做“扭矩陷阱”，乘员感觉到的换档冲击现象叫做扭矩过冲。“扭矩陷阱”和扭矩过冲的深度和宽度越大，换档品质越差。简化模型中，“扭矩陷阱”的谷底为70 Nm，扭矩过冲的顶峰为100 Nm；动态模型中，“扭矩陷阱”的谷底为60 Nm，扭矩过冲的顶峰为90 Nm。
由于忽略了发动机和液力变矩器的动态分量，常用的简化模型一方面弱化了“扭矩陷阱”的深度，没有反映出输出扭矩下降的严重程度。另一方面，简化模型过大反映了扭矩过冲，这对换档品质的控制影响较大。对比得出如下结论：2个模型中都能反映出各个物理量在换档前后的变化趋势。如果只是关注整个车辆动力传动系统，不过多考虑换档过程中各个物理量的变化，简化模型更加简单和方便。如果在车辆的动力传动系统中研究变速箱换档的动态过程，关注换档品质的优劣，本文的动态模型更加适用。换档品质控制的研究是自动变速箱研究的一个重要课题。在换档过程分析时，必须建立一个与研究目的相适应的仿真模型。本文首先建立了发动机的平均值模型和液力变矩器的动态模型，对变速箱的换档过程进行了力学分析，并将以此为依据所建立的仿真模型同常用的简化模型进行了对比分析。
一、自动变速箱换档过程的分析模型
液力自动变速箱是通过液压操纵换档离合器或制动器来进行换档操纵的。换档时会产生换档冲击及动力中断等换档不平稳现象。换档品质控制的主要目的是增加换档的平稳性，使驾驶舒适；减少传动系的动载荷，增加零件的使用寿命；减少离合器摩擦片热负荷，提高其工作可靠性和耐久性。建立合适的仿真模型来描述换档过程中输出扭矩的剧烈变化，对提高换档品质十分重要，是本文的主要研究内容。传动系统简化动力学模型中，通常忽略相关零部件及支承的弹性变形和系统的阻尼，并检测设换档期间车辆的行驶阻力为常数，如下图所示。图中：ωB泵轮
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转速；ωT为涡轮转速；ωE为发动机转速；ωG为辅助机械变速器输出转速；TE为发动机扭矩；TB为泵轮扭矩；TT为涡轮扭矩；Tc为机械变速器输出扭矩；TL为车辆负载扭矩。平均值发动机模型重点着眼于整机的动态特性，对各缸的工作状态差异进行平均处理，忽略了一个工作循环内不同曲轴转角时各缸的差别。发动机平均值模型主要包括气路模型、油路模型和动力输出模型3个子模型。变速器的换档等效模型如下图所示，输人和输出部分的转动惯量分别等效到辅助机械变速器的输人轴和输出轴上。Cl、C2是在某换档过程中改变结合状态的结合元件。低档时Cl结合，C2分离；高档时C1分离，C2结合。JI均与输人轴固接构件等效到输人轴上的转动惯量，Jo为所有与输出轴固接构件等效到输出轴上的转动惯量；tlmJ2m分别为输人轴到离合器C1、C2的传动比Z/S，L2s为离合器Cl、C2到输出轴的传动比；TC1、TC2为离合器C1、C2的扭矩。
二、与常用的简化模型的对比分析
在常用的简化模型中，发动机的输出扭矩特性可用发动机转速ωE和油门开度率来表示，函数表达式为：以升档为例，利用Matlab/Simulink建立仿真模型，并与常用的简化模型进行对比，对比结果如图3所示，其中虚线为常用的简化模型仿真结果，实线为本文所提出的动态模型的仿真结果，换档过程从第3s开始，历时0.8s，换档的初始车速为8 km/h。
换档过程分为2个阶段。在第1阶段，换入档结合元件已作用摩擦扭矩，但换出档结合元件仍处于结合状态，这个阶段称为换档过程的扭矩相；在第2阶段，换出档结合元件开始滑摩，直至换入档结合元件结合，这个阶段称为惯性相。简化模型中，3.15-3.35s为扭矩相，3.35-3.59s为惯性相；动态模型中，3.153.33 s为扭矩相，3.33-3.46s为惯性相。在惯性相，伴随离合器C2的相对转速降低，涡轮转速也降低，最终由换档前的i1（OG降为换档后的i2）OGo在常用的简化模型中，发动机模型忽略了进排气、供油和扭矩输出过程中的动态特性，液力变矩器模型忽略了与涡轮和泵轮一起旋转的液体的惯性矩，忽略了液体在非稳态时，因有流动而与刚性的不同之处，认为在变化过程中，液体能够立刻达到稳定状态，不能反映出液体的惯性和液体流动对泵轮转速和扭矩变化的阻碍作用，使得泵轮转速和扭矩的变化幅度偏大。
扭矩相期间变速箱内扭矩的再分配使得输出扭矩下降的现象叫做“扭矩陷阱”，乘员感觉到的换档冲击现象叫做扭矩过冲。“扭矩陷阱”和扭矩过冲的深度和宽度越大，换档品质越差。简化模型中，“扭矩陷阱”的谷底为70 Nm，扭矩过冲的顶峰为100 Nm；动态模型中，“扭矩陷阱”的谷底为60 Nm，扭矩过冲的顶峰为90 Nm。
由于忽略了发动机和液力变矩器的动态分量，常用的简化模型一方面弱化了“扭矩陷阱”的深度，没有反映出输出扭矩下降的严重程度。另一方面，简化模型过大反映了扭矩过冲，这对换档品质的控制影响较大。对比得出如下结论：2个模型中都能反映出各个物理量在换档前后的变化趋势。如果只是关注整个车辆动力传动系统，不过多考虑换档过程中各个物理量的变化，简化模型更加简单和方便。如果在车辆的动力传动系统中研究变速箱换档的动态过程，关注换档品质的优劣，本文的动态模型更加适用。换档品质控制的研究是自动变速箱研究的一个重要课题。在换档过程分析时，必须建立一个与研究目的相适应的仿真模型。本文首先建立了发动机的平均值模型和液力变矩器的动态模型，对变速箱的换档过程进行了力学分析，并将以此为依据所建立的仿真模型同常用的简化模型进行了对比分析。