电控机械式自动变速器换档规律仿真模型的研究_牛秦玉

关系 [ 4 ]
η Ttout i0 t2
-
Tre
= Jw
dωw dt
( 11 )
Tre = ( Fω + Ff +i ) r
( 12 )
Ff +i = G ( f + i)
( 13 )
Fω
= Cd Af u2 21. 15
( 14 )
u = 3. 6 ×ωr ×r
( 15 )
ω
ω w
=
out
i0
( 16 )
本文利用了汽车动力学理论以及 Matlab / Simu2 link工具箱建立了汽车传动系统仿真模型 ,同时根据 ECU 中换档规律的执行过程建立了换档规律的执行
和判断仿真模型。通过实例验证 ,这种换档规律仿真 模型是可行的 。 1 车辆传动系统仿真模型的建立
图 1 后轮驱动车辆传动系统简图
本研究所针对的车型为后轮驱动车辆 ,图 1为后 轮驱动汽车传动系统模型。从图 1可见 ,汽车的传动 系统主要由发动机 、离合器、变速器、驱动桥及驱动轮 组成 ,下面将分别建立其仿真模型 。
换档逻辑判断模块相当于驾驶员的逻辑思维 , 它通过将当前的速度与换档规律模块得到的升档速 度及降档速度相比较 ,从而决定是升档 ,降档还是保 持 ,图 4即为换档逻辑判断图 [ 8 ] 。
2 换档规律仿真模型的建立 换档规律存储在 AMT电子控制单元 ( electronic
control unit, ECU)的存储器中 ,在 AMT正常运行时 , 由各种传感器 (包括速度传感器 ,加速度传感器 ,车重 传感器等 )采集汽车当前行驶状态信息 ,通过 ECU 存 储器中所预设的相应控制规律将这些信息与最佳的 换档规律相比较 ,从而求取最佳换档点 。之后通过 ECU中的逻辑判断程序完成是否执行换档的决定 ,如 果达到换档的要求 ,则 ECU 向执行机构发出完成换 档的信号 ,此执行过程如图 3所示 [8 ] 。
对于变速器仿真模型的建立 ,由于仿真目的是检
查自动变速器换档规律对整车的动力性和经济性的
影响 ,虽然变速器的动态特性对动力性和燃油经济性
也有一定的影响 ,但相对于整车的动态影响来说其微
不足道 ,故本仿真中忽略变速器的惯量、阻尼 ,认为其 是一个理想系统 [6, 7 ] ,即将变速器看作比例环节 ,有以
∫t2
Q = Qt dt
(4)
t1
1. 2 离合器及变速器仿真模型的建立
离合器的动态接合过程可由相应的数学模型来
描述。由图 2可以得到主动盘的运动方程为
J eω· e
+
B
ω
ee
= Te
- Tc
(5)
式中 : Tc 为离合器传递的转矩 ; B e 为发动机粘性阻尼
系数 ; Je 为发动机和飞轮的转动惯量 ;ωe 为发动机转
性模型主要应用于传动系统的动力学模拟 ;而发动机
负荷特性模型则应用于对车辆燃油经济性的评价 。
1. 1. 1 发动机转矩特性模型
发动机转矩特性模型是指发动机输出转矩与发
动机转速及油门开度的关系模型 ,本研究中将采用稳
态发动机转矩特性模型 。设通过台架试验得到某一
油门开度
β j
下
,
各试验点的转矩与转速为
重力加速度 ,取 9. 8 m / s2; f为滚动阻力系数 ; i为道
路坡度 ; Cd为空气阻力系数 ; Af为迎风面积 ;δ为考虑
发动机动态特性的旋转质量转换系数 ;ηt 为传动系传
动效率
,
且
η t
=ηt1ηt2 ,ηt1为变速器传动效率 ,ηt1为主
减速器传动效率 ; 。
式 (3)对时间进行积分即可得到 ( t1 , t2 )时间内 的燃油消耗量 Q,即
收稿日期 : 2005 04 20 作者简介 :牛秦玉 (1965 - ) ,男 (汉 ) ,陕西 ,博士研究生 , zhanggsh npu@126. com
352
机械科学与技术
第 26卷
1. 1 发动机模型的建立
本研究中所用到的发动机模型包括 :发动机转矩
特性模型以及发动机负荷特性模型 。发动机转矩特
电控机械式自动变速器 ( automatic mechanical transm ission, AMT)是一种新型的自动变速器 ,其除 具有液力自动变速器操纵方便 ,良好的动力性、燃油 经济性 ,安全舒适的优点外 ,还具有制造成本低、传动 效率高、易于实现智能化等优点。因此 , AMT已成为 当前变速器发展的一个主要趋势 [1 ] 。
T
和 i
ej
nei j ,
i
= 1, 2, …, n, j = 1, 2, 3, …, m ,βj 表示第 j个油门
开度 ;
T
i ej
,
nei j分别表示在第
j个油门开度下第
i组发
动机转矩与转速 ) 。由此可以得到 m ×n 组试验数
据 ,根据这些数据利用曲面拟合的方法既可以得到稳
态发动机转矩特性模型 [3 ] ,即
Abstract: Shift law is the soul of automatic mechanic transm ission (AMT). To verify its reliability, the paper estab2 lished the autom ibile drive system simulation model using the Matlab / Simulink software and autom ibile dynam ics the2 ory. It also set up the law execution and judgment simulation model in accordance with the electronic control unit′s execution of the shift law. An instance of the simulation model verifies that the model is feasible. Key words: automatic mechanic transm ission; shift law; simulation model
下关系
Ttout = TL ηi t1
ω
ω to u t
=
v
i
(9) ( 10 )
式中 : i为变速器变速比 ; Ttout为变速器输出轴转矩 ;
第 3期
牛秦玉等 :电控机械式自动变速器换档规律仿真模型的研究
353
ω tou
t为变速器输出轴转动角速度
。
1. 3 驱动轮仿真模型的建立
根据汽车动力学理论 ,在驱动轮上有以下动力学
2007年 3月 第 26卷 第 3期
机械科学与技术 Mechanical Science and Technology
March 2007 Vol. 26 No. 3
电控机械式自动变速器换档规律仿真模型的研究
牛秦玉
牛秦玉 ,张国胜 ,方宗德 ,颜克志 ,李俭波
(西北工业大学 机电学院 ,西安 710072)
动角速度 。
图 2 离合器受力简图
从动盘的运动方程为
J vω· v
+
B
ω
vv
= Tc
-
TL
(6)
式中 : TL 为作用在从动盘上的负载转距 ; B v 为从动盘
等效粘性阻尼系数 ; Jv 为汽车平动和转动部件的等效
转动惯量;ωv 为从动盘转动角速度 。
根据式 (5)及式 (6) ,可以得到离合器锁定时 (判
Tc =
锁定状态 :
Tclock Tclock < Tcmax
≥ Tcmax Tclock
Tcm ax
非锁定状态 : Tcmax 式中 : Tcmax为离合器传递的最大转矩 ; Tclock为离合器 锁定转矩 ; R1 , R2分别为离合器摩擦片内外半径 ;μ为
摩擦系数 ; Fn 为压紧力 。
图 4 换档逻辑判断图
换档逻辑判断是基于事件的过程 ,即当发生某 一换档事件时便触发某一换档操作 。为了对这一过 程进行仿真 ,本研究采用基于事件的仿真环境 State2 flow实现了这一流程 。
图 3 换档流程图
换档规律模块的主要作用是根据各个传感器采 集的车辆信息利用存储器中存储的换档规律 (单参 数、二参数或三参数 )求取当前最佳的升降档点。本 研究所采用的换档规律为三参数换档规律 ,此模块的 输入信息包括档位信息 、加速度信息及油门信息 。其
摘 要 :换档规律是电控机械式自动变速器的灵魂。为验证换档规律的可靠性 ,本文在对车辆的动力 学研究的基础上 ,应用 Matlab / Simulink工具箱建立了汽车传动系统仿真模型 ,同时根据 ECU 中换档 规律的执行过程建立了换档规律的执行和判断仿真模型 。通过实例验证 ,这种换档规律仿真模型是 可行的 。 关 键 词 :自动变速器 ;换档规律 ;仿真模型 中图分类号 : U463 文献标识码 : A 文章编号 : 100328728 (2007) 0320351204
进行曲面拟合而得到的 ,在此不再重述。
由此 ,利用稳态发动机负荷特性并结合发动机原
理 [3 ]和汽车动力学 [4 ]知识可以得到小时燃油消耗量
的计算公式
Qt
=
ge u3600ηt( Nhomakorabeaf+ Gi
+ Cd Af u2 21. 15
+δG
g
du) dt
(3)
式中 : Qt为动态小时燃油消耗量; G为汽车重量; g为
3 仿真模型实例测试 通过以上对各模块的理论分析及其实现方法的