自动变速器控制器的建模

此示例使用：

开放模型

这个例子展示了如何用Simulink®建模汽车传动系统。金宝appstatflow®通过传输控制逻辑的表示增强了S金宝appimulink模型。金宝appSimulink为动态系统和过程的建模和仿真提供了一个强大的环境。然而，在许多系统中，像改变模式或调用新的增益计划这样的监控功能必须对可能发生的事件和随时间发展的条件做出响应。因此，环境需要一种能够管理这些多种模式和开发条件的语言。在下面的例子中，statflow通过在自动变速器中执行齿轮选择功能来展示其在这方面的实力。通过在Simulink块图中合并statflow块，该函数以一种自然和直观的方式与传动系统动力学相结合。金宝app

分析与物理

下图显示了一个典型的汽车动力系统的功率流。非线性常微分方程模型的发动机，四速自动变速器，和车辆。本例中讨论的模型直接将图中的模块实现为模块化的Simulink子系统。金宝app另一方面，在传输控制单元(TCU)中所作的逻辑和决定并不适合于公式完善的方程。TCU更适合statflow表示。statflow监视与系统中重要关系对应的事件，并在事件发生时采取适当的行动。

节气门开度是发动机的输入参数之一。发动机与液力变矩器的叶轮相连，液力变矩器将发动机与变速器相连(见公式1)。

方程式1

$ T_e = T_e -T_i $

$N_e=\mbox{发动机转速（RPM）}$

$I_{ei}=\mbox{发动机和叶轮的惯性矩}$

$T_e，T_i=\mbox{发动机和叶轮扭矩}$

变矩器的输入输出特性可以表示为发动机转速和涡轮转速的函数。在本例中，始终假设功率流的方向是从叶轮到涡轮（见方程式2）。

方程式2

$T_i=\frac{N_e^2}{K^2}$

$K=f_2\frac{N_{in}{N_e}=\mbox{K-因子（容量）}$

$N_{in}=\mbox{涡轮转速（变矩器输出）=变速箱输入转速（RPM）}$

$R_{TQ}=f_3\frac{N_{in}{N_e}=\mbox{扭矩比}$

传动模型是通过静态齿轮传动比实现的，假设换挡时间很小(见公式3)。

方程式3

$R{TR}=f_4（档位）=\mbox{传动比}$

$$T{out}=R{TR}T{in}$$

$N_{in} = R_{TR} N_{out}$

$T_{in}， T_{out} = \mbox{变速器输入输出力矩}$

$N_{in}，N_{out}=\mbox{变速箱输入和输出速度（RPM）}$

最终驱动、惯性和动态变化的负载构成了车辆动力学(见方程4)。

方程式4

$I_v \dot{N}_w = R_{fd}(T_{out}-T_{load})$

$I_v = mbox{车辆惯性}$

$N_w=\mbox{车轮转速（RPM）}$

$R_{fd} = \mbox{最终驱动比}$$

$T{load}=f_5（N_w）=\mbox{load torque}$

负载转矩包括路面负载和制动转矩。道路荷载是摩擦损失和空气动力损失之和(见公式5)。

方程式5

$$ T_{负载}=识别胡志明市(英里/小时)(R_ {load0} + R_ {load2}英里^ 2 + T_{制动})识别$$

$R{load0}，R{load2}=\mbox{摩擦和空气动力阻力系数}$

$T_{load}， T_{brake} = \mbox{load and brake torque} $$

$MPH = \mbox{车辆线速度}$

模型根据下图所示的时间表规划变速器的换挡点。对于给定的节气门在给定的档位，有一个独特的车辆速度发生升档。对降档的模拟操作类似。

建模

打开模型时，初始条件将在模型工作空间中设置。

模型的顶层图如下图所示。要运行模拟，请在“模拟”选项卡上单击运行．注意，模型将相关数据记录到名为MATLAB Workspace的数据结构中sldemo_autotrans_output．记录信号有蓝色指示灯。在运行模拟之后，可以通过输入查看数据结构的组件sldemo_autotrans_output在MATLAB命令窗口中。还要注意，这些单元显示在子系统图标和信号线上。

建模

以上所示金宝app的Simulink模型由代表发动机、变速器和车辆的模块组成，外加一个换挡逻辑块来控制传动比。用户输入到模型的形式是油门(给出的百分比)和制动扭矩(给出的英尺-磅)。用户使用机动gui界面输入油门和刹车扭矩。

发动机子系统由一个二维表组成，该表内插发动机扭矩与油门和发动机转速。下图显示了复合Engine子系统。双击模型中的这个子系统以查看其结构。

如下图所示，变矩器和变速器传动比块构成变速器子系统。双击模型窗口中的变速器子系统以查看其部件。

扭矩转换器是一个屏蔽子系统，它实现了方程式2。要打开此子系统，请右键单击它并选择面具>看下面具从下拉菜单中选择。遮罩需要速度比矢量(Nin /不)和K因子的向量(f2)及转矩比(f3）.图中显示了TorqueConverter子系统的实现。

传动比块确定表1中所示的传动比，并计算变速箱输出扭矩和输入速度，如等式3所示。下图显示了实现该扭矩和速度比的子系统的框图。

表1：传动齿轮比率

齿轮Rtr = Nin/Ne 1 2.393 2 1.450 3 1.000 4 0.677

标记为ShiftLogic的Stateflow块实现变速箱的齿轮选择。双击模型窗口中的ShiftLogic以打开状态流图。Model Explorer用于定义输入为油门和车辆速度，输出为所需的齿轮数。两个虚线和状态保持跟踪齿轮状态和齿轮选择过程的状态。整个图表作为一个离散时间系统执行，每40毫秒采样一次。下面显示的状态流图说明了块的功能。

通过在statflow调试器中启用动画，可以在模拟期间观察移位逻辑行为。的selection_state(总是活动的)首先执行其中指示的计算在作用该模型根据档位和油门的瞬时值计算升档和降档速度阈值。在稳态时，模型将这些值与当前车速进行比较，以确定是否需要换档。如果是，则进入确认状态之一(升档或降低速度)，记录入境时间。

当车速不再满足换挡条件时，在确认状态下，模型忽略换挡，并切换回steady_state．这防止了由于噪音条件而产生的额外的移位。如果移位条件在持续时间内保持有效TWAIT滴答声，模型通过较低的连接点进行转换，并根据当前齿轮广播其中一个移位事件。随后，模型再次激活steady_state在通过一个中心交叉点的过渡之后。转移事件，它被广播到档位选择状态，激活到相应新档位的转换。

例如，如果车辆在节气门开度为25%的二档行驶，则状态为第二活跃在齿轮状态和steady_state活跃于selection_state这个在后者的功能发现，当车辆超过30 mph时，应进行升档。当这变为现实时，模型进入升档状态。在此状态下，如果车速保持在30 mph以上TWAITTicks，模型满足向下到右下方连接的过渡条件。这也满足[|齿轮== 2|]从这里到steady_state，因此该模型现在从升档来steady_state并播放该活动向上作为过渡行动。因此，从第二名到第三名的过渡被采纳了齿轮状态这就完成了移位逻辑。

根据方程4和方程5,Vehicle子系统使用净扭矩来计算加速度，并将其积分来计算车辆速度。车辆子系统被屏蔽。要查看Vehicle块的结构，右键单击它并选择面具>看下面具从下拉菜单中。在掩码菜单中输入的参数包括终传动比、阻力摩擦和空气动力阻力的多项式系数、车轮半径、车辆惯性和初始变速器输出速度。

后果

发动机扭矩图和液力变矩器特性在仿真中使用如下所示。

获取FactorK(第二行)和TorqueRatio(第三行)vs speeratio(第一行)

第一个模拟(通过机动)使用表2中给出的节流阀进度表(该数据是线性插值的)。

表2：第一次模拟的油门时间表（超车机动）

时间(秒)节流(%)0 60 14.9 40 15 100 100 0 200 0

第一列表示时间;第二列对应节流开度百分比。在这种情况下没有制动(制动力矩为零)。车辆速度从零开始，发动机转速为1000转/分。下图显示了使用默认参数的基线结果图。当司机踩到60%的油门时t = 0这时，发动机立即做出反应，速度提高了一倍多。这带来了一个低的速比通过液力变矩器，因此，大的转矩比。车辆加速很快(没有轮胎打滑模型)，发动机和车辆都获得速度，直到大约t=2秒，这时会出现1-2的上升。发动机的速度突然下降，然后又恢复加速。2-3和3-4的上升分别发生在4秒和8秒左右。请注意，由于大的惯性，车辆的速度保持得更平稳。

在t = 15秒，驾驶员将油门提高到100%，这可能是典型的过路操作。变速器降档至第三档，发动机从大约2600转/分跃升至大约3700转/分。发动机的扭矩因此有所增加，同时也增加了传动装置的机械优势。随着持续的重油门，车辆加速到大约每小时100英里，然后切换到超速行驶大约T = 21秒这个vehicle cruises along in fourth gear for the remainder of the simulation. Double click on the ManeuversGUI block and use the graphical interface to vary the throttle and brake history.