自动变速器控制器的建模

此示例使用：

开放式

此示例显示了如何使用Simulink®对汽车传动系进行建模。Stateflow®通过其对变速箱控制逻辑的表示增强了Simul金宝appink模型。Simulink为动态系统和过程的建模和仿真提供了强大的环境。不过，在许多系统中，诸如更改模式或调用新增益计划必须响应可能发生的事件和随时间发展的条件。因此，环境需要能够管理这些多模式和发展条件的语言。在以下示例中，Stateflow通过在aut中执行档位选择功能来显示其在这方面的优势omatic变速箱。该功能通过在Simulink方框图中加入Stateflow块，以自然直观的方式与传动系动力学相结合。

分析和物理学

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之一。发动机与变矩器的叶轮相连，变矩器将发动机与变速箱相连（见方程式1）。

等式1

$ T_e = T_e -T_i $

$n_e = \ mbox {Engine Speed（RPM）}$

$i_ {ei} = \ mbox {发动机惯性矩和叶轮}$

$t_e，t_i = \ mbox {引擎和叶轮扭矩}$

变矩器的输入输出特性可以表示为发动机速度和涡轮速度的功能。在该示例中，始终假设电流方向从叶轮到涡轮机（见等式2）。

等式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 {涡轮机的速度（变矩器输出）=传输输入速度（rpm）} $$

$r_ {tq} = f_3 \ frac {n_ {in}} {n_e} = \ mbox {torque比率}$

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)。

等式3.

$r_ {tr} = f_4（gear）= \ mbox {传输率}$

$t_ {out} = r_ {tr} t_ {in}$

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

$T_{in}， T_{out} = \mbox{变速器输入输出力矩}$

$n_ {in}，n_ {out} = \ mbox {传输输入和输出速度（rpm）}$

终传动、惯性和动态变化的负载构成了车辆动力学（见方程式4）。

等式4.

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

$I_v=\mbox{车辆惯性}$

$n_w = \ mbox {滚轮速度（rpm）}$

$R{fd}=\mbox{终传动比}$

$t_ {load} = f_5（n_w）= \ mbox {load torque}$

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)。

等式5.

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

$r_ {load0}，r_ {load2} = \ mbox {摩擦和空气动力拖动系数}$

$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，初始条件会在模型工作区中设置。

模型的顶级图如下图所示。要运行模拟，请在“模拟”选项卡上，单击跑．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。另请注意，该单位出现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格组成，该表格内插发动机扭矩与油门和发动机转速的关系。下图显示了复合引擎子系统。双击模型中的该子系统以查看其结构。

Torqueconverter和传输块构成传输子系统，如下图所示。双击模型窗口中的传输子系统以查看其组件。

Torqueconverter是一个屏蔽子系统，实现公式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。掩模需要速度比的矢量（Nin/Ne）和K因子的载体（f2)转矩比(f3).此图显示了变矩器子系统的实现。

传输比块确定表1中所示的比率并计算传输输出扭矩和输入速度，如等式3所示。如下所示，如下所示的图示示出了实现扭矩和速度中该比率的子系统的框图。

表格1：传动齿轮比率

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

标有ShiftLogic的状态流块为变速箱执行档位选择。双击模型窗口中的ShiftLogic以打开状态流图。模型浏览器用于将输入定义为油门和车速，将输出定义为所需的档位。两个虚线和状态跟踪档位状态和档位选择过程的状态。整个图表作为离散时间系统执行，每40毫秒采样一次。下面显示的状态流程图说明了该块的功能。

通过在Stateflow调试器中启用动画，可以在模拟期间观察移位逻辑行为。这个选择状态(总是活动的)首先执行其中指示的计算在功能。该模型根据齿轮和油门瞬时值的函数计算升档和降档速度阈值。虽然在稳定状态下，模型将这些值与本车速进行比较，以确定是否需要偏移。如果是，它会进入一个确认状态（拼写或者降档)，它记录了进入的时间。

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在滴答声中，模型通过下交叉点转换，并根据当前档位广播一个换档事件。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gear_selection.状态，激活到适当的新装备的过渡。

例如，如果车辆在第二档中移动，则状态为25％油门，状态第二在内部是活跃的gear_state.，和steady_state活跃于选择状态．这在后者的功能，发现当车辆超过30英里/小时时应该发生升档。目前这变成了，模型进入了拼写状态。在这种状态下，如果车速保持高于30英里/小时TWAIT滴答声中，模型满足向下到右下交叉点的过渡条件。这也满足从此处到的过渡条件[|齿轮==2 |]steady_state，因此该模型现在从拼写来steady_state并广播活动向上作为过渡动作。因此，从第二位到第三位的过渡被采纳gear_state.这就完成了移位逻辑。

根据方程式4和方程式5，车辆子系统使用净扭矩计算加速度，并将其积分以计算车速。车辆子系统被屏蔽。要查看车辆块的结构，请右键单击它并选择面具>看下面具从下拉菜单。在掩模菜单中输入的参数是最终的驱动比，多项式系数用于拖动摩擦和空气动力学阻力，车轮半径，车辆惯性和初始传输输出速度。

结果

模拟中使用的发动机扭矩图和变矩器特性如下所示。

获取系数（第二行）和扭矩比（第三行）与速比（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：第一次仿真的节气门时间表（通过机动）

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

第一列对应于时间；第二列对应于节气门开度，单位为百分比。在这种情况下，未应用制动器（制动扭矩为零）。车速从零开始，发动机转速为1000 RPM。下图显示了使用默认参数的基线结果图。当驾驶员踩下60%的节气门时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，此时会发生1-2升档。发动机转速典型地突然下降，然后恢复加速。2-3和3-4升档分别在大约4秒和8秒时进行。请注意，由于惯性大，车辆速度保持平稳。

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．车辆沿第四齿轮巡航为模拟的其余部分。双击机动gui块，并使用图形界面来改变油门和刹车历史。