自动变速器控制器的建模

这个示例使用:

开放模式

此示例显示如何使用Simulink®建模汽车动力传动系统。万博1manbetxStateFlow®增强了Simulink模型，万博1manbetx其表示传输控制逻辑。万博1manbetxSimulink为动态系统和流程的建模和仿真提供了强大的环境。但是，在许多系统中，更改模式或调用新增益计划等监督功能必须响应可能发生的事件和随时间发展的情况。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。在以下示例中，通过在自动变速器中执行档位选择的功能，StateFlow以这种容量显示其强度。通过在Simulink块图中结合状态流块，该函数以自然和直观的方式与动力传动系统的动态组合在一起。万博1manbetx

分析和物理

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。万博1manbetx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。

节流阀是发动机的输入之一。发动机连接到扭矩转换器的叶轮，使其耦合到变速器（参见公式1）。

方程1

$ T_e = T_e -T_i $

$N_e = \mbox{引擎转速(RPM)}$

$I_{ei} = \mbox{发动机和叶轮的转动惯量}$$

$T_e, T_i = mbox{发动机和叶轮扭矩}$$

液力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，功率流动的方向始终假定为从叶轮到涡轮(见公式2)。

方程2

$$ T_i = \压裂{N_e ^ 2} {K ^ 2} $$

$$ K =₂\压裂{N_{在}}{N_e} = \ mbox{增殖系数(容量)}$$

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

$$ R_ {TQ} = f_3 \压裂{N_{在}}{N_e} = \ mbox{扭矩比}$$

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3

$R_{TR} = f_4(gear) = \mbox{传动比}$$

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

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

$T_{in}， T_{out} = \mbox{变速器输入输出力矩}$

$N_{in}， N_{out} = \mbox{变速器输入输出速度(RPM)}$

最终驱动器，惯性和动态变化的负载构成了车辆动态（参见公式4）。

方程4

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

$i_v = \ mbox {车辆惯量}$

$N_w = \mbox{车轮转速(RPM)}$

$r_ {fd} = \ mbox {最终驱动器比率}$

$T_{load} = f_5(N_w) = \mbox{load torque}$

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

当您打开模型时，在模型工作区中设置了初始条件。

模型的顶层关系图如下图所示。要运行模拟，请在simulation选项卡上单击跑步．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。还要注意，这些单元出现在子系统图标和信号线上。

建模

以上所示万博1manbetx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。

发动机子系统由二维表组成，其立体表内插入发动机扭矩与油门和发动机速度。下图显示了复合引擎子系统。双击模型中的此子系统以查看其结构。

变速器子系统由torque econverter和Transmission ratio模块组成，如下图所示。在模型窗口中双击Transmission子系统以查看其组件。

TorqueConverter是一个屏蔽子系统，它实现了方程2。要打开这个子系统，右键单击它并选择面具>看下面具从下拉菜单。遮罩需要一个速度比矢量(nin / ne)和k因子向量(f2）和扭矩比率（f3）。该图显示了Torqueconverter子系统的实现。

传动比块确定表1所示的比值，并计算出传动输出转矩和输入转速，如式3所示。下图显示了实现转矩和速度比值的子系统的框图。

表1:传动齿轮比率

齿轮rtr = nin / nin 1 2.393 2 1.450 3 1.000 4 0.677

StateFlow块标记的ShiftLogic实现传输的档位选择。双击模型窗口中的ShiftLogic以打开状态流图。模型资源管理器用于将输入作为节流阀和车辆速度和作为期望档位的输出定义。两个虚线和状态跟踪齿轮状态和档位选择过程的状态。整体图表作为离散时间系统执行，每40毫秒采样。下面显示的状态溢图表说明了块的功能。

通过在状态流调试器中启用动画，可以在模拟期间观察移位逻辑行为。这selection_state.(总是活动的)首先执行其中指示的计算在函数。该模型计算升挡和降挡速度阈值作为齿轮和油门瞬时值的函数。当处于稳态时，该模型将这些值与当前车速进行比较，以确定是否需要换挡。如果是，则进入一种确认状态(上移或下杂草），记录进入时间。

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刻度，模型通过下部结的转换，并且根据电流档，它播放了其中一个换档事件。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，启动过渡到合适的新装备。

例如，如果车辆以二档和25%的油门前进，状态第二个在内部处于活动状态gear_state,steady_state活跃在selection_state.．这在后者的功能，发现上升应该发生时，车辆超过30英里每小时。当这成为现实时，模型进入上移状态。在这种状态下，如果车速保持在每小时30英里以上TWAIT刻度，模型满足过渡条件，导致右下角。这也满足了从这里引导的过渡的条件[|齿轮== 2 |]steady_state，所以该模型现在从事总体过渡上移来steady_state并广播这个事件向上作为过渡动作。因此，拍摄了第二至第三的过渡gear_state这就完成了移位逻辑。

车辆子系统使用净扭矩来计算加速度并将其集成，以计算每个等式4和等式5的车速。车辆子系统被掩蔽。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、车辆惯性和初始传输输出速度。

结果

在模拟中使用的发动机扭矩图和扭矩转换器特性如下所示。

获取大道（第二行）和Torqueratio（第三行）VS SpeedRatio（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(通过机动)节气门进度表

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

第一列对应于时间;第二列对应于百分比的油门开口。在这种情况下，没有施加制动器（制动扭矩为零）。车速以1000rpm的零和发动机开始。下图显示了使用默认参数的基线结果的曲线。随着驾驶员步骤达到60％的油门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，此时发生1-2次升降机。发动机速度突然地滴落，然后恢复其加速度。2-3和3-4升档分别在大约四到八秒内进行。请注意，由于其大惯性，车速仍然更光滑。

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。