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万博1manbetxink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

下图显示了典型汽车传动系中的功率流。非线性常微分方程对发动机、四速自动变速器和车辆进行建模。本例中讨论的模型将此图中的模块作为模块化Simulink子系统直接实现。另一方面，变速箱控制单元（TCU）中的逻辑和决策不适用于公式化良好的方程式。TCU更适合于状态流表示。Stateflow监视与系统内重要关系相对应的事件，并在事件发生时采取适当的操作。万博1manbetx

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）。

方程1

$I{ei}\dot{N}\u e=T_e-T_I$

$N_e = \mbox{引擎转速(RPM)}$

$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

$$ T_i = \压裂{N_e ^ 2} {K ^ 2} $$

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

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

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

变速箱模型通过静态传动比实现，假设换档时间很短（见方程式3）。

方程3

$R_{TR} = f_4(gear) = \mbox{传动比}$$

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

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

$T{in}，T{out}=\mbox{变速箱输入和输出扭矩}$

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

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）。

方程4

$I_v\dot{N}{u w=R{fd}（T{out}-T{load}）$

$I_v=\mbox{车辆惯性}$

$N_w = \mbox{车轮转速(RPM)}$

$R{fd}=\mbox{终传动比}$

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

负载扭矩包括道路负载和制动扭矩。道路荷载是摩擦损失和空气动力损失的总和（见方程式5）。

方程5

$T{load}=sgn（英里小时）（R{load0}+R{load2}英里小时^2+T{brake}）$

$R_{load0}， R_{load2} = \mbox{摩擦阻力系数}$

$T{load}，T{brake}=\mbox{负载和制动扭矩}$

$mph=\mbox{车辆线速度}$

该模型根据下图所示的时间表对变速箱的换档点进行编程。对于给定档位下的给定油门，存在唯一的车辆速度，在该速度下会发生升档。对于降档，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. 请注意，该模型将相关数据记录到名为自动变速器输出. 记录的信号有一个蓝色指示灯。运行模拟后，可以通过键入来查看数据结构的组件自动变速器输出在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

上面显示万博1manbetx的Simulink模型由代表发动机、变速器和车辆的模块组成，并带有一个额外的换档逻辑块来控制传动比。用户对模型的输入形式为油门（以百分比表示）和制动扭矩（以英尺-磅表示）。用户使用MONGOSGUI界面输入油门和制动扭矩。

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。

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>戴着面具看从下拉菜单。遮罩需要一个速度比矢量(Nin/Ne)和k因子向量(f2)转矩比(f3).此图显示了变矩器子系统的实现。

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:变速器传动比

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（始终处于活动状态）首先执行其在期间函数。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(上移或降档)，它记录了进入的时间。

如果车辆速度不再满足换档条件，而处于确认状态，则模型将忽略换档，并转换回稳态. 这可以防止由于噪声条件而产生的额外位移。如果换档条件在以下时间内保持有效笨蛋在滴答声中，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，模型再次激活稳态经过一个中央交叉点的过渡后。换档事件，该事件将广播到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，状态第二个在内部是活跃的gear_state,稳态活跃于选择状态．的在期间后者的功能，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英里以上笨蛋滴答声中，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 |]稳态，因此该模型现在从上移到稳态并广播这个事件向上的作为过渡动作。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>戴着面具看从下拉菜单。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

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）

第一次模拟（超车机动）使用表2中给出的油门时间表（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）节气门（%）0 60 14.9 40 15 100 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，发动机立即响应，速度增加一倍以上。这使得整个变矩器的转速比较低，因此扭矩比较大。车辆加速很快（未模拟轮胎打滑），发动机和车辆都会获得速度，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，驾驶员将油门踩到100%，这可能是典型的超车动作。变速箱降档至第三档，发动机从约2600 RPM跳至约3700 RPM。因此，发动机扭矩以及变速箱的机械优势有所增加。在节气门持续加大的情况下，车辆加速至约100 mph，然后以约100 mph的速度换入超速档t=21秒. 在剩下的模拟过程中，车辆以4档巡航。双击操纵UI块并使用图形界面更改油门和制动器历史记录。