基于MATLAB 的AMT 系統仿真研究

左 蘭， 趙 偉， 田 莉

（濰柴動力股份有限公司， 山東 濰坊 261061）

AMT系統可實現擋位的自動計算及換擋實現功能， 自動計算的擋位可直接影響整車的經濟性和動力性， 而換擋過程的控制則直接影響整車的舒適性和可靠性， 因此對AMT系統中TCU控制策略合理性的驗證至關重要。

本文基于一款配置AMT系統的重型車輛， 搭建AMT詳細物理模型， 同時結合整車和發動機簡易模型共同組成了一款重型汽車物理模型。 本文在該重型汽車物理模型的基礎上， 聯合TCU真實控制模型、 駕駛員模型， 共同組成一款高精度的AMT系統MIL仿真平臺。 本文在此MIL仿真平臺上驗證固定油門開度和制動開度下的整車仿真結果， 同時驗證CHTC工況下TCU策略自動跟隨的仿真結果。

1 AMT整車系統

AMT整車系統包含發動機和AMT系統。 其中AMT系統是在傳統的離合器和手動齒輪變速器的基礎上加裝電子控制系統TCU， 由TCU自動控制離合器執行機構和選換擋執行機構， 從而實現自動換擋。

本文所研究的AMT整車系統如圖1所示。 由發動機、 離合器、 變速器以及ECU、 TCU等多個控制單元組成， 其中發動機由ECU 自動控制， 離合器和變速器由TCU自動控制。

圖1 配置AMT系統的整車拓撲圖

2 AMT 系統MIL仿真平臺

2.1 模型參數

本文中應用MATLAB搭建配置AMT系統的重型汽車的仿真模型， 并結合真實AMT控制模型和車速跟隨模型， 詳細MIL仿真模型如圖2所示。 本文研究配置AMT系統的重型汽車， 整車參數如表2所示。

表2 整車技術參數

圖2 AMT系統MIL仿真模型

2.2 MIL仿真平臺

本文搭建的AMT 系統MIL仿真平臺包含3部分內容： 駕駛員模型、TCU 控制模型以及物理模型， 其中物理模型由高精度AMT模型、 發動機簡化模型以及整車簡化模型組成。

駕駛員模型主要是根據目標車速以及當前車速， 模型自動計算輸出合適的油門踏板和制動踏板百分比信號。

TCU控制模型根據輸入的油門制動信號以及物理模型反饋的位置等信號， 根據不同需求計算對應的需求擋位，并進行換擋過程控制， 根據換擋過程輸出對應的物理模型的控制信號， 如AMT系統閥的占空比、 發動機報文控制信號等。

物理模型中包含高精度的AMT模型， 由離合器執行機構、 選換擋執行機構、 離合器物理模型及變速器物理模型組成。 AMT模型響應TCU控制模型輸出的AMT系統閥的控制信號， 控制選換擋執行機構和離合器執行機構的物理模型動作， 輸出擋位、 離合器位置信號、 選換擋機構位置信號， 以及輸入軸轉速、 輸出軸轉速等傳感器信息。 發動機簡化模型響應TCU控制模型輸出的發動機報文控制信號并模擬發動機實際物理響應特性， 輸出發動機轉速、 扭矩等信號。 整車簡化模型模擬整車物理特性， 依據輸入整車參數仿真模型整車阻力并輸出車速等信息。

3 AMT系統MIL仿真結果分析

3.1 固定輸入仿真結果分析

本文根據整車及變速器參數標定TCU內基礎變量， 并依據TCU控制策略和整車實際駕駛動作， 自主設計鑰匙、擋位手柄、 油門、 制動等信號的測試用例， 仿真驗證固定油門下整車起步、 升擋加速工況， 以及固定制動踏板開度下整車減速降擋、 停車工況。 仿真結果如圖3所示。

圖3 固定輸入AMT系統MIL仿真結果

仿真結果顯示， 固定油門輸入測試用例時， TCU 和AMT物理模型可配合實現整車起步過程， 起步擋位的實現、離合器閉合以及發動機起步控制。 由結果可知， TCU可根據油門及車速信息計算合理擋位， 且TCU和AMT物理模型可配合實現換擋過程， 由1擋升至12擋， 加速過程中可實現跳擋功能。 油門歸零固定制動踏板百分比輸入時， TCU可根據整車信息計算合理的降擋擋位， 同時配合AMT物理模型實現減速降擋過程， 減速過程中可實現跳擋。

3.2 CHTC循環工況仿真結果分析

本文以CHTC工況輸入駕駛員模型， 同時依據TCU控制策略和整車實際駕駛動作， 自主設計與之匹配的鑰匙、 擋位手柄等信號的測試用例， 仿真驗證CHTC工況循環測試結果。 仿真結果如圖4所示。

圖4 CHTC工況AMT系統MIL仿真結果

仿真結果顯示， 以CHTC循環工況為輸入， TCU和AMT物理模型可配合實現整車起步及車速跟隨功能， 其中TCU包含空擋滑行功能。 由結果可知， 駕駛員模型可根據CHTC循環工況輸入車速及物理模型輸出的實際車速， 計算并給出合理的油門踏板百分比信號和制動踏板百分比信號。 仿真結果如圖5所示。

圖5 CHTC工況下駕駛員模型輸出仿真結果

4 結論

1） 本文搭建了一款高精度的AMT系統MIL仿真模型，由AMT系統詳細物理模型和簡易的整車、 發動機模型， 以及真實的TCU控制模型和駕駛員模型組成。

2） 本文在此MIL仿真平臺上仿真驗證了TCU詳細策略。在固定油門百分比、 制動百分比輸入下， 此AMT系統MIL仿真模型能夠較好地完成整車起步控制、 加速升擋過程和減速降擋過程控制。 本文進一步仿真驗證了CHTC工況下的TCU詳細策略的MIL仿真結果， 根據工況需求能夠計算合理的需求擋位， 并實現整車車速的跟隨。