摘 要：電控機(jī)械式自動變速器（AMT）和其他形式的自動變速器相對比具有傳動效率更高及燃油經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)簡單等有點，其本身具有較好的市場發(fā)展前景。本文通過研究汽車AMT控制系統(tǒng)的被控對象模型，有效得到基于Matlab/Simulink設(shè)計系統(tǒng)的控制器模型，仿真結(jié)果凸顯出所構(gòu)建的被控對象模型及所設(shè)計的控制器的合理性及可行性，為產(chǎn)品開發(fā)提供必要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車AMT系統(tǒng) 仿真研究

在汽車電控機(jī)械式自動變速器（AMT）控制系統(tǒng)具體實踐和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)的時候，要注重控制器始終是機(jī)械式自動變速器中的重要方面，為了使得產(chǎn)品開發(fā)速度加快，也要充分利用Matlab/Simulink構(gòu)建汽車AMT系統(tǒng)的模型，促使其成為系統(tǒng)仿的首要利用方法。由于Matlab/Simulink多數(shù)情況下是用于可視化實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模及仿真和分析的工具箱，在系統(tǒng)模塊的支撐下，要有效描述系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)，在構(gòu)建系統(tǒng)模型的時候，比較便利，能夠節(jié)省編程的時間，結(jié)合仿真效果設(shè)計系統(tǒng)的控制器及實時整定控制器參數(shù)的情況下，也要對系統(tǒng)性能進(jìn)一步提升，在這一基礎(chǔ)上為實際系統(tǒng)設(shè)計處理提供理論支持，明確減少實際系統(tǒng)設(shè)計處理過程中可能浪費的時間和物力，最終達(dá)到開發(fā)控制系統(tǒng)的目標(biāo)[1-2]。本文對汽車AMT系統(tǒng)被控對象模型建模，基于Matlab/Simulink設(shè)計汽車AMT系統(tǒng)仿真的控制器模型，并對其深入研究。

1 汽車AMT機(jī)械系統(tǒng)模型的建立

整車AM系統(tǒng)模型包含著控制器模型和被控對象模型兩部分，其中的被控對象模型包含著節(jié)氣門模型和發(fā)動機(jī)模型及離合器模型變速器模型、車輛模型等，控制器模型主要有節(jié)氣門控制器和離合器控制器及選換檔控制器等。對汽車AMT系統(tǒng)模型仿真結(jié)構(gòu)如下圖1。仿真計算完成的功能主要包含著程序初始化和利用各功能子程序及協(xié)調(diào)各功能子模塊間的工作。

1.1 直流電機(jī)式油門執(zhí)行器模型

直流電機(jī)式油門執(zhí)行器主要是包含著節(jié)氣門驅(qū)動電機(jī)和及節(jié)氣門空氣流量閥片和節(jié)氣門復(fù)位彈簧等共同構(gòu)成的。

根據(jù)電機(jī)工作的原理，在電機(jī)控制回路中存在著電壓平衡公式：

電動機(jī)的反電動勢顯示為，

電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)換的公式顯示為，

在將電機(jī)至節(jié)氣門的減速結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量，阻力當(dāng)量等效轉(zhuǎn)化的情況下，使得其可以有效轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸中，將油門執(zhí)行器的轉(zhuǎn)矩平衡公式顯示為：

上面公式中，為減速機(jī)構(gòu)和節(jié)氣門的阻力也要轉(zhuǎn)化得到電機(jī)軸中的阻力矩，這就進(jìn)一步考慮到回位彈簧所產(chǎn)生的阻力矩及粘性摩擦力矩等，其方程顯示為：

公式中，為電機(jī)端電壓，為電機(jī)反電機(jī)勢，為電機(jī)轉(zhuǎn)動速度，為反電動勢比例的因子，為電機(jī)電樞電阻數(shù)值，為電機(jī)電樞電感數(shù)值，為電機(jī)轉(zhuǎn)矩數(shù)值，為電機(jī)電樞電流的數(shù)值，為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，為油門執(zhí)行器系統(tǒng)轉(zhuǎn)動量，指電機(jī)角速度數(shù)據(jù)，指電機(jī)角位移，指節(jié)氣門回位彈簧剛度系數(shù)大小，指傳動機(jī)構(gòu)減速比結(jié)果，為節(jié)氣門轉(zhuǎn)角，為傳動系效率，為節(jié)氣門角速度，為節(jié)氣門粘性阻力系數(shù)。

1.2 傳動系統(tǒng)模型

在汽車AMT中傳動系數(shù)建模過程中，容易忽視減震系統(tǒng)及其他彈性元件的構(gòu)建。

2 控制系統(tǒng)模型的建立

PID控制實施的時候，其控制結(jié)構(gòu)本身具有較為簡單和控制效果顯著等優(yōu)勢，其屬于控制工程中比較常見的一種控制方法，這就使得汽車AMT系統(tǒng)仿真的時候，對節(jié)氣門和離合器及換檔控制等方面都應(yīng)用分段PID控制。

2.1 節(jié)氣門控制模型

在非換檔情況下其主要包含著兩個方面，其中首先是在離合器從動軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動據(jù)轉(zhuǎn)速逐漸相似的時候，加大電壓的情況下使得電子節(jié)氣門開度Ⅱ與加速踏板的角位移之后保持著正比的關(guān)系，在分段PID控制下對其有效處理。第二種情況則是發(fā)動機(jī)和離合器在動軸轉(zhuǎn)動速度相差相對較大的時候，在剛剛起步或者是換擋結(jié)束的時候，以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和車速折算回來的發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)速的時候，其差距則為控制變量。換擋的時候，要以最大負(fù)向電壓回收油門，一直到油門顯示為零[3-4]。

2.2 離合器控制模型

離合器控制處理的時候，需要明確其包含著分離控制和結(jié)合控制等內(nèi)容，在換擋處理的時候，要保持最快的速度將離合器分離到最大處理，這一時期為離合器電機(jī)加正向最大電壓，也就是。離合器結(jié)合的時候，其目標(biāo)結(jié)合速度顯示為，。

離合器結(jié)合的時候，其目標(biāo)結(jié)合速度顯示為：

式子中K1，K2，K3，K4，K5，Kp，Ti等為控制參數(shù)。

3 Matlab/Simulink仿真

在Matlab/Simulink仿真討論的時候，其中所包含著的各個組成部分的數(shù)學(xué)模式在轉(zhuǎn)化為matlab/simulink下的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以構(gòu)建得到整體化的AMT系統(tǒng)的仿真框圖，仿真框圖所涉及到的參數(shù)顯示為汽車的相關(guān)參數(shù)，在實際情況分析的時候，控制器模型主要包含著節(jié)氣門控制器和離合器控制器及選換檔控制器的流程圖等，控制流程顯示出汽車AMT系統(tǒng)的控制工作的具體過程。AMT系統(tǒng)仿真模擬實際汽車AMT系統(tǒng)的工作過程主要是在實際開展實施之前，離合器分離到最大的時候，其油門顯示處于零位，假設(shè)在第一檔開始后，起步之后在踩下油門踏板之后，汽車的節(jié)氣門開度a也會得以增大，控制器輸出離合器控制電壓使得執(zhí)行離合器結(jié)合，隨后進(jìn)行車速檢測，判斷節(jié)氣門開度是否要換檔，當(dāng)滿足換檔條件之后，實施控制器輸出換檔狀態(tài)指示器控制處理，這一階段中控制器執(zhí)行節(jié)氣門回零位操作，離合器分離操作情況下，檔位退至空擋換上新檔后，也要注重控制節(jié)氣門開度，在重新回到平衡狀態(tài)的時候，這一情況下需要將狀態(tài)指示器state重置為0，則標(biāo)志換檔結(jié)束，離合器隨后動作重復(fù)，一直到仿真結(jié)束。

根據(jù)離合器的模擬過程，結(jié)原本得到的AMT系統(tǒng)實際運行過程式測量得到曲線的時候，注重分析AMT系統(tǒng)運行規(guī)律，隨后在實際運行規(guī)律下有效對仿真模型實施調(diào)試和修改，且將仿真模型中設(shè)計的控制器應(yīng)用到電動式AMT臺架，隨后對AMT控制系統(tǒng)實施必要的臺架試驗處理，AMT試驗臺架有發(fā)動機(jī)和干式離合器及油門踏板、制動踏板、控制中必要的傳感器和線束共同構(gòu)成。在實時記錄試驗處理過程中包含著相關(guān)數(shù)據(jù)，仿真曲線圖與試驗曲線圖相對比的基礎(chǔ)上能夠使得仿真得到的曲線對汽車AMT系統(tǒng)的實際運行過程反映出來，驗證得到被控對象數(shù)據(jù)模型和所設(shè)計得到的控制器的合理性和有效性[5]。在點火發(fā)動機(jī)開始工作的情況下，離合器主動盤和從動盤是分離出來，隨后離合器在動盤轉(zhuǎn)速為零的時候，也要在離合器電壓加大的情況，注重電壓控制問題，推動離合器和動盤結(jié)合在一起，在離合器主動盤和從動盤沒有接觸和摩擦的時候，離合器從動盤轉(zhuǎn)速則為零，只有離合器主動盤和從動盤接觸的情況下，離合器結(jié)合后，動盤轉(zhuǎn)速加大之后，離合器主動盤和從動盤完全結(jié)合的情況下，動盤轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速則會保持一致，而汽車從第一檔行駛后，AMT系統(tǒng)也容易早車速上升從第一檔換到第二檔、第三檔的時候，逐漸加大，顯示為最高檔第五檔，在回收油門踏板之后節(jié)氣們開度會隨之回收，這一情況下發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速容易出現(xiàn)明顯下降，轉(zhuǎn)速逐漸下降也會推動AMT系統(tǒng)有效從最高檔降到第四檔和第三檔一直到最低檔。

4 結(jié)語

在建立汽車AMT控制系統(tǒng)的模型基礎(chǔ)上實施仿真研究，仿真結(jié)果在可以驗證系統(tǒng)模型及控制器模型可行程度，為汽車AMT系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)及控制器設(shè)計都提供必要的參考依據(jù)。

上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級教科研課題2020年度課題：仿真技術(shù)在航空地面設(shè)備維修專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，課題編號：XJKT2020-33，項目負(fù)責(zé)人：張鵬。

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