基于MATLAB 的AMT 系统仿真研究

左 兰， 赵 伟， 田 莉

（潍柴动力股份有限公司， 山东 潍坊 261061）

AMT系统可实现挡位的自动计算及换挡实现功能， 自动计算的挡位可直接影响整车的经济性和动力性， 而换挡过程的控制则直接影响整车的舒适性和可靠性， 因此对AMT系统中TCU控制策略合理性的验证至关重要。

本文基于一款配置AMT系统的重型车辆， 搭建AMT详细物理模型， 同时结合整车和发动机简易模型共同组成了一款重型汽车物理模型。 本文在该重型汽车物理模型的基础上， 联合TCU真实控制模型、 驾驶员模型， 共同组成一款高精度的AMT系统MIL仿真平台。 本文在此MIL仿真平台上验证固定油门开度和制动开度下的整车仿真结果， 同时验证CHTC工况下TCU策略自动跟随的仿真结果。

1 AMT整车系统

AMT整车系统包含发动机和AMT系统。 其中AMT系统是在传统的离合器和手动齿轮变速器的基础上加装电子控制系统TCU， 由TCU自动控制离合器执行机构和选换挡执行机构， 从而实现自动换挡。

本文所研究的AMT整车系统如图1所示。 由发动机、 离合器、 变速器以及ECU、 TCU等多个控制单元组成， 其中发动机由ECU 自动控制， 离合器和变速器由TCU自动控制。

图1 配置AMT系统的整车拓扑图

2 AMT 系统MIL仿真平台

2.1 模型参数

本文中应用MATLAB搭建配置AMT系统的重型汽车的仿真模型， 并结合真实AMT控制模型和车速跟随模型， 详细MIL仿真模型如图2所示。 本文研究配置AMT系统的重型汽车， 整车参数如表2所示。

表2 整车技术参数

图2 AMT系统MIL仿真模型

2.2 MIL仿真平台

本文搭建的AMT 系统MIL仿真平台包含3部分内容： 驾驶员模型、TCU 控制模型以及物理模型， 其中物理模型由高精度AMT模型、 发动机简化模型以及整车简化模型组成。

驾驶员模型主要是根据目标车速以及当前车速， 模型自动计算输出合适的油门踏板和制动踏板百分比信号。

TCU控制模型根据输入的油门制动信号以及物理模型反馈的位置等信号， 根据不同需求计算对应的需求挡位，并进行换挡过程控制， 根据换挡过程输出对应的物理模型的控制信号， 如AMT系统阀的占空比、 发动机报文控制信号等。

物理模型中包含高精度的AMT模型， 由离合器执行机构、 选换挡执行机构、 离合器物理模型及变速器物理模型组成。 AMT模型响应TCU控制模型输出的AMT系统阀的控制信号， 控制选换挡执行机构和离合器执行机构的物理模型动作， 输出挡位、 离合器位置信号、 选换挡机构位置信号， 以及输入轴转速、 输出轴转速等传感器信息。 发动机简化模型响应TCU控制模型输出的发动机报文控制信号并模拟发动机实际物理响应特性， 输出发动机转速、 扭矩等信号。 整车简化模型模拟整车物理特性， 依据输入整车参数仿真模型整车阻力并输出车速等信息。

3 AMT系统MIL仿真结果分析

3.1 固定输入仿真结果分析

本文根据整车及变速器参数标定TCU内基础变量， 并依据TCU控制策略和整车实际驾驶动作， 自主设计钥匙、挡位手柄、 油门、 制动等信号的测试用例， 仿真验证固定油门下整车起步、 升挡加速工况， 以及固定制动踏板开度下整车减速降挡、 停车工况。 仿真结果如图3所示。

图3 固定输入AMT系统MIL仿真结果

仿真结果显示， 固定油门输入测试用例时， TCU 和AMT物理模型可配合实现整车起步过程， 起步挡位的实现、离合器闭合以及发动机起步控制。 由结果可知， TCU可根据油门及车速信息计算合理挡位， 且TCU和AMT物理模型可配合实现换挡过程， 由1挡升至12挡， 加速过程中可实现跳挡功能。 油门归零固定制动踏板百分比输入时， TCU可根据整车信息计算合理的降挡挡位， 同时配合AMT物理模型实现减速降挡过程， 减速过程中可实现跳挡。

3.2 CHTC循环工况仿真结果分析

本文以CHTC工况输入驾驶员模型， 同时依据TCU控制策略和整车实际驾驶动作， 自主设计与之匹配的钥匙、 挡位手柄等信号的测试用例， 仿真验证CHTC工况循环测试结果。 仿真结果如图4所示。

图4 CHTC工况AMT系统MIL仿真结果

仿真结果显示， 以CHTC循环工况为输入， TCU和AMT物理模型可配合实现整车起步及车速跟随功能， 其中TCU包含空挡滑行功能。 由结果可知， 驾驶员模型可根据CHTC循环工况输入车速及物理模型输出的实际车速， 计算并给出合理的油门踏板百分比信号和制动踏板百分比信号。 仿真结果如图5所示。

图5 CHTC工况下驾驶员模型输出仿真结果

4 结论

1） 本文搭建了一款高精度的AMT系统MIL仿真模型，由AMT系统详细物理模型和简易的整车、 发动机模型， 以及真实的TCU控制模型和驾驶员模型组成。

2） 本文在此MIL仿真平台上仿真验证了TCU详细策略。在固定油门百分比、 制动百分比输入下， 此AMT系统MIL仿真模型能够较好地完成整车起步控制、 加速升挡过程和减速降挡过程控制。 本文进一步仿真验证了CHTC工况下的TCU详细策略的MIL仿真结果， 根据工况需求能够计算合理的需求挡位， 并实现整车车速的跟随。