CN101140198B - 汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台 - Google Patents

Abstract

一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，宿主机建立汽车多工况的数字仿真数学模型，转化为C代码格式，经以太网由目标机接收下载到其CPU内，电控单元控制二个离合器的执行电机和同步器的执行电机，并通过PCL板卡接收离合器的位移量，控制目标机内存储的汽车各种工况数字仿真模型运行及其反馈的信息。本发明的优点为实现了TCU及作动器的硬件在环，对各种控制参数的预测结果更准确；在DCT电子控制***研发的前期，对极端危险状况的控制参数进行优化；简化试验环境，测试得到的各项性能及获得的优化参数与实车试验较接近。

Description

汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台 

技术领域

本发明涉及一种仿真试验台，特别涉及一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台。 

背景技术

装备双离合器式自动变速器(Dual Clutch Transmission，简称DCT)车辆的传动系由发动机、DCT、DCT的电子控制单元(Transmissioncontrol unit，简称TCU)、同步器和双离合器的执行电机组成，硬件在环试验台中将不易建立准确数学模型的各执行电机及TCU实现硬件在环，基于xPC目标工作环境，实现执行电机与发动机的数学模型、DCT的各种运行工况数字仿真模型及TCU的实时通讯，发动机、DCT及各执行电机的运行状态由TCU进行控制，预测车辆在不同工况下的行驶性能，优化车辆的控制策略。与纯数字仿真相比，由于实现了TCU及作动器的硬件在环，对各种控制策略的预测结果更加准确。在DCT电子控制***研发的前期，采用硬件在环仿真试验台，可以对各种控制策略特别是极端危险状况的控制策略进行优化，可以减少实车试验次数，缩短DCT电子控制***研发的周期。目前未有DCT硬件在环仿真试验台。 

发明内容

本发明的技术问题是要提供一种基于xPC目标工作环境，实现执行电机与发动机的数学模型、DCT的各种运行工况数字仿真模型及TCU的实时通讯，发动机、DCT及各执行电机的运行状态由TCU进行控制的汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台。 

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，包括宿主机、目标机、电控单元，宿主机建立汽车起步工况、起步完成后的稳定行驶工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器开始接合的工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器完成接合的工况以及双离合器换挡的动态过渡工况的数字仿真数学模型，转化为C代码格式，经以太网由目标机接收下载到其CPU内，电控单元控制二个离合器的执行电机和同步器的执行电机，并通过PCL板卡接收离合器的位移量，控制目标机内存储的汽车各种工况数字仿真模型运行及其反馈的信息。 

在宿主机上建立数字仿真模型，为了使所建的动力学模型具有代表，以图4所示的5挡DCT传动***的结构示意图为分析对象，进行建模分析，DCT车辆的传动系主要由发动机和DCT组成。而DCT的包括两个离合器(离合器1和离合器2)，两个离合器的从动轴(C₁轴和C₂轴)，两个中间轴(m₁轴和m₂轴)，输出轴(s轴)，各挡位的主、被动齿轮及同步器，同步器1为1、3挡的同步器，同步器2为2、4挡的同步器，同步器3为5挡的同步器，同步器4为倒挡的同步器。 

依据DCT的工作原理，车辆行驶过程中，DCT的运行状况包括驻车工况、起步工况、起步完成后的稳定行驶工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器开始接合的工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器完成接合的工况及DCT换挡的动态过程工况。 

以下公式为稳定行驶工况的动力学微分方程，基于动力学微分方程，利用Matlab/Simulink软件，可在宿主机上建立整车的数字仿真模型，所述的多种工况数字仿真数学模型如下： 

1)汽车起步工况 

车辆首先处于驻车工况，当驾驶员打开点火钥匙后，开始进入起步工况。在起步工况中，离合器1的主、从动部分开始接合，动力学微分方程如下所示： 

$T_e-T_{c_{1}e}-b_e{\mathrm{\ω}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\ω}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

$T_{{\mathrm{ec}}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\ω}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{{\mathrm{sm}}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\ω}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\ω}}_s=(I_s+I_g{i}_{s_2}^2)\frac{d{\mathrm{\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

${{\mathrm{\ω}}_m}_1=\frac{{{\mathrm{\ω}}_c}_1}{i_1}---\left(5\right)$

${\mathrm{\ω}}_s=\frac{{{\mathrm{\ω}}_m}_1}{i_{s_1}}---\left(6\right)$

$T_{c_1{m}_1}=i_1{T}_{m_1{c}_1}\mathrm{\η}---\left(7\right)$

$T_{m_{1}s}=i_{s_1}{T}_{s{m}_1}\mathrm{\η}---\left(8\right)$

$I_s=\frac{m\·r^2+I_{\mathrm{chc}}}{i_0^2}+I_{\mathrm{chz}}---\left(9\right)$

$F_r=(f\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\α})\mathrm{mg}+\frac{C_D{\mathrm{Av}}^2}{21.15}---\left(10\right)$

$T_f=\frac{F_{r}r}{i_0}---\left(11\right)$

式中I_e——发动机及离合器主动部分的转动惯量； 

I_c1——c₁轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

I_m1——m₁轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

I_s——s轴和主减速器主动部分的转动惯量； 

I_chc——主减速器从动部分的转动惯量； 

I_chz——主减速器主动部分和s轴的转动惯量之和； 

I_g——单个齿轮的转动惯量； 

ω_c1， 

——c₁轴的转速及转速的变化率； 

ω_m1， 

——m₁轴的转速及转速的变化率； 

ω_s， 

——s轴的转速及转速的变化率； 

T_e——发动机的转矩； 

T_c1e——c₁轴对发动机的反作用转矩； 

T_ec1——发动机传递给c₁轴的转矩； 

T_m1c1——中间轴m₁对c₁轴的反作用转矩； 

T_c1m1——c₁轴传递给中间轴m₁的转矩； 

T_sm1——输出轴s对中间轴m₁的反作用转矩； 

T_m1s——中间轴m₁传递给输出轴s的转矩； 

T_f——转换到变速器输出轴处的阻力矩； 

i₁——为当前挡位的速比； 

i_s1——中间轴m₁与输出轴s间的传动比； 

i_s2——中间轴m₂与输出轴s间的传动比； 

i₀——主减速器的速比； 

b_e，b_c1，b_m1——阻尼； 

m，C_D，A——整车质量、风阻系数及迎风面积； 

v——车速； 

α——道路坡度； 

r——车轮半径； 

η——为两个齿轮间的传递效率、定义为95％； 

2)起步完成后的稳定行驶工况 

当离合器1的主、从动部分达到同步后，车辆进入稳定行驶阶段，c₁轴与发动机的曲轴固联在一起，动力学微分方程如下所示： 

$T_e-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\ω}}_{c_1}=(I_e+I_{c_1})\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(12\right)$

${\mathrm{\ω}}_{c_1}={\mathrm{\ω}}_e---\left(13\right)$

式中b_s——阻尼； 

3)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器预先接合工况 

随着车速的增加，车辆有换挡的趋势，下一挡位同步器预先接合，与上一工况相比，增加了同步器动态接合过程，相应的转动惯量及转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示： 

$T_{m_{1}s}-T_f-T_{\mathrm{gs}}-b_s{\mathrm{\ω}}_s=I_s\frac{d{\mathrm{\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(14\right)$

${T_{\mathrm{sg}}-T}_t-b_g{\mathrm{\ω}}_g=I_g\frac{d{\mathrm{\ω}}_g}{\mathrm{dt}}---\left(15\right)$

$T_t-b_t{\mathrm{\ω}}_t=(I_{c_2}{i}_2^2+I_t)\frac{{\mathrm{d\ω}}_t}{\mathrm{dt}}---\left(16\right)$

${\mathrm{\ω}}_g=i_{s_2}{\mathrm{\ω}}_s---\left(17\right)$

$T_{\mathrm{gs}}=i_{s_2}{T}_{\mathrm{sg}}\mathrm{\η}---\left(18\right)$

式中T_gs——中间轴m₂作用于输出轴的转矩； 

T_sg——相应的反作用转矩； 

ω_g——为同步器主动部分的转速； 

T_t——同步器主动部分作用于其被动部分的转矩； 

I_c2——c₂轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

I_t——同步器从动部分的转动惯量； 

ω_t， 

——同步器从动部分的转速及其变化率； 

i₂——下一挡位的速比； 

b_g，b_t——表示阻尼； 

4)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器已经接合工况 

在同步器完全接合后，相应的转动惯量和转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示： 

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\ω}}_s=[I_s+(I_{c_2}{i}_2^2+I_{m_2})i_{s_2}^2]\frac{d{\mathrm{\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(19\right)$

${\mathrm{\ω}}_{m_1}=\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{i_1}---\left(20\right)$

${\mathrm{\ω}}_{c_1}={\mathrm{\ω}}_e---\left(21\right)$

式中I_m2——m₂轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

5)双离合器换挡的动态过渡工况 

当达到换挡临界点时，与当前挡位联接的离合器开始分离，同时另一离合器开始接合，动力学微分方程如下所示： 

$T_e-[\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_1})T_{c_{1}e}+\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_2})T_{c_{2}e}]-b_e{\mathrm{\ω}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\ω}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(22\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_1})T_{{\mathrm{ec}}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\ω}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(23\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_{c_2})T_{{\mathrm{ec}}_2}-T_{m_2{c}_2}-b_{c_2}{\mathrm{\ω}}_{c_2}=I_{c_2}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{c_2}}{\mathrm{dt}}---\left(24\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{s{m}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\ω}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(25\right)$

$T_{c_2{m}_2}-T_{s{m}_2}-b_{m_2}{\mathrm{\ω}}_{m_2}=I_{m_2}\frac{d{\mathrm{\ω}}_{m_2}}{\mathrm{dt}}---\left(26\right)$

$T_{m_{1}s}+T_{m_{2}s}-T_f-b_s{\mathrm{\ω}}_s=I_s\frac{{\mathrm{d\ω}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(27\right)$

$T_{c_2{m}_2}=i_2{T}_{m_2{c}_2}\·\mathrm{\η}---\left(28\right)$

${\mathrm{\ω}}_{m_2}=i_{s_2}{\mathrm{\ω}}_s---\left(29\right)$

$T_{m_{2}s}=i_{s_2}{T}_{{\mathrm{sm}}_2}\mathrm{\η}---\left(30\right)$

${\mathrm{\ω}}_{c_2}=i_2{\mathrm{\ω}}_{m_2}---\left(31\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}\&GreaterEqual;0\\ -1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}<0\end{array}\right.---\left(32\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}\&GreaterEqual;0\\ -1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}<0\end{array}\right.---\left(33\right)$

式中T_c2e——m₂轴反作用于发动机的转矩； 

T_ec2——发动机传递给c₂轴的转矩； 

T_m2c2——m₂轴对c₂轴的反作用转矩； 

T_c2m2——c₂轴传递给中间轴m₂的转矩； 

T_sm2——s轴对中间轴m₂的反作用转矩； 

T_m2s——中间轴m₂传递给s轴的转矩； 

ω_c2， 

——c₂轴的转速及转速的变化率； 

ω_m2， 

——m₂轴的转速及转速的变化率； 

b_m2——阻尼。 

宿主机上安装有Visual C++目标语言编译器和Matlab/Simulink软件，将数字仿真模型转化为C代码格式，并通过网络将转换后模型下载到目标机的CPU中，CPU通过PCL板卡与TCU和离合器执行电机的控制器进行通信，并通过TCU的指令实时记录并显示车辆的行驶性能。 

TCU实时判断起步、同步器接合和换挡的运行过程，控制同步器执行电机和离合器执行电机的工作状态，并把当前挡位、车辆运行工况等信息通过PCL-818L板卡反馈给目标机的CPU。TCU经过板卡反馈给工控机的数字信号共计15位，其中包括当前挡位(3位)、两个预判挡位(6位)、车辆运行工况(5位)和一个状态切换标志。 

作动器包括同步器执行电机和离合器执行电机，同步器电机为开环控制，离合器执行电机为闭环控制，它的转速经过F/V转化后通过PCL板卡反馈给目标机的CPU，经过减速换算后转换为离合器分离或接合的速度，该速度决定着车辆模型中离合器转矩传递的变化趋势。 

所述电控单元的控制指令，是由另外设置的PC机，通过背景调试模式，改变控制参数，编制控制程序，通过仿真头烧结至电控单元内，每编制一个控制程序，都要通过仿真头烧结至电控单元内。 

控制程序在目标机运行，同步器和离合器的执行电机由电控单元控制，其运行结果反馈至目标机的CPU，并通过网上反馈至宿主机，判断试验结果。 

经过以上步骤，就可建立一个硬件在环仿真试验台，试验台就可运行并可对各种控制策略进行评价。 

本发明的优越功效在于： 

1)实现了TCU及作动器的硬件在环，对各种控制策略的预测结果更加准确； 

2)在DCT电子控制***研发的前期，采用硬件在环仿真试验台，可以对各种控制参数特别是极端危险状况的控制参数进行优化； 

3)可测试装备DCT车辆的加速性能、恒速行驶及循环工况行驶时的经济性能，可实现传动系各部件参数的优化匹配，可检测、调试所设计的电子控制单元(TCU)的电路故障，可减少实车试验次数，缩短DCT电子控制***研发的周期； 

4)简化试验环境，测试得到的各项性能及获得的优化参数与实车试验较接近。  

附图说明

图1为本发明的原理方框图(一)； 

图2为本发明的原理方框图(二)； 

图3为本发明的工作流程图； 

图4为本发明的DCT传动***的结构示意图； 

图5为滑摩功指标较优时发动机、离合器转速曲线图； 

图6为冲击度指标较优时发动机、离合器转速曲线图； 

图7为本发明的电控单元原理方框图； 

图中标号说明 

1-宿主机；             2-目标机； 

3-同步器的执行电机；   4-编写TCU程序的PC机； 

5-电控单元TCU；        6-PCL板卡； 

7-离合器1的执行电机；    8-离合器2的执行电机。 

具体实施方式

请参阅图1～图7，对本发明作进一步的描述。 

如图1、图2所示，本发明提供了一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，包括宿主机1、目标机2、电控单元5，宿主机1建立汽车起步工况、起步完成后的稳定行驶工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器开始接合的工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器完成接合的工况以及双离合器换挡的动态过渡工况的数字仿真数学模型，转化为C代码格式，经以太网由目标机2接收下载到其CPU内，电控单元5控制离合器1的执行电机7、离合器2的执行电机8和同步器的执行电机3，并通过PCL板卡6接收离合器的位移量，控制目标机2内存储的汽车各种工况数字仿真模型运行及其反馈的信息。 

在宿主机1上建立数字仿真模型，为了使所建的动力学模型具有代表，以图4所示的5挡DCT传动***的结构示意图为分析对象，进行建模分析，DCT车辆的传动系主要由发动机和DCT组成。而DCT的包括两个离合器，即离合器1和离合器2，两个离合器的从动轴C₁ 轴和C₂轴，两个中间轴为m₁轴和m₂轴，输出轴为s轴，各挡位的主、被动齿轮及同步器，同步器1为1、3挡的同步器，同步器2为2、4挡的同步器，同步器3为5挡的同步器，同步器4为倒挡的同步器。 

依据DCT的工作原理，车辆行驶过程中，DCT的运行状况包括驻车工况、起步工况、起步完成后的稳定行驶工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器开始接合的工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器完成接合的工况及DCT换挡的动态过程工况。 

基于动力学微分方程，利用Matlab/Simulink软件，可在宿主机上建立整车的数字仿真模型，所述的多种工况数字仿真数学模型如 下： 

1)汽车起步工况 

车辆首先处于驻车工况，当驾驶员打开点火钥匙后，开始进入起步工况。在起步工况中，离合器1的主、从动部分开始接合，动力学微分方程如下所示： 

$T_e-T_{c_{1}e}-b_e{\mathrm{\&omega;}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

$T_{{\mathrm{ec}}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{{\mathrm{sm}}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=(I_s+I_g{i}_{s_2}^2)\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

${{\mathrm{\&omega;}}_m}_1=\frac{{{\mathrm{\&omega;}}_c}_1}{i_1}---\left(5\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_s=\frac{{{\mathrm{\&omega;}}_m}_1}{i_{s_1}}---\left(6\right)$

$T_{c_1{m}_1}=i_1{T}_{m_1{c}_1}\mathrm{\&eta;}---\left(7\right)$

$T_{m_{1}s}=i_{s_1}{T}_{s{m}_1}\mathrm{\&eta;}---\left(8\right)$

$I_s=\frac{m\&CenterDot;r^2+I_{\mathrm{chc}}}{i_0^2}+I_{\mathrm{chz}}---\left(9\right)$

$F_r=(f\cos \mathrm{\&alpha;}+\sin \mathrm{\&alpha;})\mathrm{mg}+\frac{C_D{\mathrm{Av}}^2}{21.15}---\left(10\right)$

$T_f=\frac{F_{r}r}{i_0}---\left(11\right)$

式中I_e——发动机及离合器主动部分的转动惯量； 

I_c1——c₁轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

I_m1——m₁轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

I_s——s轴和主减速器主动部分的转动惯量； 

I_chc——主减速器从动部分的转动惯量； 

I_chz——主减速器主动部分和s轴的转动惯量之和； 

I_g——单个齿轮的转动惯量； 

ω_c1， 

——c₁轴的转速及转速的变化率； 

ω_m1， 

——m₁轴的转速及转速的变化率； 

ω_s， 

——s轴的转速及转速的变化率； 

T_e——发动机的转矩； 

T_c1e——c₁轴对发动机的反作用转矩； 

T_ec1——发动机传递给c₁轴的转矩； 

T_m1c1——中间轴m₁对c₁轴的反作用转矩； 

T_c1m1——c₁轴传递给中间轴m₁的转矩； 

T_sm1——输出轴s对中间轴m₁的反作用转矩； 

T_m1s——中间轴m₁传递给输出轴s的转矩； 

T_f——转换到变速器输出轴处的阻力矩； 

i₁——为当前挡位的速比； 

i_s1——中间轴m₁与输出轴s间的传动比； 

i_s2——中间轴m₂与输出轴s间的传动比； 

i₀——主减速器的速比； 

b_e，b_c1，b_m1——阻尼； 

m，C_D，A——整车质量、风阻系数及迎风面积； 

v——车速； 

α——道路坡度； 

r——车轮半径； 

η——为两个齿轮间的传递效率、定义为95％； 

2)起步完成后的稳定行驶工况 

当离合器1的主、从动部分达到同步后，车辆进入稳定行驶阶段，c₁轴与发动机的曲轴固联在一起，动力学微分方程如下所示： 

$T_e-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}=(I_e+I_{c_1})\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(12\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{c_1}={\mathrm{\&omega;}}_e---\left(13\right)$

式中b_s——阻尼； 

3)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器预先接合工况 

随着车速的增加，车辆有换挡的趋势，下一挡位同步器预先接合，与上一工况相比，增加了同步器动态接合过程，相应的转动惯量及转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示： 

$T_{m_{1}s}-T_f-T_{\mathrm{gs}}-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=I_s\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(14\right)$

${T_{\mathrm{sg}}-T}_t-b_g{\mathrm{\&omega;}}_g=I_g\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_g}{\mathrm{dt}}---\left(15\right)$

$T_t-b_t{\mathrm{\&omega;}}_t=(I_{c_2}{i}_2^2+I_t)\frac{{\mathrm{d\&omega;}}_t}{\mathrm{dt}}---\left(16\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_g=i_{s_2}{\mathrm{\&omega;}}_s---\left(17\right)$

$T_{\mathrm{gs}}=i_{s_2}{T}_{\mathrm{sg}}\mathrm{\&eta;}---\left(18\right)$

式中T_gs——中间轴m₂作用于输出轴的转矩； 

T_sg——相应的反作用转矩； 

ω_g——为同步器主动部分的转速； 

T_t——同步器主动部分作用于其被动部分的转矩； 

I_c2——c₂轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

I_t——同步器从动部分的转动惯量； 

ω_t， 

——同步器从动部分的转速及其变化率； 

i₂——下一挡位的速比； 

b_g，b_t——表示阻尼； 

4)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器已经接合工况 

在同步器完全接合后，相应的转动惯量和转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示： 

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=[I_s+(I_{c_2}{i}_2^2+I_{m_2})i_{s_2}^2]\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(19\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{m_1}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_e}{i_1}---\left(20\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{c_1}={\mathrm{\&omega;}}_e---\left(21\right)$

式中I_m2——m₂轴及与其固定联接部分的转动惯量； 

5)双离合器换挡的动态过渡工况 

当达到换挡临界点时，与当前挡位联接的离合器开始分离，同时另一离合器开始接合，动力学微分方程如下所示： 

$T_e-[\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1})T_{c_{1}e}+\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2})T_{c_{2}e}]-b_e{\mathrm{\&omega;}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(22\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1})T_{{\mathrm{ec}}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(23\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2})T_{{\mathrm{ec}}_2}-T_{m_2{c}_2}-b_{c_2}{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}=I_{c_2}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}}{\mathrm{dt}}---\left(24\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{s{m}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(25\right)$

$T_{c_2{m}_2}-T_{s{m}_2}-b_{m_2}{\mathrm{\&omega;}}_{m_2}=I_{m_2}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{m_2}}{\mathrm{dt}}---\left(26\right)$

$T_{m_{1}s}+T_{m_{2}s}-T_f-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=I_s\frac{{\mathrm{d\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(27\right)$

$T_{c_2{m}_2}=i_2{T}_{m_2{c}_2}\&CenterDot;\mathrm{\&eta;}---\left(28\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{m_2}=i_{s_2}{\mathrm{\&omega;}}_s---\left(29\right)$

$T_{m_{2}s}=i_{s_2}{T}_{{\mathrm{sm}}_2}\mathrm{\&eta;}---\left(30\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{c_2}=i_2{\mathrm{\&omega;}}_{m_2}---\left(31\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}\&GreaterEqual;0\\ -1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}<0\end{array}\right.---\left(32\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}\&GreaterEqual;0\\ -1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}<0\end{array}\right.---\left(33\right)$

式中T_c2e——m₂轴反作用于发动机的转矩； 

T_ec2——发动机传递给c₂轴的转矩； 

T_m2c2——m₂轴对c₂轴的反作用转矩； 

T_c2m2——c₂轴传递给中间轴m₂的转矩； 

T_sm2——s轴对中间轴m₂的反作用转矩； 

T_m2s——中间轴m₂传递给s轴的转矩； 

ω_c2， 

——c₂轴的转速及转速的变化率； 

ω_m2， 

——m₂轴的转速及转速的变化率； 

b_m2——阻尼。 

宿主机1上安装有Visual C++目标语言编译器和Matlab/Simulink软件，将数字仿真模型转化为C代码格式，并通过网络将转换后模型下载到目标机2的CPU中，CPU通过PCL板卡6与电控单元TCU 5和离合器执行电机的控制器进行通信，并通过电控单元TCU 5的指令实时记录并显示车辆的行驶性能。 

电控单元TCU 5实时判断起步、同步器接合和换挡的运行过程，控制同步器执行电机3和离合器执行电机7、8的工作状态，并把当前挡位、车辆运行工况等信息通过PCL-818L板卡6反馈给目标机2的CPU。电控单元TCU 5经过PCL板卡6反馈给工控机的数字信号共计15位，其中包括当前挡位(3位)、两个预判挡位(6位)、车辆运行工况(5位)和一个状态切换标志。 

作动器包括同步器执行电机3和离合器执行电机7、8，同步器电机3为开环控制，离合器执行电机7、8为闭环控制，它的转速经 过F/V转化后通过PCL-818L板卡6反馈给目标机2的CPU，经过减速换算后转换为离合器分离或接合的速度，该速度决定着车辆模型中离合器转矩传递的变化趋势。 

所述电控单元TUC 5的控制指令，是由另外设置的PC机4，PC机4上装有Codewarrior软件，通过背景调试模式(Background DebugMode)，简称BDM，改变控制参数，利用C语言编制控制程序，通过仿真头烧结至电控单元TCU 5内，每编制一个控制程序，都要通过仿真头烧结至电控单元TCU 5内。 

如图7电控单元的原理框图所示，根据DCT控制***的特点，基于FreeScale(飞思卡尔)16位单片机-MC9S12DP256，自行设计了DCT的电控单元TUC 5，控制程序在目标机2运行，根据目标机2实时反馈的状态变量，如车速、离合器主动片转速等，实时判断起步、同步器接合和换挡的运行过程，控制同步器执行电机3、离合器1的执行电机7和离合器2的执行电机8的工作状态，并把当前挡位、车辆运行工况等信息通过PCL板卡6反馈给目标机2的CPU，并通过网上反馈至宿主机1，判断试验结果。 

经过以上步骤，就可建立一个硬件在环仿真试验台，硬件在环仿真试验台就可运行并可对各种控制参数进行评价。 

如图3本发明的工作流程图所示，硬件在环仿真试验台可以对不同参数组合时的换挡品质进行评价，例如以20％油门开度时1挡升入2挡时，在换挡过程中当发动机油门开度调至15％、分离离合器执行电机的占控比为79％、接合离合器执行电机的占控比为68％、接合离合器接合的延迟时间0.1s，此时滑摩功指标较好，发动机、离合器转速曲线如图5所示，此时离合器接合时间短(6.12～6.62)且发动机转速变化范围小；在换挡过程中当发动机油门开度调至25％、分离离合器执行电机的占控比为83％、接合离合器执行电机的占控比为71％、接合离合器接合的延迟时间0.2s，此时冲击度指标 较好，发动机、离合器转速曲线如图6所示，离合器接合时间长(6.12～6.85)且发动机转速变化范围较大。 

另外硬件在环仿真试验台还可测试装备DCT车辆的加速性能、恒速行驶及循环工况行驶时的经济性能。可实现传动系各部件参数的优化匹配，并可实现车辆在极限危险工况下的控制参数的调试，可检测、调试所设计的电子控制单元TCU 5的电路故障。 

由于实现了TCU及执行电机的硬件在环，测试得到的各项性能及获得优化参数与实车试验比较接近。 

Claims (3)

1.一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，包括宿主机、目标机、电控单元，其特征在于：

宿主机建立汽车起步工况、起步完成后的稳定行驶工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器开始接合的工况、以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器完成接合的工况以及双离合器换挡的动态过渡工况的数字仿真数学模型，转化为C代码格式，经以太网由目标机接收下载到其CPU内；电控单元TCU控制二个离合器的执行电机和同步器的执行电机，并通过PCL板卡反馈离合器的位移量至目标机CPU并控制存储的汽车各种工况数字仿真模型运行；

所述的多种工况数字仿真数学模型如下：

1)汽车起步工况；

车辆首先处于驻车工况，当驾驶员打开点火钥匙后，开始进入起步工况；在起步工况中，离合器1的主、从动部分开始接合，动力学微分方程如下所示：

$T_e-T_{c_{1}e}-b_e{\mathrm{\&omega;}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

$T_{e{c}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{s{m}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=(I_s+I_g{i}_{s_2}^2)\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{m_1}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}}{i_1}$

${\mathrm{\&omega;}}_s=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}}{i_{s_i}}---\left(6\right)$

$T_{c_1{m}_1}=i_1{T}_{m_1{c}_1}\mathrm{\&eta;}---\left(7\right)$

$T_{m_{1}s}=i_{s_1}{T}_{{\mathrm{sm}}_1}\mathrm{\&eta;}---\left(8\right)$

$I_s=\frac{m\&CenterDot;r^2+I_{\mathrm{chc}}}{i_0^2}+I_{\mathrm{chz}}---\left(9\right)$

$F_r=(f\cos \mathrm{\&alpha;}+\sin \mathrm{\&alpha;})\mathrm{mg}+\frac{C_{D}A{v}^2}{21.15}---\left(10\right)$

$T_f=\frac{F_{r}r}{i_0}---\left(11\right)$

式中I_e——发动机及离合器主动部分的转动惯量；

——c₁轴及与其固定联接部分的转动惯量；

——m₁轴及与其固定联接部分的转动惯量；

I_s——s轴和主减速器主动部分的转动惯量；

I_chc——主减速器从动部分的转动惯量；

I_chz——主减速器主动部分和s轴的转动惯量之和；

I_g——单个齿轮的转动惯量；

——c₁轴的转速及转速的变化率；

——m₁轴的转速及转速的变化率；

——s轴的转速及转速的变化率；

T_e——发动机的转矩；

——c₁轴对发动机的反作用转矩；

——发动机传递给c₁轴的转矩；

——中间轴m₁对c₁轴的反作用转矩；

——c₁轴传递给中间轴m₁的转矩；

——输出轴s对中间轴m₁的反作用转矩；

——中间轴m₁传递给输出轴s的转矩；

T_f——转换到变速器输出轴处的阻力矩；

i₁——为当前挡位的速比；

——中间轴m₁与输出轴s间的传动比；

——中间轴m₂与输出轴s间的传动比；

i₀——主减速器的速比；

——阻尼；

m，C_D，A——整车质量、风阻系数及迎风面积；

v——车速；

α——道路坡度；

r——车轮半径；

η——为两个齿轮间的传递效率、定义为95％；

2)起步完成后的稳定行驶工况；

当离合器1的主、从动部分达到同步后，车辆进入稳定行驶阶段，c₁轴与发动机的曲轴固联在一起，动力学微分方程如下所示：

$T_e-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}=(I_e+I_{c_1})\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(12\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{c_1}={\mathrm{\&omega;}}_e---\left(13\right)$

式中b_s——阻尼；

3)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器预先接合工况；

随着车速的增加，车辆有换挡的趋势，下一挡位同步器预先接合，与上一工况相比，增加了同步器动态接合过程，相应的转动惯量及转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示：

$T_{m_{1}s}-T_f{-T}_{\mathrm{gs}}-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=I_s\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(14\right)$

$T_{\mathrm{sg}}-T_t-b_g{\mathrm{\&omega;}}_g=I_g\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_g}{\mathrm{dt}}---\left(15\right)$

$T_t=b_t{\mathrm{\&omega;}}_t=(I_{c_2}{i}_2^2+I_t)\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_t}{\mathrm{dt}}---\left(16\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_g=i_{s_2}{\mathrm{\&omega;}}_s---\left(17\right)$

$T_{\mathrm{gs}}=i_{s_2}{T}_{\mathrm{sg}}\mathrm{\&eta;}---\left(18\right)$

式中T_gs——中间轴m₂作用于输出轴的转矩；

T_sg——相应的反作用转矩；

ω_g——为同步器主动部分的转速；

T_t——同步器主动部分作用于其被动部分的转矩；

——c₂轴及与其固定联接部分的转动惯量；

I_t——同步器从动部分的转动惯量；

——同步器从动部分的转速及其变化率；

i₂——下一挡位的速比；

b_g，b_t——表示阻尼；

4)以某一挡位稳定行驶同时下一挡位同步器已经接合工况；

在同步器完全接合后，相应的转动惯量和转矩也发生了变化，动力学微分方程如下所示：

$T_{m_{1}s}-T_f-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=\&lsqb;I_s+(I_{c_2}{i}_2^2+I_{m_2})i_{s_2}^2\&rsqb;\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(19\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{m_1}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_e}{i_1}---\left(20\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{c_1}={\mathrm{\&omega;}}_e---\left(21\right)$

式中

——m₂轴及与其固定联接部分的转动惯量；

5)双离合器换挡的动态过渡工况

当达到换挡临界点时，与当前挡位联接的离合器开始分离，同时另一离合器开始接合，动力学微分方程如下所示：

$T_e-\&lsqb;\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1})T_{c_{1}e}+\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2})T_{c_{2}e}\&rsqb;-b_e{\mathrm{\&omega;}}_e=I_e\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_e}{\mathrm{dt}}---\left(22\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{e{c}_1})T_{e{c}_1}-T_{m_1{c}_1}-b_{c_1}{\mathrm{\&piv;}}_{c_1}=I_{c_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}}{\mathrm{dt}}---\left(23\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2})T_{e{c}_2}-T_{m_c{c}_2}{b}_{c_2}{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}=I_{c_2}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}}{\mathrm{dt}}---\left(24\right)$

$T_{c_1{m}_1}-T_{s{m}_1}-b_{m_1}{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}=I_{m_1}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{m_1}}{\mathrm{dt}}---\left(25\right)$

$T_{c_2{m}_2}-T_{s{m}_2}-b_{m_2}{\mathrm{\&omega;}}_{m_2}=I_{m_2}\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_{m_2}}{\mathrm{dt}}---\left(25\right)$

$T_{m_{1}s}+T_{m_{2}s}-T_f-b_s{\mathrm{\&omega;}}_s=I_s\frac{d{\mathrm{\&omega;}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(27\right)$

$T_{c_2{m}_2}=i_2{T}_{m_2{c}_2}\&CenterDot;\mathrm{\&eta;}---\left(28\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{m_2}=i_{s_2}{\mathrm{\&omega;}}_s---\left(29\right)$

$T_{m_{2}s}=i_{s_2}{T}_{s{m}_2}\mathrm{\&eta;}---\left(30\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{c_2}=i_2{\mathrm{\&omega;}}_{m_2}---\left(31\right)$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}\&GreaterEqual;0\\ -1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_1}<0\end{array}---\left(32\right)\right.$

$\mathrm{sign}({\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2})=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}\&GreaterEqual;0\\ -1& {\mathrm{\&omega;}}_e-{\mathrm{\&omega;}}_{c_2}<0\end{array}---\left(33\right)\right.$

式中

——m₂轴反作用于发动机的转矩；

——发动机传递给c₂轴的转矩；

——m₂轴对c₂轴的反作用转矩；

——c₂轴传递给中间轴m₂的转矩；

——s轴对中间轴m₂的反作用转矩；

——中间轴m₂传递给s轴的转矩；

——c₂轴的转速及转速的变化率；

——m₂轴的转速及转速的变化率；

——阻尼。

2.按权利要求1所述的一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，其特征在于：

所述电控单元的控制指令，是由另外设置的PC机，根据汽车行驶中环境背景，改变控制参数，编制控制程序，通过仿真头烧结至电控单元内，每编制一个控制程序，都要通过仿真头烧结至电控单元内。

3.按权利要求1或2所述的一种汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台，其特征在于：

同步器和离合器的执行电机由电控单元控制，其运行结果反馈至目标机的CPU，并通过网上反馈至宿主机，判断试验结果。

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