基于Simulink_Cruise的6AT液力变矩器闭锁性能联合仿真.doc

doi：10.3969/j.issn.1005-2550.2011.06.003基于 Simulink/Cruise 的 6AT 液力变矩器闭锁性能联合仿真丁美玲 1，胡福建 2（1.合肥昌河汽车有限责任公司，合肥 230009；2.合肥工业大学 机械与汽车学院，合肥 230009）摘 要 ：根据液力变矩器的工作原理及闭锁条件，制定液力变矩器控制策略。 利用 Simulink 建立液力变矩器控制模型，并利用 Cruise 和 Simulink 进行联合仿真，验证控制策略的可行性。 仿真结果表明，液力变矩器控制模型正确，闭锁离 合器能够准确按照闭锁条件闭锁，并且可以显著改善车辆的燃油经济性和排放性能。 本文的研究可以为液力变矩器 的闭锁研究提供一定的理论依据。关 键 词 ：液力变矩器；Simulink ；Cruise；联合仿真中 图 分 类 号 ：U463.2文 献 标 志 码 ：A文 章 编 号 ：1005-2550（2011）06-0009-06Joint Simulation Based on Simulink/Cruise of 6ATs HydraulicTorque Converters Locking PerformanceDING Mei-ling1，HU Fu-jian2（1. Hefei changhe automobile Co.，LTD，Hefei 230009，China；2. School of Machinery and automobile engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China） Abstract：According to working principles and locking conditions of hydraulic torque converter，control strategy of hydraulic torque converter equipped in 6AT is formulate. The control model of hydraulic torque converter is established by using Simulink. In order to verify the feasibility of control strategy，joint simulation was done by using Cruise and Simulink. The result of the simulation shows that the hydraulic torque converter control model is correct. The locking clutch can work in accordance with the locking conditions and also improve vehicle fuel economy and emission performance significantly. The research can provide a reference for the research of the hydraulic torque converters locking rules.Key words：hydraulic torque converter；simulink；cruise；joint simulation液力变矩器是有级的液力机械式自动变速器不本文针对液力变矩器的闭锁规律进行研究，利用 Matlab/Simulink 建立液力变矩器闭锁控制模型， 利用 Cruise 建立整车模型并进行联合仿真，对液力 变矩器的闭锁控制规律的可行性进行验证。可缺少的组成部分，是将动力从发动机传到变速器的主要部件1。 液力变矩器五个主要功能如下2，3：（1）起到离合器的作用，将发动机输出动力传递 给自动变速器输入轴；（2）在一定范围内无级的变扭变速，可以增大发 动机的转矩；（3）在一定条件下闭锁，把发动机的动力直接传 给变速器，从而提高燃油经济性；（4）以液体为传动介质，可以起到飞轮的作用，使发动机运转更加平稳；（5）在一定条件下，起到发动机制动的作用。液力变矩器闭锁控制规律1液力变矩器的闭锁控制， 对于不同的变矩器种类有所不同。总体来说，液力变矩器闭锁控制的好坏直接影响车辆的行驶平顺性和燃油经济性。常用的液力变矩器闭锁控制规律有单参数和双参数4，5。单参数（1）车速或挡位。这种控制方案可以避免车辆在 低挡、低速范围内频繁闭锁，减少离合器闭锁产生的1.1收 稿 日 期 ：2011-07-25基 金 项 目 ：国家科技支撑计划资助项目（2009BAG12B0003）；安徽省 自然科学基金资助项目 （08040102001）； 国 家 863 计 划 资 助 项 目设 计 研 究汽车科技第 6 期 2011 年 11 月（2）涡轮转速。早期的离心式锁止离合器控制，温度会影响发动机的正常使用， 因此锁止离合器作用前，必须检测发动机的冷却液温度。（4）液力变矩器闭锁时能够提高传动系统效率， 但是不恰当的闭锁也会给传动系造成一定冲击，所 以在小油门开度下不适宜闭锁。涡轮转速越高，锁止效果越好。双参数（1）速比。这种控制方案实质就是基于泵轮转速 和涡轮转速的双参数控制。（2）涡轮转速和油门开度。 不同油门开度闭锁时， 涡轮转速不同，大油门时，涡轮转速高，闭锁时机推 迟；小油门开度时则相反。 采用这种控制方案，可以在 不同油门开度下获得合理的闭锁点。（3）车速和油门开度控制。这种控制方法和前种 方案类似，区别是在一定的油门开度下，只有车速达 到一定值，液力变矩器才会闭锁。1.2根据以上所述，出以下四点要求：本文对液力变矩器闭锁控制提（1）汽车处在高速（50 km/h）或者 3 挡以上的挡位，液力变矩器允许闭锁。（2）汽车的车轮制动器出于非工作状态，液力变 矩器允许闭锁。（3）发动机的冷却液温度不低于规定值（通常为5060），液力变矩器允许闭锁。（4）油门开度不小于 10%，液力变矩器允许闭锁。1.3本文的控制方法本文采用的控制方法是多参数的控制，主要控制参数有车速、挡位、制动信号、发动机冷却油温和油门开度。 各个参数对液力变矩器的影响如下3，6：（1）车速和挡位是保证车辆在高挡高速时闭锁，液力变矩器控制模型2防止车辆在低挡低速情况下频繁闭锁，从而造成不本 文 建 立 液力变矩器控制模型的目的是和 Cruise 建立的整车模型进行联合仿真， 具体以 Mat lab/Simulink 所建立液力变矩器的 控 制 模 型 代 替必要的冲击和磨损， 影响乘坐的舒适性和液力变矩器的使用寿命。（2）汽车制动时，发动机转矩会急剧增加，引起 压盘摩擦材料和壳体内端面严重打滑。 频繁打滑会 严重影响锁止离合器的使用寿命，而且油温上升，磨 粒的增加也会影响自动变速器液压油的使用。（3）变矩器锁止离合器作用时，液力变矩和耦合 作用失效，叶轮间的介质“剪切”不存在，油温迅速下 降，从而引起发动机冷却液温度下降，过低的冷却液Cruise 整车模型中的液力变矩器模块。所建立的液力变矩器控制模型包括液力变矩器机械模型、控制模型以及转矩输出模型三个基本模型 。闭锁由于Cruise 建立的整车模型中没有发动 机 冷 却 油 温 信号，所以发动机冷却油温信号用信号发生器来模拟，其他的输入信号均来自 Cruise 建立的整车模型。力变矩器控制模型如图 1 所示。液1变速器输入转速 （涡 轮 转 速 ）2发 动 机 转（泵 轮 转 速 ）8发 动 机 转（泵 轮 转 矩 ）1器输入转矩 4际 涡 轮 转 矩 ）制 动5冷 却 油 温6车 速3实 际 挡 位7油 门 开 度闭 锁 控 制 模 型图 1液力变矩器控制模型10变速器输入转速 （涡 轮 转 速 ）发 动 机 转 速 （泵 轮 转 速 ） 理 论 涡 轮 转 矩 发 动 机 转 矩 （泵 轮 转 矩 ）速理 论 涡 轮 转 矩发动机转矩 变速器输入转矩 闭 锁 信 号矩液力变矩器机械模型 变速 （实制 动冷 却 油 温车 速 闭 锁 信 号 实 际 挡 位油 门 开 度转 矩 输 出 模 型设 计 研 究基于 Simulink/Cruise 的 6AT 液力变矩器闭锁性能联合仿真 / 丁美玲，胡福建液力变矩器机械模型液力变矩器原始特性图液力变矩器的性能由泵轮扭矩系数、2.11变速器输入转速 2.1.1（涡 轮 转 速 ）变矩比和2效率三条曲线表示2，6，图 2 给出了液力变矩器的原始特性图。由图可知在低速比下，液力传动系统可获 得较大的变矩比，随着速比的增加，变矩比减小；达 到速比为 1 的偶合器工况时，变矩比为 0；液力变矩 器不能继续传递能量及转矩。在低速比时，液力变矩 器效率低，随着速比增加，传递效率增加，在某一速 比下达到最大效率值，当速比再增加时，效率下降直发 动 机 转 速（泵 轮 转1涡 轮 转 矩3发 动 机 转 矩（泵 轮 转 矩 ）图 3液力变矩器机械模型表 1液力变矩器数据 至为 0。泵轮扭矩系数表征了泵轮传递发动机转矩的能力， 不同系列液力变矩器的泵轮扭矩系数曲线形状各不相同。K 00.20.40.60.81图 2液力变矩器原始特性图液力变矩器机械模型建立液力变矩器机械模型如图 3 所示，2.1.2其中变速器输入转速（涡轮转速）、发动机转速（泵轮转速）和发动机转矩（ 泵轮转矩 ） 信号从建立的 Cruise 整 车模型获取。 通过发动机转速和变矩器输入转速可 计算得到液力变矩器速比， 根据表 1 给出的液力变 矩器速比、变矩比和效率创建二维 look-up 表，根据 计算所得的液力变矩器速比， 在 look-up 表中查出的涡轮输出转矩。闭锁控制模型对液力变矩器进行闭锁控制， 可以明显改善车 辆的燃油经济性和排放性能。本文利用制动、发动机 冷却油温、车速、挡位和油门开度等信号建立闭锁控 制模型如图 4 所示。首先判断制动信号、发动冷却油2.2对应的变矩比和效率，从而进一步计算液力变矩器closeupclose1close2 en:closingsignal=11 en:closingsignal=0制 动2冷 却3close_controlspeed=50lgear=4油 门 开speed=45lgear45lgear=4 speed=50lgear41锁 信 号downup1after（5，tick）after（5，tick）2speed45lgear=50lgear=4down；up；闭 锁（a） 闭 锁 控 制 模 型（b） 判 断 逻 辑图 4闭锁控制模型1112 down 制 动冷 却 油 温 触 发 信 号 油 门 开 度油 温度4挡 位5车 速触 发挡 位闭 锁 信 号 车 速闭K=f（i） =f（i）=f（i）速 比变 矩 比效 率0.0001.7690.0000.0501.7410.0870.1001.7180.1720.2001.6530.3310.3001.5680.4700.4001.4720.5890.5001.3630.6820.6001.2630.7580.7001.1600.8120.7501.1120.8340.8001.0640.8500.8251.0390.8560.8501.0130.8600.8750.9850.8610.9000.9740.8610.9250.9710.897效 率速 ）理 论变 矩 比设 计 研 究汽车科技第 6 期 2011 年 11 月温和油门开度是否满足上文提出的闭锁控制要求，如果满足则触发闭锁子模块， 闭锁子模块以挡位和始终为真，才执行相应的动作。2.3转矩输出模型建立转矩输出模型如图 5 所示。车速作为输入参数，利用 Stateflow 建立逻辑模型，输出转矩模型当挡位大于 3 挡或者车速大于 50 km/h 时，闭锁模主要检测闭锁信号，如果闭锁信号为 1 则由液力变块向执行结构发出闭锁信号，液力变矩器闭锁；在此矩器机械模型中输出的理论涡轮转矩不能输出，因为了避免由于速度波动而引起的频繁换挡，当车速为此时液力变矩器已经处于闭锁状态，输出转矩应该等于发动机输出转矩。液力变矩器低于 40 km/h 时， 才发出解锁信号，液力变矩器解锁。同时还设置了延迟，只有条件在 5 个仿真步长内1理 论 涡 轮 转 矩1变速器输入转矩 涡 轮 转 矩 ）3闭 锁 信 号2发 动 机 转 矩图 5转矩输出模型的整车模型中， 代替原有的液力变矩器模型， 由于3Simulink 与 Cruise 联合仿真API 模块无法建立机械连接，所以在发动机输出端和变速器输入端使用 Flange 模块即扭矩控制模块，来实现液力变矩器与整车的机械连接， 把 Flange17 的输出扭矩作为 API 的输入转矩，再将 API 的输出 转矩输入给 Flange18 作为变速器的输入转矩。 其中 API 中的输入控制信号可从与 Cruise 中相关部件通3.1Simulink 与 Cruise 的连接Cruise 中提供了两种方法， 可以将 Simulink 与Cruise 进行无缝连接。方法一，利用 Cruise 中提供的 DLL 模块将建立 的模型与 Cruise 进行连接，首先将建立的模型利用 RTW 模块转化成 C 代码，再利用 VC+将 C 代码建过电气连接获取。示。本文所建立的联合模型如图 6 所立成动态连接库，即 DLL 文件，最后将所建立的联合仿真结果试验车辆基本参数如表 2 所示：DLL 文件加载到 Cruise 中的 DLL 模块中即可；方法二，利用 Cruise 中提供的 API 模块将建立 的模型与 Cruise 进行连接。 后者与前者相比，只要 将建立的 Simulink 模型直接加载到 Cruise 中的 API 模块中即可。 所以本文中利用 Cruise 中提供的 API 模块将建立的模型与 Cruise 进行连接。3.3表 2车 辆 基 本 参 数联合仿真模型Cruise 建立的整车模型，主要部件有车轮、制动 器、发动机、变速器、驾驶室、液力变矩器、分动器，控3.2制组件主要是换挡控制模块，其中各种参数都按照试验车辆实际技术参数进行设置。 Cruise 软件建立的整车模型是按照实际车辆的机械和电气连接将各 组件连接起来， 通过对各模块相关参数进行设置可 以模拟实际车辆的运行状态。本文利用 Cruise 和 Simulink 进行联合仿真7，8，9，利用 API 模块将液力变矩器控制模型加载到 Cruise12参 数数 值整 车 质 量/kg1 760（满 载 ）轴 距/m2.6前 迎 风 面 积/m22.03风 阻 系 数0.31轮 胎 半 径/mm287主 减 速 比3.921 挡 传 动 比4.0442 挡 传 动 比2.3713 挡 传 动 比1.5564 挡 传 动 比1.1595 挡 传 动 比0.8526 挡 传 动 比0.672液力变矩器循环圆直径/m0.254=0Convert+与 常 数 对 比 数 据 类 型 转 换（实 际=1Convert与 常 数 对 比 数 据 类 型 转 换设 计 研 究基于 Simulink/Cruise 的 6AT 液力变矩器闭锁性能联合仿真 / 丁美玲，胡福建本次试验利用 Cruise 建立的整车模型来模拟 实际车辆的行驶环境，并且利用 Simulink 建立的液 力变矩器控制模型，代替原来 Cruise 中简单的液力 变矩器模块，实现对液力变矩器的闭锁控制。建立液开度信号、发动机冷却油温、车速以及闭锁信号的变化情况。 其中闭锁信号为 0，表示闭锁离合器不闭锁，液力变矩器为机械传动；闭锁信号为 1，表示闭锁离合器闭锁，液力变矩器为机械连接。由仿真结果可以得出， 当车辆的运行状态满足 上文所述的闭锁要求时，液力变矩器才允许闭锁，并 且由于在 Stateflow 中设置闭锁延迟，可以保证液力力变矩器控制联合仿真模型如图 6 所示，实验中利用 UDDS 工况进行仿真，检测液力变矩器控制模型的可行性，仿真结果如图 7 所示。图 7 中给出的仿真过程中制动踏板信号、油门变矩器不会发生频繁的解锁和闭锁。由第 2 次闭锁（下转第 41 页）13设 计 研 究EPS 减速机构中蜗杆胶挡圈的设计要点 / 包寿红，赖如财以在材料硬度选择上， 首先要满足颠簸路面冲击下不会超出蜗杆胶挡圈的弹性形变范围的条件， 再尽蜗 杆 胶 挡 圈 1轴 承 1蜗 杆轴 承 2蜗 杆 胶 挡 圈 2量使硬度减小，为了使蜗杆胶挡圈的硬度和刚度同时满足以上要求，的承受面积。可以采用图 7 的结构增加胶挡圈正常情况下，蜗杆胶挡圈在使用过一段时间后，在其受力方向上均会产生一定的永久变形，使部分尺寸发生改变。 为了确保胶挡圈的尺寸变化不至于影响减速机构的传动性能， 必须对蜗杆胶挡圈模拟 实际状况进行疲劳试验。图 7蜗杆胶挡圈的装配位置调整功能性能的要求。参考文献：1 机械设计手册（ 数字化手册系列 V3.0） M. 化 学 工 业 出 版社.2008.2 GB10085.圆柱蜗杆传动基本参数S.中华人民共和国标 准.1988.12.3 GB T-2941.橡胶件物理试验方法试样制备和调节通用程 序S.2006.4 陈典红，等.电动助力转向器特性试验研究J.汽车科技，2007，（3）: 48-49.结语3由于蜗杆胶挡圈的刚度和材料的硬度密切 相关，材料硬度越大，刚度就越大，弹性越差，对蜗杆轴 向冲击力的减振缓冲效果就越差； 如果蜗杆胶挡圈 的硬度偏小，在颠簸路面强力冲击下，又很容易超出 弹性变形范围，造成胶挡圈出现明显的永久变形。所（上接第 13 页）为例，运行到 210 s 左右，无制动参考文献