分析和物理

图1显示了典型汽车动力传动系统的功率流。非线性常微分方程模型的发动机，四速自动变速器，和车辆。本例中讨论的模型直接将图1中的模块实现为模块化的Simulink子系统。万博1manbetx另一方面，在传输控制单元(TCU)中所作的逻辑和决定并不适合于公式完善的方程。TCU更适合statflow表示。statflow监视与系统中重要关系对应的事件，并在事件发生时采取适当的行动。

图1：动力传动系统系统的通用框图

节气门开口是发动机的输入之一。发动机连接到扭矩转换器的叶轮，使其耦合到变速器（参见公式1）。

方程1

液力变矩器的输入输出特性可以表示为发动机转速和涡轮转速的函数。在本例中，功率流动的方向始终假定为从叶轮到涡轮(见公式2)。

方程2

假设小换档时间（参见公式3），通过静态齿轮比实现传输模型。

方程3

最终驱动器，惯性和动态变化的负载构成了车辆动态（参见公式4）。

方程4

负载转矩包括路面负载和制动转矩。道路荷载是摩擦损失和空气动力损失之和(见公式5)。

方程5

该模型根据图2所示的时间表规划变速器的换挡点。对于给定的节气门在给定的档位，有一个独特的车辆速度发生升档。对降档的模拟操作类似。

图2：换挡规律

建模

到打开这个模型类型sldemo_autotrans在Matlab®终端。初始条件在模型工作区中设置。

模型的顶层关系图如图3所示。要运行模拟，请按模型窗口工具栏上的Play按钮。注意，模型将相关数据记录到名为MATLAB Workspace的数据结构中sldemo_autotrans_output．记录的信号有一个蓝色的指示器(参见图3)。运行模拟之后，可以通过输入查看数据结构的组件sldemo_autotrans_output在MATLAB命令窗口。还要注意，这些单元出现在子系统图标和信号线上。要了解关于Simulink中的单位的更多信息，请参见万博1manbetx万博1manbetx仿真软件的单位．

图3:模型图及样本仿真结果(通过机动)

建模

图3中所万博1manbetx示的模拟模块由表示发动机，传输和车辆的模块，具有额外的移位逻辑块来控制传输比。对模型的用户输入采用节流阀（百分比）和制动扭矩（在FT-LB中给出）。用户使用ManeuversGui接口输入油门和制动扭矩。

发动机子系统由一个二维表组成，该表内插发动机扭矩与油门和发动机转速。图4显示了复合Engine子系统。双击模型中的这个子系统以查看其结构。

图4:发动机子系统

TorqueConverter和Transmission ratio模块组成Transmission子系统，如图5所示。在模型窗口中双击Transmission子系统以查看其组件。

图5:传输子系统

TorqueConverter是一个屏蔽子系统，它实现了方程2。要打开这个子系统，右键单击它并从下拉菜单中选择Mask > Look Under Mask。遮罩需要一个速度比矢量(nin / ne)和k因子向量(F2）和扭矩比率（F3）。图6显示了Torqueconverter子系统的实现。

图6:变矩器子系统

传动比块确定表1所示的比值，并计算出传动输出转矩和输入转速，如式3所示。图7显示了实现转矩和速度比值的子系统的框图。

表1:传动齿轮比率

齿轮rtr = nin / nin 1 2.393 2 1.450 3 1.000 4 0.677

图7:传动比分系统

标记为ShiftLogic的Stateflow块实现变速箱的齿轮选择。双击模型窗口中的ShiftLogic以打开状态流图。Model Explorer用于定义输入为油门和车辆速度，输出为所需的齿轮数。两个虚线和状态保持跟踪齿轮状态和齿轮选择过程的状态。整个图表作为一个离散时间系统执行，每40毫秒采样一次。图8中显示的状态流图说明了块的功能。

图8:传输移位逻辑的状态流图

通过在状态流调试器中启用动画，可以在仿真期间观察移位逻辑行为。这selection_state.(总是活动的)首先执行其中指示的计算在函数。该模型计算升挡和降挡速度阈值作为齿轮和油门瞬时值的函数。当处于稳态时，该模型将这些值与当前车速进行比较，以确定是否需要换挡。如果是，则进入一种确认状态(上移或羽绒服），记录进入时间。

当车速不再满足换挡条件时，在确认状态下，模型忽略换挡，并切换回steady_state．这防止了由于噪音条件而产生的额外的移位。如果移位条件在持续时间内保持有效TWAIT刻度，模型过渡到下结，并且根据当前档位，它播放了其中一个换档事件。随后，模型再次激活steady_state在过渡到一个中央接头之后。班次播放到的班次事件gear_selection状态，启动过渡到合适的新装备。

例如，如果车辆以二档和25%的油门前进，状态第二个在内部处于活动状态gear_state,steady_state活跃在selection_state.．这在后者的功能，发现上升应该发生时，车辆超过30英里每小时。当这成为现实时，模型进入上移状态。在这种状态下，如果车速保持在每小时30英里以上TWAIT滴答声，该模型满足了通向右下角的过渡条件。这也满足从这里过渡的情况[|齿轮== 2 |]steady_state，所以该模型现在占据了整体过渡上移到steady_state并广播这个事件向上作为过渡动作。因此，拍摄了从秒到第三到第三的过渡gear_state这就完成了移位逻辑。

Vehicle子系统(图9)根据方程4和方程5，使用净扭矩计算加速度，并将其积分来计算车辆速度。车辆子系统被屏蔽。要查看Vehicle块的结构，右键单击它，从下拉菜单中选择蒙版>在蒙版下查看。在掩模菜单中输入的参数是最终传动比、阻力摩擦和空气动力阻力的多项式系数、车轮半径、车辆惯性和初始传输输出速度。

图9:车辆子系统(掩盖)

结果

在模拟中使用的发动机扭矩图和扭矩转换器特性如图10和图11所示。

图10:发动机扭矩图

图11:变矩器特性(见图5及公式2)

第一个模拟(通过机动)使用表2中给出的节流阀进度表(该数据是线性插值的)。

表2:第一次模拟(通过机动)节气门进度表

时间(秒)节流(%)0 60 14.9 40 15 100 100 0 200 0

第一列表示时间;第二列对应节流开度百分比。在这种情况下没有制动(制动力矩为零)。车辆速度从零开始，发动机转速为1000转/分。图12显示了使用默认参数的基线结果。当司机踩到60%的油门时t = 0这时，发动机立即做出反应，速度提高了一倍多。这导致了液力变矩器的低速比，因此，大的转矩比(见图6和图11)。车辆加速很快(没有轮胎打滑模型)，发动机和车辆都获得速度，直到大约T = 2秒，此时发生1-2升档。发动机速度突然突然下降，然后恢复其加速度。2-3和3-4升档分别在大约四到八秒内进行。请注意，由于其大惯性，车速仍然更光滑。

图12：通过机动仿真时程

在t = 15秒，驾驶员将油门提高到100%，这可能是典型的过路操作。变速器降档至第三档，发动机从大约2600转/分跃升至大约3700转/分。发动机的扭矩因此有所增加，同时也增加了传动装置的机械优势。随着持续的重油门，车辆加速到大约每小时100英里，然后切换到超速行驶大约T = 21秒．车辆沿着第四齿轮巡航，用于剩余的模拟。双击ManeuversGui块并使用图形界面改变油门和制动历史。

关闭模型

关闭模型，清除生成的数据。

结论

一种可以以模块化方式容易地增强该基本系统，例如，通过用更复杂的模型替换发动机或传输。因此，我们可以通过逐步的改进在这种结构中积累大型系统。具有Simulink信号处理的状态流控制逻辑的无缝集成使得能够构建高效且视觉上直观的模型。万博1manbetx