基于事件觸發器的AMT換擋控制策略研究*

劉文光，何 仁，陸 煒，柯童童

(江蘇大學汽車與交通工程學院，鎮江 212013)

前言

電控機械自動變速器(AMT)是在傳統機械變速器的基礎上增加了離合器、選換擋等電子控制操縱機構，具有操縱方便、成本低和燃油經濟性好等優點[1-4]，因而在商用車市場得到廣泛的應用。由于電控機械自動變速器仍然保留著離合器接合和擋位變換，在車輛行駛過程中會引起換擋沖擊。為減少換擋沖擊，電控單元通過采集道路信息、車輛自身信息和油門開度等影響車輛行駛狀況的因素，采用智能控制的方法控制車輛的換擋及離合器的接合，降低能量在傳動過程的損耗、提高車輛換擋的響應速度和乘坐舒適性[5-11]。在換擋重疊區，由于油門開度的改變及機械反應的滯后，容易在油門開度變化比較大的情況下造成車輛的頻繁換擋，針對此現象，文獻[12]中提出了根據油門開度變化率來識別突然加減油門開度的工況，通過設置換擋延遲時間，屏蔽突然加減油門的換擋控制策略，有效消除或減少頻繁換擋現象的發生。本文中通過在控制系統中設置一個事件觸發器來識別油門開度變化率，并依據事件觸發器的開閉實現車輛換擋的控制策略。

1 換擋規律分析

為獲得最佳的換擋策略，須分析變速器的轉速以及發動機輸出轉速。如果發動機輸出轉速與變速器輸入轉速相差較大時，會影響車輛的換擋平順性。為了方便計算，本文中針對車輛慣性大和擋位接合時間短的特點，假設換擋前后車速沒有發生變化。

(1)

式中：Me為發動機穩態轉矩；γ為與發動機轉速變化率有關的發動機動態轉矩下降系數；ζ為與油門開度變化率有關的發動機動態轉矩下降系數。

發動機的動態轉矩受發動機轉速變化率與油門開度變化率的影響，這樣在油門開度變化過大的情況下進行換擋，發動機動態轉矩與穩態轉矩相差過大，使所設計的換擋規律與車輛的實際行駛工況不完全匹配，因此在油門劇烈變動的加減速工況下會產生頻繁換擋現象。

動力傳動裝置包括離合器和變速器，當離合器開始接合時，其動力傳動公式為

(2)

(3)

式(2)和式(3)可改寫成：

(4)

(5)

為了分析和方便計算，將式(4)和式(5)改寫成狀態空間方程：

Y=CX

(6)

2 換擋策略的系統模型

2.1 換擋過程的混雜系統分析

混雜系統常采用一組常微分方程來描述系統連續部分的特性，用離散事件模型來表示系統離散部分的特性。其特點是連續部分運行到一定程度會產生一個質變過程，引發離散部分的發生，同時離散事件的產生又會觸發新的控制參數和控制策略，控制連續部分的運行。車輛行駛的車速是一個連續變化的過程，而擋位變換是一個離散過程，因而換擋控制符合混雜系統的特征。對于AMT離散事件，以tk時間的連續狀態變量v(tk)為輸入量[7]，離散數值s(tk)為輸出量，則當滿足δ(v(tk),s(tk-1),tk)=0的條件時，離散控制器模型可描述為

s(tk)=H(v(tk),s(tk-1),tk)

(7)

式中H(v(tk),s(tk-1),tk)是離散控制器中離散事件間的關系函數，由控制策略確定。

2.2 換擋控制策略

對于AMT自動換擋控制，借助于MATLAB/Simulink建模并進行仿真研究，大部分程序采用可視化模塊，避免了代碼編制的繁瑣工作，由系統進行統一的數值計算，提高了模擬的效率。

Stateflow是MATLAB所提供的另一個建模仿真工具，它支持使用流程圖和狀態轉換圖來開發基于有限狀態機理論復雜事件驅動的反應系統，由于車輛換擋存在離散換擋和車速的連續變化，Stateflow能使離散系統與連續系統統一在一個系統內，完成AMT換擋的混雜系統控制。Stateflow的事件和數據是一種非圖形對象，其中輸入事件(數據)和輸出事件(數據)具有與Simulink通信的端口，可以實現信息交互[15-16]。對車輛換擋建立Stateflow流程圖，如圖1所示。

油門開度變化大時引起頻繁換擋，在控制中增加了Control事件觸發器，通過此觸發器控制因油門開度變化而引起的擋位變化。當Control==0時，表示控制器的輸出符合油門開度正常變化，可以進行正常的升、降擋操作；而當Control==1時，表示油門開度為快速變化，引起車輛換擋的誤操作，不能進行正常的升、降擋操作。

2.3 CAN總線數據傳輸分析

為了提高數據通信的安全性和準確性以及減少手柄控制單元中靜電對整個電路的影響，提高電路的抗干擾能力，在手柄控制單元部分設置了保護措施。采用共模電感，防止電磁對CAN收發器的干擾，抑制高速信號線產生的電磁波向外輻射，提高系統的電磁兼容性。CAN總線傳輸電路見圖2。

3 仿真和實驗結果分析

擋位電路中的數據與主控制電路的數據通過設定CAN數據通信規則進行報文的收發，完成擋位控制和故障診斷，數據寄存器采用32位擴展型寄存器，在測試模型中，CAN數據速率采用250kb/s，其擋位通信實驗結果如圖3所示。

對于AMT換擋控制，進行了有、無Control事件觸發器干涉的控制系統仿真，結果如圖4所示。

由圖4可見，在油門開度變化較大時，由于無Control事件觸發器干涉，擋位在5、6擋之間出現頻繁換擋，增加了變速器和發動機的磨損；而通過增加一個Control事件觸發器干涉，可以避免不正確的換擋，提高了乘坐舒適性，其換擋過程也更符合實際駕駛員的換擋要求。

4 結論

通過對車輛換擋過程的混雜系統分析，運用CAN總線進行數據通信，在車輛換擋過程中采用事件觸發器來識別油門開度的變化率，有效避免了不正確換擋，減少了換擋沖擊，提高了乘坐舒適性。

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