基于Simulink的車輛動(dòng)力性換擋點(diǎn)計(jì)算

2020-10-21 04:14:03史艷龍丁斌高文娟李尊

汽車實(shí)用技術(shù) 2020年12期

史艷龍丁斌高文娟李尊

摘要：AT變速箱的動(dòng)力性換擋點(diǎn)計(jì)算在車輛動(dòng)力匹配中占據(jù)十分重要的地位。采用雙參數(shù)法進(jìn)行動(dòng)力性換擋點(diǎn)的計(jì)算，以及收斂型處理方法進(jìn)行降檔點(diǎn)的選擇。基于Simulink建立整車動(dòng)力性換擋模型;并在NEDC工況下進(jìn)行動(dòng)力性仿真計(jì)算。結(jié)果顯示，該模型能夠較好的表示車輛的整體動(dòng)力性，滿足設(shè)計(jì)需要。

關(guān)鍵詞：Simulink;動(dòng)力性換擋;建模

Abstract： The calculation of power shift point of AT gearbox plays an important role in vehicle power matching. The double parameter method is used to calculate the dynamic shift point， and the convergent method is used to select the downshift point. Based on Simulink， the whole vehicle dynamic shift model is established， and the dynamic simulation calculation is carried out under NEDC cycle. The results show that the model can better represent the overall dynamic performance of the vehicle and meet the design needs.

Keywords： Simulink; Power shift; Modeling

前言

最近幾年，隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，搭載AT變速箱的車型也越來越多。對于車輛而言，動(dòng)力性是很重要的參數(shù)指標(biāo)，因此，動(dòng)力性換擋點(diǎn)的確定就顯得尤為重要。本文采用雙參數(shù)法進(jìn)行動(dòng)力性換擋點(diǎn)的計(jì)算。基于Simulink建立整車動(dòng)力性換擋模型，并在NEDC工況下進(jìn)行動(dòng)力性仿真。

1 整車性能參數(shù)計(jì)算

1.1 各檔位下驅(qū)動(dòng)力曲線求解

根據(jù)公式（1）計(jì)算可得到車輪驅(qū)動(dòng)力。

其中：ig、i0分別為變速器、主減速器的傳動(dòng)比，r為車輪滾動(dòng)半徑。ηT為傳動(dòng)系的機(jī)械效率。在忽略阻力的情況下，公式（2）為車速計(jì)算。

由此可得到節(jié)氣門開度為100%時(shí)，車輛在不同轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動(dòng)力Ft、車速Va值，再通過plot語句畫出各檔位不同油門開度下的驅(qū)動(dòng)力曲線。驅(qū)動(dòng)力計(jì)算模型如圖1所示，驅(qū)動(dòng)力曲線如圖2所示。

1.2 動(dòng)力性換擋點(diǎn)制定

根據(jù)動(dòng)力性分析可知，汽車在換擋時(shí)，相鄰兩檔對應(yīng)加速度相等時(shí)的車速換擋動(dòng)力性最佳。即各個(gè)油門開度下相鄰檔位驅(qū)動(dòng)力曲線交點(diǎn)處對應(yīng)的車速為換擋點(diǎn)。換擋點(diǎn)車速需滿足條件為公式（3）：

其中：Vmin（n+1）為n+1檔最低車速;Vmax（n）為n檔最高車速。

當(dāng)所求交點(diǎn)車速V不滿足上面條件時(shí)，則根據(jù)以下條件決定：

當(dāng)n+1檔最低車速處的驅(qū)動(dòng)力大于此車速下n檔的驅(qū)動(dòng)力，則換擋點(diǎn)為n+1檔的發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速點(diǎn);當(dāng)n檔的最高車速處的驅(qū)動(dòng)力大于此車速下n+1檔的驅(qū)動(dòng)力，則換擋點(diǎn)為n檔的發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速點(diǎn)。

各檔位不同油門開度下驅(qū)動(dòng)力曲線如圖3所示。

對于求數(shù)組間交點(diǎn)問題，可用polyfit命令，先將各數(shù)組（50個(gè)）單獨(dú)擬合成函數(shù)，再對相交函數(shù)解方程組。經(jīng)對比，擬合多項(xiàng)式次數(shù)為20時(shí)，擬合效果較好。例如對油門開度100%時(shí)2檔動(dòng)力曲線擬合效果如圖4所示：

對于降檔點(diǎn)的選擇，目前存在等延遲型、發(fā)散型、收斂型、組合型的處理方法。本次即采用收斂型對升檔點(diǎn)進(jìn)行修正以得到降檔點(diǎn)，如圖2-5所示。收斂型的特點(diǎn)是：換擋延遲隨油門開度的增大而減小，呈收斂狀分布。大油門時(shí)降檔速差最小，升降檔都有好的功率利用，動(dòng)力性好;減小油門時(shí)，延遲增大，避免過多的換擋，燃油經(jīng)濟(jì)性好，噪聲低，行駛平穩(wěn)舒適。公式（4）為收斂度CB：

其中：Vn↑為從第n檔升為第n+1檔時(shí)的車速，Vn+1↓為第n+1檔降為第n檔時(shí)的車速。

收斂度采用：

動(dòng)力性換擋規(guī)律曲線如圖5所示。

2 整車建模

采用前向仿真方式進(jìn)行整車simulink建模，主要分為駕駛員模型，發(fā)動(dòng)機(jī)模型，變速箱模型和整車模型。如圖6所示。

3 最大爬坡度與最大車速

3.1 最大爬坡度

根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)公式（5）

汽車在最大爬坡時(shí)，速度變化幾乎為零（加速度為零），故此時(shí)Fa可近似為零。根據(jù)公式（6）可計(jì)算得到空氣阻力隨車速的變化曲線，其中CD為空氣阻力系數(shù)，A為汽車迎風(fēng)面積。

由一檔最大驅(qū)動(dòng)力曲線圖2可得，最大驅(qū)動(dòng)力為7494N，對應(yīng)車速為13.9km/h。得出最大爬坡度為46.92%，即25.1345°。

3.2 最大車速

將駕駛員模型斷開，重新設(shè)定100%油門開度，制動(dòng)力為0N，得到最大車速為135.4487km/h。如圖8所示。