面向双状态无级变速器的AMESim-Simulink联合仿真平台研究

1 前言

　　无级变速器(CVT) 可以实现速比的连续调节,能够最大限度地利用发动机功率和提高燃油经济性, 消除换挡冲击, 使车辆加速平稳且可最大程度地提高驾驶舒适性。

　　液力变矩器可以使车辆平稳起步并能保持低速稳定行驶, 具有自动增矩变速、减振隔振、无机械磨损等优点, 被公认为最佳的车辆起步装置。

　　双状态CVT 是将液力变矩器和CVT 优化匹配组合而成, 并能够充分发挥二者优势的先进变速传动形式。在低速阶段, 利用液力变矩器的变矩作用扩大了动力传动系统的转矩变化范围, 使车辆具有良好的起步性能和低速爬行性能; 在高速阶段, 通过闭锁液力变矩器使CVT 独立实现变速功能, 可有效提高发动机的工作效率, 使整车的动力性和经济性得以最大限度的提升。双状态CVT 是轿车发展的一项先进技术[1]。

　　本文应用AMESim 软件构建了装备双状态CVT 的某四轮汽车整车动力学的系统可视化模型,利用MATLAB/Simulink 软件设计了电液控制系统;并通过设置AMESim 和MATLAB/Simulink 的S 函数接口模块搭建了联合仿真平台, 实现了两种软件的优势互补。通过选取典型工况进行离线仿真, 验证了联合仿真平台对双状态CVT 的研究和开发有着良好的实用性。

　　2 联合仿真平台的建立

　　2.1 联合仿真平台结构方案设计

　　目前对无级变速传动系统进行动力学建模仿真分析普遍利用MATLAB/Simulink 工具, 它的特点是基于数学方程级的建模方式有着很高的精度, 而且具有强大的控制系统设计功能, 但是对于复杂非线性系统的建模存在着模型简化和精度之间的矛盾。

　　AMESim 软件提供了定位于工程技术人员使用、基于图形化建模方式、可以实现多学科耦合特性分析的工程系统仿真平台, 而由于模型的扩充和改变都是通过图形用户界面来进行, 免去了繁琐的数学建模和代码编程[2] , 极大简化了复杂建模过程并确保了建模效率, 应用日益广泛, 但是其存在着控制系统建模功能较弱的问题。本文结合二者的各自特点和优势构建的联合仿真平台结构框图如图1 所示。

　　图1 联合仿真平台结构框图

　　从图1 中可以看出, 在AMESim 环境下建立了包括驾驶员意图、发动机、液力变矩器、CVT、主减速器和差速器以及轮胎等子模型在内的某四轮汽车的整车动力学模型, 省略了DNR 离合器控制油路和润滑油路部分; 在MATLAB/Simulink 环境下建立了包括液力变矩器闭锁/解锁控制模块、CVT 夹紧力控制模块和速比控制模块的电液控制系统部分。

　　2.2 AMESim 整车动力学模型

　　2.2.1 动力传动系统模型

　　图2 为试验得到的发动机输出转矩稳态数值模型, 将该数值模型导入AMESim 的发动机子模型即可得到发动机稳态数值模型。在建模过程中, 考虑到发动机实际工作时多数时间处于非稳态工况,因此将发动机的动态特性简化为具有滞后的一阶惯性环节[1] , 并通过经验系数对其数值进行修正, 作为发动机非稳态转矩模型。