基于Simulink的濕式雙離合變速器液壓系統(tǒng)溫度仿真

鄒濤

（上海汽車變速器有限公司 201807)

自動(dòng)變速器不僅可以緩解駕駛員駕駛疲勞，而且可以降低燃油損耗，提高行車舒適性。濕式雙離合自動(dòng)變速器的離合器、撥叉動(dòng)作以及潤滑均由液壓系統(tǒng)完成，換擋執(zhí)行由軟件控制。然而軟件開發(fā)中會(huì)存在缺陷，在軟件發(fā)布之前需要經(jīng)過大量的測試以減少缺陷，提高軟件的可靠性。測試軟件的方法有模型在環(huán)測試（MIL）[1]和硬件在環(huán)測試（HIL）[2]。軟件測試最重要的是提供整車仿真環(huán)境，整車仿真環(huán)境的精度越高，對軟件開發(fā)就越有利。模型在環(huán)測試環(huán)境可以用于軟件在環(huán)和硬件在環(huán)。硬件在環(huán)測試可以采用模型在環(huán)的整車環(huán)境，同時(shí)將ECU控制器、執(zhí)行器和傳感器集成到測試回路中，提高測試的真實(shí)性[3]。本文采用Simulink工具對濕式雙離合變速器進(jìn)行液壓系統(tǒng)溫度仿真，仿真模型為HIL提供測試環(huán)境。同時(shí)，仿真環(huán)境的應(yīng)用能夠提高軟件開發(fā)效率，降低軟件開發(fā)成本。

1 液壓系統(tǒng)分析

液壓系統(tǒng)在濕式雙離合器控制中至關(guān)重要，液壓系統(tǒng)為自動(dòng)變速器提供換擋動(dòng)力、離合器動(dòng)力、離合器冷卻和齒輪潤滑。液壓系統(tǒng)中液壓油的特性與溫度密切相關(guān)，在整個(gè)系統(tǒng)中，液壓油的溫度不能過高。考慮到仿真的目的是計(jì)算離合器溫度傳感器和油溫傳感器的溫度，離合器動(dòng)作和撥叉動(dòng)作消耗的流量只在撥叉和離合器動(dòng)作時(shí)起作用，而且流量不大，對整個(gè)液壓系統(tǒng)影響較小，所以離合器和撥叉動(dòng)作時(shí)的流量在本仿真中不考慮。

為了將液壓原理圖轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型，需要將液壓原理圖進(jìn)行分析簡化。主油路壓力閥主要控制液壓系統(tǒng)的壓力，潤滑流量電磁閥、冷卻流量電磁閥和減壓閥等電磁閥分別對相應(yīng)支路流量或壓力控制。在液壓系統(tǒng)中，產(chǎn)生熱量交換的主要元件是熱交換器、奇數(shù)離合器、偶數(shù)離合器和齒輪潤滑。

2 液壓系統(tǒng)的流量和元件熱量分析

液壓系統(tǒng)熱量的產(chǎn)生和液體的密度、介質(zhì)的熱交換系數(shù)、流量的大小以及介質(zhì)的溫度密切相關(guān)。熱量的產(chǎn)生可用以下公式表示。

其中dQ為熱量變化，cp為熱交換系數(shù)，ρ為油液的密度，Temp為油液的溫度，Volflow為油液的流量。上述公式為一個(gè)液壓元件或者一條液壓支路中產(chǎn)生的熱量，如果是多條液壓支路和液壓元件產(chǎn)生的熱量，則需要使用經(jīng)驗(yàn)公式（2）表示[4]。液壓回路中液壓支路匯合點(diǎn)A的溫度可以表示為，匯集點(diǎn)A所有元件產(chǎn)生的熱量的和加上與匯集點(diǎn)相臨的其他分支產(chǎn)生的熱量。

液壓系統(tǒng)中熱量交換的4個(gè)主要部件熱交換器、齒輪潤滑、奇數(shù)離合器和偶數(shù)離合器的熱量計(jì)算主要采用臺(tái)架參數(shù)查表得到。熱交換器熱量的產(chǎn)生采用查表方式仿真，輸入信號(hào)分別為油液溫度和水溫，輸出為熱交換器的能量。奇偶離合器的熱量計(jì)算使用公式得到。

3 液壓系統(tǒng)溫度計(jì)算

液壓系統(tǒng)的溫度計(jì)算主要分為以下4個(gè)步驟：第一，基于每條支路的流量計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度；第二，計(jì)算每條支路的溫度；第三，計(jì)算每個(gè)支路中產(chǎn)生的熱量；第四，計(jì)算每條支路中的熱量變化。

3.1 計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度

液壓系統(tǒng)中共有6個(gè)節(jié)點(diǎn)和11個(gè)分支，這樣可以得到6×11的溫度矩陣和流量矩陣。計(jì)算節(jié)點(diǎn)的溫度，需要考慮與此節(jié)點(diǎn)相連的所有分支路的溫度和流量。因此，采用矩陣的方式計(jì)算，首先計(jì)算溫度矩陣和流量矩陣的乘積；其次計(jì)算流量矩陣中節(jié)點(diǎn)流量的矩陣；最后將乘積除以節(jié)點(diǎn)流量矩陣就可得到節(jié)點(diǎn)的溫度。

3.2 計(jì)算每條支路的溫度

由于每條支路只有一個(gè)源頭，所以采用節(jié)點(diǎn)溫度矩陣乘以每個(gè)節(jié)點(diǎn)流入每個(gè)支路的矩陣，可以得到每條支路的溫度矩陣。

3.3 計(jì)算支路中產(chǎn)生的熱量

以矩陣的方式計(jì)算每條支路中產(chǎn)生的熱量，其中分為流入支路的熱量計(jì)算和流出支路的熱量計(jì)算。

公式（3）為流入支路的熱量計(jì)算公式，dQBranchinvec為支路產(chǎn)生的熱量，TempBranchinvec為支路溫度。公式（4）為流出支路的熱量計(jì)算公式，其中dQBranchvec為支路冷卻產(chǎn)生的熱量，TempCoolant_vec為支路冷卻溫度。

3.4 液壓系統(tǒng)中溫度的計(jì)算

計(jì)算得到液壓系統(tǒng)中產(chǎn)熱元件產(chǎn)生的熱量和液壓系統(tǒng)中每條支路和節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的熱量，然后根據(jù)公式（5）得到整個(gè)液壓系統(tǒng)中每條支路的溫度。

4 液壓系統(tǒng)各元件溫度仿真結(jié)果

將搭建好的模型在硬件在環(huán)中運(yùn)行，運(yùn)行工況為前進(jìn)模式下，踩下加速踏板并保持在中間位置時(shí)的升擋和降擋工況。在HIL臺(tái)架上，接入控制器、執(zhí)行器和仿真溫度傳感器后，將信號(hào)發(fā)給ECU，得到的結(jié)果和MIL仿真結(jié)果類似，HIL仿真的結(jié)果和實(shí)車的測試結(jié)果也非常接近。HIL仿真結(jié)果如圖1所示。圖中4個(gè)信號(hào)依次為溫度傳感器信號(hào)、加速踏板信號(hào)、制動(dòng)壓力信號(hào)和擋位信號(hào)。其轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型，采用經(jīng)驗(yàn)公式將模型中的每個(gè)分支和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度分別進(jìn)行計(jì)算。得到的溫度模型能夠體現(xiàn)出液壓系統(tǒng)的溫度特性，能夠在硬件在環(huán)為軟件測試提供測試環(huán)境。同時(shí)，通過對標(biāo)實(shí)車參數(shù)，可以在實(shí)驗(yàn)室有效地驗(yàn)證自動(dòng)變速器的部分功能，為自動(dòng)變速器的功能開發(fā)提供了有力支持。

圖1 HIL仿真結(jié)果

5 結(jié)束語

本文采用Simulink工具對液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模，簡化液壓系統(tǒng)并將