基于Simulink的車輛動力性換擋點計算

史艷龍 丁斌 高文娟 李尊

摘 要：AT變速箱的動力性換擋點計算在車輛動力匹配中占據(jù)十分重要的地位。采用雙參數(shù)法進行動力性換擋點的計算，以及收斂型處理方法進行降檔點的選擇?；赟imulink建立整車動力性換擋模型;并在NEDC工況下進行動力性仿真計算。結果顯示，該模型能夠較好的表示車輛的整體動力性，滿足設計需要。

關鍵詞：Simulink;動力性換擋;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，動力性是很重要的參數(shù)指標，因此，動力性換擋點的確定就顯得尤為重要。本文采用雙參數(shù)法進行動力性換擋點的計算?；赟imulink建立整車動力性換擋模型，并在NEDC工況下進行動力性仿真。

1 整車性能參數(shù)計算

1.1 各檔位下驅(qū)動力曲線求解

根據(jù)公式（1）計算可得到車輪驅(qū)動力。

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

由此可得到節(jié)氣門開度為100%時，車輛在不同轉速下的驅(qū)動力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)動力曲線。驅(qū)動力計算模型如圖1所示，驅(qū)動力曲線如圖2所示。

1.2 動力性換擋點制定

根據(jù)動力性分析可知，汽車在換擋時，相鄰兩檔對應加速度相等時的車速換擋動力性最佳。即各個油門開度下相鄰檔位驅(qū)動力曲線交點處對應的車速為換擋點。換擋點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。

當所求交點車速V不滿足上面條件時，則根據(jù)以下條件決定：

當n+1檔最低車速處的驅(qū)動力大于此車速下n檔的驅(qū)動力，則換擋點為n+1檔的發(fā)動機最低轉速點;當n檔的最高車速處的驅(qū)動力大于此車速下n+1檔的驅(qū)動力，則換擋點為n檔的發(fā)動機最高轉速點。

各檔位不同油門開度下驅(qū)動力曲線如圖3所示。

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

對于降檔點的選擇，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進行修正以得到降檔點，如圖2-5所示。收斂型的特點是：換擋延遲隨油門開度的增大而減小，呈收斂狀分布。大油門時降檔速差最小，升降檔都有好的功率利用，動力性好;減小油門時，延遲增大，避免過多的換擋，燃油經(jīng)濟性好，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檔時的車速，Vn+1↓為第n+1檔降為第n檔時的車速。

收斂度采用：

動力性換擋規(guī)律曲線如圖5所示。

2 整車建模

采用前向仿真方式進行整車simulink建模，主要分為駕駛員模型，發(fā)動機模型，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)汽車動力學公式（5）

汽車在最大爬坡時，速度變化幾乎為零（加速度為零），故此時Fa可近似為零。根據(jù)公式（6）可計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為汽車迎風面積。

由一檔最大驅(qū)動力曲線圖2可得，最大驅(qū)動力為7494N，對應車速為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，重新設定100%油門開度，制動力為0N，得到最大車速為135.4487km/h。如圖8所示。

4 結論

本文介紹了整車simulink建模方法及流程。著重介紹了車輛動力性換擋點的求解方法。分析了最大爬坡度，最大車速的計算方法。最后進行整車仿真。結果表明，整車建模效果良好，滿足整車動力設計需要。

參考文獻

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