基于車輛動力學模型的AMT在環仿真實驗系統研究

摘要：為提高AMT系統的開發效率和開發質量，研制了一種AMT在環仿真實驗系統，將真實的車輛AMT相關部件用仿真模型來代替，建立了車輛傳動系統及其部件的動力學模型，并進行相應的程序設計，模擬真實車輛的發動機轉速、車速等信息，對AMT電控單元在實車實驗之前進行驗證，為AMT電控系統的開發提供了一個方便、可靠的實驗平臺。
關鍵詞：AMT；在環仿真；車輛動力學；仿真模型

0 引言
重型車輛具有總質量大、使用工況復雜、擋位多等特點，為減輕駕駛員的操縱難度和勞動強度，實現重型車輛的自動變速具有重大現實意義。電控機械式自動變速器 (AMT)因具有效率高、成本低、易于制造的優點，并且操縱方便，能夠滿足重型汽車動力傳遞要求，因此在重型車輛上具有廣闊的應用前景。傳統的AMT系統開發需要在實車上進行大量調試，造成了時間和資金的浪費。構建AMT在環仿真實驗系統，不僅可以模擬車輛在正常工作條件下的性能，而且可以通過修改仿真條件，獲得在實驗中難以得到的車輛在極限工況、緊急工況條件下車輛響應及評價相應控制策略的優劣，為AMT電控單元的開發提供方便，可顯著地提高AMT系統的開發效率和開發質量。
AMT在環仿真實驗系統主要包括AMT電控單元、車輛動力學模擬模塊、機械仿真執行機構、信息輸入模塊等。本文主要針對車輛動力學模擬模塊進行設計，建立車輛動力學模型，包括發動機模型、離合器模型及車輛傳動系統的縱向動力學模型，并采用C語言進行程序設計，利用外界輸入信息，對車輛的直線行駛工況進行模擬仿真，模擬發動機轉速、變速器中間軸轉速、車速等參數，用以驗證AMT電控單元性能的可行性與可靠性。

1 AMT在環仿真實驗系統結構組成及工作原理
AMT在環仿真實驗系統如圖1所示，系統主要由AMT電控單元。TCU車輛動力學模擬模塊、信息輸入模塊、離合器執行機構、變速箱選換擋執行機構、傳感器系統、儀表盤及液晶顯示模塊和信息實時檢測模塊等組成。其中，車輛動力學模擬模塊用于模擬整車運動學；信息輸入模塊有電子油門踏板、制動踏板、車輛載荷旋鈕、道路坡度旋鈕、駐車制動開關等信息；離合器執行機構采用實車的離合器執行機構，用彈簧模擬離合器壓緊力；變速箱選換擋執行機構采用實車的選換擋執行機構；傳感器采用實車的選換擋位置傳感器和離合器位移傳感器；儀表盤采用實車儀表，用于顯示車輛車速及發動機轉速等信息；液晶顯示模塊用于顯示油門踏板開度、制動踏板開度、車輛載荷、道路坡度、離合器行程、選換擋位置等信息。


當實驗系統點火開關打開后，設置車輛載荷和道路坡度信息，通過油門踏板、制動踏板來模擬駕駛員駕駛意圖。將采集到的油門踏板開度、制動踏板開度、車輛載荷、道路坡度、離合器位移等信息及AMT電控單元TCU發送的擋位信息通過CAN總線發送給所建立的車輛動力學模型，進行整車運動學模擬。將模擬得到的發動機轉速、變速器中間軸轉速、車速等信息發送給TCU，TCU根據內置的控制規律(換選擋規律、離合器接合規律等)，控制離合器接合及變速箱選換擋，測試 AMT系統性能的可行性和可靠性。