基于车辆动力学模型的AMT在环仿真实验系统研究

摘要：为提高AMT系统的开发效率和开发质量，研制了一种AMT在环仿真实验系统，将真实的车辆AMT相关部件用仿真模型来代替，建立了车辆传动系统及其部件的动力学模型，并进行相应的程序设计，模拟真实车辆的发动机转速、车速等信息，对AMT电控单元在实车实验之前进行验证，为AMT电控系统的开发提供了一个方便、可靠的实验平台。
关键词：AMT；在环仿真；车辆动力学；仿真模型

0 引言
重型车辆具有总质量大、使用工况复杂、挡位多等特点，为减轻驾驶员的操纵难度和劳动强度，实现重型车辆的自动变速具有重大现实意义。电控机械式自动变速器 (AMT)因具有效率高、成本低、易于制造的优点，并且操纵方便，能够满足重型汽车动力传递要求，因此在重型车辆上具有广阔的应用前景。传统的AMT系统开发需要在实车上进行大量调试，造成了时间和资金的浪费。构建AMT在环仿真实验系统，不仅可以模拟车辆在正常工作条件下的性能，而且可以通过修改仿真条件，获得在实验中难以得到的车辆在极限工况、紧急工况条件下车辆响应及评价相应控制策略的优劣，为AMT电控单元的开发提供方便，可显著地提高AMT系统的开发效率和开发质量。
AMT在环仿真实验系统主要包括AMT电控单元、车辆动力学模拟模块、机械仿真执行机构、信息输入模块等。本文主要针对车辆动力学模拟模块进行设计，建立车辆动力学模型，包括发动机模型、离合器模型及车辆传动系统的纵向动力学模型，并采用C语言进行程序设计，利用外界输入信息，对车辆的直线行驶工况进行模拟仿真，模拟发动机转速、变速器中间轴转速、车速等参数，用以验证AMT电控单元性能的可行性与可靠性。

1 AMT在环仿真实验系统结构组成及工作原理
AMT在环仿真实验系统如图1所示，系统主要由AMT电控单元。TCU车辆动力学模拟模块、信息输入模块、离合器执行机构、变速箱选换挡执行机构、传感器系统、仪表盘及液晶显示模块和信息实时检测模块等组成。其中，车辆动力学模拟模块用于模拟整车运动学；信息输入模块有电子油门踏板、制动踏板、车辆载荷旋钮、道路坡度旋钮、驻车制动开关等信息；离合器执行机构采用实车的离合器执行机构，用弹簧模拟离合器压紧力；变速箱选换挡执行机构采用实车的选换挡执行机构；传感器采用实车的选换挡位置传感器和离合器位移传感器；仪表盘采用实车仪表，用于显示车辆车速及发动机转速等信息；液晶显示模块用于显示油门踏板开度、制动踏板开度、车辆载荷、道路坡度、离合器行程、选换挡位置等信息。


当实验系统点火开关打开后，设置车辆载荷和道路坡度信息，通过油门踏板、制动踏板来模拟驾驶员驾驶意图。将采集到的油门踏板开度、制动踏板开度、车辆载荷、道路坡度、离合器位移等信息及AMT电控单元TCU发送的挡位信息通过CAN总线发送给所建立的车辆动力学模型，进行整车运动学模拟。将模拟得到的发动机转速、变速器中间轴转速、车速等信息发送给TCU，TCU根据内置的控制规律(换选挡规律、离合器接合规律等)，控制离合器接合及变速箱选换挡，测试 AMT系统性能的可行性和可靠性。