基于Simulink的车辆动力性换挡点计算

史艳龙 丁斌 高文娟 李尊

摘 要：AT变速箱的动力性换挡点计算在车辆动力匹配中占据十分重要的地位。采用双参数法进行动力性换挡点的计算，以及收敛型处理方法进行降档点的选择。基于Simulink建立整车动力性换挡模型;并在NEDC工况下进行动力性仿真计算。结果显示，该模型能够较好的表示车辆的整体动力性，满足设计需要。

关键词：Simulink;动力性换挡;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

最近几年，随着汽车行业的快速发展，搭载AT变速箱的车型也越来越多。对于车辆而言，动力性是很重要的参数指标，因此，动力性换挡点的确定就显得尤为重要。本文采用双参数法进行动力性换挡点的计算。基于Simulink建立整车动力性换挡模型，并在NEDC工况下进行动力性仿真。

1 整车性能参数计算

1.1 各档位下驱动力曲线求解

根据公式（1）计算可得到车轮驱动力。

其中：ig、i0分别为变速器、主减速器的传动比，r为车轮滚动半径。ηT为传动系的机械效率。在忽略阻力的情况下，公式（2）为车速计算。

由此可得到节气门开度为100%时，车辆在不同转速下的驱动力Ft、车速Va值，再通过plot语句画出各档位不同油门开度下的驱动力曲线。驱动力计算模型如图1所示，驅动力曲线如图2所示。

1.2 动力性换挡点制定

根据动力性分析可知，汽车在换挡时，相邻两档对应加速度相等时的车速换挡动力性最佳。即各个油门开度下相邻档位驱动力曲线交点处对应的车速为换挡点。换挡点车速需满足条件为公式（3）：

其中：Vmin（n+1）为n+1档最低车速;Vmax（n）为n档最高车速。

当所求交点车速V不满足上面条件时，则根据以下条件决定：

当n+1档最低车速处的驱动力大于此车速下n档的驱动力，则换挡点为n+1档的发动机最低转速点;当n档的最高车速处的驱动力大于此车速下n+1档的驱动力，则换挡点为n档的发动机最高转速点。

各档位不同油门开度下驱动力曲线如图3所示。

对于求数组间交点问题，可用polyfit命令，先将各数组（50个）单独拟合成函数，再对相交函数解方程组。经对比，拟合多项式次数为20时，拟合效果较好。例如对油门开度100%时2档动力曲线拟合效果如图4所示：

对于降档点的选择，目前存在等延迟型、发散型、收敛型、组合型的处理方法。本次即采用收敛型对升档点进行修正以得到降档点，如图2-5所示。收敛型的特点是：换挡延迟随油门开度的增大而减小，呈收敛状分布。大油门时降档速差最小，升降档都有好的功率利用，动力性好;减小油门时，延迟增大，避免过多的换挡，燃油经济性好，噪声低，行驶平稳舒适。公式（4）为收敛度CB：

其中：Vn↑为从第n档升为第n+1档时的车速，Vn+1↓为第n+1档降为第n档时的车速。

收敛度采用：

动力性换挡规律曲线如图5所示。

2 整车建模

采用前向仿真方式进行整车simulink建模，主要分为驾驶员模型，发动机模型，变速箱模型和整车模型。如图6所示。

3 最大爬坡度与最大车速

3.1 最大爬坡度

根据汽车动力学公式（5）

汽车在最大爬坡时，速度变化几乎为零（加速度为零），故此时Fa可近似为零。根据公式（6）可计算得到空气阻力随车速的变化曲线，其中CD为空气阻力系数，A为汽车迎风面积。

由一档最大驱动力曲线图2可得，最大驱动力为7494N，对应车速为13.9km/h。得出最大爬坡度为46.92%，即25.1345°。

3.2 最大车速

将驾驶员模型断开，重新设定100%油门开度，制动力为0N，得到最大车速为135.4487km/h。如图8所示。

4 结论

本文介绍了整车simulink建模方法及流程。着重介绍了车辆动力性换挡点的求解方法。分析了最大爬坡度，最大车速的计算方法。最后进行整车仿真。结果表明，整车建模效果良好，满足整车动力设计需要。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论（第五版）[M].北京：机械工业出版社，2009：30-31.

[2] 周龙保.内燃机学（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2011：20-22.