基于Stateflow的双离合自动变速器换挡控制器仿真

基于Stateflow的双离合自动变速器换挡控制器仿真 基于Stateflow的双离合自动变速器换挡控 制器仿真 ===专题研究fZHUANllYANJIU 基于Stateflow的又又离合自动变速器换挡控制器仿寅 马瑾1周雨花2郑海文1/1.装甲兵工程学院机械工程系2.装备指挥技术学院士官系 [摘要]将Stateflow引入到双离合自动变速器换挡控制器的设计中,简化了复杂的逻辑系统建模过程.简要介绍了所设计 的六挡双离合自动变速器(DCT)的工作原理和挡位布置.结合目标车型的发动机及DCT的相关参数制定了车辆的最佳动力性换挡规 律.基于Statefl0W和换挡规律建立车辆换挡控制器仿真模型并仿真得出换挡速度及加速度曲线. [关键词]Stateflow双离合自动变速器换挡仿真 l_引言 Stateflow是基于有限状态机理论(FininteStateMachine, FSM)的一种图形化的设计开发工具.有限状态机是指系统中 存在可数状态,在某些事件发生时,系统从一个状态转换到另 一 个状态.现广泛应用于复杂控制,逻辑监控等方面的设计『Il. 利用Stateflow可以完成以下工作【1 a控制系统建模—state丑ow的主要用途就是结合Simulink 对控制系统进行建模和仿真. b状态逻辑切换——当针对复杂逻辑系统进行建模的时候, 在不同_【况之间进行切换,模拟实际_T作过程. C复杂逻辑的可视化开发——利用Stateflow可以针对复杂逻 辑,进行可视化的编程. 本文将Stateflow1人DCT换挡控制器的开发过程中,结合 DCT最佳动力性换挡规律建立换挡控制器仿真模型,并进行换 挡控制仿真. 2.DcT工作原理 根据目标车型的尺寸要求,设计了双中间轴式六挡双离合 自动变速器(见图1).偶数捎位和奇数捎位分别与离合器cl 和c2相连,通过双离合器的交替结合实现动力元间断自动换 挡.当DCT工作时,一组齿轮啮合,接近换挡时,根据换挡 趋势,下一挡齿轮预先与同步器啮合,但离合器仍处于分离状 态;换挡时,当前离合器逐渐分离,目标离合器逐渐结合, 在整个换挡期间确保最少有一组齿轮在输出动力,从而确保不 会出现动力中断的状况. 输入轴 图1六挡DCT原理图 呈一?2oo , 0 ~ , , /. , , ,20 '.,',7( 图2发动机转矩特性曲线 出轴 3.换挡规律 现在广泛应用的二参数换挡规律常选用油门开度和车速作为 控制参数,以油门开度来反映驾驶员对发动机输出功率的需 求,以车速反映车辆当前的行驶状态.本文采用文献口1中最佳 换挡规律的设计方法,确定DCT的最佳动力性换挡规律. 3.1建立发动机模型 发动机的工作过程是非常复杂的,难以用精确的数学公式 来描述.所以发动机模型一般都建立在稳态试验数据的基础 上,通过查表和样条插值的方法绘制发动机转矩特性曲线,如 图2所示. 3.2设计换挡规律 两参数动力性换挡规律在驱动力图上,以同一油门下相邻 两挡驱动力曲线的交点为换挡点,具体制定步骤如下Il a根据发动机的转矩特性曲线,利用汽车动力学公式将转 矩曲线转变为驱动力曲线; = f(,) =lo/0.377r 笨务莩论可知: F:塑!.m r 式中:为发动机转矩(?);0为油门开度;为发动机 输出轴转速,单位为r/min;为车速,单位为km/h;为变速 器挡变速比;乇为主减速比;r为车轮滚动半径,单位为m; 为第挡稳态驱动力;研为传动效率. 在油门开度一定的条件下: :a,+btne+ = f(O,ig.,)=4":++ 式中的系数分别为: 4: bt C_f:—lgto— tit 口, 由解析求得驱动力一车速曲线,如罔3所示: 步骤2求同一油门开度0下相邻两挡驱动力曲线的交点,交 点的判断条件为:所求得的换挡车速"满足条件"n+l?"?" 其中"为n+l挡最低速度;"为n挡最高速度. 步骤3当所求交点车速"不满足条件时,则根据以下判断 条件决定: 当处的驱动力+大于此车速下挡驱动力C,换 挡点. 当"处的驱动力大于此车速下+1捎的驱动力+l, 换挡点. 步骤4将求得的换挡点拟合成一t/的关系曲线,即为挡 与+1挡之间的两参数最佳动力性换挡规律曲线,如图4所示. 步骤5得到动力性换挡规律升挡曲线后,按组合型换挡规 53科学时代?2010年第11期 律的要求给出降挡速差,就可求出动力性换挡规律的降挡曲 线. 1zm 珊 硼 甚 ?肿 n—伽1卯珊圊姗 车逮_(t-A~ 图3驱动力一车速曲线 图4换挡规律曲线 图5DCT换挡控制器仿真模型 4仿真模型与仿真结果 4.1建立仿真模型 DCT~:挡控制器仿真模型参数见表1.汽车双离合自动变速 器(DCT)是一个典型的连续/离散混杂系统.车辆的运行过 程是连续时间系统,可以用动力学微分方程来进行描述,应用 Simulink进行连续系统建模.而自动换挡控制系统则是事件驱动 的离散系统,应用Stateflow建立换挡模型.仿真模型如图5所 示,根据上面求得的车辆换挡规律建立换挡点计算子系统 (ThreShhOldCalculation);由实验数据建立发动机模型 (engine应用Stateflow建立换挡逻辑状态流图(ShiftLogic 根据DCT挡位关系和车辆纵向行驶动力学模型建立变速箱子系统 (DCT)和车辆纵向动力学子系统(Vehiele). 换挡的基本逻辑为:车辆启动时默认为1挡,然后将当前 车速与换挡点车速进行比较,当前车速大于升挡点车速则发出 执行升挡操作命令,反之则发出执行降挡操作命令. 类似上述的换挡逻辑切换用Stateflow来实现是非常简单的. 如图6所示,挡位切换(gear_state)和挡位判断(selectionstate) 分别用并行执行状态进行控制.当ShiftLogic被激活时, gear_state默认挂1挡,selection—state将输入的当前车速(speed) 与升挡车速(up—th)及降挡车速(down—th)进行比较,当 迁移条件[speed>up_th]或[speed<down_th]满足时,状态分别迁移 到upshifiing和downshifiing.为避免频繁换挡经过2秒后再次判 断如果仍然满足前述换挡条件则执行条件动作{gearstateUP}~I {gear_stateDOWN},完成换挡逻辑切换. 表1仿真模型参数表 车辆总重(KG)l980 空气阻力系数O_3 迎风面积(m2)2.2 车轮滚动半径(m)0-31 传动效率0.9 滚动阻力系数0.01 一 挡传动比3.46l 二挡传动比2.15 置挡传动比1.91 四挡传动比1.O8 五挡传动比0.825 六挡传动比0.684 R挡传动比2.538 1245挡主减速比4.12 36R挡主减速比3.04 , 一………………………………………………………_'_ gear_ste~e{ , ,………………--….:蔓:I…………, 司 硼 至1锄 簧佃锄 { E 一 趟 啊 量 图6换挡逻辑状态切换图 =====j=====:I=====E蔓=== D51D15墨孤 时目日 图7车速仿真曲线 图8车辆换挡过程加速度曲线 科学时代?2010年第11期54 [========]专题研究JZHUANTIYANJlU 同沿高速公路同心至固原段路基沉降监测技市 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 杨克明/宁夏公路勘察设计院有限责任公司 [摘要]同沿高速公路同心至固原段经过宁夏南部山区湿陷性黄土,盐渍土,膨胀土地区,由于路基地基的下沉和路基的 压缩沉降,致使大部分地段路基出现了不同程度的沉降,使桥梁,通道等构造物与路基衔接处,出现了不均匀沉降,使构造 物与路基衔接处出现了横向裂缝,导致车辆在行驶过程中存在不同程度的桥头跳车现象,造成了很大的交通事故隐患.为了整治 这种隐患,对同心至固原高速公路的路基,大型桥梁等构造物实施定期的沉降监测.这样可以取得科学的,量化的路基沉降数 据,可以 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 路基在湿陷性黄土地区沉降变化的规律,并且能直观地判断路基沉降的周期.这样还可以为以后该段路基沉降治理 措施提供重要依据,也为铺筑剩余面层的建设方案提供有力依据,同时也为宁夏湿陷性黄土地区高速公路的建设提供科学的经验. [关键词]湿陷性黄土沉降监测 一 , 概述 同沿高速公路同心至同原段是西部大通道银川至武汉公路的 重要组成部分,也是宁夏回族自治区"x"型高速公路主骨架 公路网的重要组成部分,随着该段高速公路即将建成通车,对宁 夏和整个西北地区的经济发展,将具有十分重要的意义. 桃山口至同心高速公路是本项目的前一段,其所在的工程 地质状况和气候条件与同心至固原段所处情况基本相同,该段 通车两年半以来,由于路基地基的下沉和路基的压缩沉降,致 使大部分地段路基出现了不同程度的沉降,使桥梁,通道等构 造物与路基衔接处,均出现了路基沉降现象.由于两者的不均 匀沉降,使构造物与路基衔接处出现了横向裂缝,裂缝最宽处 达3-4cm,甚至个别裂缝间还产生错台,局部路面还有纵向裂 缝现象.导致车辆在行驶过程中存在不同程度的桥头跳车现 象,造成了很大的交通事故隐患. 2005年初,同沿高速公路指挥部为了整治桃山口至同心高 速公路路基沉降所带来的隐患,已委托宁夏公路勘察设计院有 限责任公司对该段路基及构造物两侧进行了沉降监测,至今路 基沉降监测工作已进行了四次,路基沉降量一般在-15CB左 右,最大处达到了一36.5cm,最小也在一5cIn.同沿高速公路 指挥部根据监测结果和设计单位提出的治理方案,对桃山口至 同心高速公路构造物两侧的路面进行了整治处理,改善了路 况,保障了交通安全. 鉴于此,宁夏公路勘察设计院有限责任公司建议同沿高速 公路指挥部应继续对同心至同原高速公路的路基,大型桥梁等 构造物实施定期的沉降监测.这样可以取得科学的,嚣化的路 基沉降数据,可以分析路基在湿陷性黄土地区沉降变化的规 律,并且能直观地判断路基沉降的周期.这样还可以为以后该 段路基沉降治理措施提供重要依据,也为铺筑剩余面层的建设 方案提供有力依据,同时也为宁夏湿陷性黄土地区高速公路的 建设提供科学的经验. 二,沉降监测采用的技术与方法 1,沉降监测的目的 通过定期的沉降观测,我们可以得到高速公路路基和大型 桥梁在不同时期的沉降数据,然后通过对数据的分析,我们可 以了解宁夏湿陷性黄土地区高速公路路基压缩沉降和地基沉降的 规律,从而说明路基沉降和大型桥梁沉降之间的关系,了解工 程在建设过程中和运营后这段时间内实际升降的程度,并判断 公路路基是否稳定,行车是否安全及其变形趋势.为以后避免 和治理高速公路在宁夏湿陷性黄土地区路基沉降现象提供有力依 据. 2.采用的技术标准和沉降测量技术等级 目前,建筑物沉降监测所采用的主要技术标准是中华人民 共和国行业标准《建筑物变形测量规程》(JGJ/T8—97),《工 程测量规范》(GB50026—93). 此次路基沉降测量根据项目实际情况,采用中等精度要求 进行,即采用二级变形测量技术等级. 3.沉降监测基准点的选取 本项目路基沉降监测采用原同心至同原高速公路坐标系统, 85国家高程基准,为路基沉降监测的基准网.由于该控制网自 施测距今已有三年,故在实施首次监测之前须对该控制网进行 复测,平面基准点的精度不低于一级导线的精度,高程基准点 的精度不低于四等水准的精度.具体精度指标详见《工程测量 规范》(GB50026—93). 4.沉降监测点的布没 由于同心至固原高速公路以中央分隔带边缘为设计高来控 制,所以路基监测点每隔25m布设在中央分隔带缘石边缘.每 个监测点用红油漆做标记,并标明该点的里程桩号.路基沉降 监测点的设置方法使用全球卫星系统(GPS)实时动态定位 (RTK)技术进行,采用同心至同原高速公路控制网,放样 前通过点较正对所采用的控制点的可靠性进行分析判断,并保 证参加点较正的控制点不少于4个,平面残差小于2cm,放样 段落均处在点校正范围之内,从而保证监测点的放样精度.另 外,本次监测拟对大型桥梁墩台的沉降也实施监测.所以桥梁 上沉降监测点准备布设应在能够反映桥梁沉降明的墩台上且容 易监测的部位,还要稳固,明显,不影响桥梁的美观和使用. 5.沉降监测点的测量 4.2仿真结果 图7和罔8为应用Stateflow开发的换挡控制器仿真模型由1 挡换至6挡的动力性升挡过程车速和加速度曲线.. 5.结论 显而易见,引入Stateflow大大简化了仿真模型的复杂程 度,提高了研发的效率,缩短了研发周期.验证了应用 Stateflow进行换挡控制器可视化开发的优势和可行性.为DCT 控制器控制算法从框同到硬件的代码生成,同时也为进一步研 究Stateflow在复杂逻辑系统建模中的应用奠定了基础. 参考文献: [1]文凌波等.基于MATLAB/STATEFLOW的AMT控制策略 仿真系统车辆与动力技术,2005(1). [2】张威.STATEFLOW逻辑系统建模【M].西安:西安电子科技 大学出版社. [3]葛安林.车辆自动变速理论与设计[M].北京:机械T业版 社.1993. [4】高吕和.自动变速器换挡规律的研究『J1.北京:北京T业职业 技术学院.2008(7) 55科学时代?2010年第1l期