CN103196669B - 一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，该试验台架包括驱传动子系统和电控子系统，所述的驱传动子系统包括交流异步电机、齿轮传动机构、两个离合器、两套离合器执行机构及其电机、三个同步器执行电机以及负载电机，均与电控子系统连接，由电控子系统进行控制，所述的交流异步电机的输出轴通过齿轮传动机构与两个离合器的主动部分连接，两个离合器的从动部分通过齿轮传动机构与负载电机连接。与现有技术相比，本发明能够反应双离合器自动变速器的动态特性，更加贴近实车实验，结构紧凑且成本较低，可以较好地测试和评价双离合变速器(DCT)的控制策略，以此提高双离合器变速车辆的换挡品质和纵向驾驶性能。

Description

一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架

技术领域

本发明涉及一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，尤其是涉及一种双离合器变速器及其电控系统测试和评价的动态仿真试验台

背景技术

双离合器自动变速器(Dual Clutch Transmission，DCT)可利用其结构上的特点实现换挡过程的无动力中断并提高车辆的动力性能，但是双离合器变速的控制较为复杂，双离合器车辆必须依靠对DCT的有效控制，才能够进一步提升车辆的换挡品质和纵向驾驶性能。

在双离合器变速器的控制中，其核心和难点在于奇、偶数轴上的离合器和同步器执行机构的控制，在换挡过程中如何控制离合器以及同步器执行机构的动作，准确保证两个离合器的接合和分离量以及同步器的运动是换挡品质改善的关键，在实际中，双离合器变速器以及电控系统的各项功能通常采用离线仿真和硬件在环的方式加以测试评价，离线仿真时需要建立双离合变速器模型但所建模型与实车情况存在一定的差别，不能较好地验证所得控制策略；而在现有的硬件在环中，双离合器变速器执行机构电机和变速器输出轴大部分空载运行，变速器输入轴也不存在真实的动力输入且缺少实际的离合器部分，所以很难真实地模拟双离合器实车运行情况，进而不能较好地对双离合器变速器以及电控系统进行测试。

中国专利公开号为CN101140198A的专利公开了汽车双离合器式自动变速器硬件在环仿真试验台架，该方案通过宿主机建立汽车多工况数字仿真数学模型，转化为C代码，经过以太网由目标机接收下载到其CPU内，然后通过电控单元控制两个离合器和同步器的执行机构，并着重对双离合变速器在多工况数字仿真数学模型进行了叙述，但是其硬件在环部分只有双离合器执行电机和同步器执行电机，没有涉及到双离合器部分，更重要的是双离合器输入轴的发动机转矩和输出轴上的负载转矩都是通过软件部分仿真实现，和实际情况存在很大的差距，进而不能准确地对双离合器变速器以及电控系统进行测试评价。此外，其硬件在环仿真平台中变速器电控单元中的双离合变速器控制策略无法根据需要实时标定，缺乏灵活性。

中国专利公开号为CN102841542的专利公开了干式双离合器自动变速器电控单元硬件在环仿真试验台。该方案包括同步器执行电机、PC机、AutoBox原型控制器、离合器执行电机、驾驶操纵机构和离合器组件。与专利公开号为CN101140198A的专利一样，该方案同样没有双离合器输入轴的发动机转矩和输出轴上的负载转矩等真实负载，和实际情况存在很大的差距，进而不能准确地对双离合器变速器以及电控系统进行测试评价。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双离合器变速器硬件在环动态试验台架，它可以较好地测试和评价双离合变速器的控制策略，以此实现双离合变速器车辆更好的换挡品质和纵向驾驶性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，该试验台架包括驱传动子系统和电控子系统，所述的驱传动子系统包括交流异步电机、齿轮传动机构、三个同步器执行电机、负载电机、两个离合器以及与其连接的两套离合器的电控执行机构及其执行电机，驱传动子系统的各个部件均与电控子系统连接，由电控子系统进行控制，所述的交流异步电机的输出轴通过齿轮传动机构与两个离合器的主动部分连接，两个离合器的从动部分通过齿轮传动机构与负载电机连接。

所述的电控子系统包括交流异步电机控制器、变速器电控单元、AutoBox原型控制器、CANape模块、负载电机控制器、离合器主动部分转速转矩传感器、离合器从动部分转速转矩传感器、离合器执行电机角位移传感器、同步器执行电机角位移传感器、离合器行程线位移传感器、离合器压力传感器和终控台；所述的交流异步电机控制器与交流异步电机相连；所述的变速器电控单元分别与离合器的执行电机、同步器执行电机和CANape模块相连，所述的负载电机控制器与负载电机相连，所述的离合器主动部分转速转矩传感器、离合器从动部分转速转矩传感器、离合器执行电机角位移传感器、离合器行程线位移传感器、离合器压力传感器分别连接离合器的主动部分、从动部分、执行电机、电控执行机构、离合压盘，所述的同步器执行电机角位移传感器连接三个同步器执行电机，所述的CANape模块、AutoBox原型控制器、交流异步电机控制器、离合器电控单元、负载电机控制器均通过CAN总线通信和终控台相连，所述的离合器主动盘转速转矩传感器、离合器从动盘转速转矩传感器、同步器执行电机角位移传感器、离合器行程线位移传感器、离合器压力传感器均与变速器电控单元相连。

所述的交流异步电机控制器对交流异步电机进行控制，用于模拟发动机的输出转矩特性，所述的负载电机控制器对负载电机进行控制，用于模拟车辆行驶负载，并将行驶负载加到离合器从动部分的输出轴上，所述的AutoBox原型控制器运行利用PC机建立的发动机转矩计算模型、自动变速器变速器在不同工况下的动态模型以及车辆纵向动力学模型。

所述的发动机转矩计算模型利用驾驶操纵信号实时计算发动机需求的输出转矩和转速特性，然后通过CAN总线与交流异步电机控制器通信，模拟发动机的输出特性；所述的车辆纵向动力学模型计算车辆在不同工况行驶过程中的负载，然后通过CAN总线与负载电机控制器通信，进而通过负载电机控制器控制负载电机将该负载加载至双离合器从动部分的输出轴上；所述的自动变速器变速器在不同工况下的动态模型用于模拟双离合器自动变速器变速箱部分在不同挡位、不同工况下的动力学特性，然后通过CAN总线与变速器电控单元通信，进而通过变速器电控单元控制离合器的执行电机与同步器执行电机。由此，该台架以较低的成本真实地反映了双离合器变速器在实车上的运行情况，实现了双离合变速器以及其电控系统的动态测试与评价。

所述的变速器电控单元采用经过自动代码生成的双离合器变速器控制策略，并实时采集终控台中加速踏板、制动踏板以及档杆位置所发出的驾驶操纵信号，实时控制两个离合器执行电机和三个同步器执行电机的动作，进而实现对双离合器结合、分离量和同步器的精确控制。

所述的离合器主动部分转速转矩传感器和离合器从动部分转速转矩传感器分别检测离合器的主动部分和从动部分的转速与转矩，用于计算包括滑摩功和冲击度在内的评价指标；所述的离合器执行电机角位移传感器用于检测离合器的执行电机的角位移，进而实现离合器执行电机的闭环控制；所述的同步器执行电机角位移传感器用于检测同步器执行电机的角位移，进而实现同步器执行电机的闭环控制和当前档位判断；所述的离合器行程线位移传感器用于检测离合器的分离及结合程度，所述的离合器压力传感器用于检测离合压盘的压力。

所述终控台包含CANape软件和ControlDesk软件及其在PC机中建立的图形化监控界面软件，所述的CANape软件采用的是基于CCP协议的CAN通信方式，对变速器电控单元控制策略中的离合器压力及换挡规律进行实时标定，并对系统状态进行测量显示，并通过图形化监控界面软件，提供加速踏板、制动踏板以及档杆位置的驾驶操纵信号；所述的ControlDesk采用基于AutoBox特定协议的串口通信方式，可以对发动机转矩计算模型、自动变速器变速器在不同工况下的动态模型以及车辆纵向动力学模型进行实时监测与标定。

与现有技术相比，本发明一方面可以较准确的计算真实滑摩功、冲击度等关键换挡参数，另一方面可以用来开展离合器非线性特性的研究工作，能够较好地测试和评价双离合变速器的控制策略，以此实现双离合变速器车辆更好的换挡品质和纵向驾驶性能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的仿真过程控制系统示意图；

图中标号：1-交流异步电机；2-交流异步电机输出轴齿轮；3-奇数轴离合器主动部分传动齿轮；4-奇数轴离合器主动部分转速转矩传感器；5-奇数轴离合器；6-奇数轴离合器压力传感器；7-奇数轴离合器行程线位移传感器；8-奇数轴离合器电控执行机构；9-奇数轴离合器执行电机角位移传感器；10-奇数轴离合器执行电机11-奇数轴离合器从动部分转速转矩传感器；12-奇数轴离合器从动部分传动齿轮；13-变速器的输出齿轮；14-负载电机；15-负载电机控制器；16-偶数轴离合器从动部分转速转矩传感器；17-偶数轴离合器从动部分传动齿轮；18-AutoBox原型控制器；19-终控台；20-CANape模块；21-偶数轴离合器执行电机；22-偶数轴离合器执行电机角位移传感器；23-偶数轴离合器电控执行机构；24-偶数轴离合器行程线位移传感器；25-偶数轴离合器压力传感器；26-偶数轴离合器；27-偶数轴离合器主动部分转速转矩传感器；28-偶数轴离合器主动部分传动齿轮；29-交流异步电机控制器；30-第一同步器执行电机角位移传感器；31-第二同步器执行电机角位移传感器；32-第三同步器执行电机角位移传感器；33-第三同步器执行电机；34-变速器电控单元；35-第二同步器执行电机；36-第一同步器执行电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，该双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架包括驱传动子系统和电控子系统，所述的驱传动子系统包括交流异步电机1，齿轮传动机构2，、3、12、13、17、和28，奇数轴离合器5，偶数轴离合器26，奇数轴离合器电控执行机构8，偶数轴离合器电控执行机构23、奇数轴离合器电控执行电机10、偶数轴离合器电控执行电机21、第一同步器执行电机36、第二同步器执行电机35、第三同步器执行电机33，所述的交流异步电机1输出轴通过齿轮传动机构与奇数轴离合器5、偶数轴离合器26的主动部分相连，两个离合器的从动部分通过齿轮传动机构12、17与负载电机11连接。所述的电控子系统包括交流异步电机控制器29、变速器电控单元34、AutoBox原型控制器18、负载电机控制器15、奇数轴离合器主动部分转速转矩传感器4、奇数轴离合器从动部分转速转矩传感器11、偶数轴离合器主动部分转速转矩传感器27、偶数轴离合器从动部分转速转矩传感器16、奇数离合器执行电机角位移传感器9、偶数离合器执行电机角位移传感器22、第一同步器执行电机角位移传感器30、第二同步器执行电机角位移传感器31、第三同步器执行电机角位移传感器32、奇数离合器行程线位移传感器7、偶数离合器行程线位移传感器24、奇数离合器压力传感器6、偶数离合器压力传感器26和终控台19。

交流异步电机控制器29与交流异步电机相连1；所述的变速器电控单元34分别与奇数轴离合器电控执行电机10、偶数轴离合器电控执行电机21、第一同步器执行电机36、第二同步器执行电机35、第三同步器执行电机33以及CANape模块20相连；所述的负载电机控制器15与负载电机14相连，所述的CANape模块20、AutoBox原型控制器18、交流异步电机控制器29、变速器电控单元34、负载电机控制器15均通过CAN总线通信并和终控台19相连；奇数轴离合器主动部分转速转矩传感器4、奇数轴离合器从动部分转速转矩传感器11、偶数轴离合器主动部分转速转矩传感器27、离合器执行电机角位移传感器9、22、同步器执行电机角位移第一同步器执行电机角位移传感器30、第二同步器执行电机角位移传感器31、第三同步器执行电机角位移传感器32、奇数离合器行程线位移传感器7、偶数离合器行程线位移传感器24、奇数离合器压力传感器6、偶数离合器压力传感器26均与变速器电控单元34相连。

该双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架仿真过程控制系统如图2所示，首先利用PC机上的Matlab/Simulink软件建立Simulink模型，包括发动机转矩计算模型，变速器模型，车辆纵向动力学模型以及双离合器变速器控制策略。

其中发动机转矩计算模型，变速器模型，车辆纵向动力学模型通过RTW得到模型C代码，下载到AutoBox原型控制器中并通过CAN总线进行通信，从变速器电控单元得到加速制动踏板信号，两个离合器传递的转矩、当前档位、目标档位等信息，然后发动机转矩计算模型利用驾驶操纵信号实时计算发动机需求的输出转矩和转速特性，再通过CAN总线与交流异步电机控制器通信，利用交流异步电机成本低，易于控制的特点，模拟发动机输出特性；车辆纵向动力学模型计算车辆在不同工况行驶过程中的负载，然后通过CAN总线与负载电机控制器通信，进而通过负载电机控制器控制负载电机将该负载经加载至双离合器从动部分输出轴上。自动变速器在不同工况下的动态模型用于模拟双离合器自动变速器变速箱部分在不同挡位、不同工况下的动力学特性，并将双离合器变速器运行情况通过CAN总线和变速器电控单元进行通信。

双离合器变速器控制策略通过RTW得到控制策略C代码，烧结到变速器电控单元中，变速器电控单元实时采集终控台所给出的驾驶操作信号：加速踏板信号、制动踏板信号、档杆位置信号，并通过CAN总线和AutoBox原型控制器进行通信，从中得到车辆运行信息，主要包括发动机转速和转矩，两个离合器从动部分转速以及车速等。利用其内部双离合变速器的控制策略，计算得到换挡时刻、离合器接合，分离量以及同步器的运动情况，控制相应的离合器执行电机与同步器执行电机，实现双离合变速器的控制。由此，该台架以较低的成本真实地反映了双离合器变速器在实车上的运行情况，实现了双离合变速器以及其电控系统的动态测试与评价。

利用上位机软件CANape软件和ControlDesk软件，可以在PC机中建立的图形化监控界面：利用上位机软件CANape建立的图形化信号监测、标定界面，可对系统状态进行监测显示，还可基于图形化标定界面，提供所需的加速踏板、制动踏板以及档杆位置这些驾驶操纵信号；利用上位机软件CANape建立的离合器控制曲线标定界面，可以对变速器电控单元中控制策略中的离合器结合分离控制规律进行实时标定；利用上位机软件CANape建立的换挡规律标定界面，可以对变速器电控单元中控制策略中换挡规律进行实时标定；利用上位机软件ControlDesk建立的ControlDesk信号显示虚拟仪表界面，可以对发动机转矩计算模型、自动变速器变速器在不同工况下的动态模型以及车辆纵向动力学模型进行实时监测与标定。

在双离合变速器执行机构电机的控制中，双离合器部分执行机构及电机控制是双离合器变速器研究的重点之一，所以在试验台架中采用了真实存在的奇、偶数轴离合器以及奇、偶数离合器的电控执行机构和奇、偶数离合器的执行电，而考虑到同步器执行机构运行阻力较小、三个同步器执行电机在该试验台架中均采用了空载运行，通过电机角位移传感器就可以得到电机运行情况并判断当前档位。此外，为进一步提高离合器和同步器的位置跟踪精度，还可以通过离合器执行电机角位移传感器、同步器执行电机角位移传感器对执行电机进行闭环控制。通过离合器行程位移传感器、离合器压力传感器，该动态台架一方面可以较准确的计算真实滑摩功、冲击度等关键换挡参数，另一方面可以用来开展离合器非线性特性的研究工作。因此，该带载动态台架可以较好地测试和评价双离合变速器的控制策略，以此实现双离合变速器车辆更好的换挡品质和纵向驾驶性能。

Claims (6)

1.一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，该试验台架包括驱传动子系统和电控子系统，其特征在于，所述的驱传动子系统包括交流异步电机、齿轮传动机构、三个同步器执行电机、负载电机、两个离合器以及与其连接的两套离合器的电控执行机构及其执行电机，驱传动子系统的各个部件均与电控子系统连接，由电控子系统进行控制，所述的交流异步电机的输出轴通过齿轮传动机构与两个离合器的主动部分连接，两个离合器的从动部分通过齿轮传动机构与负载电机连接；

所述的电控子系统包括交流异步电机控制器、变速器电控单元、AutoBox原型控制器、CANape模块、负载电机控制器、离合器主动部分转速转矩传感器、离合器从动部分转速转矩传感器、离合器执行电机角位移传感器、同步器执行电机角位移传感器、离合器行程线位移传感器、离合器压力传感器和终控台；所述的交流异步电机控制器与交流异步电机相连；所述的变速器电控单元分别与离合器的执行电机、同步器执行电机和CANape模块相连，所述的负载电机控制器与负载电机相连，所述的离合器主动部分转速转矩传感器、离合器从动部分转速转矩传感器、离合器执行电机角位移传感器、离合器行程线位移传感器、离合器压力传感器分别连接离合器的主动部分、从动部分、执行电机、电控执行机构、离合压盘，所述的同步器执行电机角位移传感器连接三个同步器执行电机，所述的CANape模块、AutoBox原型控制器、交流异步电机控制器、离合器电控单元、负载电机控制器均通过CAN总线通信和终控台相连，所述的离合器主动盘转速转矩传感器、离合器从动盘转速转矩传感器、同步器执行电机角位移传感器、离合器行程线位移传感器、离合器压力传感器均与变速器电控单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，其特征在于，所述的交流异步电机控制器对交流异步电机进行控制，用于模拟发动机的输出转矩特性，所述的负载电机控制器对负载电机进行控制，用于模拟车辆行驶负载，并将行驶负载加到离合器从动部分的输出轴上，所述的AutoBox原型控制器运行利用PC机建立的发动机转矩计算模型、自动变速器变速器在不同工况下的动态模型以及车辆纵向动力学模型。

3.根据权利要求2所述的一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，其特征在于，所述的发动机转矩计算模型利用驾驶操纵信号实时计算发动机需求的输出转矩和转速特性，然后通过CAN总线与交流异步电机控制器通信，模拟发动机的输出特性；所述的车辆纵向动力学模型计算车辆在不同工况行驶过程中的负载，然后通过CAN总线与负载电机控制器通信，进而通过负载电机控制器控制负载电机将该负载加载至双离合器从动部分的输出轴上；所述的自动变速器变速器在不同工况下的动态模型用于模拟双离合器自动变速器变速箱部分在不同挡位、不同工况下的动力学特性，然后通过CAN总线与变速器电控单元通信，进而通过变速器电控单元控制离合器的执行电机与同步器执行电机。

4.根据权利要求1所述的一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，其特征在于，所述的变速器电控单元采用经过自动代码生成的双离合器变速器控制策略，并实时采集终控台中加速踏板、制动踏板以及档杆位置所发出的驾驶操纵信号，实时控制两个离合器执行电机和三个同步器执行电机的动作，进而实现对双离合器结合、分离量和同步器的精确控制。

5.根据权利要求1所述的一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，其特征在于，所述的离合器主动部分转速转矩传感器和离合器从动部分转速转矩传感器分别检测离合器的主动部分和从动部分的转速与转矩，用于计算包括滑摩功和冲击度在内的评价指标；所述的离合器执行电机角位移传感器用于检测离合器的执行电机的角位移，进而实现离合器执行电机的闭环控制；所述的同步器执行电机角位移传感器用于检测同步器执行电机的角位移，进而实现同步器执行电机的闭环控制和当前档位判断；所述的离合器行程线位移传感器用于检测离合器的分离及结合程度，所述的离合器压力传感器用于离合压盘的压力。

6.根据权利要求1所述的一种双离合器自动变速器硬件在环动态试验台架，其特征在于，所述终控台包含CANape软件和ControlDesk软件，可以在PC机中建立图形化监控界面，所述的CANape软件采用的是基于CCP协议的CAN通信方式，对变速器电控单元控制策略中的离合器压力及换挡规律进行实时标定，并对系统状态进行测量显示，并通过图形化监控界面，提供加速踏板、制动踏板以及档杆位置的驾驶操纵信号；所述的ControlDesk采用基于AutoBox特定协议的串口通信方式，可以对发动机转矩计算模型、自动变速器变速器在不同工况下的动态模型以及车辆纵向动力学模型进行实时监测与标定。