CN114326439A - 一种自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仿真模拟技术领域，公开了一种自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，包括：S1、建立变速器仿真模型；S2、根据变速器仿真模型，将液压模型和机械模型实时化；S3、利用AMESim的Performance Analyzer功能，依据硬件在环运行周期设定FTS值，使得元件通过实时性验证；S4、将无法通过实时性验证的元件采用数表和公式形式替换；S5、基于AMESim平台的物理仿真模型和真实控制器在硬件在环平台集成；S6、基于模型进行自动变速器虚拟标定。本申请能够利用变速器仿真模型进行虚拟标定，在设计初期验证变速器控制算法以及变速器性能，无需实物样机和台架准备，具有费用少、周期短的优点。
Description
技术领域
本发明涉及仿真模拟技术领域，尤其涉及一种自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高，汽车越来越多的进入每个家庭，人们对汽车的舒适性也提出了更高的要求。搭载自动变速器的汽车由于其操作的便利性，越来越受到人们的青睐，市场占有率也逐年上升，已逐步成为市场的主流配置。
自动变速器需要在变速器控制器(Transimission Contrl Unit，TCU)的控制下完成起步、换挡等操作，变速器控制核心在于控制算法，算法中包含大量标定参数，需要根据变速器本身特性进行标定。目前变速器控制算法参数标定主要在台架及整车上完成，标定周期较长，且需要等待变速器样机试制后才可进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，能够完成自动变速器的虚拟预标定。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，包括：
S1、建立变速器仿真模型；
S2、根据变速器仿真模型，将液压模型和机械模型实时化；
S3、利用AMESim的Performance Analyzer功能，依据硬件在环运行周期设定FTS值，使得元件通过实时性验证；
S4、将无法通过实时性验证的元件采用数表和公式形式替换；
S5、基于AMESim平台的物理仿真模型和真实控制器在硬件在环平台集成；
S6、基于模型进行自动变速器虚拟标定。
作为优选，步骤S6包括离合器压力补偿标定，离合器压力补偿标定包括：
S61、先设定所有的参数都为默认值，固定系统油压后，控制离合器电流连续变化，在硬件仿真平台中运行Canape仿真程序，并记录离合器电流-压力的仿真运行结果；
S62、根据仿真结果修改离合器压力补偿值，反复仿真并微调参数直至实际仿真压力和目标控制压力重合，并记录不同电流下的补偿压力，完成设定系统压力、设定温度下的电流-补偿压力标定；
S63、调整系统压力，重复步骤S61和S62，标定主油压对离合器压力的补偿，调整温度，重复步骤S61和S62，标定温度对离合器压力的补偿。
作为优选，步骤S2中液压模型实时化包括液压阀体和液压管路两部分。
作为优选，步骤S2中液压模型实时化包括：
S211、将电磁阀Map从力-电流-位移的二维数表改为力-电流一维数表；
S212、删除电磁阀泄露元件中的Couette功能；
S213、将电磁阀中的弹簧液压缸改为弹簧，并去掉对称端的液压缸；
S214、电磁阀输入输出油压腔和外部连接的油腔合并为集中大油腔；
S215、将油路的各支路中所有具有节流效果的元件通过等效液阻的方法简化为一个等效节流口；
S216、调整液压属性中的含气量参数。
作为优选，步骤S2中机械模型实时化包括：
S221、移除液压电磁阀和电磁阀控制端两个质量块之间的接触元件，并将两个质量块合并成一个，改为MAS005RT实时子模型；
S222、降低机械模型之间的接触元件的刚度。
作为优选，当PPV液压阀体无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将PPV液压阀体模型替换为输出压力-阀芯开度的简单函数，阀芯开度公式如下：
式中，Xnorm为阀芯开度(在0和1之间)，Fsol为电磁阀力(电流和阀芯位移查表)，Kspring为弹簧刚度，F0为预紧力，Area为阀芯面积，PA为阀出口压力，Δxvalve为最大阀芯位移。
作为优选，当QPV液压阀体无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将QPV液压阀体按照仿真结果制表，表的输入为电磁阀电流、电磁阀反馈力和电磁阀输入压力，表的输出为阀体速度。
作为优选，当PPV-PG液压阀体无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将PPV-PG液压阀体按照仿真结果制表，表的输入为电磁阀电流，输出为阀体压力。
作为优选，当液压腔无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将液压腔删除或者增大液压腔容积。
作为优选，步骤S5包括：
S51、在建立的实时化AMESim模型中插入interface接口模块，定义交互信号名称等属性；
S52、将步骤S51中的AMESim模型编译，以Simulink为目标平台生成实时代码文件；
S53、在Simulation Workbench中配置相关变量及路径，生成实时代码文件并下载至硬件平台中；
S54、在硬件仿真平台配置信号接口，完成仿真模型硬件在环平台集成。
本发明的有益效果：
本申请能够利用变速器仿真模型进行虚拟标定，在设计初期验证变速器控制算法以及变速器性能，无需实物样机和台架准备，具有费用少、周期短的优点。
附图说明
图1是本发明实施例所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供了一种自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其整体可划分为三个阶段，分别是自动变速器系统模型搭建、系统集成验证及虚拟标定，在具体操作时包括如下步骤：
S1、建立变速器仿真模型。
此步骤为自动变速器系统模型搭建及系统集成验证。
自动变速器系统模型搭建指自动变速器一维仿真模型搭建，包括液压子模型、机械子模型。在本实施例中，通过AMESim建立自动变速器系统模型，AMESim建立模型的基本流程为：草图搭建、子模型选择、参数配置及仿真配置。其中，子模型的选择通常可以使用默认子模型，参数配置是模型搭建的重要环节，多数参数可以通过CAD模型定义，部分参数可以使用实验数据，但存在一些元件的参数无法通过实验获取，诸如接触阻尼、刚度等参数，其可以取经验值。
下面说明建模的具体步骤：
机械系统模型建立：机械系统模型包括离合器、同步器、轴齿模型及各执行机构模型。
S111：离合器系统模型建立：选择AMESim机械库中的湿式离合器摩擦模型,建立离合器执行机构模型包括离合器管道、离合器活塞腔和弹簧。填写离合器结构尺寸参数及摩擦性能参数。
S112：同步器模型建立：同步器建模需要对同步器各结构分别建模，即将接合套、锁环、锁紧机构单独建模。填写同步器尺寸参数及锁环摩擦性能参数。
S113：轴齿模型建立：根据轴齿拓扑结构建立轴齿模型，填写齿数、惯量等参数。
液压系统建模：液压系统建模包括液压阀体建模及液压系统建模。
S121：液压阀体建模：根据液压原理及液压阀体参数建立液压阀体模型。
S122：液压系统建模：建立液压油模型、节流孔模型、蓄能器模型、液压管路、液压油腔等模型。
变速器系统模型集成，根据变速器拓扑结构集成变速器机械子系统，集成变速器液压子系统；集成液压子系统模型和机械子系统模型，完成变速器模型建立。
下面说明系统集成验证的具体步骤：
S131：离合器控制压力验证：离合器PI曲线与迟滞吻合度误差在目标范围内。
S132：离合器压力响应验证：离合器压力阶跃响应与试验结果的误差在目标范围内。
S133：主油路压力建立过程：系统压力与试验结果的误差在目标范围内。
S134：换挡压力响应验证：换挡压力分析结果与试验结果的误差在目标范围内。
S135：流量分配验证：离合器、轴齿润滑流量分配分析结果与试验结果的误差在目标范围内。
S136：开环换挡过程验证：开环换挡拨叉位移的误差在目标范围内。
S137：变速器传扭测试验证：变速器传扭过程的转速和扭矩误差在目标范围内。
为了将变速器物理总成模型同控制系统集成并在simulink环境下标定参数，需要配置AMESim与MATLAB联合仿真环境并在AMESim模型中定义接口。AMESim与Simulink的联合仿真是在vc++的编译环境中进行的，具体包括如下步骤
S141：需要安装Visual Studio(注意版本兼容性)并设置环境变量。
S142：在AMESim软件中生成SimCosim接口，定义输入输出变量名称并编译。
S143：在simulink模型中定义AME2SLCoSim模块，选择文件夹中的mexw64文件。在simulink界面中集成TCU控制器并配置接口即完成联合仿真。
S2、根据变速器仿真模型，将液压模型和机械模型实时化。
为了能够使得模型快速运算以达到HIL环境的实施要求必须对模型进行一定的实时化。实时化的主要目标为了避免子元件的高频振荡，主要方法是删除高频振荡元件或将高频振荡的元件合并。
在本步骤中，阀体实时化时，移除2个质量块之间的碰撞元件，并将两个质量块合并成一个，使用MAS005RT子模型；电磁阀Map是有电流和位移共同组成的；改为压力Map只受电流影响；取消泄露元件的Couette影响；将弹簧液压缸改为弹簧，将对称液压缸去掉，同时阀体的油压腔过小，需要和外部油压合并成一个大的油腔。液压系统实时化时，将油路中所有具有节流效果的元件等效为一个节流口。
本步骤中，液压模型实时化包括液压阀体和液压管路两部分。
液压模型实时化具体包括：
S211：将电磁阀Map从力-电流-位移的二维数表改为力-电流一维数表；
S212：删除电磁阀泄露元件中的Couette功能；
S213：将电磁阀中的弹簧液压缸改为弹簧，并去掉对称端的液压缸；
S214：电磁阀输入输出油压腔和外部连接的油腔合并为集中大油腔；
S215：将油路(包括主油路、各控制油路、各润滑油路等)的各支路中所有具有节流效果的元件通过等效液阻的方法简化为一个等效节流口；
S216：调整液压属性中的含气量参数。
机械模型实时化具体包括：
S221：移除液压电磁阀和电磁阀控制端两个质量块之间的接触元件，并将两个质量块合并成一个，改为MAS005RT实时子模型；
S222：降低机械模型(如离合器、同步器等)之间的接触元件的刚度。
最后验证仿真模型的精度是否能够达到仿真精度的要求，将实时化后的模型和初始模型的仿真结果进行对比，通常来说实时化后的仿真结果和初始结果在稳态上相差不大，但是在动态上仍有较大差距。
S3、利用AMESim的Performance Analyzer功能，依据硬件在环运行周期设定FTS值，使得元件通过实时性验证。
模型实时化的程度取决于HIL的运行周期，通常运行周期为0.1ms。那么设定AMESim的Performance Analyzer的FTS为0.1ms，左侧不再出现红色元件即通过实时性验证。
S4、将无法通过实时性验证的元件采用数表和公式形式替换。
虽然经过实时化后会使得仿真频率大幅减少，但很有可能依然无法在HIL环境中实时运行，因此有必要将一些物理模型变为经验模型(数表模型)。
当PPV(压力控制阀)液压阀体无法通过实时性验证时，则在本步骤中将PPV液压阀体模型替换为输出压力-阀芯开度的简单函数，阀芯开度公式如下：
式中，Xnorm为阀芯开度(在0和1之间)，Fsol为电磁阀力(电流和阀芯位移查表)，Kspring为弹簧刚度，F0为预紧力，Area为阀芯面积，PA为阀出口压力，Δxvalve为最大阀芯位移。
当QPV(流量控制阀)液压阀体无法通过实时性验证时，则在本步骤中将QPV液压阀体按照仿真结果制表，表的输入为电磁阀电流、电磁阀反馈力和电磁阀输入压力，表的输出为阀体速度。
当PPV-PG(挡位控制开启阀)阀体无法通过实时性验证时，则在本步骤中将PPV-PG液压阀体按照仿真结果制表，表的输入为电磁阀电流，输出为阀体压力。
当液压腔无法通过实时性验证时，则在本步骤中将液压腔删除或者增大液压腔容积。
S5、基于AMESim平台的物理仿真模型和真实控制器在硬件在环平台集成。
本步骤包括：
S51、在建立的实时化AMESim模型中插入interface接口模块，定义交互信号名称等属性。
将AMESim已经实时化后的实时模型下载至Concurrent平台中，同HIL中的真实物理控件相关联。
S52、将步骤S51中的AMESim模型编译，以Simulink为目标平台生成实时代码文件。
在simulink中添加AME2SL并关联，调整仿真步长并选择simwb_grt.tic生成环境代码。
S53、在Simulation Workbench中配置相关变量及路径，生成实时代码文件并下载至硬件平台中。
在Simulation Workbench中配置相关变量及路径，即可完成实时模型的数据加载及代码生成。此时如果配置好上位机的接口即可利用上位机向模型发出命令，模型能够实时计算出电流作用后的物理特性。
S54、在硬件仿真平台配置信号接口，完成仿真模型硬件在环平台集成。
S6、基于模型进行自动变速器虚拟标定。
MIL模型和HIL模型在虚拟标定中的作用各不相同，MIL模型可以反映绝大多数物理特性可以用来标定变速器系统中的动态参数，但MIL模型仿真时间过长，不能进行实时标定。HIL模型可以实时标定但缺失了大量的动态细节，不能进行标定动态参数。
虚拟标定方法以离合器压力补偿标定参数为例介绍基于模型的标定方法，其它参数的标定方法参考整车标定及台架标定的具体方法。
S61：先设定所有的参数都为默认值，固定系统油压后，控制离合器电流连续变化，在硬件仿真平台中运行Canape仿真程序，并记录离合器电流-压力的仿真运行结果。
离合器压力补偿需要标定的相关参数为ClutchPressOffsetForLine和ClutchPressTempAdjustment，分别为主油压(泵转速)对离合器压力的补偿及温度对离合器压力的补偿。在离合器控制压力-系统油压的二维表，先设定表中所有的值都为0，运行仿真程序。
S62：根据仿真结果修改离合器压力补偿值，反复仿真并微调参数直至实际仿真压力和目标控制压力重合，并记录不同电流下的补偿压力，完成设定系统压力、设定温度下的电流-补偿压力标定。
根据仿真结果填写数表中的补偿值，在无补偿的情况下实际控制压力比目标控制压力低ΔP。填写补偿压力为-ΔP,再次仿真实际压力和目标压力相近，反复微调参数直至实际压力和控制压力重合。
S63：调整系统压力，重复步骤S61和S62，标定主油压对离合器压力的补偿，调整温度，重复步骤S61和S62，标定温度对离合器压力的补偿。
根据表中标定方法，固定油泵转速即系统油压后，控制以0.05A为步长阶梯变化，并记录各电流下的补偿压力。调整系统压力分别为20/40/60/80bar，重复以上试验，标定主油压(泵转速)对离合器压力的补偿；调整温度为-20/0/30/60/70℃，重复以上试验，完成标定温度对离合器压力的补偿。
本发明通过上述步骤，能够利用变速器仿真模型进行虚拟标定，在设计初期验证变速器控制算法以及变速器性能，无需实物样机和台架准备，具有费用少、周期短的优点。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，包括：
S1、建立变速器仿真模型；
S2、根据变速器仿真模型，将液压模型和机械模型实时化；
S3、利用AMESim的Performance Analyzer功能，依据硬件在环运行周期设定FTS值，使得元件通过实时性验证；
S4、将无法通过实时性验证的元件采用数表和公式形式替换；
S5、基于AMESim平台的物理仿真模型和真实控制器在硬件在环平台集成；
S6、基于模型进行自动变速器虚拟标定。
2.根据权利要求1所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，步骤S6包括离合器压力补偿标定，离合器压力补偿标定包括：
S61、先设定所有的参数都为默认值，固定系统油压后，控制离合器电流连续变化，在硬件仿真平台中运行Canape仿真程序，并记录离合器电流-压力的仿真运行结果；
S62、根据仿真结果修改离合器压力补偿值，反复仿真并微调参数直至实际仿真压力和目标控制压力重合，并记录不同电流下的补偿压力，完成设定系统压力、设定温度下的电流-补偿压力标定；
S63、调整系统压力，重复步骤S61和S62，标定主油压对离合器压力的补偿，调整温度，重复步骤S61和S62，标定温度对离合器压力的补偿。
3.根据权利要求1所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，步骤S2中液压模型实时化包括液压阀体和液压管路两部分。
4.根据权利要求3所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，步骤S2中液压模型实时化包括：
S211、将电磁阀Map从力-电流-位移的二维数表改为力-电流一维数表；
S212、删除电磁阀泄露元件中的Couette功能；
S213、将电磁阀中的弹簧液压缸改为弹簧，并去掉对称端的液压缸；
S214、电磁阀输入输出油压腔和外部连接的油腔合并为集中大油腔；
S215、将油路的各支路中所有具有节流效果的元件通过等效液阻的方法简化为一个等效节流口；
S216、调整液压属性中的含气量参数。
5.根据权利要求1所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，步骤S2中机械模型实时化包括：
S221、移除液压电磁阀和电磁阀控制端两个质量块之间的接触元件，并将两个质量块合并成一个，改为MAS005RT实时子模型；
S222、降低机械模型之间的接触元件的刚度。
6.根据权利要求1所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，当PPV液压阀体无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将PPV液压阀体模型替换为输出压力-阀芯开度的简单函数，阀芯开度公式如下：
式中，Xnorm为阀芯开度(在0和1之间)，Fsol为电磁阀力(电流和阀芯位移查表)，Kspring为弹簧刚度，F0为预紧力，Area为阀芯面积，PA为阀出口压力，Δxvalve为最大阀芯位移。
7.根据权利要求1所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，当QPV液压阀体无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将QPV液压阀体按照仿真结果制表，表的输入为电磁阀电流、电磁阀反馈力和电磁阀输入压力，表的输出为阀体速度。
8.根据权利要求1所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，当PPV-PG液压阀体无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将PPV-PG液压阀体按照仿真结果制表，表的输入为电磁阀电流，输出为阀体压力。
9.根据权利要求1所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，当液压腔无法通过实时性验证时，则在步骤S4中将液压腔删除或者增大液压腔容积。
10.根据权利要求1-9任一所述的自动变速器虚拟标定的模型实时化及虚拟标定方法，其特征在于，步骤S5包括：
S51、在建立的实时化AMESim模型中插入interface接口模块，定义交互信号名称等属性；
S52、将步骤S51中的AMESim模型编译，以Simulink为目标平台生成实时代码文件；
S53、在Simulation Workbench中配置相关变量及路径，生成实时代码文件并下载至硬件平台中；
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