2009年第2期农业装备与车辆工程农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT &VEHICLE ENGINEERING
2009年第2期（总第211期）
No．22009
（Totally 211）
刘大权，张小东，曲金玉
（山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博255049）
摘要：通过分析公共汽车AMT 的工作特性，制定了改进的动态三参数最佳动力性换档规律，应用MATLAB ／SIMULINK 建立了换挡规律模型并进行仿真并分析了仿真结果，仿真结果表明这种改进的方法可以有效地改善AMT 的工作性能。
关键词：AMT ；换挡规律；仿真中图分类号：TP391．9文献标识码：A 文章编号：1673-3142（2009）
02-0036-03
Modeling and Simulink Study of Optimal－Power Shift Schedule for Bus
LIU Da－quan ，ZHANG Xiao－dong ，QU Jin－yu
（Department of Transportation and Automobile Engineering ，Shandong University of Technology ，Shandong Zibo 255049，China ）Abstract:Running characteristic of bus AMT is analysed ，improved dynamic 3－parameter－controllde optimal－power shift schedule is designed．The simulation model for shift schedule is set up based on the software MATLAB ／SIMULINK ，and the simulation results show that the new approach can improve the AMT＇s running characteristic．Key Words:AMT ；shifting schedule ；simulation
前言
机械式自动变速器（AMT ）是未来变速器发展的趋势，而在AMT 的开发过程中，对AMT 换挡规律的研究是整个开发过程的核心内容。换挡规律的好坏直接影响车辆的动力性、经济性、排放性和舒适性等性能，是AMT 的关键技术。AMT 换挡规律是指变速器自动换挡时挡位随变速器控制参数的变化规律。最佳动力性换挡规律是指能够使汽车以最大的动力行驶为前提进行换挡操作，达到提高汽车动力
性的目的。目前，最佳动力性换挡规律大致有两参数换档规律和动态三参数换挡规律。本研究针公共汽车
AMT 的工况特性，采用优化的动态三参数换挡规律，并应用MATLAB ／SIMULINK 软件对该换挡规律
进行建模与仿真。
1最佳动力性换挡规律优化分析
现有的动态三参数一般采用汽车行驶时的速度
凝羽动画
u 、油门开度β、加速度a 作为换挡控制参数，以同一
油门下相邻两挡间的加速度曲线交点作为换挡点。动态三参数换挡规律考虑了汽车的动态特性，优于两参数换挡规律，但是当汽车在遇到质量变化时，容易出现循环换挡现象，不利于汽车的正常行驶，由于本课题面向的城市公共汽车在行驶过程中成员数量变化频繁，车辆变化频繁并且变化范围大，应用现有
的动态三参数换挡规律时就会出现上述问题，所以需要对换挡规律进行改进。
1．1汽车动力学模型
汽车行驶时方向的加速度［1］为
dv n ＝g n n
F m －F Φ＋覣 （1）
mih式中：G n —车辆总质量；F m —对应变速器n 挡的牵引力；F Φ＋覣—道路阻力与空气阻力之和，F Φ＋覣＝C f ＋B f u＋
A f u 2，C f 、
B f 、A f 为系数；δn —考虑发动机非稳定行及
旋转惯量影响的回转质量系数。
δn ＝1＋g
G n引人入胜的书
∑I
w
r r 2
＋g （I 覣
＋λ）i 02i gn 2η
T G h r
r
2（2）
式中：g —重力加速度；G n —汽车重量；I w —车轮的转动惯量；I 覣—与发动机刚性相连的转动惯量；λ—发动机非稳定状态下转矩的下降系数，r —车轮半径；
i 0—主减速器传动比；i gn —挡位传当比。
油门开度一定，在满足精度的条件下，发动机转矩特性F tq ＝f （n e ）可以拟合成二次曲线
T tq ＝e 0＋e 1n e ＋e 2n e 2数字通信技术
（3）式中：T tq —发动机输出转矩，n e —发动机转速；e 0、e 1、e 2—n 挡转矩特性函数的系数。
则牵引力F tn 就可以表示为
F tn ＝T tq i gn i 0ηT r
＝C en ＋B en u a ＋A en u a 2
（4）
式中：C en 、B en 、A en —n 挡牵引力特性系数。1．2换挡规律的制定
为了使车辆获得最佳动力性，则应该使变速器各个挡位均在最大加速度处行驶，即无加速度损失。图1
收稿日期：2008-12-08
作者简介：．刘大权（1982－），男，河北承德人，山东理工大学交通与车辆工程学院2006级研究生，研究方向：汽车电子技术。
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2009年2月
图3换挡逻辑判断的SIMULINK 建模
（b ）
图2换挡规律模块
（a ）
run0
氢氧化锰gear a throttle
m
Vdown
Vup
4
m
m number
m 量化成段数1
gear
a throttle
2
a
3
throttle
Vup gear a throttle
Vup gear a throttle
Vup 求m1时换挡点求m2时换挡点求m3时换挡点
gear a throttle
Vup 求m n 时换挡点
Multiport Switch
Vup
2
为某一油门开度下加速度与速度关系曲线，为了使车辆能够在最大加速度的工况下行驶，则换挡点应该在相邻两挡加速度曲线的交点，即图中的A 、B 、C 三点。
由于换挡点是在相邻两挡的加速曲线交点，所以此时相邻两挡的加速度相等，由该条件可以得到：
F tn －F （Φ＋w ）δn ＝F t （n＋1）－F （Φ＋w ）
δn＋1
（5）
将（3）、（4）式代入（5）式并化简：
δ（n＋1）A n u 2＋B n u＋C n ＝δn A （n ＋1）u 2＋B （n ＋1）u ＋C （n ＋1） （6）整理得二次方程
a n u 2
＋b n u＋c n ＝0
（7）
解方程（7）得到最佳动力性换挡点速度
u n ＝（－b n ±b n 2－4a n c n ）姨／2a n
（8）将u n 与该挡下的最高车速u n max 和下一挡的最低车速u （n ＋1）min 相比较，如果u n 满足u （n ＋1）min ≤u n ≤u n max ，则
u n 为所求升挡车速，如图1中的A 点。
当所求换挡车速不满足u
（n ＋1）min
≤u n ≤u n max 条件
时，则换挡车速根据以下条件判断：
a．当n ＋1挡的最低车速处的加速度大于此车
速下n 挡的加速度，则换挡车速为n ＋1挡最低转速时的车速u （n ＋1）min ，如图1中的C 点。
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b．当n 挡的最高车速处的加速度大于次车速
下次车速下n ＋1挡的加速度，则换挡车速为该转速下n 挡最高车速u n max ，如图1中的B 点。
按照上述方法计算在不同油门时各挡位间的最佳动力性换挡点速度。为考虑车辆质量变化对换挡规律的影响，将汽车的质量划分为n 个区间，每个质量区间取质量的平均值计算，根据上述方法计算每个质量区间的最佳动力性换挡规律，由此就得到不同车辆质量范围内的最佳动力性换挡规律。
2换挡规律建模
2．1换挡规律模块
应用MATLAB ／SIMULINK 软件对AMT 建立仿真模型，换挡规律仿真模型的输入部分为车辆挡位
（gear ）、车辆加速度（α）、油门开度（throttle ）和车辆质量（m ）。换挡规律仿真模型如图2所示。图2（b ）为图2（a ）换的内部结构中升挡速度模型，输入的车辆质量m 经
过量化模块量化成质量段，根据量化的段数，决定多重开关Multiport Switch 选择相应质量计算换挡车速。换挡车速是由当前挡位、加速度及油门开度确定换挡曲面。降挡速度的计算与升挡速度的模型类似。
2．2换挡逻辑判断模块
换挡逻辑判断模块控制换挡规律模块的激活状态并从换挡规律模块提取升挡速度和降挡速度值，然后进行升降挡判断。图3是应用SIMULINK 对换挡逻辑的建模图形，（b ）是（a ）的内部结构。在该模块中，采用SIMULINK 中的逻辑判断工具STATE-
FLOW ，从而很容易地实现了各个挡位之间转换的
图1加速度与速度关系曲线示意图
2挡
1挡
3挡
4挡A
B C
a 1a 2a 3
u 1u 2u 3
刘大权等：公共汽车AMT 最佳动力性换挡规律的建模与仿真
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2009年第2期农业装备与车辆工程
仿真操作。在图b中，每个箭头线都连着两个模块（即状态），箭头线旁注释的是从一个状态迁移到另一个状态的迁移事件或者条件。
3仿真及结果分析
利用以上建立的仿真模型，对不考虑车辆质量变化时的动态三参数换挡规律与考虑质车辆量变化的动态三参数最佳动力性换挡规律相比较。
假设车辆行驶过程中，质量发生变化，油门保持不变。仿真后挡位的变化情况的对比如图4所示。从图4可以看出，在车辆质量发生变化时，如果不考虑车辆质量的影响，则会发生循环换挡现象，而改进的动态三参数换挡规律由于考虑的车辆质量的变化，有效地减少了车辆质量变化时的循环换挡现象，使车辆行驶更稳定。
4结论
本文针对城市公共汽车运行过程中质量变化频繁并且变化范围大的特点，在原有动态三参数换挡规律的基础上改进其AMT的最佳动力性换挡规律，考虑了车辆质量变化对换挡规律的影响。应用MATLAB／SIMULINK对换挡规律进行了建模及仿真，仿真结果表明，在制定最佳动力性换挡规律时考虑车辆质量的影响，可以有效地解决车辆在某些工况循环换挡的现象，有效改善AMT的性能。
参考文献
［1］Zheng，Q．，Srinivasan，K．，＆Rizzoni，G．（1998）．Dynamic modeling andcharacterization of transmission response for controller de-sign．SAE Technical Paper No．981094，1998Transmission and Drive-line Systems Symposium（pp．193－203），SAE publication SP－1324．［2］A．Haj－Fraj，F．Pfeiffer，Optimization of gear shift operations in automatic transmissions，Proceedings of the Sixth International Work-shop on Advanced Motion Control，Nagoya，Japan，March30－April1 2000，pp．469－473．
［3］葛安林．车辆自动变速器理论与设计［M］．北京：机械工业出版社，1993．
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［5］张国胜．电控机械式自动变速器（AMT）换档规律的研究［D］．西安：西北工业大学，2005．
（b）为改进后的仿真结果
图4改进前和改进后的动态三参数换挡规律挡位变化对比
（a）为改进前的仿真结果
经历了2008年上半年原材料价格的暴涨和下半年全球性金融危机的影响，我国装备制造业面临了一系列的困难，做为山东省支柱产业之一的农机装备制造业，也不可避免地受到了一定影响。从目前来看，相比其他行业农机工业表现出了一定的抗影响能力，但是，金融危机的影响是逐步显现的。对于2009年乃至2010年农机工业的发展，一些业内人士也表现出了不同程度的担忧。与此同时，中央一号文件提出2009年将继续加大对种粮农民的直接补贴、良种补贴、农机具购置补贴、农资综合补贴等“四补贴”的力度，其中尤为引人注目的是大规模增加农机具购置补贴。补贴资金规模从去年的40亿元增加到100亿元。这些措施的出台，对农机装备制造业来说又是极大的利好。在上述形势下，农机工业如何把握机遇，迎接挑战，成为农机生产企业最关心的问题。山东省农业机械工业协会于2009年2月7日－8日在济南召开了“山东省农机行业工作年会”，邀请了100多家省内农机骨干企业的厂长（总经理）参加会议。
会上，回顾总结了山东省农机工业2008年生产、经营情况，分析预测2009年农机市场的发展趋势。根据当前经济形势对农机工业的影响，研讨并提出山东省农机行业求生存、谋发展的措施意见。山东时风（集团）有限责任公司、福田雷沃国际重工股份有限公司、山东五征集团有限公司等部分骨干重点企业介绍了2008年度主要产品产量完成情况，并从不同的角度分析了2009年的经济形势和市场发展趋势。会议还邀请了山东省农机推广站董佑福站长解读了国家和山东省2009年农机购置补贴新的相关政
策、补贴范围和发展趋势。
山东省机械工业协会冯杭会长、刘永飞处长、山东省农业机械科学研究所骆琳所长等有关领导参加了会议。
山东省农机行业工作年会召开·38·
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