陳 亮 郝洪濤 倪凡凡 嚴(yán) 冬

(寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

0 引言

濕式雙離合自動(dòng)變速器(簡稱：WDCT)是基于平行軸式手動(dòng)變速器發(fā)展而來的，它作為一種新型的自動(dòng)變速器，既保持了原有傳統(tǒng)變速器結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，又吸收了AT動(dòng)力換擋品質(zhì)良好的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在無動(dòng)力中斷的情況下進(jìn)行換擋操作，換擋時(shí)間短，沖擊度小，能有效的提高換擋品質(zhì)，改善車輛駕駛的舒適性[1]。利用Matlab/Simulink仿真軟件中的RTW和dSPACE所提供的RTI的自動(dòng)代碼生成功能可以將WDCT系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換成硬件可識別的可執(zhí)行代碼，整個(gè)過程中沒有用戶參與代碼的編寫，降低了編寫代碼的強(qiáng)度和難度。快速控制原型是近幾年發(fā)展較為成熟的仿真技術(shù)，是借助于虛擬控制器來控制實(shí)際對象的一種半實(shí)物仿真技術(shù)，它處于控制系統(tǒng)開發(fā)的第二階段，是一個(gè)在原型硬件上校準(zhǔn)控制算法的過程[2]；以dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己新的控制想法在實(shí)時(shí)硬件上方便而快捷地進(jìn)行測試，通過實(shí)時(shí)測試，可以在設(shè)計(jì)初期發(fā)現(xiàn)模型存在的問題，然后修改模原型或參數(shù)，再進(jìn)行實(shí)時(shí)測試，這樣反復(fù)進(jìn)行，直至得到正確的WDCT系統(tǒng)仿真模型。這樣一來，既縮短了WDCT系統(tǒng)開發(fā)周期，又可以將模型的錯(cuò)誤之處消除在了設(shè)計(jì)的初級階段，降低了開發(fā)成本，提高了仿真模型的可靠性，對整個(gè)WDCT項(xiàng)目的順利進(jìn)行有著十分重要的意義。

1 WDCT結(jié)構(gòu)及其工作原理

WDCT的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包含有六個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)R擋，其傳動(dòng)裝置由兩根輸入軸1和2，兩根中間軸1和2，離合器C1和C2、四個(gè)同步器裝置、多個(gè)擋位齒輪、一個(gè)差速器及控制系統(tǒng)(圖中未畫出)等組成。其中，輸入軸1為實(shí)心軸，輸入軸2為空心軸，空心軸空套在實(shí)心軸外面，分別與離合器C2和C1相連接，輸入軸1上安裝有奇數(shù)擋齒輪，分別為1、3和5擋齒輪，輸入軸2上安裝有偶數(shù)擋齒輪，分別為2、4、6和R擋齒輪，輸出齒輪按照奇、偶數(shù)擋分別布置在中間軸1和2上。WDCT換擋所用的同步器與傳統(tǒng)手動(dòng)變速器的完全相同，在換擋過程中，15、26、4R共用一個(gè)同步器裝置，3擋齒輪單獨(dú)用一個(gè)同步器。WDCT工作時(shí)，動(dòng)力由輸入軸1和2輸入，經(jīng)離合器C1和C2、同步器裝置、嚙合的擋位齒輪及差速器裝置，最終完成動(dòng)力的變換與輸出。

當(dāng)車輛處在停車狀態(tài)時(shí)，所有同步器均處在中位，兩個(gè)離合器從動(dòng)部分和主動(dòng)部分均是分離的，此時(shí)不傳遞動(dòng)力。當(dāng)車輛起步時(shí)，自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)會(huì)將擋位切換為1擋，然后離合器C1的控制油壓P1升高，離合器C1被控制接合，車輛開始起步運(yùn)行。這里以1擋升2擋為例，這時(shí)1擋同步器和1擋齒輪嚙合，1擋傳遞的扭矩被輸出到車輪，驅(qū)動(dòng)車輪動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)起步運(yùn)行。當(dāng)車輛以1擋運(yùn)行時(shí)，離合器C2處于分離狀態(tài)，不傳遞動(dòng)力，隨著車速繼續(xù)增加至將要到達(dá)2擋升擋點(diǎn)時(shí)，車輛變速器電控單元根據(jù)相關(guān)傳感器的信號判斷即將進(jìn)入工作的下一擋位，因該擋位還未傳遞動(dòng)力，故指令液壓控制電磁閥控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，預(yù)先嚙合這一擋位；車速到達(dá)2擋升擋點(diǎn)時(shí)，變速器控制模塊發(fā)出控制信號，通過電液控制模塊使當(dāng)前工作離合器C1的控制油壓P1逐漸減小，離合器C1逐漸分離，同時(shí)離合器C2的控制油壓P2逐漸增大，離合器C2逐漸接合，從而使1擋齒輪分離，2擋齒輪接合，2個(gè)離合器進(jìn)行傳遞扭矩的交替切換，直至離合器C1完全分離，離合器C2完全接合時(shí)換擋過程結(jié)束。同理可實(shí)現(xiàn)從2擋升3擋、3擋升4擋、4擋升5擋，5擋升6擋等換擋操作，降擋過程與之類似[3]。

圖1 WDCT結(jié)構(gòu)簡圖

2 汽車整車動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模

WDCT系統(tǒng)研究的前提是根據(jù)具體的被控對象建立正確的控制算法模型。本文采用前向和反向兼顧的建模方法對整車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行建模，系統(tǒng)框圖詳見圖2，根據(jù)前面所述WDCT結(jié)構(gòu)，將WDCT系統(tǒng)劃分為機(jī)械部分和控制部分；機(jī)械部分包括：發(fā)動(dòng)機(jī)模型、雙離合器模型、變速器模型和車輛整車動(dòng)力學(xué)模型等，控制部分為控制器模型。圖中的實(shí)線表示系統(tǒng)的機(jī)械連接，體現(xiàn)了節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)矩、車速等物理量的傳遞路線，虛線表示控制系統(tǒng)中各類控制信號的傳輸[4]。

圖2 WDCT 系統(tǒng)框圖

2.1Simulink/SimDriveline簡介

Simulink是The Math Works公司于1990年推出的產(chǎn)品，是用于Matlab下建立系統(tǒng)框圖和仿真環(huán)境的主要工具之一[5]。簡單地來講，它是一個(gè)用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的集成軟件包，利用它可以實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真，不僅可以進(jìn)行線性和非線性系統(tǒng)仿真，也可實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間系統(tǒng)的仿真；它有著豐富的模塊庫，用戶可根據(jù)自己的需求自定義模塊和創(chuàng)建模塊，也可以以不同的輸出方式來觀察仿真結(jié)果。到目前為止，全世界已有成千上萬的用戶都使用它來建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，廣泛應(yīng)用于建模和仿真方面[6]。但在當(dāng)前的汽車領(lǐng)域，傳統(tǒng)的建模與仿真都是在汽車動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，運(yùn)用Simulink搭建數(shù)學(xué)模型，尤其對WDCT系統(tǒng)，建模過程也較為復(fù)雜；而SimDriveline模塊庫作為Simulink的擴(kuò)展，是專門為車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)建模仿真設(shè)計(jì)的，與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不同，SimDriveline模型采用基本元素法按照實(shí)際物理系統(tǒng)來構(gòu)建，不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可直接選用庫中自定義模塊，能建立并仿真車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)模型，還可以通過它模擬、分析及控制車輛的各種系統(tǒng)，同時(shí)模型接口間以力矩傳遞為主，具有雙向性，動(dòng)態(tài)特性很好，為車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型的建立提供了很大的便利[7-8]。

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)模型

發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立是研究車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，作為整車傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)不斷地向其他組件輸出轉(zhuǎn)矩，因此建立恰當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)模型對汽車系統(tǒng)的研究有著重要意義。SimDriveline模塊庫中提供有發(fā)動(dòng)機(jī)模型，但考慮到模型的精確度，本文采用數(shù)學(xué)建模的方法自建發(fā)動(dòng)機(jī)模型；選擇以節(jié)氣門開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速兩參數(shù)值作為系統(tǒng)模型的輸入值，以轉(zhuǎn)矩作為輸出值。選擇在有載動(dòng)態(tài)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)輸出扭矩與穩(wěn)態(tài)輸出扭矩的關(guān)系可以近似的表示為：

(1)

(2)

式中：n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；ωe為發(fā)動(dòng)機(jī)角速度；γ為扭矩下降系數(shù)；Te為發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出扭矩；Ted為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)輸出扭矩。

根據(jù)式(1)和(2)，在Matlab/Simulink軟件及SimDriveline模塊下建立發(fā)動(dòng)機(jī)有載動(dòng)態(tài)仿真模型，如圖3所示：

根據(jù)上圖可知，此模型以發(fā)動(dòng)機(jī)的二維特性表為核心，將事先試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到特性表中，通過以節(jié)氣門開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值為輸入，借助圖表插值的方法得到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩值。同樣地，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速值也是通過車輪實(shí)時(shí)車速反饋信號的形式作為發(fā)動(dòng)機(jī)特性表的輸入值。

2.3雙離合器模型

本文采用了Simulink/SimDriveline模塊庫里的各元件，并結(jié)合該型變速器結(jié)構(gòu)及工作原理，進(jìn)行物理建模。如圖4所示，離合器C1 與奇數(shù)軸相連，離合器C2 與偶數(shù)軸相連。P1、P2 分別是離合器C1和C2 的壓力控制信號，B、F 分別為轉(zhuǎn)矩輸入、輸出接口。建模過程中可以設(shè)置離合器摩擦片的有效半徑、摩擦面?zhèn)€數(shù)、活塞作用面積以及摩擦系數(shù)等。Speed sensor 作為測速傳感器來檢測離合器從動(dòng)盤的速度，再與主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速作差，得到離合器主、從動(dòng)盤的相對滑移轉(zhuǎn)速差，并將其輸送到控制系統(tǒng)模型中，作為進(jìn)行下一步操作的一個(gè)輸入?yún)⒖贾怠?/p>

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)模型

圖4 濕式雙離合器模型

2.4變速器模型

本文所選用的變速器主要用于無動(dòng)力中斷情況下轉(zhuǎn)換傳動(dòng)比、實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞功能。如圖5所示，其扭矩的輸出一般分為兩個(gè)部分：從奇數(shù)齒輪軸Odd_gear輸出和從偶數(shù)齒輪軸Even_gear輸出，Speed sensor 作為測速傳感器用于檢測變速器輸出轉(zhuǎn)速，G_demand為變速器換擋需求信號。

以奇數(shù)齒輪軸Odd_gear模塊為例，該模塊主要包含有同步器、換擋執(zhí)行裝置和各擋位齒輪等機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖6所示，擋位齒輪系B是主動(dòng)軸接口，F(xiàn)是從動(dòng)軸接口；換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)中P是換擋信號輸入端，S是換擋力輸出端；同步器中R是扭矩輸入端，H是扭矩輸出端，X端輸出同步器位移。當(dāng)汽車以當(dāng)前擋位行駛的過程中需要換擋時(shí)，WDCT控制單元會(huì)提前給予下一擋位的換擋需求信號，經(jīng)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出動(dòng)作，從而推動(dòng)下一擋同步器與齒輪接合，在下一擋位同步器順利接合的同時(shí)，當(dāng)前擋位同步器完成了分離，從而完成換擋操作，保證了當(dāng)前擋位下扭矩的順利傳遞。

2.5控制系統(tǒng)模型

如圖7所示，WDCT控制系統(tǒng)包括換擋規(guī)律模塊、換擋邏輯判斷模塊、擋位預(yù)測模塊、升/降擋位信號產(chǎn)生模塊、換擋信號模塊、離合器油壓控制模塊等。主要用于控制車輛在何時(shí)進(jìn)行換擋。它提前存儲(chǔ)了車輛的換擋規(guī)律，以當(dāng)前車速、升/降擋點(diǎn)的車速為輸入信號，并不停地與車輛當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行比較，當(dāng)車輛的狀態(tài)符合它既有的換擋規(guī)律中達(dá)到的換擋條件時(shí)，車輛的換擋規(guī)律模型就被激活，車輛根據(jù)換擋規(guī)律進(jìn)行換擋。同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的擋位狀態(tài)和車速，預(yù)測出下一擋位狀態(tài)，以確保換擋的準(zhǔn)確性。圖8為換擋控制流程圖，用來說明車輛的具體換擋控制過程。

圖5 變速器模型

圖6 奇數(shù)擋位執(zhí)行機(jī)構(gòu)

2.5.1 換擋規(guī)律模塊

該模塊提前存儲(chǔ)了已計(jì)算好的對應(yīng)各擋位的升、降擋點(diǎn)車速于2-D特性表中，以油門開度和當(dāng)前擋位為輸入信號，從而輸出Up_th和Down_th值作為下一步操作的參考值。

2.5.2 換擋邏輯判斷模塊

該模塊分別以上一模塊輸出的Up_th和Down_th值、實(shí)時(shí)車速VehicleSpeed、滑摩轉(zhuǎn)速S1和S2、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速EngineSpeed等作為輸入值，借助于Stateflow來完成換擋邏輯的判斷過程。

2.5.3 擋位預(yù)測模塊

選擇以Up_th和Down_th值、實(shí)時(shí)車速VehicleSpeed、當(dāng)前擋位n為輸入值，不停地與車輛當(dāng)前實(shí)時(shí)車速進(jìn)行比較，如圖9所示為擋位預(yù)測流程圖，判斷條件不等式(Vup-V)>(V-Vdown)是否成立，若不等式成立，說明當(dāng)前的車速更接近于降擋點(diǎn)車速，故下一擋位為低擋位，即為n-1擋，反之，下一擋位為高擋位n+1擋。

2.5.4 升/降擋位信號產(chǎn)生模塊

汽車在實(shí)際換擋之前，要求預(yù)先對將要換的擋位判斷，判斷出將要改變的擋位是高一擋位還是低一擋位。那就需要提前產(chǎn)生換擋脈沖信號，從而方便后面換擋時(shí)完成離合器之間的順利切換?；诖?，本文需要建立一個(gè)合適的升/降擋信號產(chǎn)生模塊，如圖10所示，以當(dāng)前所在擋位n和下一擋位N為輸入，進(jìn)行數(shù)值關(guān)系的比較，從而輸出升/降擋位脈沖信號，其中的“1”表示升擋脈沖信號，“-1”表示降擋脈沖信號，“0”表示不產(chǎn)生換擋脈沖信號，車輛繼續(xù)保持原擋位不變。

圖7 控制系統(tǒng)模型

圖8 換擋控制流程圖

圖9 擋位預(yù)測流程圖

2.5.5 換擋信號模塊

當(dāng)離合器還處于未接合狀態(tài)時(shí)，汽車也沒有進(jìn)行換擋，繼續(xù)保持以當(dāng)前擋位行駛，選擇以此時(shí)低于閾值的油壓、當(dāng)前擋位和預(yù)測下一個(gè)擋位值為輸入信號，建立一個(gè)合理的換擋信號模塊，保證該模塊會(huì)產(chǎn)生大約0.5 s左右的下一擋位換擋脈沖信號，并將該脈沖信號輸入到相應(yīng)同步器執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，使同步器執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)順利換擋。

圖10 升/降擋信號產(chǎn)生流程圖

2.5.6 離合器油壓控制模塊

在離合器控制模型中，首先以節(jié)氣門開度Throttle、當(dāng)前工作擋位Gear 和升降擋位信號Up/Down為輸入信號，當(dāng)變速器在某個(gè)擋位上正常工作時(shí)，以工作油壓鎖定相應(yīng)的離合器，而另外一個(gè)離合器的壓力則為0；其次，當(dāng)車輛處于換擋狀態(tài)時(shí)，以升/降擋位信號Up/Down及擋位狀態(tài)來判斷哪個(gè)離合器該提高油壓，哪個(gè)離合器該降低油壓，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)離合器的工作交替。

2.6整車動(dòng)力學(xué)模型

本文從建模角度出發(fā)，考慮到整車動(dòng)力學(xué)的影響因素，對整車模型做了相應(yīng)的簡化：1)在無風(fēng)狀態(tài)下行駛，不考慮風(fēng)速產(chǎn)生的阻力影響；2)忽略汽車行駛過程中朝任何方向的擺動(dòng)；3)選擇汽車行駛路面平整，不考慮坡度的影響。汽車行駛時(shí)需要克服的阻力主要有以下幾部分：

Ft=∑F=F+Fw+Fi+Fj

(3)

車輛驅(qū)動(dòng)力：

(4)

滾動(dòng)阻力：

Ff=mgf·cosα

(5)

空氣阻力：

(6)

坡度阻力：

Fi=mgsinα

(7)

加速阻力：

(8)

聯(lián)立可得：

(9)

式中：m為整車質(zhì)量；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；α為路面坡度，(本文取α=0)；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；ρ為氣密度；v為汽車行駛的速度；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)(本文取δ=1.3)；ηT為傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率；ig為變速器某一擋位傳動(dòng)比；i0為主減傳動(dòng)比；r為車輪半徑。

根據(jù)上述方程式，建立汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型如圖11所示：

圖11 汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

2.7整車系統(tǒng)模型

如圖12所示，將上述建立的各模型按照邏輯關(guān)系進(jìn)行整理，并且對比較復(fù)雜的模型進(jìn)行封裝后，建立起包含該雙離合器自動(dòng)變速器的整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型。

圖12 系統(tǒng)整車模型

3 dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)

3.1dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)簡介

dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)是由德國dSPACE公司開發(fā)的一套基于Matlab/Simulink的控制系統(tǒng)開發(fā)及半實(shí)物仿真的軟硬件工作平臺(tái)，其實(shí)現(xiàn)了和Matlab/Simulink/Stateflow的完全無縫連接，有著實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)包含有硬件和軟件兩個(gè)系統(tǒng)，其中硬件系統(tǒng)中的處理器具有超高速的計(jì)算能力，并配備了豐富的I/O支持，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，軟件系統(tǒng)功能強(qiáng)大且使用方便，其主要功能主要包含了實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)生成、代碼下載和試驗(yàn)與調(diào)試的整套工具，dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)充當(dāng)控制算法和邏輯代碼的硬件運(yùn)行環(huán)境，通過I/O板與控制對象連接進(jìn)行研究和試驗(yàn)，驗(yàn)證控制方案的可行性，大大簡化了開發(fā)過程，提高了開發(fā)效率。因此，dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟硬件目前已經(jīng)成為進(jìn)行快速原型控制試驗(yàn)驗(yàn)證和半實(shí)物仿真的首選平臺(tái)[9]，主要用于航空航天、汽車、機(jī)器人等多領(lǐng)域。

3.2dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)

一般地，如圖13所示，dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)分為以下五個(gè)階段：功能設(shè)計(jì)與離線仿真、快速原型設(shè)計(jì)、目標(biāo)代碼生成、硬件在回路測試和標(biāo)定與系統(tǒng)測試。因其形狀呈“V”字型，故也稱為V型圖。dSPACE為汽車電控系統(tǒng)的“V”開發(fā)模式提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。在開發(fā)過程中dSPACE 為快速控制原型(RCP)和硬件在回路仿真(HILS)提供了統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái)。在快速控制原型中dSPACE作為控制器與試驗(yàn)對象相連，通過ControlDesk觀察控制算法的性能，如果控制算法不理想，可以很快地進(jìn)行修改設(shè)計(jì)，反復(fù)試驗(yàn)直至找到理想的控制方案。

圖13 dSPACE V-cycle開發(fā)流程

圖14 RCP流程圖

本文基于快速控制原型為主要目的來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ退惴ǖ恼_性，詳細(xì)的RCP開發(fā)流程見圖14，基本開發(fā)步驟如下所述：

1)建立對象模型，設(shè)計(jì)控制方案(即：實(shí)時(shí)模型搭建)；

2)離線仿真，以驗(yàn)證模型的正確性；

3)決定使用通道號，硬件連線，使用dSPACE的A/D或D/A模塊代替模型中相應(yīng)的輸入輸出信號宿或源，完成I/O的正確配置；

4)代碼和可執(zhí)行程序的生成；過程包括配置Simulink環(huán)境和編譯模型，經(jīng)目標(biāo)編譯器處理之后，得到目標(biāo)可執(zhí)行代碼程序，保存并下載到dSPACE實(shí)時(shí)硬件中運(yùn)行，詳見圖15；

5)試驗(yàn)測試與驗(yàn)證，在ControlDesk軟件中觀察運(yùn)行結(jié)果，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3生成可執(zhí)行代碼

生成可執(zhí)行代碼(是指與dSPACE硬件系統(tǒng)相關(guān)的可執(zhí)行代碼)是dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)V開發(fā)模式的第三階段，也是上述基本步驟的第四步。這一過程主要包括選擇處理器平臺(tái)、配置Simulink環(huán)境和編譯模型。其中模型編譯過程如圖15和16所示，首先利用Matlab/Simulink/Stateflow建立正確的仿真模型并完成Simulink環(huán)境的配置，再利用RTW及dSPACE提供的RTI進(jìn)行模型的編譯，RTW主要完成從框圖生成C代碼，RTI用于產(chǎn)生與硬件系統(tǒng)相關(guān)的代碼，使代碼在處理器系統(tǒng)中運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)由模型到C代碼再到可執(zhí)行代碼的轉(zhuǎn)變。在這過程中使用“rtiXXXX”來切換處理器平臺(tái)以匹配所需使用的硬件，常見的處理器板硬件有:DS1006DSI102DS1104DS2102等等?！癕odel. c /Model. h”為RTW自動(dòng)生成的模型C代碼和包含變量參數(shù)的頭文件，這里選擇的處理器為DS1202，處理器的編譯器為DSP C Compile，dSPACE車用硬件為MicroLabBox，主要用于對汽車進(jìn)行快速測試；系統(tǒng)目標(biāo)文件選擇rti1202.tlc，生成代碼過程中產(chǎn)生多個(gè)文件，其中的“Model. sdf”為最終編譯結(jié)果文件，也是ControlDesk工程試驗(yàn)?zāi)Ｐ退饕募托枰螺d到硬件中的文件。用于下一步的代碼驗(yàn)證于試驗(yàn)。這樣就完成了由Simulink模型到實(shí)時(shí)可執(zhí)行代碼的全部過程。

圖15 可執(zhí)行代碼生成過程

圖16 可執(zhí)行代碼流程圖

4 測試結(jié)果及分析

4.1離線仿真

整車系統(tǒng)模型建立完畢后，進(jìn)行離線仿真。在離線仿真過程中，選擇以各轉(zhuǎn)速、車速、擋位、沖擊度等為輸出信號，其中的各轉(zhuǎn)速包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器C1和C2轉(zhuǎn)速和變速器輸出轉(zhuǎn)速；擋位信號為當(dāng)前擋位；最終得到的離線仿真結(jié)果如圖17所示，經(jīng)分析，其仿真結(jié)果與理論分析基本一致。

4.2快速原型測試

快速控制原型(RCP)測試是一個(gè)在原型硬件上校準(zhǔn)控制算法的過程，快速控制原型平臺(tái)通常提供了一種方法來導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型，并在與實(shí)際I/O連接的基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制器上運(yùn)行這些數(shù)學(xué)模型。本文為基于dSPACE系統(tǒng)的快速原型測試技術(shù)，選擇以上述所建汽車整車系統(tǒng)模型為試驗(yàn)對象來進(jìn)行快速原型測試，主要目的在于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠裾_，控制算法是否可行等問題。基于此建立如圖18所示的ControlDesk快速原型測試界面，該界面主要包含有變量信號實(shí)時(shí)監(jiān)測與顯示模塊、虛擬儀表顯示模塊、測量信號觀測模塊、試驗(yàn)管理等，主要實(shí)現(xiàn)了變量信號的實(shí)時(shí)觀測和記錄。

圖17 離線仿真結(jié)果

此外，ControlDesk工作模式包含了在線模式、觀測模式、離線模式和數(shù)據(jù)保存模式等，如圖19所示，其中在線模式用于ControlDesk與硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，觀測和數(shù)據(jù)記錄正?？捎?；離線模式用于ControlDesk將與硬件的數(shù)據(jù)通信中斷，但硬件仍在運(yùn)行，觀測和數(shù)據(jù)記錄將自動(dòng)停止；當(dāng)然，數(shù)據(jù)保存模式主要用于數(shù)據(jù)的保存和處理。

圖19 ControlDesk 工作模式

待試驗(yàn)前的一切工作準(zhǔn)備就緒后，下載代碼到dSPACE硬件，進(jìn)行汽車整車系統(tǒng)的快速原型測試；并通過ControlDesk快速原型試驗(yàn)界面進(jìn)行變量信號觀測，經(jīng)“在線—觀測—數(shù)據(jù)記錄”等操作，最終得到的結(jié)果如圖20所示：

4.3結(jié)果分析

完成從模型到可執(zhí)行代碼的自動(dòng)轉(zhuǎn)換后，將生成的可執(zhí)行代碼與Simulink模型進(jìn)行性能比較，選擇相應(yīng)的觀測信號后，將快速原型代碼的計(jì)算結(jié)果與模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，由上述仿真結(jié)果可知，Simulink模型結(jié)果與快速原型實(shí)時(shí)程序計(jì)算結(jié)果基本上是一致的，從而證明了所構(gòu)建的整車系統(tǒng)模型是正確的。

5 結(jié)束語

首先，根據(jù)前面所述制定了WDCT換擋控制策略，建立了基于Matlab/Simulink/stateflow的WDCT整車系統(tǒng)實(shí)時(shí)模型，經(jīng)離線仿真環(huán)節(jié)驗(yàn)證了控制策略及整車系統(tǒng)的正確性。其次，借助搭建好的整車系統(tǒng)模型，以dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)為平臺(tái)，進(jìn)行快速控制原型試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中配置正確的端口，連接相應(yīng)的硬件設(shè)備，編譯模型并下載到dSPACE中后，觀察程序運(yùn)行的結(jié)果，由仿真結(jié)果證明了所構(gòu)建的WDCT實(shí)時(shí)模型是正確可行的。這樣既縮短了開發(fā)周期，降低了建模的強(qiáng)度和難度，也對后續(xù)整個(gè)WDCT項(xiàng)目的順利進(jìn)展起到十分重要的作用。

圖20 ControlDesk快速原型在線仿真結(jié)果

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