一种AMT变速箱选换档仿真平台及仿真方法

摘要

本发明公开了一种AMT变速箱选换档仿真平台及仿真方法，所述仿真平台包括dSPACE硬件系统，选档驱动电机，换档驱动电机，第一、第二减速增扭自锁机构，第一、第二运动方式转换机构，第一、第二转速扭矩传感器，第一、第二增速减扭机构，选档负载电机，换档负载电机，变速箱负载控制单元，变速箱控制单元和第一、第二直流电源；所述仿真方法包括选、换档自学习的步骤以及仿真选档动作和换档动作的步骤。其能使选、换档与加载真实负载同步进行，且保留加载量，能仿真AMT变速箱实际工况时的选档、换档过程，为AMT变速箱前期开发打下基础。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车部件的仿真平台及仿真方法，具体涉及一种AMT变速箱选换档仿真平台及仿真方法，用于仿真AMT变速箱选、换档执行机构在车辆各种工况下的运行情况。

背景技术

AMT变速箱选换档的仿真在国际上一般采用dSPACE硬件系统（其能与MATLAB/simulink进行无缝连接，可作为控制原型和硬件进行在环仿真）、AMT变速箱仿真模型（其包含在dSPACE硬件系统中）和虚拟负载来实现，此技术具有操作性好、可靠性高等优点，但是它也具有一定的局限性，对于不同型号的AMT变速箱，其选换档的仿真通用性不高，特别是在AMT变速箱前期开发阶段，选档、换档性能的仿真精度还需要很大提升；因此，国内很多变速箱企业和整车厂设计了各种样式的真实负载来代替虚拟负载，但是很多采用真实负载的仿真平台都有加载滞后、加载量无法保留、无法实现选换档自学习等问题；也有一些厂家在仿真平台上设计了预判加载系统，但是其无法提前采集执行机构的精确位置，从而导致加载精度不高，且存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种AMT变速箱选换档仿真平台及仿真方法，以使选、换档与加载真实负载同步进行，且保留加载量，能仿真AMT变速箱实际工况时的选档、换档过程，为AMT变速箱前期开发打下基础。

本发明所述的AMT变速箱选换档仿真平台，包括dSPACE硬件系统，还包括选档驱动电机，换档驱动电机，第一、第二减速增扭自锁机构，第一、第二运动方式转换机构（用于将直线运动转换为旋转运动），第一、第二转速扭矩传感器，第一、第二增速减扭机构，选档负载电机，换档负载电机，变速箱负载控制单元，变速箱控制单元和第一、第二直流电源；所述选档驱动电机的输出轴通过第一弹性联轴器与第一减速增扭自锁机构连接，第一减速增扭自锁机构通过第一刚性联轴器与第一运动方式转换机构连接，第一转速扭矩传感器通过第二弹性联轴器与第一运动方式转换机构连接，通过第三弹性联轴器与第一增速减扭机构连接，第一增速减扭机构通过第四弹性联轴器与选档负载电机连接；所述换档驱动电机的输出轴通过第五弹性联轴器与第二减速增扭自锁机构连接，第二减速增扭自锁机构通过第二刚性联轴器与第二运动方式转换机构连接，第二转速扭矩传感器通过第六弹性联轴器与第二运动方式转换机构连接，通过第七弹性联轴器与第二增速减扭机构连接，第二增速减扭机构通过第八弹性联轴器与换档负载电机连接；所述第一直流电源与变速箱负载控制单元电连接，所述第二直流电源与变速箱控制单元电连接，提供工作电源；所述变速箱控制单元与dSPACE硬件系统、选档驱动电机和换档驱动电机电连接，在dSPACE硬件系统发出的选、换档信号下，控制选、换档驱动电机启动，开始选、换档动作；所述变速箱负载控制单元与dSPACE硬件系统、选档负载电机和换档负载电机电连接，在dSPACE硬件系统发出的选、换档负载加载信号下，控制选、换档负载电机动作进行加载；所述第一、第二减速增扭自锁机构中的角度传感器都与dSPACE硬件系统电连接，将采集的第一、第二减速增扭自锁机构的转动位置信号（相当于选档执行机构、换档执行机构的位置信号）反馈给dSPACE硬件系统；所述第一、第二转速扭矩传感器都与dSPACE硬件系统电连接，将采集的选、换档负载电机的实际加载量反馈给dSPACE硬件系统。

进一步，所述第一减速增扭自锁机构包括具有自锁功能的第一单头蜗杆、具有内齿轮的第一蜗轮、第一齿轮、第一齿条和第一角度传感器，所述第一单头蜗杆通过所述第一弹性联轴器与选档驱动电机的输出轴连接，保证了仿真平台在选档过程中只有选档驱动电机具有解锁功能，所述第一蜗轮与第一单头蜗杆啮合，保证了此减速增扭自锁机构具备了自锁功能，所述第一齿轮与所述第一蜗轮的内齿轮啮合，所述第一齿条与第一齿轮啮合，使选档驱动电机输出的旋转运动转换为直线运动，把选档驱动电机输出的较小的扭矩转化为较大的拉力，第一齿条通过所述第一刚性联轴器与第一运动方式转换机构连接，将直线运动传递给第一运动方式转换机构，所述第一角度传感器与第一齿轮配合，采集第一齿轮的转动位置，以仿真AMT变速箱中选档执行机构所处的位置。

进一步，所述第二减速增扭自锁机构与第一减速增扭自锁机构的结构相同，其包括具有自锁功能的第二单头蜗杆、具有内齿轮的第二蜗轮、第二齿轮、第二齿条和第二角度传感器，所述第二单头蜗杆通过所述第五弹性联轴器与换档驱动电机的输出轴连接，保证了仿真平台在换档过程中只有换档驱动电机具有解锁功能，所述第二蜗轮与第二单头蜗杆啮合，保证了此减速增扭自锁机构具备了自锁功能，所述第二齿轮与所述第二蜗轮的内齿轮啮合，所述第二齿条与第二齿轮啮合，使换档驱动电机输出的旋转运动转换为直线运动，把换档驱动电机输出的较小的扭矩转化为较大的拉力，第二齿条通过所述第二刚性联轴器与第二运动方式转换机构连接，将直线运动传递给第二运动方式转换机构，所述第二角度传感器与第二齿轮配合，采集第二齿轮的转动位置，以仿真AMT变速箱中换档执行机构所处的位置。

进一步，所述第一、第二运动方式转换机构都由齿条与齿轮啮合构成；由于第一、第二减速增扭自锁机构的输出为较大的拉力，为了使第一、第二转速扭矩传感器能够精确的测量，需要把直线运动转换为旋转运动，同时为了保证整个仿真平台带动负载的安全性，可通过齿条齿轮合适的传动比进行增速减扭。所述第一、第二增速减扭机构都为两级齿轮传动机构；由于选、换档负载电机输出扭矩较小、转速较快，为了保证其加载的安全性，利用第一、第二增速减扭机构将从第一、第二运动方式转换机构传过来的旋转运动进行第二次的增速减扭，以带动选、换档负载电机。

采用上述AMT变速箱选换档仿真平台进行选换档仿真的方法，包括如下步骤：

1）选、换档自学习：首先，变速箱控制单元控制选档驱动电机进行选档自学习，学习到空档的最大点和最小点；其次，变速箱控制单元控制换档驱动电机进行档位自学习，换档驱动电机动作进入档位后，停止运转，第二减速增扭自锁机构进行锁死，保持在档状态；然后，选档驱动电机和选档负载电机同时启动，学习此档位下的最大物理点和最小物理点；最后，依次对每个档位进行学习；

2）仿真选档动作和换档动作：首先，在dSPACE硬件系统的操作面板输入相应的仿真工况和AMT变速箱的各种参数组；其次，dSPACE硬件系统获取第一、第二齿轮的当前位置，计算选档需要加载的负载量和换档需要加载的负载量；再次，如果是进行选档，dSPACE硬件系统把选档信号（即第一齿轮的当前位置以及需要转动到的位置）传递给变速箱控制单元，变速箱控制单元控制选档驱动电机转动，同时，dSPACE硬件系统把选档需加载的负载量传递给变速箱负载控制单元，变速箱负载控制单元控制选档负载电机转动，第一转速扭矩传感器测量出实际加载的负载量，反馈给dSPACE硬件系统，如果加载不够，则继续加载，如果加载过大，则第一减速增扭自锁机构锁死负载端，保留加载量，直至选档驱动电机走到所选的档位；如果是进行换档，dSPACE硬件系统把换档信号（即第二齿轮的当前位置以及需要转动到的位置）传递给变速箱控制单元，变速箱控制单元控制换档驱动电机转动，同时，dSPACE硬件系统把换档需要加载的负载量传递给变速箱负载控制单元，变速箱负载控制单元控制换档负载电机转动，第二转速扭矩传感器测量出实际加载的负载量，反馈给dSPACE硬件系统，如果加载不够，则继续加载，如果加载过大，则第二减速增扭自锁机构锁死负载端，保留加载量，直至换档驱动电机走到需换的档位；最后，仿真每个选、换档位；结束仿真。

本发明利用第一、第二减速增扭自锁机构中的角度传感器，第一、第二运动方式转换机构，第一、第二转速扭矩传感器，第一、第二增速减扭机构配合选、换档驱动电机，选、换档负载电机以及变速箱负载控制单元、变速箱控制单元，能仿真AMT变速箱实际工况时的选档、换档过程，采用真实负载（即选、换档负载电机）加载，选档驱动电机选档与选档负载电机加载都是根据第一角度传感器的信号判断后同时进行，换档驱动电机换档与换档负载电机加载都是根据第二角度传感器的信号判断后同时进行，加载过程不存在滞后现象，且能保留加载量，同时还具有选、换档自学习功能。采用该仿真平台可在AMT变速箱实体设计前就对AMT变速箱进行仿真，不仅能够仿真AMT变速箱的各种工况的选、换档性能，也能测试AMT控制软件，为AMT变速箱的实体设计和控制软件的编写都打下坚实的基础；并且本仿真平台具备操作简单、功能齐全、仿真精度高以及安全性好等优点。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明中第一减速增扭自锁机构的结构示意图。

图3为本发明中第二减速增扭自锁机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示的AMT变速箱选换档仿真平台，包括dSPACE硬件系统16、选档驱动电机1、换档驱动电机17、第一减速增扭自锁机构3、第二减速增扭自锁机构19、第一运动方式转换机构5、第二运动方式转换机构21、第一转速扭矩传感器7、第二转速扭矩传感器23、第一增速减扭机构9、第二增速减扭机构25、选档负载电机11、换档负载电机27、变速箱负载控制单元12、变速箱控制单元15、第一直流电源13和第二直流电源14。

第一减速增扭自锁机构3包括具有自锁功能的第一单头蜗杆28、具有内齿轮的第一蜗轮29、第一齿轮30、第一齿条31和第一角度传感器32，第一单头蜗杆28通过第一弹性联轴器2与选档驱动电机1的输出轴连接，第一蜗轮29与第一单头蜗杆28啮合，第一齿轮30与第一蜗轮29的内齿轮啮合，第一齿条31与第一齿轮30啮合，且通过第一刚性联轴器4（其为直线运动型）与第一运动方式转换机构5连接，第一角度传感器32与第一齿轮30配合，采集第一齿轮30的转动位置（相当于选档执行机构的位置）。第一运动方式转换机构5由齿条与齿轮啮合构成，第一增速减扭机构9为两级齿轮传动机构。第一转速扭矩传感器7通过第二弹性联轴器6与第一运动方式转换机构5连接，通过第三弹性联轴器8与第一增速减扭机构9连接，第一增速减扭机构9通过第四弹性联轴器10与选档负载电机11连接。

第二减速增扭自锁机构19与第一减速增扭自锁机构3的结构相同，其包括具有自锁功能的第二单头蜗杆33、具有内齿轮的第二蜗轮34、第二齿轮35、第二齿条36和第二角度传感器37，第二单头蜗杆33通过第五弹性联轴器18与换档驱动电机17的输出轴连接，第二蜗轮34与第二单头蜗杆33啮合，第二齿轮35与第二蜗轮34的内齿轮啮合，第二齿条36与第二齿轮35啮合，且通过第二刚性联轴器20（其为直线运动型）与第二运动方式转换机构21连接，第二角度传感器37与第二齿轮35配合，采集第二齿轮35的转动位置（相当于换档执行机构的位置）。第二运动方式转换机构21与第一运动方式转换机构5的结构相同，由齿条与齿轮啮合构成；第二增速减扭机构25与第一增速减扭机构9的结构相同，为两级齿轮传动机构。第二转速扭矩传感器23通过第六弹性联轴器22与第二运动方式转换机构21连接，通过第七弹性联轴器24与第二增速减扭机构25连接，第二增速减扭机构25通过第八弹性联轴器26与换档负载电机27连接。

第一直流电源13与变速箱负载控制单元12电连接，第二直流电源14与变速箱控制单元15电连接，提供工作电源；变速箱控制单元15与dSPACE硬件系统16、选档驱动电机1和换档驱动电机17电连接，在dSPACE硬件系统发出的选、换档信号下，控制选、换档驱动电机启动，开始选、换档动作；变速箱负载控制单元12与dSPACE硬件系统16、选档负载电机11和换档负载电机27电连接，在dSPACE硬件系统发出的选、换档负载加载信号下，控制选、换档负载电机动作进行加载；第一减速增扭自锁机构3中的第一角度传感器32、第二减速增扭自锁机构19中的第二角度传感器37都与dSPACE硬件系统16电连接，将采集的第一、第二减速增扭自锁机构的转动位置信号反馈给dSPACE硬件系统；第一转速扭矩传感器7、第二转速扭矩传感器23都与dSPACE硬件系统16电连接，将采集的选、换档负载电机的实际加载量反馈给dSPACE硬件系统。

其仿真过程（方法）如下：

（1）选、换档自学习：首先，变速箱控制单元15控制选档驱动电机1进行选档自学习，学习到空档的最大点和最小点；其次，变速箱控制单元15控制换档驱动电机17进行档位自学习，换档驱动电机动作进入档位后，停止运转，第二减速增扭自锁机构19进行锁死，保持在档状态；然后，选档驱动电机1和选档负载电机11同时启动，学习此档位下的最大物理点和最小物理点；最后，依次对每个档位进行学习。

（2）仿真选档动作和换档动作：dSPACE硬件系统16中带有AMT变速箱仿真模型，在dSPACE硬件系统16的操作面板输入相应的仿真工况和AMT变速箱的各种参数组，第一直流电源13为变速箱负载控制单元12提供12V的直流稳压电源，第二直流电源14为变速箱控制单元15提供12V的直流稳压电源，在dSPACE硬件系统的操作面板中开始仿真时，上电后，dSPACE硬件系统16先从第一角度传感器32处获取第一齿轮30的当前位置（相当于当前选档执行机构所处的位置），从第二角度传感器37处获取第二齿轮35的当前位置（相当于当前换档执行机构所处的位置），并根据第一、第二齿轮的当前位置以及AMT变速箱仿真模型中的工况等因素，计算出选档需要加载的负载量和换档需要加载的负载量；在选档时，dSPACE硬件系统16把第一齿轮30的当前位置以及需要转动到的位置（相当于选档执行机构需要运动到的位置）传递给变速箱控制单元15，变速箱控制单元15控制选档驱动电机1转动，开始选档动作；同时，dSPACE硬件系统16把选档需要加载的负载量传递给变速箱负载控制单元12，变速箱负载控制单元12控制选档负载电机11转动，进行相应加载（加载量由变速箱负载控制单元控制选档负载电机的转速来实现），第一转速扭矩传感器7测量出实际加载的负载量，反馈给dSPACE硬件系统16，与AMT变速箱仿真模型计算出的需要加载的负载量进行匹配，如果加载不够，则继续加载，加载满足后，变速箱负载控制单元12控制选档负载电机11停止加载（即选档负载电机保持该转速不变），保留其加载量；如果加载过大，而选档驱动电机1还没有走到所选的档位，第一减速增扭自锁机构3自锁（即第一单头蜗杆28与第一蜗轮29起作用），锁死负载端，阻止选档负载电机11的动力传到选档驱动电机1，同时保留负载（即保留加载量），直至选档驱动电机1走到所选的档位；选档完成后，进行换档时，dSPACE硬件系统16把第二齿轮35的当前位置以及需要转动到的位置（相当于换档执行机构需要运动到的位置）传递给变速箱控制单元15，变速箱控制单元15控制换档驱动电机17转动，开始换档动作；同时，dSPACE硬件系统16把换档需要加载的负载量传递给变速箱负载控制单元12，变速箱负载控制单元12控制换档负载电机27转动，进行相应加载（加载量由变速箱负载控制单元控制换档负载电机的转速来实现），第二转速扭矩传感器23测量出实际加载的负载量，反馈给dSPACE硬件系统16，与AMT变速箱仿真模型计算出的需要加载的负载量进行匹配，如果加载不够，则继续加载，加载满足后，变速箱负载控制单元12控制换档负载电机27停止加载（即换档负载电机保持该转速不变），保留其加载量；如果加载过大，而换档驱动电机17还没有走到需换的档位，第二减速增扭自锁机构19自锁（即第二单头蜗杆33与第二蜗轮34起作用），锁死负载端，阻止换档负载电机27的动力传到换档驱动电机17，同时保留负载（即保留加载量），直至换档驱动电机17走到需换的档位；仿真每个选、换档位；结束仿真。

本发明能仿真AMT变速箱在各种参数组下各个功能的完整性、性能的可靠性和安全性等，还可仿真对AMT变速箱在各种工况下的换档品质。