变速器模块的功能和优化方法

变速器是混合动力汽车传动系统中的重要部件，主要有以下作用：改变传动比，调节驱动轮转矩及转速大小，以满足行驶工况的要求；变速器挡位置于空挡状态时，中断动力传递，便于发动机起动或怠速；变速器挡位置于倒挡状态时，车辆可进行倒车操作。由于动力在变速器的传递过程中存在摩擦损失，还要受到转动惯量及换挡延迟时间的影响，因此，很难建立变速器精确的理论模型，大多是采用经验公式的方法进行建模。变速器模型用来在发动机、转矩转化器或者电机模型与车轮驱动桥之间传递转矩、转速和能量等物理信息。它通过一个车载CPU来控制，实现传动比的变化，以满足模型对速比的要求。对于变速器的模型，可以有两种换挡方式：一种是根据发动机的转速进行换挡；另外一种是换挡时不仅判断发动机转速，还要判断发动机的负荷，一般原则是当发动机负荷较大时，换挡时刻对应的发动机转速应当相应增高。为保证换挡时不发生车速的突变，必须建立合理的换挡区域。为了协同考虑汽车的动力性和燃油经济性，换挡策略是整车匹配中非常重要的内容。

变速器挡位置于在挡状态时，变速器的输出转速、输出转矩及输出转动惯量可由下式计算：

式中，ω_out为变速器输出转数；ω_in为变速器输入转数；i_g为变速器当前挡位传动比；T_out为变速器输出转矩；T_in为变速器输入转矩；J_out为变速器输出转动惯量；Jin为变速器输入转动惯量；J_ti为变速器输入轴转动惯量；J_to为变速器输出轴转动惯量。

在变速器置于空挡的情况下，变速器的输出转速、输出转矩及输出转动惯量可由下式计算：

式中，ω_in_0为变速器空挡时输入转速。

在ADVISOR中，变速器模块通常和发动机模块、电机模块、转矩耦合模块或者主减速器模块进行物理量（如转矩、转速以及功率）信息交换。后向通道中，从主减速器模块读取请求转矩和转速，提交给变速器控制模块。控制模块读取当前挡位和车速、发动机工作点以及电动机和发动机附件的分流载荷，通过计算发出换挡命令传给变速器模块。变速器模块通过查表得到当前的转矩损失，并计算得到需要的惯性力矩进而求解所需的转矩，而在换挡时不传递转矩。前向通道中，计算后向通道的传递效率，应用后向的损失转矩，计算结果向上传递。其模型主要包括：换挡规律模块、输出轴力矩计算模块和输出轴转动惯量计算模块等。图4-17为ADVISOR中变速器仿真模块图。

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图4-17 ADVISOR变速器仿真模块图

后向通道中向上游模块传递的转矩是三个部分求和得到的，分别是下游请求转矩经过齿轮传动后的转矩、加速回转件克服的惯性力矩，以及齿轮啮合及轴承等零件的损失转矩。其中，前两项只需乘以相应系数。对于损失转矩，由于不同挡位的传递路线不同，因此有不同的传动损失。经过对变速器各挡位的台架试验，将各挡位的效率视为以输出轴转矩和转速为自变量的函数，并将测试得到的离散数据点写入数组，仿真时应用三维插值得到所需的变速器效率。

由于在定义变速器效率时，采用的是离散定义，对于每一挡位定义了相应的效率，因此不适用Simulink中给定的任何模块。基于上述原因，图中的效率计算采用Simulink中特定的S函数解决。根据输出轴转矩、输出轴转速、当前变速器挡位三个变量插值求解当前效率的问题。在S函数对应的M文件中应用了inter2命令进行计算。求得当前传动效率后，根据当前动力传动方向，分别计算正向传递和反向传递时的输入轴需求转矩，再根据变速器运行状态决定选取哪一项输出。另外也需要注意，当输出轴转速为零时，变速器的转矩损失也为零。变速器模型也包含了一些错误自检和预防出现迭代奇异值的小模块，以确保模型仿真的正常进行。

ADVISOR变速器模块对应的Simulink子模型为gearbox＜gb＞。其M文件位于＂\ADVISOR2002\data\transmission＂文件夹中，建模过程中需新建对应变速器的M文件或在已有基础上修改变速器参数进行二次开发。变速器模块中需要定义的部分参数如下：

变速器挡位数：gb_gears_num=maX（size（gb_ratio））。

变速器各挡速比：gb_ratio=[1.46]。

变速器质量（kg）：gb_mass=120。