邹涛

（上海汽车变速器有限公司 201807)

自动变速器不仅可以缓解驾驶员驾驶疲劳，而且可以降低燃油损耗，提高行车舒适性。湿式双离合自动变速器的离合器、拨叉动作以及润滑均由液压系统完成，换挡执行由软件控制。然而软件开发中会存在缺陷，在软件发布之前需要经过大量的测试以减少缺陷，提高软件的可靠性。测试软件的方法有模型在环测试（MIL）[1]和硬件在环测试（HIL）[2]。软件测试最重要的是提供整车仿真环境，整车仿真环境的精度越高，对软件开发就越有利。模型在环测试环境可以用于软件在环和硬件在环。硬件在环测试可以采用模型在环的整车环境，同时将ECU控制器、执行器和传感器集成到测试回路中，提高测试的真实性[3]。本文采用Simulink工具对湿式双离合变速器进行液压系统温度仿真，仿真模型为HIL提供测试环境。同时，仿真环境的应用能够提高软件开发效率，降低软件开发成本。

1 液压系统分析

液压系统在湿式双离合器控制中至关重要，液压系统为自动变速器提供换挡动力、离合器动力、离合器冷却和齿轮润滑。液压系统中液压油的特性与温度密切相关，在整个系统中，液压油的温度不能过高。考虑到仿真的目的是计算离合器温度传感器和油温传感器的温度，离合器动作和拨叉动作消耗的流量只在拨叉和离合器动作时起作用，而且流量不大，对整个液压系统影响较小，所以离合器和拨叉动作时的流量在本仿真中不考虑。

为了将液压原理图转换为数学模型，需要将液压原理图进行分析简化。主油路压力阀主要控制液压系统的压力，润滑流量电磁阀、冷却流量电磁阀和减压阀等电磁阀分别对相应支路流量或压力控制。在液压系统中，产生热量交换的主要元件是热交换器、奇数离合器、偶数离合器和齿轮润滑。

2 液压系统的流量和元件热量分析

液压系统热量的产生和液体的密度、介质的热交换系数、流量的大小以及介质的温度密切相关。热量的产生可用以下公式表示。

其中dQ为热量变化，cp为热交换系数，ρ为油液的密度，Temp为油液的温度，Volflow为油液的流量。上述公式为一个液压元件或者一条液压支路中产生的热量，如果是多条液压支路和液压元件产生的热量，则需要使用经验公式（2）表示[4]。液压回路中液压支路汇合点A的温度可以表示为，汇集点A所有元件产生的热量的和加上与汇集点相临的其他分支产生的热量。

液压系统中热量交换的4个主要部件热交换器、齿轮润滑、奇数离合器和偶数离合器的热量计算主要采用台架参数查表得到。热交换器热量的产生采用查表方式仿真，输入信号分别为油液温度和水温，输出为热交换器的能量。奇偶离合器的热量计算使用公式得到。

3 液压系统温度计算

液压系统的温度计算主要分为以下4个步骤：第一，基于每条支路的流量计算每个节点的温度；第二，计算每条支路的温度；第三，计算每个支路中产生的热量；第四，计算每条支路中的热量变化。

3.1 计算每个节点的温度

液压系统中共有6个节点和11个分支，这样可以得到6×11的温度矩阵和流量矩阵。计算节点的温度，需要考虑与此节点相连的所有分支路的温度和流量。因此，采用矩阵的方式计算，首先计算温度矩阵和流量矩阵的乘积；其次计算流量矩阵中节点流量的矩阵；最后将乘积除以节点流量矩阵就可得到节点的温度。

3.2 计算每条支路的温度

由于每条支路只有一个源头，所以采用节点温度矩阵乘以每个节点流入每个支路的矩阵，可以得到每条支路的温度矩阵。

3.3 计算支路中产生的热量

以矩阵的方式计算每条支路中产生的热量，其中分为流入支路的热量计算和流出支路的热量计算。

公式（3）为流入支路的热量计算公式，dQBranchinvec为支路产生的热量，TempBranchinvec为支路温度。公式（4）为流出支路的热量计算公式，其中dQBranchvec为支路冷却产生的热量，TempCoolant_vec为支路冷却温度。

3.4 液压系统中温度的计算

计算得到液压系统中产热元件产生的热量和液压系统中每条支路和节点产生的热量，然后根据公式（5）得到整个液压系统中每条支路的温度。

4 液压系统各元件温度仿真结果

将搭建好的模型在硬件在环中运行，运行工况为前进模式下，踩下加速踏板并保持在中间位置时的升挡和降挡工况。在HIL台架上，接入控制器、执行器和仿真温度传感器后，将信号发给ECU，得到的结果和MIL仿真结果类似，HIL仿真的结果和实车的测试结果也非常接近。HIL仿真结果如图1所示。图中4个信号依次为温度传感器信号、加速踏板信号、制动压力信号和挡位信号。其转换为数学模型，采用经验公式将模型中的每个分支和每个节点的温度分别进行计算。得到的温度模型能够体现出液压系统的温度特性，能够在硬件在环为软件测试提供测试环境。同时，通过对标实车参数，可以在实验室有效地验证自动变速器的部分功能，为自动变速器的功能开发提供了有力支持。

图1 HIL仿真结果

5 结束语

本文采用Simulink工具对液压系统进行建模，简化液压系统并将