9.3.3 实时仿真模型
9.3.3.1 仿真模型整体方案
目前国内外硬件在环仿真系统都以MATLAB&Simulink作为主流的建模工具，来开发车辆仿真模型。通常的车辆模型如图9-17所示。
图9-17 车辆模型架构图
1—软件控制子系统 2—发动机本体子系统 3—传动子系统 4—整车运动子系统 5—环境模型
软件控制子系统主要用来模拟控制器软件，用于在离线仿真时观察和调试模型的运行状态，在实际的控制器测试中可不需要该子系统，其中的输入信号（传感器信号sensor_signals和环境信号Environment_signals）和输出信号（Actuator_signals）都与真实控制器相连。软件控制子系统可包含发动机控制器ECU和自动变速器控制器TCU的控制软件模型，测试ECU时删除ECU控制子模型，配置发动机控制器相应的输入输出接口模型，接入真实ECU控制器。测试TCU时删除TCU控制子模块，配置变速器控制器相应的输入输出接口模型，接入真实TCU控制器。
发动机子系统用于模拟发动机系统，主要包含气路模块、供油系统模块、动力输出模块、冷却系统模块和后处理模块。
传动系子系统如图9-18所示，主要包含发动机转速计算模块、变速器模块和差速器模块。变速器模型包括手动变速器模型和自动变速器模型，手动变速器模型包括离合器模型和齿轮箱模型，自动变速器模型包括离合器模型、液力变矩器模型和齿轮箱模型。
图9-18 动力传动系统示意图
车辆动力学子系统主要包含车辆动力学模块、轮胎模块和负载模块。
路面及环境子系统中主要包含路面模块、气候模块、交通模块和驾驶人模型。驾驶人模型包括驾驶人纵向控制模型和信号选择模型纵向控制模型提供加速踏板、制动踏板、离合器踏板和档位的自动控制，以实现车速跟随，一般用于循环工况。信号选择模型用来选取钥匙、制动踏板、加速踏板、离合、档位、转向等信号，用于其他模块使用。
上述模块根据不同的车辆平台，进行相应调整，并根据具体车辆参数进行模型的参数化，以实现模型与整车的匹配。
9.3.3.2 自动变速器仿真模型
自动变速器模型用来计算变速器传动比和相应档位下的输入输出转速，主要包括液力变矩器模型、锁止离合器模型和齿轮箱模型3部分。
1.锁止离合器
锁止离合器与液力变矩器并联在一起，如图9-18所示。离合器摩擦转矩有静摩擦转矩和滑动摩擦转矩两部分组成。静态摩擦转矩在发动机和变速器输入轴转速差（ωEngine-ωTrm，In）稳定时由下式计算得出
离合摩擦转矩计算如下
其中，Tcst为静态摩擦转矩，Tcfr，max为离合器传递的最大摩擦转矩（由离合器的结构参数决定），D为离合器阻尼系数。(https://www.daowen.com)
2.液力变矩器
液力变矩器将发动机转矩经泵轮传递到涡轮、齿轮箱输入轴。
泵轮转矩的计算方式如下
其中，f（x）为泵轮转矩衰减函数，如图9-19所示，横坐标为涡轮泵轮转速比，纵坐标为泵轮转矩转速平方的比。ωT为涡轮转速，ωP为泵轮转速。
图9-19 泵轮转矩衰减曲线
涡轮转矩的计算方式如下
其中，g（x）为涡轮/泵轮转矩比的函数，如图9-20所示，横坐标为涡轮泵轮转速比，纵坐标为变矩系数。
图9-20 涡轮/泵轮转矩比
3.齿轮箱模型
自动变速器模型根据锁止离合器或变矩器输入的转矩、齿轮箱负载转矩来计算输出转速，模型考虑换档过程中转动惯量的变化，根据扩展牛顿第二定律中得到：
即
整理可得
其中，ω为变速器输出转速，Gr为自动变速器选定的当前档位，iGr为传动比，TC为离合器输出转矩，TD为差速器转矩，TB为制动转矩，JTransIn为变速器输入轴转动惯量，JTransOut为变速器输出轴转动惯量。