ASCS物理系统的时序逻辑与响应过程

为了运用车辆动力学知识对ASCS 物理系统响应行为进行故障检测和诊断，首先需要获得ASCS 物理系统响应过程的动力学数学模型。从ASCS 运行过程可知，ASCS 物理系统响应过程是多个不同物理系统响应子过程在时间轴上的时序逻辑组合，因此ASCS 物理系统响应过程的数学模型包含两部分：物理系统响应子过程的时序逻辑和物理系统响应子过程。首先，通过结合ASCS 自身结构特点，建立ASCS 物理系统响应过程的时序逻辑库。其次，对ASCS 物理系统响应子过程进行局部建模，其中局部模型分别包含车辆传动系统数学模型和操控系统数学模型，最终实现ASCS 物理系统响应过程的数学建模。

由AMT 系统构造可知，换挡执行器包括变速器的选位执行器、挂挡执行器和离合器执行器，而车辆的油门和制动两部分是由驾驶员直接控制的，操控系统不做主动干预，因此ASCS 物理系统响应过程可划分为选位过程、摘挡过程、挂挡过程、离合器分离过程和离合器接合过程，如图9.10所示。

图9.10　ASCS 物理系统响应过程类型

图9.11 和图9.12 是ASCS 实际运行过程数据采集结果。

图9.11 中，当ASCS 系统产生起步指令后，发生一系列的物理系统响应过程：离合器分离过程、选位过程、变速器主箱挂挡过程、离合器接合过程，从而实现车辆起步的控制功能。在图9.12 中，为满足车辆行驶的动力性需求，当发动机转速超过某设定阈值时，ASCS 系统产生升挡指令，并产生相应的物理系统响应过程：离合器分离过程、摘挡过程、变速器副箱挂挡过程（副箱只有高低两挡，不存在选位问题）、选位过程、变速器主箱挂挡过程、离合器接合过程。

通过图9.11 和图9.12 物理系统响应过程的时序逻辑对比发现，ASCS 物理系统响应过程是以六个子过程作为元素，并按照一定时序逻辑组合而成的，而该时序逻辑取决于ASCS 系统的决策指令。不同的决策指令对应着不同的物理系统响应过程的时序逻辑，由于ASCS 物理系统响应过程属于ASCS 混杂系统轨迹的一部分，因此可将时序逻辑看作物理系统响应过程的混杂阈值条件，运用混杂动态系统理论来描述ASCS 物理系统响应过程的运行轨迹。更为重要的一点是，任何物理系统响应过程的时序逻辑均受限制于定轴式机械变速器的平台结构，从而可提取出一个公共的基础时序逻辑，如图9.13所示。

图9.11　车辆起步物理系统响应过程

图9.13 中S0 ～S5 分别代表相应的物理系统响应子过程。离合器分离过程S0 为整个物理系统响应过程起始的原因是：当AMT 车辆传动系统改变状态时，为保证挡位切换的平顺性，首先需要中断车辆的动力传输。摘挡过程S1的时序取决于定轴式机械变速器的固有结构，若要切换车辆挡位必须先退出当前挡位槽。变速器副箱挂挡过程S2 位于变速器主箱挂挡过程S4 之前是为减小变速器副箱挂挡主动部分的转动惯量，提高挂挡的顺畅性。

从AMT 电控单元功率的角度出发，当变速器选位到某设定位置后，需持续控制执行器以保持变速器选位位置不变，而变速器副箱挂挡过程S2 完成后无须持续控制执行器，因此为了有效地控制电控单元的消耗功率，将变速器副箱挂挡过程S2 放置于选位过程S3 之前。选位过程S3 和变速器主箱挂挡过程S4 的先后顺序显而易见，符合定轴式机械变速器的结构，而离合器接合过程S5 是恢复车辆行驶动力，结束整个物理系统响应过程。

图9.12　车辆5 挡升6 挡物理系统响应过程（见彩插）

图9.13　物理系统响应过程公共时序逻辑

根据混杂自动机原理，将图9.13 中的物理系统响应过程表示为TrajetoryH（x0，q0）。在图9.14 中，当系统满足Gi→j（x，q，t）＝0 条件时，ASCS 系统将按照设定的控制逻辑产生时刻tk 的新离散事件qk+1，x（tk－1，tk）表示从离散事件产生时刻tk－1到下次离散事件产生时刻tk 之间物理系统响应子过程。为了简化物理系统响应过程轨迹的表述，令 从而获得ASCS物理系统响应过程的公共轨迹方程(www.xing528.com)

图9.14　物理系统响应过程轨迹

同理，运用混杂系统轨迹方法描述图9.11 和图9.12 的物理系统响应过程，则图9.11 车辆起步物理系统响应过程轨迹为

图9.12 中5 挡升6 挡物理系统响应过程轨迹为

当发动机转速过低时，离合器自动分离，待发动机转速上升时离合器缓慢接合，防止发动机熄火的物理系统响应过程轨迹为

通过不同的物理系统响应过程轨迹的比较，可以总结出以下两个特点。

（1）任何物理系统响应过程轨迹均符合公共的时序逻辑顺序，见图9.13，但不同的物理系统响应过程轨迹包含的元素（物理系统响应子过程）不一致，这取决于车辆传动系统的需求。

（2）虽然不同物理系统响应轨迹符合公共的时序逻辑顺序，但是元素组合方式不一致，导致该现象的原因是ASCS 系统状态切换阈值条件Gi→j（x，q，t）＝0 的变化。而ASCS 系统状态切换阈值条件Gi→j（x，q，t）＝0 取决于ASCS系统决策指令。

由于ASCS 系统的决策指令是基于驾驶员意图和车辆行驶状态的人工设定逻辑，而决策指令是固定的、有限的，因此针对不同物理系统响应过程的状态切换阈值条件Gi→j，结合车辆自身固有特性和ASCS 控制逻辑，可将物理系统响应过程的时序逻辑总结并存储起来，形成时序逻辑专家知识库，如图9.15所示，为ASCS 物理系统响应过程数学建模奠定基础。

图9.15　物理系统响应行为的时序逻辑专家知识库

图9.15 中，工况①代表车辆行驶过程中自动升降挡的时序逻辑，工况②代表车辆从静止状态起步时序逻辑，工况③代表车辆摘空挡时序逻辑，工况④代表车辆防止发动机熄火或停车的时序逻辑，工况⑤代表车辆起步过程中驾驶员重新切换挡位时序逻辑。