轎車無級變速器綜合模糊控制研究.pdf

1、無級變速傳動(CVI)技術(shù)在汽車變速器的發(fā)展史上具有變革意義。近年來，越來越多的國家開始采用CVT作為汽車自動變速裝置，CVT在未來變速器的發(fā)展中將會占據(jù)主導(dǎo)地位。金屬帶式無級變速器與其他變速器相比技術(shù)優(yōu)勢明顯，它可以實現(xiàn)發(fā)動機與外界負(fù)荷的最佳匹配，可顯著地改善燃油經(jīng)濟(jì)性，提高車輛的動力性和駕駛平穩(wěn)性，是汽車?yán)硐氲膫鲃臃绞?。但無級變速控制系統(tǒng)的控制策略仍然是其開發(fā)的一個難點，目前在理論和實踐上還都不十分成熟。本文在國家科技攻關(guān)項目(項目

2、編號為2003BA435C)的資助下，對金屬帶式無級變速傳動系統(tǒng)的傳動機理、匹配及其控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的理論分析、仿真和實驗研究。本論文的研究具有重要的理論意義和較高的實用價值。 文中論述了國內(nèi)外金屬帶式無級變速器的發(fā)展歷史和當(dāng)前的技術(shù)狀況。分析了金屬帶式無級變速器的結(jié)構(gòu)及工作原理。針對金屬帶的特殊結(jié)構(gòu)，研究了金屬帶的受力情況及速比與帶輪工作半徑的關(guān)系，給出了帶輪夾緊力計算公式，由此得到了帶輪油缸的壓力與傳遞轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，

3、建立了在不同速比及載荷下主、從動帶輪油缸壓力平衡數(shù)學(xué)模型。針對傳動器的速比變化率在CVT、控制中的重要性，討論了速比變化率對汽車加速性能和加速時汽車平順性的影響。 利用三次樣條插值構(gòu)造了發(fā)動機轉(zhuǎn)矩模型。確定了發(fā)動機的最佳經(jīng)濟(jì)工作線和最佳動力工作線。在發(fā)動機燃油經(jīng)濟(jì)性模型的基礎(chǔ)上確定了發(fā)動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系。針對汽車行駛過程中所受到的各種阻力得出了汽車行駛方程式和汽車功率平衡方程式，由此可計算出汽車等速百公里燃油消耗量。討論

4、了實現(xiàn)汽車最佳經(jīng)濟(jì)性和最佳動力性的發(fā)動機與CVT最佳匹配控制策略，得出了多種不同工況不同階段的速比控制目標(biāo)，它是進(jìn)行速比控制的依據(jù)。 在分析離合器接合過程的主要影響因素及起步控制規(guī)律的基礎(chǔ)上，給出了離合器起步品質(zhì)評價指標(biāo)和離合器接合過程的數(shù)學(xué)模型，提出了一種基于模糊控制技術(shù)多參數(shù)控制離合器接合壓力的新方法。為了對離合器接合的非線性過程進(jìn)行合理控制設(shè)計了離合器模糊控制器。仿真結(jié)果表明，模糊控制策略與常規(guī)比例控制策略相比，可以降低因

5、離合器接合而對發(fā)動機造成的沖擊，同時可以有效地減小滑磨功，縮短離合器的接合時間。由于無級變速傳動系統(tǒng)具有高階非線性時變特征，其輸入輸出之間還具有強耦合關(guān)系。在汽車復(fù)雜運行工況和大量的不確定環(huán)境因素的影響下，傳統(tǒng)的控制方法已不能滿足系統(tǒng)的控制要求。本文提出了以加速踏板對應(yīng)的目標(biāo)功率為目標(biāo)控制量的油門一速比綜合模糊控制策略。構(gòu)造了油門、速比雙閉環(huán)綜合模糊控制系統(tǒng)。設(shè)計了油門自組織模糊控制器。依據(jù)不同工況設(shè)計了速比協(xié)調(diào)器，與速比模糊控制器一

6、起構(gòu)成了參數(shù)自調(diào)整模糊控制器。通過對發(fā)動機油門和CVT的速比進(jìn)行綜合控制，解決了動態(tài)過程中無級變速汽車動力性和經(jīng)濟(jì)性相協(xié)調(diào)的問題。 針對由發(fā)動機、離合器、CVT傳動系統(tǒng)和汽車載荷構(gòu)成的汽車整體模型，建立了離合器接合過程中不同階段CVT傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型，在此模型基礎(chǔ)上構(gòu)建了整車動態(tài)綜合仿真模型，基于該綜合仿真模型對汽車多種工況進(jìn)行了控制策略的仿真。仿真結(jié)果表明綜合模糊控制算法對于各種工況均具有較強的魯棒適應(yīng)性，且算法容易實現(xiàn)

7、。 研制了無級變速器電子控制單元TCU，給出了無級變速器CVT電子控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了TCU控制器局域網(wǎng)CAN的設(shè)計與實驗，得出了無級變速箱控制器CAN通訊的實測波形。根據(jù)所提出的綜合模糊控制策略及算法進(jìn)行了TCU的軟件設(shè)計并給出了程序流程圖。根據(jù)汽車行駛的不同工況，以韓國大宇MatizⅡ轎車為試驗樣車進(jìn)行了整車道路試驗。經(jīng)國家轎車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗及長時間的測試，證明應(yīng)用本文提出的綜合模糊控制算法的無級變速器電子控