汽車傳動系動態(tài)模擬試驗技術(shù)研究.pdf

1、汽車傳動系動態(tài)模擬試驗技術(shù)是我國汽車領域與國外存在較大差距的關鍵技術(shù)之一。汽車在實際行駛過程中，發(fā)動機動態(tài)激勵和道路隨機載荷激勵使汽車傳動系部件所受負載處于高動態(tài)激振過程中，這對汽車傳動系的運行特性帶來很大影響，汽車傳動系零部件的研發(fā)和試驗測試迫切需要具有能夠盡可能接近汽車實際道路行駛工況的室內(nèi)動態(tài)模擬試驗平臺。高動態(tài)模擬技術(shù)對道路模擬系統(tǒng)的機械動態(tài)特性和控制系統(tǒng)的響應帶寬有很高的要求，是國內(nèi)外汽車檢測公司和研發(fā)部門需要攻克的技術(shù)難題。

2、傳統(tǒng)的室內(nèi)臺架試驗設備大多以靜態(tài)和準動態(tài)試驗為主，然而隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，新能源汽車研發(fā)、自動變速器硬件在環(huán)試驗技術(shù)和傳動系NVH測試等試驗工況對動態(tài)模擬技術(shù)提出了更高的要求。汽車傳動系動態(tài)模擬試驗技術(shù)的研究屬于汽車技術(shù)領域的前沿課題，該研究成果可以有效解決我國現(xiàn)有汽車試驗檢測裝備無法為汽車零部件檢測提供高動態(tài)試驗測試工況的問題，對提升我國汽車自主開發(fā)能力具有重要意義。
　　發(fā)動機動態(tài)（扭振）模擬技術(shù)、汽車道路行駛工況負載模擬技術(shù)

3、和實際道路隨機載荷再現(xiàn)技術(shù)是汽車傳動系統(tǒng)高動態(tài)試驗系統(tǒng)的三大關鍵技術(shù)。論文針對臺架系統(tǒng)的時間響應和信號傳輸?shù)戎T多時延和滯后因素嚴重影響模擬系統(tǒng)的魯棒性和控制精度的問題，提出了新型 Smith預估補償控制方法，明顯提高了發(fā)動機扭振模擬系統(tǒng)的控制性能。通過對汽車起步、加（減）速和換擋等汽車道路行駛工況特征進行深入研究，針對汽車動態(tài)模擬試驗臺架系統(tǒng)存在的高階、非線性、多變量特征導致無法利用逆動力學模型進行動態(tài)負載模擬的技術(shù)難題，提出了基于轉(zhuǎn)速

4、自適應預測控制的道路工況負載模擬控制方法，達到了整車道路行駛負載高精度模擬的效果，提高了利用電慣量模擬整車加速慣性力矩的控制精度。針對室內(nèi)臺架模擬隨機路面激勵載荷高頻激勵和沖擊響應波形容易失真的技術(shù)難題，提出了一種基于滑模迭代學習控制理論的道路載荷模擬控制方法，提高了道路模擬試驗中實際道路載荷譜的再現(xiàn)精度。利用本文研究成果，開發(fā)了國內(nèi)第一臺具備高動態(tài)試驗功能的汽車傳動系試驗設備，并將該技術(shù)應用于多個企業(yè)委托研制的新型汽車動力傳動系統(tǒng)試驗

5、臺。
　　論文主要研究內(nèi)容如下:
　　1.建立了傳動系動態(tài)模擬試驗臺架數(shù)學模型，開展了動態(tài)模擬試驗臺架動態(tài)特性分析。鑒于汽車傳動系動態(tài)試驗臺架系統(tǒng)機械參數(shù)和電氣參數(shù)及非線性耦合因素對模擬系統(tǒng)動態(tài)控制性能的影響，利用系統(tǒng)模型分析了機械參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響，對動態(tài)試驗臺架的阻尼、慣量、剛度等關鍵參數(shù)進行了辨識，為臺架系統(tǒng)動態(tài)模擬控制提供了理論基礎。結(jié)合汽車傳動系的動態(tài)模擬試驗技術(shù)需求和臺架模擬系統(tǒng)性能特征，完成了對臺架模擬系

6、統(tǒng)驅(qū)動單元、聯(lián)軸器和負載單元等關鍵部件的設計和選型。
　　2.為了解決常規(guī)發(fā)動機模型不能用于動態(tài)模擬實時控制的難題，采用把發(fā)動機周期扭振信號分離為平均扭矩信號和高頻激振信號，高頻激振信號分解為發(fā)動機往復慣量引起的激振和燃燒壓力引起的激振。建立的發(fā)動機扭振具有實時控制模型，計算量小，運行速度快，滿足了發(fā)動機模擬高動態(tài)實時控制的要求。
　　3.針對臺架系統(tǒng)的時間響應和信號傳輸?shù)戎T多延時和滯后因素嚴重影響模擬系統(tǒng)的魯棒性和控制精度

7、的問題，提出的新型Smith預估補償控制方法將反饋通路中傳感器到控制器的時延從控制系統(tǒng)中徹底消除，從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了對系統(tǒng)通訊時延和滯后時延的雙重Smith動態(tài)預估補償控制。明顯提高了發(fā)動機高動態(tài)模擬系統(tǒng)的控制性能，解決了發(fā)動機高瞬態(tài)扭振激勵工況模擬的難題。成功開發(fā)了國內(nèi)第一臺具備發(fā)動機高動態(tài)扭振模擬功能的傳動系試驗臺驅(qū)動系統(tǒng)。高瞬態(tài)扭振模擬試驗結(jié)果表明，新型Simth預估控制精度明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制方法。
　　4.針對汽車動態(tài)模擬

8、試驗臺架系統(tǒng)存在的高階、非線性、多變量特征導致無法利用逆動力學模型進行動態(tài)負載模擬的技術(shù)難題，提出了一種基于轉(zhuǎn)速自適應預測控制的汽車道路工況負載模擬方法。該方法根據(jù)汽車所受動態(tài)載荷的變化，分別利用線性擬合預估方法、二次曲線擬合預估方法和三次多項式最小二乘擬合預估方法對模擬系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進行自適應動態(tài)預測控制。該控制方法避免了速度閉環(huán)補償控制的復雜算法，降低了模型參數(shù)不準確對系統(tǒng)控制精度的影響。達到了模擬整車道路行駛工況負載的效果，提高了利用

9、電慣量模擬整車加速慣性阻力矩的控制精度。行駛工況模擬試驗結(jié)果表明模擬系統(tǒng)能夠真實地模擬汽車實際行駛工況，成功開發(fā)了能高精度模擬汽車傳動系道路行駛工況的試驗臺加載系統(tǒng)。
　　5.為了解決室內(nèi)臺架模擬隨機路面激勵載荷高頻激勵和沖擊響應波形容易失真的技術(shù)難題，利用變結(jié)構(gòu)控制對系統(tǒng)參數(shù)和外部干擾具有不變性的特點和迭代學習控制不依賴于精確數(shù)學模型的優(yōu)勢，提出了一種基于滑模迭代學習算法的汽車道路載荷模擬控制方法。道路模擬試驗結(jié)果表明，滑模迭代

10、學習控制方法明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制，當模擬系統(tǒng)多次迭代學習后最大跟蹤誤差降到3.8％左右，顯著提高了室內(nèi)道路載荷模擬的跟蹤精度。
　　在以上研究的基礎上，結(jié)合課題組承擔的試驗設備研發(fā)項目，作者開發(fā)了用于汽車傳動系動態(tài)模擬試驗的發(fā)動機扭振模擬控制單元、汽車傳動系動態(tài)工況負載模擬控制單元和道路隨機載荷模擬控制器，并應用于東風農(nóng)機公司項目《CVT綜合性能試驗臺》、廣汽乘用車有限公司項目《變速器綜合性能試驗臺》、重慶高金實業(yè)有限公司項目《