自动变速器负载模拟器的设计与研究

论文摘要

自动变速器是汽车自动换挡系统的核心部件,其性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性和平稳性,在其开发过程中,需要测试其性能。若在实车上进行测试,测试效果比较好,但成本高,且有一定的安全风险,因此一般通过设计专业的测试装置来测试其性能。国外的测试装置已比较成熟,但在我国仍处于发展阶段,因此我们对其进行了设计和研究。本文主要设计一个被动式变阻尼负载模拟器,机械系统由一个液压缸和一个可变节流阀组成,当外部装置推动液压缸活塞杆运动时,通过伺服电机控制节流阀节流面积,进而控制系统的阻尼,系统就表现出相应地阻碍活塞杆运动的力,即所要模拟的负载力。此负载力是节流口面积和活塞杆运动速度的函数,由于活塞杆的运动规律已经给定,因此只要调节节流口面积的大小就可以输出相应的负载力。通过分析,为了使负载模拟范围满足要求,液压缸采用拟静压支承式液压缸。本文主要内容包括:首先设计了液压缸和节流阀,初定了液压缸及节流阀参数,并对节流口形式作了数学描述,然后对整个系统数学建模,并在此基础上进行仿真分析。设计指标对系统快速性及准确性要求很高,通过仿真分析后确定了系统模型的参数,作为反馈来指导后续的设计工作,并且调试了PID控制器的控制参数,确定了用经典PID控制算法能满足本系统的控制要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及课题的研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.3 系统方案比较分析与设计
• 1.3.1 液压伺服阀控缸
• 1.3.2 气动伺服系统
• 1.3.3 电气伺服系统
• 1.3.4 液压伺服变阻尼
• 1.4 系统方案的设计
• 1.4.1 要求模拟的负载特性的简单描述
• 1.4.2 系统原理组成
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 阻尼器的设计计算
• 2.1 系统主要参数的确定
• 2.2 液压缸尺寸理论计算
• 2.3 节流阀尺寸设计计算
• 2.3.1 节流阀形式的选择
• 2.3.2 节流阀芯阀套尺寸
• 2.3.3 阀芯节流口曲线的推导
• 2.3.4 阀套节流孔的设计
• 2.3.5 阀芯节流口形状的数学描述
• 2.4 本章小结
• 第3章 液压缸及节流阀的设计
• 3.1 液压缸的设计
• 3.1.1 液压缸安全系数的选择
• 3.1.2 液压缸承载力的计算
• 3.1.3 液压缸工作压力的确定
• 3.1.4 工作行程的确定
• 3.1.5 液压缸结构设计与校核
• 3.2 节流阀的设计
• 3.2.1 阀套的壁厚
• 3.2.2 转阀芯处液动力的分析
• 3.2.3 阀芯处泄露的计算与分析
• 3.2.4 转阀芯处由于密封引起的摩擦力与摩擦转矩的计算
• 3.2.5 转阀芯转动惯量的计算
• 3.3 管路直径的确定及校核
• 3.4 机械结构设计
• 3.4.1 液压缸
• 3.4.2 液压阀结构
• 3.5 本章小结
• 第4章 数学建模及仿真分析
• 4.1 数学建模
• 4.1.1 液压缸和节流阀的数学模型
• 4.1.2 伺服电机驱动阀芯模型
• 4.1.3 PID控制器
• 4.1.4 系统整体模型的建立
• 4.2 待模拟负载数据输入
• 4.3 仿真模型的建立
• 4.3.1 液压缸和节流阀仿真模型
• 4.3.2 系统整体仿真模型的建立
• 4.3.3 部分参数估算及设定
• 4.4 系统整体仿真分析
• 4.5 液压缸及节流阀快速性分析
• 4.5.1 流量方程的线性化
• 4.5.2 对该系统性能的分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢