基于Fuzzy-PID的CVT综合控制策略研究

论文摘要

无级变速器特别是金属带式无级变速器的应用前景非常好,研究和发展无级变速传动技术有着非常重要的意义。目前国内外的研究对于金属带传动机理和液压控制系统工作特性对传动效率以及控制性能的影响等问题不够重视,这些都制约了金属带式无级变速传动的动力性、经济性等各项性能的进一步提高,也使金属带式无级变速传动的传动效率处于较低水平。针对这些问题,本文做了如下工作:首先,建立金属片推力分布和金属环张力分布的数学模型,分析金属环的张力和金属片间的推压力在转矩传递中起到的作用。建立金属带传动几种主要功率损失的数学模型,并通过仿真试验的方法得出提高金属带传动传动效率的有效方法。建立夹紧力、速比液压控制系统的数学模型,分析液压控制系统的滞后特性对无级变速器的控制性能的影响;分析液压控制系统中造成功率损失的主要部件的功率损失情况,重点对供油泵和比例溢流阀匹配问题造成的功率损失进行数学建模,分析功率损失机理。对上述问题提出一些改进措施。根据金属带式无级变速器的两种不同工作模式,动力模式和经济模式,分别制定发动机最佳经济性工作路线和发动机最佳动力性工作路线,为实现无级变速器的实时匹配做好准备工作。然后,在充分考虑液压控制系统的工作特性、金属带传动的传动机理以及发动机与金属带式无级变速器的匹配等情况的基础上设计金属带式无级变速器综合控制策略,提出基于模糊PID的夹紧力控制策略,基于滞后特性的速比控制策略,基于分段控制的湿式离合器起步控制策略,基于传动效率的液力变矩器工作策略,基于发动机制动的无级变速汽车车速控制策略,而且通过约定各个控制策略的工作范围,协调相互关系。最后,将南汽研究院的原MG—ROVER的传动系统试验台进行改造,并结合dSPACE/Simulator建立基于HIL的能够模拟道路试验的无级变速传动试验台。后期为了进一步验证以上研究工作,将研究的金属带式无级变速器电液控制系统在Fiat的Paliol.3L轿车上装车进行道路试验。通过试验结果分析可以得出,各项控制策略在充分考虑液压控制系统的工作特性等情况的基础上能够较好的提高汽车的各项性能。本文的创新点在于:(1)通过数学建模分析金属带传动的功率损失机理,得出转矩比对于金属带传动的传动效率有较大的影响,通过合理的控制夹紧力可以使转矩比保持在理想的状态下,进一步提高金属带传动的传动效率。(2)通过数学建模分析、试验验证的方法,论证液压控制系统滞后特性和功率损失问题对金属带式无级传动控制性能以及传动效率的影响,并提出多路混合的电磁阀驱动方法等相应的有效措施。(3)提出基于模糊PID的夹紧力控制策略,模糊计算目标夹紧力,合理控制夹紧力,减少带组摩擦等造成的功率损失,提高传递效率。(4)提出基于滞后特性的速比控制策略,根据驾驶员意图分别对从动轮转速信号和速比控制阀驱动信号进行修正,提高急加速时汽车的驾驶性能以及缓加速时汽车的燃油经济性。(5)提出基于分段控制的湿式离合器起步控制策略,根据各阶段工作特点设计有针对性的控制方法,提高了无级变速汽车的起步性能。提出基于发动机制动的无级变速汽车车速控制策略,在下长坡特殊工况下进一步发挥了无级变速传动的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车变速器的发展
• 1.2 无级变速传动发展与应用现状
• 1.3 金属带式无级变速传动的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 金属带式无级变速传动机理
• 2.1 金属带传动的基本原理和传动特性
• 2.1.1 金属带传动的基本原理
• 2.1.2 金属带传动的传动特性
• 2.2 金属带式无级变速传动的受力分析
• 2.2.1 金属环张力
• 2.2.2 金属推块上的作用力
• 2.2.3 金属带的受力分析
• 2.2.4 带传递的转矩
• 2.3 金属带式无级变速传动的运动分析
• 2.3.1 金属带式无级变速传动的基本运动关系
• 2.3.2 金属带传动的滑转率
• 2.4 金属带式无级变速传动的功率损失分析
• 2.4.1 带组摩擦造成的功率损失
• 2.4.2 金属带进出带轮造成的功率损失
• 2.4.3 带滑动造成的功率损失
• 2.4.4 金属带传动的功率损失分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 金属带式无级变速器液压控制系统研究
• 3.1 液压控制系统构造与工作原理
• 3.1.1 夹紧力和速比控制系统
• 3.1.2 离合器控制系统
• 3.1.3 液力变矩器及锁止控制系统
• 3.2 液压控制系统工作特性分析
• 3.2.1 滞后特性分析
• 3.2.2 功率损失分析
• 3.3 针对工作特性提出的改进措施
• 3.3.1 电磁阀多路混合驱动方法
• 3.3.2 电动液压油泵
• 3.4 本章小结
• 第四章 金属带式无级变速器综合控制策略研究
• 4.1 金属带式无级变速传动的综合控制概述
• 4.2 发动机工作路线及目标速比确定
• 4.2.1 发动机转速特性
• 4.2.2 发动机万有特性
• 4.2.3 发动机工作路线及目标速比确定
• 4.3 基于模糊PID的夹紧力控制策略
• 4.3.1 夹紧力唯一控制原理
• 4.3.2 目标夹紧力模糊计算
• 4.3.3 实际夹紧力模糊PID控制
• 4.4 基于滞后特性的速比控制策略
• 4.4.1 滞后特性对汽车经济性能和驾驶性能的影响
• 4.4.2 基于驾驶员意图的经济性和动力性的统一
• 4.4.3 基于经济性的从动轮转速信号修正策略
• 4.4.4 基于动力性的比例减压阀驱动信号修正策略
• 4.5 基于分段控制的湿式离合器起步控制策略
• 4.5.1 离合器起步情况的主要性能指标
• 4.5.2 离合器工作过程各阶段的工作特点
• 4.5.3 离合器接合分段控制策略
• 4.6 基于传动效率的液力变矩器工作策略
• 4.6.1 液力变矩器锁止与解锁
• 4.6.2 液力变矩器传动比控制
• 4.7 基于发动机制动的无级变速汽车车速控制策略
• 4.7.1 发动机制动能力分析
• 4.7.2 下长坡车速控制策略
• 4.8 本章小结
• 第五章 金属带式无级变速器电控系统试验研究
• 5.1 金属带式无级变速器电控系统台架试验
• 5.1.1 基于HIL的金属带式无级变速传动系统试验台架
• 5.1.2 金属带式无级变速传动系统台架试验
• 5.2 金属带式无级变速器整车道路试验
• 5.2.1 基于滞后时间修正的速比控制试验及数据分析
• 5.2.2 基于分段控制的离合器起步试验及数据分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 本文创新点
• 6.3 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间发表与完成的论文
• 博士期间参加的科研项目
• 申请专利