轿车半自动机械变速器换挡过程控制技术研究与开发

论文摘要

半自动机械式变速器（SAMT, Semi-Automatic Manual Transmission）在手动机械变速器（MT, Manual Transmission）的基础上加装控制系统实现换挡过程中离合器的控制智能化,即换挡时刻仍由驾驶员决定,换挡杆由驾驶员手动操纵,但换挡过程中的离合器运动、发动机负荷调节是通过电控单元根据内部程序自动控制实现的。半自动机械变速器SAMT具有传动效率高、结构简单、智能化控制和成本低等优点,特别适合在现有汽车上改装,有广阔的发展前景。本文针对可以实现“离合器自动,选换挡手动”功能的SAMT变速器进行研究,主要研究内容如下：介绍了模糊控制和神经网络控制这两种人工智能控制技术的理论基础,模糊控制和神经网络控制理论在解决非线性问题方面有明显优势,可以模仿人脑智能,结合半自动机械变速器SAMT具有多输入、多输出、不确定干扰源的运行特点,采用模糊控制和神经网络控制理论将驾驶经验运用到半自动机械变速器SAMT的控制中。通过对车辆动力学和离合器运动过程的理论分析研究,以换挡平顺为目标,以换挡时间、冲击度、滑磨功为指标,分别采用基于模糊控制和神经网络控制理论制定的离合器控制策略,设计了以加速踏板位移、加速踏板位移变化率、离合器主从动盘的转速差及转速差的变化率为输入变量,以离合器接合速度为输出变量的控制系统；设计了电控液动式离合器执行机构,通过调节PWM信号占空比实现离合器摩擦片的接合速度控制,其性能在液压仿真环境下得以验证。通过对发动机特性的研究以及换挡过程中发动机负荷变化情况的分析,基于模糊控制和神经网络控制理论制定了发动机负荷调节控制策略,设计了以离合器主从动盘转速差及转速差的变化率为输入变量,以发动机节气门变化值为输出变量的控制系统,既保证换挡过程中发动机的稳定运行,又要保证换挡平顺性。结合离合器控制和发动机负荷调节控制策略进行电控单元的硬件和软件的设计,依据所提出的控制方案,设计了ECU硬件电路,选择单片机型号为NEC78F0547D,对外围电路做了布置并对信号处理做了分析,最后绘制了相关电路图。结合车辆动力学分析以及离合器工作原理,基于MATLAB/SIMULINK分别对发动机、离合器、控制系统和整车进行建模,并在不同工况下进行了仿真,对仿真结果进行分析得出结论,本文所设计的控制系统可以实现换挡过程中的离合器控制以及发动机负荷调节,可以有效降低了汽车的换挡冲击,提升SAMT换挡品质,并改善汽车燃油经济性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 半自动机械式变速器SAMT概述
• 1.2.1 AMT分类
• 1.2.2 AMT发展过程
• 1.3 模糊控制与神经网络理论简介
• 1.3.1 智能控制技术在汽车上的应用
• 1.3.2 模糊控制理论简介
• 1.3.3 神经网络理论简介
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 SAMT变速器整体方案及关键技术
• 2.1 SAMT的系统组成
• 2.2 SAMT整体方案
• 2.3 SAMT控制系统关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 SAMT变速器离合器控制及发动机负荷调节
• 3.1 换挡品质评价指标
• 3.2 发动机负荷调节控制
• 3.2.1 换挡过程中发动机负荷变化研究
• 3.2.2 电子节气门对发动机的调节
• 3.2.3 发动机负荷调节控制策略（模糊控制理论）
• 3.2.4 发动机负荷调节控制策略（神经网络理论）
• 3.3 离合器控制
• 3.3.1 离合器结合过程分析研究
• 3.3.2 离合器控制策略（模糊控制理论）
• 3.3.3 离合器控制策略（神经网络理论）
• 3.3.4 离合器执行机构设计
• 3.3 模糊控制和神经网络控制方法的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 SAMT变速器控制系统的设计开发
• 4.1 SAMT变速器控制系统硬件电路设计
• 4.2 SAMT变速器控制系统软件设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 SAMT系统建模仿真及数据分析
• 5.1 系统建模
• 5.1.1 发动机建模
• 5.1.2 离合器及车辆动力学建模
• 5.1.3 控制系统建模
• 5.1.4 整体建模
• 5.2 系统仿真及数据分析
• 5.2.1 起步工况
• 5.2.2 运行工况
• 5.3 模糊控制与神经网络控制的缺陷
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间公开发表论文及著作