金属带式无级变速器速比控制的研究

论文摘要

无级变速器CVT(Continuously Variable Transmission)作为汽车理想的变速传动装置,具有广阔的发展前景和市场空间。与目前应用广泛的自动变速器相比,它具有性能优良、结构简单、可以实现连续无级变速等优点。因此无级变速器越来越受到人们的重视并获得了较快地发展,世界上主要的汽车厂商都在进行无级变速器的研发工作,其中尤以对金属带式无级变速器的研究最多,技术也最成熟。对金属带式无级变速传动的研究主要集中在对其变速控制系统上,而速比控制作为金属带式无级变速器变速控制系统最重要内容之一,是控制发动机工作在最佳工作点处的关键。文章首先对金属带式无级变速器的传动机理进行分析,确定了从动带轮的夹紧力;针对金属带式无级变速传动的电液控制系统进行探讨,建立了CVT液压系统的数学模型,并利用该模型分析了液压控制系统相关参数对速比变化率的影响;然后对CVT与发动机的匹配进行研究,在此基础上提出其控制策略。论文重点集中在速比控制的问题上,对不同行驶工况下目标速比的确定、速比变化率对汽车性能的影响、速比控制器的设计等问题展开研究。在理论分析的基础上,利用AMESim软件建立一个CVT传动系统仿真模型,该模型可以对不同工况下CVT的速比进行控制,并可以对有关性能指标进行直观的分析,以此对理论分析进行验证。最后针对实际应用中出现的传动系响应滞后的问题对传统的速比控制算法进行改进,提出一种新的算法,即时间延迟算法,使得发动机工作点偏离最佳工作点的问题得到改善,提高了汽车的燃油经济性。文章对金属带式无级变速器的速比控制做了比较全面的研究并对速比控制算法进行了改进,相信它在实际应用中具有较大的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 无级变速器的发展概况及未来研究趋势
• 1.2.1 国内外无级变速器的发展概况
• 1.2.2 无级变速器的未来研究趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 金属带式无级变速器结构及工作机理分析
• 2.1 金属带式无级变速器结构分析
• 2.1.1 金属带式无级变速器结构及关键部件
• 2.1.2 CVT工作原理
• 2.2 金属带式无级变速器工作机理分析
• 2.2.1 金属带传动的转矩传递机理分析
• 2.2.2 带轮轴向力及极限转矩
• 2.3 带轮夹紧力的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 CVT电液控制系统
• 3.1 CVT液压系统的数学模型
• 3.2 电磁阀建模与特性分析
• 3.2.1 夹紧力控制阀的数学模型
• 3.2.2 夹紧力控制阀的特性分析
• 3.2.3 速比控制阀的数学模型
• 3.2.4 速比控制阀的特性分析
• 3.3 液压控制系统对速比变化率的影响
• 3.3.1 供油泵转速对速比变化率的影响
• 3.3.2 占空比对速比变化率的影响
• 3.3.3 主、从动带轮油缸压力差对速比变化率的影响
• 3.4 CVT电控系统
• 3.4.1 CVT电控系统的结构
• 3.4.2 接口电路的设计
• 3.4.3 CVT电控系统的软件设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 CVT与发动机的匹配及其控制策略的研究
• 4.1 发动机模型的建立
• 4.1.1 发动机试验原始数据
• 4.1.2 发动机输出转矩的数学模型
• 4.1.3 发动机油耗、功率模型
• 4.1.4 发动机万有特性
• 4.2 发动机转速调节特性
• 4.3 发动机与CVT的匹配
• 4.4 CVT变速控制系统的控制策略
• 4.5 本章小结
• 第5章 CVT速比控制的研究
• 5.1 无级变速系统参数配置与目标速比的确定
• 5.1.1 无级变速传动系统参数配置
• 5.1.2 无级变速系统目标速比的确定
• 5.2 速比变化率对汽车性能的影响
• 5.3 速比控制器的设计
• 5.3.1 PID控制
• 5.3.2 PID控制器的设计
• 5.3.3 PID控制器的改进
• 5.4 仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 CVT速比控制仿真及速比控制算法的改进
• 6.1 仿真环境简介
• 6.2 CVT传动系仿真及结果分析
• 6.2.1 CVT传动系统建模
• 6.2.2 仿真参数设置
• 6.2.3 仿真结果及分析
• 6.3 考虑传动系响应滞后的速比控制算法
• 6.3.1 传动系响应滞后的组成
• 6.3.2 时间延迟算法
• 6.3.3 时间延迟算法仿真分析
• 6.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录