双状态CVT电液系统动态特性分析及速比控制研究

论文摘要

作为在上世纪九十年代发展起来的第二代CVT,双状态CVT充分利用了液力变矩器对外载荷的自动适应性能和过载保护性能,明显改善了CVT车辆的起步性能、低速行驶性能和加速性能。而且,由于其增矩变速功能,进一步拓宽了整个变速器的速比变化范围,使得发动机按最佳经济性工作线运行更加可行,提高了燃油经济性。因此,双状态CVT已成为当今世界汽车无级变速传动的主流方向。本文以课题组自行研制的新型双状态CVT为研究对象,在前人工作的基础上,进一步明确了该系统的基本结构组成、工作原理以及传动特性,并将电液控制系统分为六大部分,详细讨论了各个子系统的功能,分析了液压系统的工作原理及设计思想。其中,重点研究了夹紧力电液系统和速比电液系统的动态特性。应用功率键合图理论,首先建立了夹紧力控制系统的键合图模型,推导了非线性状态方程,对其动态特性进行仿真研究,找出了影响系统动态特性的关键因素。然后,建立了速比控制阀的键合图模型,导出了其非线性状态方程并对其动态特性进行分析,得出了速比控制阀关键参数的变化对其动态特性的影响规律,在此基础上,建立了速比控制系统的数学模型,通过仿真研究分析其动态特性。这些工作为双状态CVT用控制阀的优化设计及电液系统的动态特性分析提供了理论依据。本文将上述建立的速比控制系统非线性状态方程,经过合理的线性化处理,得出面向控制器设计的速比控制系统传递函数模型。重点探索讨论了DMC-PID串级控制在CVT速比控制中的应用,并进行了与传统PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明,DMC-PID串级控制使系统具备较好的鲁棒性和良好的跟踪性,可明显改善系统的动静态性能。另外,以本速比控制系统为研究对象,通过仿真研究,总结了DMC控制参数的选取规律。本文最后部分进行了比例溢流阀、比例减压阀的压力阶跃响应试验和PID控制下的阶越性速比跟踪试验。试验结果验证了所建数学模型是正确的、合理的、有较高的精度,可以用来分析和预测CVT用液压阀的动态特性以及对速比控制策略和算法的仿真研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 CVT 的发展状况
• 1.1.1 汽车无级变速传动
• 1.1.2 国外双状态CVT 的研究和应用概况
• 1.1.3 国内双状态CVT 的研究和应用概况
• 1.2 双状态CVT 液压系统的动态特性研究
• 1.2.1 双状态CVT 液压系统动态特性研究概况
• 1.2.2 双状态CVT 液压系统动态特性研究方法
• 1.3 双状态CVT 速比控制研究概况
• 1.4 本文的选题背景、意义和主要研究内容
• 1.4.1 选题的背景和意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 双状态 CVT 基本结构及电液控制系统原理
• 2.1 双状态CVT 基本结构
• 2.1.1 金属带式变速机构
• 2.1.2 液力变矩器
• 2.1.3 前进/倒退切换机构
• 2.1.4 齿轮传动机构
• 2.2 电液控制系统原理
• 2.2.1 液压泵
• 2.2.2 夹紧力电液控制系统
• 2.2.3 速比电液控制系统
• 2.2.4 前进/倒退离合器电液控制系统
• 2.2.5 液力变矩器供油及闭锁控制系统
• 2.2.6 冷却润滑系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 双状态 CVT 电液控制系统动态特性分析
• 3.1 功率键合图理论
• 3.1.1 广义变量
• 3.1.2 基本键合图元
• 3.1.3 系统键合图的增广
• 3.1.4 状态变量的确定
• 3.2 夹紧力电液控制系统动态特性分析
• 3.2.1 比例溢流阀的键合图模型
• 3.2.2 确定状态变量
• 3.2.3 推导状态方程
• 3.2.4 仿真试验及结果分析
• 3.3 速比电液控制系统动态特性分析
• 3.3.1 比例减压阀动态特性分析
• 3.3.2 速比电液控制系统动态特性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 双状态 CVT 速比的 DMC-PID 串级控制研究
• 4.1 实现速比控制的方法
• 4.2 面向控制器设计的速比控制系统传递函数模型
• 4.3 速比的DMC-PID 串级控制与仿真
• 4.3.1 PID 控制原理
• 4.3.2 DMC 算法
• 4.3.3 DMC-PID 串级控制系统结构设计
• 4.3.4 DMC 设计参数的选择
• 4.3.5 仿真试验
• 4.4 本章小结
• 第5章 双状态 CVT 电液系统动态特性及速比控制试验
• 5.1 试验的主要内容和目的
• 5.2 试验台总体方案
• 5.2.1 液压阀综合试验台
• 5.2.2 CVT 试验台架
• 5.3 试验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 全文总结与建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文