轿车无级变速器综合模糊控制研究

论文摘要

无级变速传动(CVT)技术在汽车变速器的发展史上具有变革意义。近年来,越来越多的国家开始采用CVT作为汽车自动变速装置,CVT在未来变速器的发展中将会占据主导地位。金属带式无级变速器与其他变速器相比技术优势明显,它可以实现发动机与外界负荷的最佳匹配,可显著地改善燃油经济性,提高车辆的动力性和驾驶平稳性,是汽车理想的传动方式。但无级变速控制系统的控制策略仍然是其开发的一个难点,目前在理论和实践上还都不十分成熟。本文在国家科技攻关项目(项目编号为2003BA435C)的资助下,对金属带式无级变速传动系统的传动机理、匹配及其控制等关键技术进行了深入的理论分析、仿真和实验研究。本论文的研究具有重要的理论意义和较高的实用价值。文中论述了国内外金属带式无级变速器的发展历史和当前的技术状况。分析了金属带式无级变速器的结构及工作原理。针对金属带的特殊结构,研究了金属带的受力情况及速比与带轮工作半径的关系,给出了带轮夹紧力计算公式,由此得到了带轮油缸的压力与传递转矩的关系,建立了在不同速比及载荷下主、从动带轮油缸压力平衡数学模型。针对传动器的速比变化率在CVT控制中的重要性,讨论了速比变化率对汽车加速性能和加速时汽车平顺性的影响。利用三次样条插值构造了发动机转矩模型。确定了发动机的最佳经济工作线和最佳动力工作线。在发动机燃油经济性模型的基础上确定了发动机的目标转速与车速的关系。针对汽车行驶过程中所受到的各种阻力得出了汽车行驶方程式和汽车功率平衡方程式,由此可计算出汽车等速百公里燃油消耗量。讨论了实现汽车最佳经济性和最佳动力性的发动机与CVT最佳匹配控制策略,得出了多种不同工况不同阶段的速比控制目标,它是进行速比控制的依据。在分析离合器接合过程的主要影响因素及起步控制规律的基础上,给出了离合器起步品质评价指标和离合器接合过程的数学模型,提出了一种基于模糊控制技术多参数控制离合器接合压力的新方法。为了对离合器接合的非线性过程进行合理控制设计了离合器模糊控制器。仿真结果表明,模糊控制策略与常规比例控制策略相比,可以降低因离合器接合而对发动机造成的冲击,同时可以有效地减小滑磨功,缩短离合器的接合时间。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 无级变速器CVT 发展现状
• 1.4 无级变速传动系统的研究方向
• 1.5 无级变速传动国内外研究现状
• 1.5.1 国外研究现状
• 1.5.2 国内研究现状
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 金属带式无级变速系统的传动特性
• 2.1 无级变速器的分类
• 2.2 金属带式无级变速器结构及工作原理
• 2.3 无级变速传动的速比及速比范围
• 2.4 金属带CVT 带轮夹紧力的匹配控制
• 2.4.1 金属带传动的力平衡关系分析
• 2.4.2 载荷条件下主从动带轮夹紧力的确定
• 2.5 CVT 的速比变化率
• 2.6 离合器及工作原理
• 2.7 本章小结
• 第3章 无级变速动力传动系统匹配策略研究
• 3.1 动力传动系与发动机匹配问题的提出
• 3.2 发动机数值模型
• 3.2.1 发动机输出转矩的数值模型
• 3.2.2 发动机万有特性
• 3.3 发动机转速调节特性
• 3.4 发动机与无级变速传动系统的匹配
• 3.5 汽车的动力性与经济性分析
• 3.5.1 汽车的动力性分析
• 3.5.2 汽车的经济性分析
• 3.6 无级变速系统参数配置与目标速比的确定
• 3.6.1 无级变速传动系统参数配置
• 3.6.2 无级变速系统目标速比的确定
• 3.7 本章小结
• 第4章 无级变速传动系统综合模糊控制策略研究
• 4.1 起步离合器控制
• 4.2 离合器起步品质评价指标及接合过程的主要影响因素
• 4.2.1 冲击度
• 4.2.2 滑磨功
• 4.2.3 离合器接合过程的主要影响因素
• 4.3 离合器接合过程的数学模型
• 4.4 离合器起步模糊控制策略
• 4.4.1 离合器起步控制规律
• 4.4.2 模糊控制系统及模糊控制器的组成
• 4.4.3 离合器接合的模糊控制
• 4.5 无级变速汽车传动系统综合控制策略
• 4.6 无级变速汽车综合控制系统的结构
• 4.7 自调整量化因子及比例因子的油门自组织模糊控制器
• 4.7.1 自组织模糊控制器
• 4.7.2 量化因子及比例因子与系统响应之间的关系
• 4.7.3 无级变速传动系统的油门自组织模糊控制器
• 4.8 速比控制策略与算法
• 4.9 基本模糊控制算法的实现
• 4.10 本章小结
• 第5章 无级变速传动系统控制策略仿真及实验研究
• 5.1 金属带无级变速传动系统动力学模型
• 5.2 CVT 控制系统的结构及汽车综合仿真模型
• 5.3 仿真参数及离合器仿真结果分析
• 5.3.1 汽车仿真参数
• 5.3.2 离合器仿真与分析
• 5.3.3 整车性能仿真与分析
• 5.4 无级变速器CVT 电子控制系统
• 5.4.1 无级变速器电子控制单元TCU
• 5.4.2 CVT 电子控制单元软件设计
• 5.4.3 基于MCP2510 实现CAN 通讯
• 5.4.4 无级变速器控制系统CAN 总线程序设计
• 5.4.5 无级变速箱控制器CAN 通讯实测波形
• 5.5 整车实测结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢