基于量子框架的开放式重型汽车AMT系统关键技术研究

论文摘要

传统汽车手动变速器日益不能满足现代重型汽车舒适、安全和环保的性能要求，电控机械式自动变速器（Automated Mechanical Transmission，AMT）的提供一种理想的解决方案，目前AMT在国外重型汽车已经得到广泛的应用，国内AMT技术的研究主要集中在轻型汽车，重型汽车的AMT基本处于空白状态，本文以中国重型汽车集团新一代HOWO重卡为研究对象，开展了重型汽车AMT系统关键技术的研究，旨在为国内重型汽车AMT的研发提供基础理论和关键使能技术，主要创新性的工作如下：作为一种汽车电控系统，传统的AMT系统采用封闭式结构，随着技术的不断发展，这种封闭式结构汽车电控系统的缺点越来越突出。提出了一种新的基于量子框架的汽车电控系统体系结构。运用分层递归包含分布式微核模式对汽车电控系统进行了描述，实现了系统的松耦合与功能内聚。采用量子框架作为系统的嵌入式软件总线，将系统的应用软件与软硬件系统平台分离开来，实现了系统在应用软件层次上的开放。采用该体系结构可以在最大程度上实现了汽车电控系统的开放性。实验台是验证AMT系统性能的重要手段，全实物实验台最接近于系统的实际情况，但造价昂贵。结合课题组现有的条件，以dSPACE仿真系统为核心建立了半实物仿真实验系统。该实验系统由油门、离合器、变速箱三个子系统组成。油门与离合器子系统将油门与离合器的实际位移输入dSPACE；dSPACE利用这些输入信息，根据系统的动力学模型计算出变速箱输入轴与输出轴，并控制变速箱子系统的动作。半实物仿真实验系统的核心是系统的动力学模型，为在仿真环境下综合评价电控机械式自动变速器对机械、电气、驾乘人员的影响，通过分析机械系统、电气系统、人体系统各自的特点以及它们之间的耦合点，建立了机-电-人一体化系统动态模型，并将有限状态机引入到机械子系统的动态模型中。仿真结果显示，该系统具有良好的仿真效果，满足了重型汽车AMT系统的研究与开发的需求。离合器、油门、变速箱操纵系统是AMT系统实现的基础。重型汽车的离合器操纵主要采用气动系统，针对这个特点，建立了两种离合器操纵系统：第一种是利用随动阀的原理建立的低精度的简易开环离合器操纵系统；第二种是高精度闭环电控气动离合器操纵系统。通过对闭环电控气动离合器操纵系统动态特性的分析，指出该系统为非线性系统。针对这一非线性控制问题，结合模糊免疫PID控制算法与自适应PSD控制律，提出了模糊免疫PSD控制算法。该算法以PID控制为基础，利用免疫控制原理与PSD控制律，使PID算法中各增益系数的根据运行状况

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ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题的提出及意义

1.2 汽车电子控制系统的应用以及发展

1.3 电控机械式自动变速器技术及发展

1.3.1 电控机械式自动变速器结构

1.3.2 电控机械式自动变速器的发展

1.3.3 电控机械式自动变速器的核心技术

1.4 本文研究的主要内容

第2章基于量子框架的开放式汽车电控系统体系结构

2.1 开放式汽车电控系统实现策略

2.2 基于量子框架的开放式汽车电控系统体系结构

2.2.1 实现系统开放性的核心──量子框架

2.2.2 基于量子框架的开放式汽车电控系统体系结构

2.2.3 基于量子框架的开放式汽车电控系统的特点

2.3 QFAOS基本功能模块与网络功能标准定义实例

2.4 本章小结

第3章重型汽车AMT系统半实物仿真实验系统研究

3.1 重型汽车AMT系统半实物仿真实验台设计

3.1.1 半实物仿真实验系统结构

3.1.2 dSPACE系统简介

3.2 重型汽车机─电─人一体化系统建模

3.2.1 基于有限状态机的重型汽车机械系统特性分析

3.2.2 电气系统特性分析

3.2.3 人体动力特性分析

3.2.4 电气系统、人体系统与机械系统的耦合

3.2.5 机─电─人系统动态模型在MATLAB中的表示

3.3 仿真实验实例

3.4 本章小结

第4章重型汽车AMT系统单元关键技术研究

4.1 重型汽车电控离合器研究

4.1.1 简易开环电控气动离合器设计

4.1.2 基于模糊免疫PSD控制的闭环电控气动离合器系统研究

4.2 重型汽车电控油门系统研究

4.3 重型汽车选、换档执行机构研究

4.3.1 双气缸选、换档执行机构设计

4.3.2 单驱动选、换档执行机构设计

4.4 AMT系统信号检测与处理技术

4.4.1 模拟信号的预处理与滤波

4.4.2 动态多周期转速测量方法

4.4.3 转速信号的类FIR数字滤波技术

4.5 本章小节

第5章重型汽车AMT系统起步与换档过程控制研究

5.1 重型汽车AMT系统起步过程变结构串级双环控制

5.1.1 车辆起步过程及其评价指标

5.1.2 维持发动机恒速起步策略及其定量分析

5.1.3 发动机保持恒速的变结构串级双环控制

5.2 重型汽车换档过程的单神经元 PID解耦控制

5.3 本章小结

第6章基于量子框架的开放式体系结构的重型汽车AMT系统实现

6.1 控制系统硬件系统研究

6.2 μC/OSII操作系统在TMS320F2407上的移植

6.2.1 μC/OSII实时操作系统简介

6.2.2 移植过程

6.3 量子框架在 μC/ OSII操作系统上的移植

6.4 应用程序（主动对象）设计

6.5 HOWO样车与AMT原型系统

6.6 本章小结

第7章结论与展望

7.1 全文总结

7.2 本论文的主要创新点

7.3 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢

附录 1: 开环电控气动离合器实用新型专利授权通知

附录 2: 新型电控机械式自动变速器选换档机构实用新型专利授权通知

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