無(wú)級(jí)變速器控制系統(tǒng)與硬件在環(huán)仿真研究.pdf

1、常規(guī)的變速器試驗(yàn)臺(tái)是以模擬車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行工況為目標(biāo)建立的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、功耗大。為克服這些缺點(diǎn)，本文對(duì)基于無(wú)級(jí)變速器(Continuously VariableTransmission，CVT)的空載/輕載型硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)理論和試驗(yàn)方法展開(kāi)研究，主要工作內(nèi)容如下：
　　 ①新型硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)。提出了將真實(shí)CVT置于仿真回路中的硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，采用小功率電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)和加載設(shè)備，構(gòu)成小功率電封閉試驗(yàn)臺(tái)，CVT處

2、于空載/輕載狀態(tài)運(yùn)行，在保證試驗(yàn)精度的情況下，大大降低了試驗(yàn)臺(tái)的成本和功耗。
　　 ②CVT基本性能試驗(yàn)。1)夾緊力閥特性試驗(yàn)結(jié)果表明：穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)壓力主要取決于工作電壓，在主要工作壓力范圍內(nèi)呈線(xiàn)性關(guān)系；瞬態(tài)系統(tǒng)壓力具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，能夠適應(yīng)工況的劇烈變化，轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)壓力的瞬態(tài)特性影響較小，只對(duì)低速下的壓力升高過(guò)程有明顯影響。2)速比響應(yīng)特性試驗(yàn)表明，速比響應(yīng)過(guò)程與傳遞轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，低速時(shí)的速比減小過(guò)程存在響應(yīng)延遲，延遲時(shí)間隨轉(zhuǎn)速

3、的升高而逐漸減小并消失；提出了面向控制的速比變化率測(cè)量和計(jì)算方法，避免了傳統(tǒng)方法依賴(lài)于主動(dòng)輪壓力的問(wèn)題。3)對(duì)CVT的功耗和傳動(dòng)效率進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明：空載轉(zhuǎn)矩?fù)p失取決于速比和系統(tǒng)壓力，與轉(zhuǎn)速基本無(wú)關(guān)，當(dāng)速比小于1時(shí)，轉(zhuǎn)矩?fù)p失隨速比的減小而快速增大，當(dāng)速比大于1時(shí)，轉(zhuǎn)矩?fù)p失與速比基本無(wú)關(guān)；傳動(dòng)效率也基本與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，因此可以通過(guò)測(cè)量低速下的效率來(lái)反映CVT的整體效率特性，從而提出了利用小功率電機(jī)測(cè)量CVT效率的方法。
　　 ③控

4、制體系分析與系統(tǒng)建模。1)將CVT控制體系結(jié)構(gòu)分為駕駛員、控制策略、控制算法、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)五個(gè)層次，分別對(duì)應(yīng)于提出需求、設(shè)定滿(mǎn)足需求的目標(biāo)、制定實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方法、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、系統(tǒng)響應(yīng)使需求得到滿(mǎn)足。2)在建立傳動(dòng)系統(tǒng)主要部件模型的基礎(chǔ)上，采用功率流建模方式構(gòu)建了傳動(dòng)系統(tǒng)整體模型；更進(jìn)一步，將仿真模型與試驗(yàn)臺(tái)相結(jié)合構(gòu)建了CVT硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。
　　 ④底層控制算法研究。1)提出了夾緊力半閉環(huán)控制算法，由系統(tǒng)壓力

5、控制表得到基本控制量，由閉環(huán)控制算法計(jì)算修正控制量，充分利用對(duì)象的已知信息，提高了系統(tǒng)的魯棒性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。2)提出了基于動(dòng)態(tài)安全系數(shù)的夾緊力控制方法，分析目標(biāo)夾緊力影響因素和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)特性，根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)速突降時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化趨勢(shì)和變化范圍來(lái)設(shè)定安全系數(shù)，論述了動(dòng)態(tài)安全系數(shù)法的計(jì)算流程，仿真結(jié)果表明：該方法能夠保證轉(zhuǎn)矩傳遞可靠性，明顯降低夾緊力。3)在速比控制方面，提出了基于主動(dòng)耦合干預(yù)的無(wú)級(jí)變速器速比控制方法，利用夾緊力

6、控制與速比控制之間的耦合作用，在保證夾緊力安全的基礎(chǔ)上，通過(guò)聯(lián)合調(diào)節(jié)主、從動(dòng)輪油缸壓力來(lái)干預(yù)速比控制，擴(kuò)大速比變化率的可控范圍，仿真結(jié)果表明：該方法在保證可靠性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性的前提下，改善速比跟蹤性能和提高動(dòng)力性，增強(qiáng)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪打滑等惡劣工況的適應(yīng)性。
　　 ⑤上層控制策略研究。1)在穩(wěn)態(tài)控制策略方面，針對(duì)現(xiàn)有無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化算法的不完整性，以整體效率最優(yōu)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)最佳工況點(diǎn)求解算法，制定基于功率需求的傳動(dòng)系統(tǒng)整體優(yōu)化

7、控制策略，將滿(mǎn)足功率需求的最高效率點(diǎn)作為基本控制目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)性；當(dāng)功率需求超出傳動(dòng)系統(tǒng)功率范圍時(shí)，將當(dāng)前車(chē)速下的最大輸出功率點(diǎn)作為控制目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)最佳動(dòng)力性；求解液力變矩器理想狀態(tài)切換線(xiàn)，制定實(shí)際切換控制線(xiàn)。2)在瞬態(tài)控制策略方面，針對(duì)無(wú)級(jí)變速車(chē)輛在急加速工況下出現(xiàn)的動(dòng)力疲軟問(wèn)題，提出了瞬態(tài)工況下基于有效功率的通用補(bǔ)償控制方法，以變速器輸入功率作為控制目標(biāo)，克服了現(xiàn)有控制方法依賴(lài)于車(chē)輛及路況信息的缺陷，通過(guò)分層次量化補(bǔ)償功率，將