汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)技術(shù)研究.pdf

1、汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)技術(shù)是我國(guó)汽車(chē)領(lǐng)域與國(guó)外存在較大差距的關(guān)鍵技術(shù)之一。汽車(chē)在實(shí)際行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)激勵(lì)和道路隨機(jī)載荷激勵(lì)使汽車(chē)傳動(dòng)系部件所受負(fù)載處于高動(dòng)態(tài)激振過(guò)程中，這對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系的運(yùn)行特性帶來(lái)很大影響，汽車(chē)傳動(dòng)系零部件的研發(fā)和試驗(yàn)測(cè)試迫切需要具有能夠盡可能接近汽車(chē)實(shí)際道路行駛工況的室內(nèi)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)平臺(tái)。高動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)對(duì)道路模擬系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性和控制系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬有很高的要求，是國(guó)內(nèi)外汽車(chē)檢測(cè)公司和研發(fā)部門(mén)需要攻克的技術(shù)難題。

2、傳統(tǒng)的室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備大多以靜態(tài)和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)為主，然而隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，新能源汽車(chē)研發(fā)、自動(dòng)變速器硬件在環(huán)試驗(yàn)技術(shù)和傳動(dòng)系NVH測(cè)試等試驗(yàn)工況對(duì)動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)提出了更高的要求。汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)技術(shù)的研究屬于汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域的前沿課題，該研究成果可以有效解決我國(guó)現(xiàn)有汽車(chē)試驗(yàn)檢測(cè)裝備無(wú)法為汽車(chē)零部件檢測(cè)提供高動(dòng)態(tài)試驗(yàn)測(cè)試工況的問(wèn)題，對(duì)提升我國(guó)汽車(chē)自主開(kāi)發(fā)能力具有重要意義。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)（扭振）模擬技術(shù)、汽車(chē)道路行駛工況負(fù)載模擬技術(shù)

3、和實(shí)際道路隨機(jī)載荷再現(xiàn)技術(shù)是汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)高動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)。論文針對(duì)臺(tái)架系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)和信號(hào)傳輸?shù)戎T多時(shí)延和滯后因素嚴(yán)重影響模擬系統(tǒng)的魯棒性和控制精度的問(wèn)題，提出了新型 Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方法，明顯提高了發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬系統(tǒng)的控制性能。通過(guò)對(duì)汽車(chē)起步、加（減）速和換擋等汽車(chē)道路行駛工況特征進(jìn)行深入研究，針對(duì)汽車(chē)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)存在的高階、非線性、多變量特征導(dǎo)致無(wú)法利用逆動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬的技術(shù)難題，提出了基于轉(zhuǎn)速

4、自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制的道路工況負(fù)載模擬控制方法，達(dá)到了整車(chē)道路行駛負(fù)載高精度模擬的效果，提高了利用電慣量模擬整車(chē)加速慣性力矩的控制精度。針對(duì)室內(nèi)臺(tái)架模擬隨機(jī)路面激勵(lì)載荷高頻激勵(lì)和沖擊響應(yīng)波形容易失真的技術(shù)難題，提出了一種基于滑模迭代學(xué)習(xí)控制理論的道路載荷模擬控制方法，提高了道路模擬試驗(yàn)中實(shí)際道路載荷譜的再現(xiàn)精度。利用本文研究成果，開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)具備高動(dòng)態(tài)試驗(yàn)功能的汽車(chē)傳動(dòng)系試驗(yàn)設(shè)備，并將該技術(shù)應(yīng)用于多個(gè)企業(yè)委托研制的新型汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)

5、臺(tái)。
　　論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.建立了傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)架數(shù)學(xué)模型，開(kāi)展了動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)架動(dòng)態(tài)特性分析。鑒于汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)機(jī)械參數(shù)和電氣參數(shù)及非線性耦合因素對(duì)模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制性能的影響，利用系統(tǒng)模型分析了機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響，對(duì)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)架的阻尼、慣量、剛度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，為臺(tái)架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬控制提供了理論基礎(chǔ)。結(jié)合汽車(chē)傳動(dòng)系的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)技術(shù)需求和臺(tái)架模擬系統(tǒng)性能特征，完成了對(duì)臺(tái)架模擬系

6、統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元、聯(lián)軸器和負(fù)載單元等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和選型。
　　2.為了解決常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)模型不能用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)時(shí)控制的難題，采用把發(fā)動(dòng)機(jī)周期扭振信號(hào)分離為平均扭矩信號(hào)和高頻激振信號(hào)，高頻激振信號(hào)分解為發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)慣量引起的激振和燃燒壓力引起的激振。建立的發(fā)動(dòng)機(jī)扭振具有實(shí)時(shí)控制模型，計(jì)算量小，運(yùn)行速度快，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)模擬高動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制的要求。
　　3.針對(duì)臺(tái)架系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)和信號(hào)傳輸?shù)戎T多延時(shí)和滯后因素嚴(yán)重影響模擬系統(tǒng)的魯棒性和控制精度

7、的問(wèn)題，提出的新型Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方法將反饋通路中傳感器到控制器的時(shí)延從控制系統(tǒng)中徹底消除，從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)通訊時(shí)延和滯后時(shí)延的雙重Smith動(dòng)態(tài)預(yù)估補(bǔ)償控制。明顯提高了發(fā)動(dòng)機(jī)高動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的控制性能，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)高瞬態(tài)扭振激勵(lì)工況模擬的難題。成功開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)具備發(fā)動(dòng)機(jī)高動(dòng)態(tài)扭振模擬功能的傳動(dòng)系試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。高瞬態(tài)扭振模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，新型Simth預(yù)估控制精度明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制方法。
　　4.針對(duì)汽車(chē)動(dòng)態(tài)模擬

8、試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)存在的高階、非線性、多變量特征導(dǎo)致無(wú)法利用逆動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬的技術(shù)難題，提出了一種基于轉(zhuǎn)速自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制的汽車(chē)道路工況負(fù)載模擬方法。該方法根據(jù)汽車(chē)所受動(dòng)態(tài)載荷的變化，分別利用線性擬合預(yù)估方法、二次曲線擬合預(yù)估方法和三次多項(xiàng)式最小二乘擬合預(yù)估方法對(duì)模擬系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自適應(yīng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制。該控制方法避免了速度閉環(huán)補(bǔ)償控制的復(fù)雜算法，降低了模型參數(shù)不準(zhǔn)確對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響。達(dá)到了模擬整車(chē)道路行駛工況負(fù)載的效果，提高了利用

9、電慣量模擬整車(chē)加速慣性阻力矩的控制精度。行駛工況模擬試驗(yàn)結(jié)果表明模擬系統(tǒng)能夠真實(shí)地模擬汽車(chē)實(shí)際行駛工況，成功開(kāi)發(fā)了能高精度模擬汽車(chē)傳動(dòng)系道路行駛工況的試驗(yàn)臺(tái)加載系統(tǒng)。
　　5.為了解決室內(nèi)臺(tái)架模擬隨機(jī)路面激勵(lì)載荷高頻激勵(lì)和沖擊響應(yīng)波形容易失真的技術(shù)難題，利用變結(jié)構(gòu)控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和外部干擾具有不變性的特點(diǎn)和迭代學(xué)習(xí)控制不依賴于精確數(shù)學(xué)模型的優(yōu)勢(shì)，提出了一種基于滑模迭代學(xué)習(xí)算法的汽車(chē)道路載荷模擬控制方法。道路模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，滑模迭代

10、學(xué)習(xí)控制方法明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制，當(dāng)模擬系統(tǒng)多次迭代學(xué)習(xí)后最大跟蹤誤差降到3.8％左右，顯著提高了室內(nèi)道路載荷模擬的跟蹤精度。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題組承擔(dān)的試驗(yàn)設(shè)備研發(fā)項(xiàng)目，作者開(kāi)發(fā)了用于汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭振模擬控制單元、汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)工況負(fù)載模擬控制單元和道路隨機(jī)載荷模擬控制器，并應(yīng)用于東風(fēng)農(nóng)機(jī)公司項(xiàng)目《CVT綜合性能試驗(yàn)臺(tái)》、廣汽乘用車(chē)有限公司項(xiàng)目《變速器綜合性能試驗(yàn)臺(tái)》、重慶高金實(shí)業(yè)有限公司項(xiàng)目《