基于“人-車-路”閉環(huán)的無級自動變速系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真研究.pdf

1、汽車自動變速傳動系統(tǒng)硬件在環(huán)HIL(Hardware-in-the-loop)試驗系統(tǒng)是近年來出現(xiàn)的先進汽車自動變速傳動測試系統(tǒng),其利用硬件(變速傳動被測單元)與軟件相結(jié)合的硬件在環(huán)實時仿真技術(shù),將駕駛員、發(fā)動機、底盤以及行駛環(huán)境等模型化后嵌入到軟件環(huán)境,模擬出自動變速汽車的實際運行狀態(tài),從而實現(xiàn)對自動控制車輛車載控制器、液壓/電動控制系統(tǒng)以及動作執(zhí)行器的工作性能加以試驗測試與分析校驗,為自動控制汽車的研制開發(fā)提供一個測試開發(fā)平臺。

2、r>　　 針對目前汽車自動變速系統(tǒng)硬件在環(huán)測試只能進行控制策略測試的局限性,本文結(jié)合重慶市科技攻關(guān)項目《汽車自動變速器硬件在環(huán)試驗系統(tǒng)的研制開發(fā)》和985平臺國家重點實驗室開放基金《自動變速器硬件在環(huán)仿真平臺研究》進行了基于人-車-路閉環(huán)的無級自動變速器硬件在環(huán)理論建模與仿真試驗研究。具體工作內(nèi)容如下:
　　 (1)針對當(dāng)前駕駛員模型無法體現(xiàn)駕駛操縱熟練程度的缺點,遵循行駛誤差最小與體力負擔(dān)最小原則,采用遺傳算法對模糊PID比

3、例因子和量化因子進行離線優(yōu)化設(shè)計,建立基于遺傳算法優(yōu)化的方向模糊PID與速度模糊綜合控制的虛擬駕駛模擬模型,并在縱向速度單向變化、側(cè)向雙移線工況與大曲率試驗道路典型工況下進行仿真分析,同時將遺傳算法優(yōu)化的模糊PID控制方法與傳統(tǒng)PID以及模糊PID進行仿真比較,最后確定不同駕駛類型與不同駕駛意圖的表現(xiàn)特征,采用模糊推理方法制定其相應(yīng)的識別體系。
　　 (2)基于15自由度車輛動力學(xué)模型,充分考慮橫向坡度、縱向坡度以及合成坡度對車

4、輛動力學(xué)與輪胎垂直載荷變化模型的影響,建立橫向坡度、縱向坡度與合成坡度車輛動力學(xué)與輪胎垂直載荷變化模型,聯(lián)立轉(zhuǎn)向系、制動系、動力傳動系、車輪與懸架模型,構(gòu)建虛擬車輛動態(tài)仿真模型,并進行不同橫向、縱向、合成坡度以及車速下進行仿真分析比較,最后聯(lián)立虛擬駕駛模擬模型,構(gòu)建人-車閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型。
　　 (3)從人-車-路閉環(huán)系統(tǒng)角度以及實時虛擬仿真系統(tǒng)需求出發(fā),依據(jù)公路設(shè)計規(guī)范與道路設(shè)計原理,參考國內(nèi)外汽車試驗場的設(shè)計,開發(fā)一條符合道

5、路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、逼真度高、且能反映出不同行駛環(huán)境的封閉式三維虛擬道路,為進一步研究無級變速系統(tǒng)速比自適應(yīng)智能綜合控制提供前提；并確定包括良好路段、復(fù)雜路段、顛簸路段、上坡路段、下坡路段與轉(zhuǎn)彎路段等行駛環(huán)境的表現(xiàn)特征,制定相應(yīng)的行駛環(huán)境識別體系。
　　 (4)根據(jù)無級變速傳動動力學(xué)仿真模型,綜合考慮后備功率、動力傳動系損失以及CVT速比變化響應(yīng)滯后的影響,制定τ算法、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩補償以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速補償三種無級變速傳動系統(tǒng)綜合控制方法,并

6、進行動力性與經(jīng)濟性仿真分析比較；基于CVT最佳動力性與最佳經(jīng)濟性速比控制基礎(chǔ)上,制定基于不同駕駛類型、不同駕駛意圖、不同單一行駛環(huán)境的CVT速比控制策略以及多種行駛環(huán)境耦合的CVT速比加權(quán)控制策略,其中包括提出綜合考慮節(jié)氣門開度變化率、方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)彎車速的轉(zhuǎn)彎修正速比控制策略；綜合考慮節(jié)氣門開度和車速微小變化的顛簸路段離散化速比控制策略；綜合考慮節(jié)氣門開度與縱向坡度的上坡修正速比控制策略；綜合考慮下坡初始車速、縱向坡度與下坡坡長的下坡

7、修正速比控制策略；以及不同駕駛類型、駕駛意圖與行駛環(huán)境耦合工況下的CVT速比自適應(yīng)智能綜合控制策略。
　　 (5)根據(jù)人-車閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型與無級變速系統(tǒng)自適應(yīng)智能綜合控制模型,以及在VRML環(huán)境下開發(fā)的虛擬道路模擬模型,利用VR工具箱開發(fā)虛擬試驗場,構(gòu)建基于Simulink與VR聯(lián)合仿真平臺的人.車.路閉環(huán)的無級變速系統(tǒng)自適應(yīng)智能綜合控制仿真模型,并針對不同駕駛類型、不同駕駛意圖以及不同單一行駛環(huán)境工況下的CVT速比控制仿真分

8、析,以及針對駕駛類型、駕駛意圖與行駛環(huán)境耦合工況下的CVT速比自適應(yīng)智能綜合控制仿真分析,驗證自適應(yīng)智能綜合控制策略可行性與準(zhǔn)確性。
　　 (6)基于Matlab/Simulink與dSPACE RTI聯(lián)合實時仿真環(huán)境,自主研制開發(fā)無級自動變速器硬件在環(huán)仿真試驗系統(tǒng),包括總體方案設(shè)計、設(shè)備購買、零部件設(shè)計加工制造、信號采集與處理,軟硬件設(shè)計等。基于此試驗系統(tǒng)首先進行臺架性能測試,根據(jù)臺架性能測試分析結(jié)果,進一步進行基于不同駕駛意