無級變速器控制系統(tǒng)與硬件在環(huán)仿真研究.pdf

1、常規(guī)的變速器試驗臺是以模擬車輛實際運行工況為目標建立的，結構復雜、成本高、功耗大。為克服這些缺點，本文對基于無級變速器(Continuously VariableTransmission，CVT)的空載/輕載型硬件在環(huán)試驗臺的設計理論和試驗方法展開研究，主要工作內容如下：
　　 ①新型硬件在環(huán)試驗臺設計。提出了將真實CVT置于仿真回路中的硬件在環(huán)仿真試驗臺結構，采用小功率電機代替發(fā)動機和加載設備，構成小功率電封閉試驗臺，CVT處

2、于空載/輕載狀態(tài)運行，在保證試驗精度的情況下，大大降低了試驗臺的成本和功耗。
　　 ②CVT基本性能試驗。1)夾緊力閥特性試驗結果表明：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呈線性關系；瞬態(tài)系統(tǒng)壓力具有良好的動態(tài)響應性能，能夠適應工況的劇烈變化，轉速對系統(tǒng)壓力的瞬態(tài)特性影響較小，只對低速下的壓力升高過程有明顯影響。2)速比響應特性試驗表明，速比響應過程與傳遞轉矩無關，低速時的速比減小過程存在響應延遲，延遲時間隨轉速

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量和計算方法，避免了傳統(tǒng)方法依賴于主動輪壓力的問題。3)對CVT的功耗和傳動效率進行了試驗，結果表明：空載轉矩損失取決于速比和系統(tǒng)壓力，與轉速基本無關，當速比小于1時，轉矩損失隨速比的減小而快速增大，當速比大于1時，轉矩損失與速比基本無關；傳動效率也基本與轉速無關，因此可以通過測量低速下的效率來反映CVT的整體效率特性，從而提出了利用小功率電機測量CVT效率的方法。
　　 ③控

4、制體系分析與系統(tǒng)建模。1)將CVT控制體系結構分為駕駛員、控制策略、控制算法、執(zhí)行機構、傳動系統(tǒng)五個層次，分別對應于提出需求、設定滿足需求的目標、制定實現目標的方法、控制執(zhí)行機構實現目標、系統(tǒng)響應使需求得到滿足。2)在建立傳動系統(tǒng)主要部件模型的基礎上，采用功率流建模方式構建了傳動系統(tǒng)整體模型；更進一步，將仿真模型與試驗臺相結合構建了CVT硬件在環(huán)仿真試驗系統(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)控制算法計算修正控制量，充分利用對象的已知信息，提高了系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)響應性能。2)提出了基于動態(tài)安全系數的夾緊力控制方法，分析目標夾緊力影響因素和發(fā)動機轉矩波動特性，根據傳動系統(tǒng)發(fā)生轉速突降時的發(fā)動機轉矩變化趨勢和變化范圍來設定安全系數，論述了動態(tài)安全系數法的計算流程，仿真結果表明：該方法能夠保證轉矩傳遞可靠性，明顯降低夾緊力。3)在速比控制方面，提出了基于主動耦合干預的無級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上，通過聯合調節(jié)主、從動輪油缸壓力來干預速比控制，擴大速比變化率的可控范圍，仿真結果表明：該方法在保證可靠性、經濟性和舒適性的前提下，改善速比跟蹤性能和提高動力性，增強對驅動輪打滑等惡劣工況的適應性。
　　 ⑤上層控制策略研究。1)在穩(wěn)態(tài)控制策略方面，針對現有無級變速傳動系統(tǒng)效率優(yōu)化算法的不完整性，以整體效率最優(yōu)為目標，設計最佳工況點求解算法，制定基于功率需求的傳動系統(tǒng)整體優(yōu)化

7、控制策略，將滿足功率需求的最高效率點作為基本控制目標，以實現最佳經濟性；當功率需求超出傳動系統(tǒng)功率范圍時，將當前車速下的最大輸出功率點作為控制目標，以實現最佳動力性；求解液力變矩器理想狀態(tài)切換線，制定實際切換控制線。2)在瞬態(tài)控制策略方面，針對無級變速車輛在急加速工況下出現的動力疲軟問題，提出了瞬態(tài)工況下基于有效功率的通用補償控制方法，以變速器輸入功率作為控制目標，克服了現有控制方法依賴于車輛及路況信息的缺陷，通過分層次量化補償功率，將