基于量子框架的開放式重型汽車AMT系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)汽車手動變速器日益不能滿足現(xiàn)代重型汽車舒適、安全和環(huán)保的性能要求，電控機械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission，AMT)的提供一種理想的解決方案，目前AMT在國外重型汽車已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)AMT技術(shù)的研究主要集中在輕型汽車，重型汽車的AMT基本處于空白狀態(tài)，本文以中國重型汽車集團新一代HOWO重卡為研究對象，開展了重型汽車AMT系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，旨在為國內(nèi)重型汽車AMT的研發(fā)提供基

2、礎(chǔ)理論和關(guān)鍵使能技術(shù)，主要創(chuàng)新性的工作如下： 作為一種汽車電控系統(tǒng)，傳統(tǒng)的AMT系統(tǒng)采用封閉式結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這種封閉式結(jié)構(gòu)汽車電控系統(tǒng)的缺點越來越突出。提出了一種新的基于量子框架的汽車電控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。運用分層遞歸包含分布式微核模式對汽車電控系統(tǒng)進行了描述，實現(xiàn)了系統(tǒng)的松耦合與功能內(nèi)聚。采用量子框架作為系統(tǒng)的嵌入式軟件總線，將系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與軟硬件系統(tǒng)平臺分離開來，實現(xiàn)了系統(tǒng)在應(yīng)用軟件層次上的開放。采用該體系結(jié)構(gòu)可以

3、在最大程度上實現(xiàn)了汽車電控系統(tǒng)的開放性。 實驗臺是驗證AMT系統(tǒng)性能的重要手段?全實物實驗臺最接近于系統(tǒng)的實際情況，但造價昂貴。結(jié)合課題組現(xiàn)有的條件，以dSPACE仿真系統(tǒng)為核心建立了半實物仿真實驗系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)由油門、離合器、變速箱三個子系統(tǒng)組成。油門與離合器子系統(tǒng)將油門與離合器的實際位移輸入dSPACE；dSPACE利用這些輸入信息，根據(jù)系統(tǒng)的動力學(xué)模型計算出變速箱輸入軸與輸出軸，并控制變速箱子系統(tǒng)的動作。半實物仿真實驗系

4、統(tǒng)的核心是系統(tǒng)的動力學(xué)模型，為在仿真環(huán)境下綜合評價電控機械式自動變速器對機械、電氣、駕乘人員的影響，通過分析機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、人體系統(tǒng)各自的特點以及它們之間的耦合點，建立了機-電一人一體化系統(tǒng)動態(tài)模型，并將有限狀態(tài)機引入到機械子系統(tǒng)的動態(tài)模型中。仿真結(jié)果顯示，該系統(tǒng)具有良好的仿真效果，滿足了重型汽車AMT系統(tǒng)的研究與開發(fā)的需求。 離合器、油門、變速箱操縱系統(tǒng)是AMT系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。重型汽車的離合器操 縱主要采用氣動系

5、統(tǒng)，針對這個特點，建立了兩種離合器操縱系統(tǒng)：第一種是利 用隨動閥的原理建立的低精度的簡易開環(huán)離合器操縱系統(tǒng);第二種是高精度閉環(huán) 電控氣動離合器操縱系統(tǒng)。通過對閉環(huán)電控氣動離合器操縱系統(tǒng)動態(tài)特性的分析，指出該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。針對這一非線性控制問題，結(jié)合模糊免疫PID控制算 法與自適應(yīng)PSD控制律，提出了模糊免疫PSD控制算法。該算法以PID控制為基礎(chǔ)，利用免疫控制原理與PSD控制律，使PID算法中各增益系數(shù)的根據(jù)運行狀況進行自調(diào)整

6、，增強了算法的自適應(yīng)性，實現(xiàn)了系統(tǒng)的職能控制。通過對比采用不同控制算法的方波響應(yīng)曲線與跟隨特性曲線可知，采用該算法系統(tǒng)可以獲得良好的控制性能。采用步進電機實現(xiàn)電控油門操縱系統(tǒng)，并提出了一種步進電機跟隨控制算法，解決了由較大的系統(tǒng)慣量和彈簧回復(fù)力帶來的步進電機在跟隨過程中的丟步現(xiàn)象。設(shè)計了正交雙氣缸選換擋執(zhí)行機構(gòu)與基于空間組合凸輪的單驅(qū)動選、換擋執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)了選、換檔動作的電氣控制。為解決AMT系統(tǒng)實時控制中的轉(zhuǎn)速測量問題，以測周期法為

7、基礎(chǔ)，提出了動態(tài)多周期轉(zhuǎn)速測量方法，實現(xiàn)了各軸轉(zhuǎn)速的高精度測量。 車輛的起步與換擋過程的控制是電控機械式自動變速器系統(tǒng)的兩項關(guān)鍵技術(shù)。通過分析離合器接合點前后車輛系統(tǒng)加速度突變的成因，提出了變結(jié)構(gòu)雙環(huán)控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速恒定起步策略，即在起步過程前期采用維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速恒定的轉(zhuǎn)速環(huán)+加速度環(huán)雙環(huán)控制，在起步過程后期采用維持發(fā)動機加速度為零的單加速度環(huán)控制，消除了離合器接合點前后的加速度突變。電控機械式自動變速器的換檔過程是發(fā)動機、離合器

8、、變速箱協(xié)調(diào)控制的過程，系統(tǒng)中各種參數(shù)耦合在一起，為解決這一問題，將單神經(jīng)元PID解耦控制算法應(yīng)用于換擋過程的控制，實現(xiàn)了各物理參數(shù)的解耦。起步與換檔過程實驗結(jié)果證明，采用上述兩種算法可以有效的提高重型汽車AMT系統(tǒng)的起步與換檔過程控制性能。 以上述各關(guān)鍵技術(shù)研究為基礎(chǔ)，完成了HOWO重卡的機械系統(tǒng)改造及控制系統(tǒng)開發(fā)，建立了基于量子框架開放式重型汽車電控機械式自動變速器原型系統(tǒng)。控制系統(tǒng)以TMS320F2407為硬件平臺，以