基于道路环境的无级变速车辆速比控制研究

摘要

基于人-车-路的智能控制是自动变速车辆的发展方向。要构建自动变速车辆完整的人-车-路控制体系,必须要理清“人”、“车”和“路”三个子系统对于车辆自动变速控制的影响规律。“路”,即道路环境是三个子系统中最难以实时识别和获取的重要影响参数,研究基于道路环境的变速控制方法是人-车-路智能控制的重要领域。在基于道路环境的有级式变速器控制领域,许多学者进行了卓有成效的工作,取得了不少阶段性成果,但将道路环境因素纳入无级变速器(CVT)速比控制进行系统性研究的相关文献还不多,还存在一些需要亟待解决的问题。本文以装备金属带式无级变速器的长安羚羊轿车为研究对象,在复杂道路、良好道路、颠簸道路、坡道道路和低附着系数道路等五种典型的道路上,对CVT速比控制方法开展理论和试验研究,在满足车辆动力性和安全性的前提下实现最优经济性。具体研究内容如下:
　　①通过试验方法建立发动机、液力变矩器和 CVT的数值模型,利用经典力学理论建立高附路面和低附路面的无级变速传动系统动力学方程。
　　②在复杂道路和良好道路上,将加速踏板开度解释为驾驶员需求功率,以需求功率和车速表达车辆工况,逆向求解使得发动机效率、液力变矩器效率和 CVT效率三者乘积最大的CVT速比值,以优化传动系统效率,提高整车经济性。在基于需求功率的控制策略中,重新定义了最佳动力性和最佳经济性控制规则。
　　③在颠簸道路上,将原本连续无级变化的CVT速比离散化成为多个有级的档位,降低 CVT控制系统对于节气门开度和车速波动的敏感性,以避免 CVT电液系统不必要的能量损失。
　　④在坡道(上坡)道路上,以平路最佳经济性稳定行驶时的功率平衡方程式为基础,考虑坡度因素后确定上坡行驶时的需求功率,从而制定出兼顾动力性和经济性的综合控制方法。
　　⑤在低附着系数道路上,利用非线性状态反馈和微分同胚映射将原始的非线性状态方程转换成线性状态方程,并基于此建立了滑转率滑模控制器,最后通过综合调节节气门开度和CVT速比的方法将驱动轮滑转率控制在最优值附近,以提高车辆纵向加速能力和侧向稳定性。