重型液力自动变速器换挡控制系统的研究

摘要

重型液力自动变速器具有良好的扭矩能力和换挡品质，主要应用在重型汽车、油气开采装备、轨道交通、工程机械以及特种车辆等领域。重型液力自动变速器的换挡控制系统是换挡过程中的“大脑”，通过信号采集电路将采集的数据输入至中央处理器，经过一系列分析计算，输出信号至换挡电磁阀选择合适的挡位。研究表明，在满足整车动力性的前提下制定良好的换挡策略，不仅能降低燃油消耗率，还能减少换挡时间和冲击度。本文基于贵州凯星液力传动有限公司的MA5711型重型液力自动变速器，针对换挡控制系统进行了深入研究，为我国在重型液力自动变速器换挡控制系统的技术研究提供了技术支持和理论参考。 本文在对重型液力自动变速器的运动学和动力学理论分析基础上，分析了各个挡位动力传递路线，变速器的结构是由行星轮系组成，本文建立了行星齿轮机构的运动方程，求解出了各挡位的传动比。通过对换挡过程的动力学研究，针对换挡过程中的扭矩相和惯性相中的各个参数进行了分析研究。研究了各个零部件的特性建立了相应的数学模型，采用改进过的二分法优化并求解出了传动比，通过优化后的验证结果可知，优化后的各挡位传动比在满足动力性的前提下，燃油消耗率降低，驱动功率损失率降低，整车的性能有很大程度提高。制定了模糊换挡控制策略，搭建了模糊控制器。以油门开度和车速作为两参数输入，经过模糊推理和反模糊化，输出最佳挡位并选择合适的接合离合器结合，使用MATLANB/SIMULINK搭建了重型液力自动变速器换挡控制系统的整车仿真模型，通过仿真结果可知，设计的模糊控制器能够实现自动换挡，且能够保证车辆及时达到较高的车速行驶，当车辆处于低档位时，加速度较大，缩短了车辆起步加速的时间，提高了车辆的动力性。 在整车换挡控制系统仿真模型的基础上，基于信号采集模块、信号处理模块、电源模块、挡位输出模块、挡位显示模块、抗干扰模块等设计出了整车换挡控制系统的硬件电路和编写了相应部分的软件程序。模糊换挡控制器输入的是油门开度和车速，本文选用霍尔传感器测量车速，油门开度选用磁阻型传感器，以ADC0808模数转换器为基础设计了模数转换电路，将采集到的数据传递至中央处理器，基于C语言编写的模糊换挡控制算法，输出控制信号至换挡电磁阀和数码管，完成整车换挡，实现了重型液力自动变速器的智能换挡功能。

目录

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究目的和意义

1.2 AT控制技术的研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 重型液力自动变速器换挡控制系统的发展趋势

1.4 本文主要研究内容

第2章 重型液力自动变速器整车换挡的运动学和动力学研究

2.1 重型液力自动变速器动力传递路线及传动比的求解

2.1.1 液力自动变速器的行星齿轮机构的特征方程

2.1.2 重型液力自动变速器的动力传递路线分析

2.1.3 液力自动变速器各挡位传动比求解

2.2.1 重型液力自动变速器整车动力学数学模型

2.2.2 重型液力自动变速器换挡过程特性分析

2.2.3 重型液力自动变速器升挡过程的扭矩相

2.2.4 重型液力自动变速器升挡过程的惯性相

2.2.5 重型液力自动变速器降挡过程的扭矩相

2.2.6 重型液力自动变速器降挡过程的惯性相

2.3 本章小结

第3章 重型液力自动变速器换挡模型的建立及换挡过程的仿真

3.1 液力自动变速器换挡过程整车数学模型建模

3.1.1 柴油发动机的特性及数学模型

3.1.2液力变矩器特性及数学模型

3.1.3 液力机械式传动系统的数学模型

3.2 液力传动整车传动系统优化研究

3.2.1 柴油发动机万有特性数学模型

3.2.2 共同工作区域确定

3.2.3 共同点的计算

3.2.4 共同工作输出特性

3.2.5 动力性的评价指标

3.2.6 汽车的燃油经济性评价指标

3.2.7 目标函数的建立

3.2.8 建立约束条件

3.2.9 优化仿真结果分析

3.3 液力自动变速器系统仿真模型建立

3.3.1 发动机仿真模型

3.3.2 液力变矩器仿真模型

3.3.3 变速器器仿真模型

3.4 模糊换挡的控制策略模型

3.4.1 模糊换挡控制器

3.4.2 车速、油门开度、挡位的模糊化

3.4.3 定义语言变量的隶属度函数

3.4.4 模糊推理

3.4.5 反模糊化

3.5 仿真结果分析

3.6 本章小结

第4章 重型液力自动变速器换挡控制系统的硬件电路设计

4.1 重型液力自动变速器换挡控制系统总体方案设计

4.2 中央处理器的选型

4.3 电源模块的电路设计

4.3.1 电源电路

4.3.2 单片机的复位电路

4.3.3 时钟电路

4.4 信号采集及处理模块的电路设计

4.4.1 车速采集与处理电路

4.4.2 油门开度信号采集与处理电路

4.5 挡位输出控制模块的电路设计

4.6 挡位显示模块的电路设计

4.7 重型液力自动变速器换挡控制系统的可靠性分析

4.8 重型液力自动变速器换挡控制系统的硬件电路原理图总体设计

4.9 本章小结

第5章 重型液力自动变速器换挡控制系统的软件开发

5.1 重型液力自动变速器换挡控制系统的整体方案设计

5.2 重型液力自动变速器的转速信号采集程序设计

5.3 重型液力自动变速器模拟信号采集程序设计

5.4 模糊控制算法程序设计

5.5 单片机输出挡位控制程序设计

5.6 输出挡位显示程序设计

5.7 其他辅助程序设计

5.8 重型液力自动变速器换挡控制系统软件调试

5.9 联合仿真

5.9.1 控制系统功能要求

5.9.2 联合仿真测试设置

5.9.3 Keil和Proteus联合仿真调试

5.9.4 模糊算法代码调试

5.9.5 其他模块代码调试

5.10本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

附录 A

附录 B

声明