机械电子式无级变速器控制系统的硬件在环仿真平台开发

摘要

随着科学技术的发展，无级变速器(CVT)越来越多的应用于现代汽车。本课题以纯机械电子式无级变速器EMCVT(Electronic Mechanical Continuously VariableTransmission)为研究对象，抛弃了不够理想的液压系统，具有很大的研究价值和发展空间。为了能够使EMCVT发挥其功效，需要开发一套使EMCVT汽车具有良好操控性、驾驶舒适并具有理想的动力性和燃油经济性的控制系统。根据EMCVT机械结构和变速原理，控制系统就是要控制速比控制电机和离合器控制电机。
　　EMCVT控制系统调试最简单有效的方式，就是将EMCVT直接安装到试验台架和汽车上进行实验，但是台架试验和车载试验的试验周期都比较长，需要的试验设备多，成本很高，不利于控制系统的改进，而且现场试验难实现一些极端情况，甚至会有一些危险发生。因此，本文根据现场试验情况通过对硬件在环仿真(Hardware-in-the-loopSimulation—HILS)理论的研究，开发了用于EMCVT控制系统初期调试的硬件在环仿真试验平台(HILSP)，它为控制系统提供了虚拟调试环境，使得控制系统初期调试只需要在实验室就能够完成。
　　本课题来源于辽宁省科学技术计划工业攻关重点项目:车用无级变速器实验与控制关键技术攻关，并根据EMCVT的控制系统和现场的台架试验和车载试验，本文首先分析了EMCVT的机械结构，同时根据机械结构和试验数据建立了发动机模型、EMCVT模型、汽车负载模型，并在Matlab/Simulink中验证这些模型的可行性，用数学模型实现控制系统的离线调试。
　　其次，通过对硬件在环仿真理论的研究，本文编写了基于LabVIEW的硬件在环仿真程序，使仿真程序与控制系统实现实时通讯，具有控制系统调试功能。
　　最后，编写友好的硬件在环仿真程序人机交互界面，方便、清晰的显示出当前车载试验状态，并通过仿真试验分析了开发的硬件在环仿真平台能够满足控制系统需求，达到控制系统初期调试目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 仿真技术概述

1．2．1 仿真技术

1．2．2 硬件在环仿真技术

1．3 硬件在环仿真国内外研究状况

1．3．1 国内研究状况

1．3．2 国外研究状况

1．4 课题研究主要内容

第2章 EMCVT结构及现场试验

2．1 EMCVT变速原理和机械结构

2．1．1 EMCVT变速基本原理

2．1．2 EMCVT外观结构

2．1．3 EMCVT内部结构

2．2 控制系统硬件构成

2．2．1 EMCVT控制系统任务

2．2．2 控制系统硬件电路

2．2．3 电机驱动电路

2．3 EMCVT台架试验

2．3．1 EMCVT台架试验任务

2．3．2 台架试验组成

2．4 EMCVT车载试验

2．5 本章小结

第3章 硬件在环仿真原理与硬件系统设计

3．1 硬件在环仿真原理与平台结构

3．1．1 硬件在环仿真原理

3．1．2 EMCVT控制系统硬件在环仿真的结构

3．2 硬件在环仿真在EMCVT开发过程中的应用

3．3 硬件在环仿真关键技术

3．3．1 软件技术

3．3．2 硬件技术

3．4 硬件系统设计

3．4．1 PCI总线接口

3．4．2 数据采集卡

3．5 本章小结

第4章 仿真模型的建立

4．1 发动机模型的数学描述

4．1．1 建立发动机模型方法

4．1．2 发动机速度特性模型

4．1．3 发动机万有特性模型

4．2 发动机试验数据处理

4．2．1 发动机试验

4．2．2 试验数据处理

4．2．3 发动机速度特性曲线绘制

4．2．4 发动机曲面模型

4．2．5 基于Simulink发动机数值模型

4．3 离合器模型的建立

4．3．1 离合器自动控制原理

4．3．2 离合器动力学模型

4．3．3 离合器起步评价指标

4．3．4 电机驱动式自动离合器

4．3．5 基于Simulink离合器模型

4．4 EMCVT速比模型的建立

4．4．1 EMCVT速比控制的要求

4．4．2 EMCVT速比控制模型的建立

4．5 硬件在环仿真试验平台的建立

4．6 本章小结

第5章 硬件在环仿真平台软件系统设计

5．1 EMCVT控制系统仿真平台软件系统的构成

5．1．1 软件系统设计原则

5．1．2 仿真平台软件系统结构

5．2 硬件在环仿真软件系统程序流程

5．2．1 软件的程序流程图

5．2．2 仿真平台程序运行过程

5．3 硬件在环仿真软件系统各个模块

5．3．1 参数设置模块

5．3．2 信号生成与采集模块

5．3．3 仿真模型模块

5．3．4 理想转速曲线与实时转速生成模块

5．3．5 整车负载模型模块

5．3．6 数据记录模块

5．4 本章小结

第6章 控制系统的硬件在环仿真试验

6．1 硬件在环仿真试验平台搭建

6．1．1 硬件在环仿真试验硬件端口配置

6．1．2 硬件在环仿真试验平台搭建过程

6．2 EMCVT控制系统硬件在环仿真试验

6．2．1 仿真试验流程

6．2．2 仿真平台试验分析

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文