电控气动机械式自动变速器试验台关键技术的研究

摘要

机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission，AMT)具有结构简单、传动效率高、制造与维护成本低等优势，有着非常广泛的开发与应用前景。目前，AMT相关产品的技术研究与开发已经比较成熟，但是在进一步的产品化推广方面还有待提高。针对不同车型的AMT系统，在执行机构的优化、离合器控制、档位选择控制以及整车集成控制等方面均存在不同程度的技术重点与难点，需要做进一步的研究与完善。
　　基于AMT试验台架，进行AMT控制系统的研究开发和综合性能的试验测试，可缩短开发周期、减少试验成本以及降低试验安全风险，是推进AMT相关技术发展的重要途径和必经阶段。
　　本文基于重汽HW17910A自动变速器，进行了电控气动AMT自动变速器试验台关键技术的研究，主要内容包括:
　　结合汽车AMT系统，对AMT试验台架方案作具体分析。对动力源电机、离合器、变速器以及试验台架的工作及动力学特点进行了分析，并建立相应的数学模型，为后续研究提供理论基础。
　　分析了离合器的工作过程及其相关特性，并在AMESim仿真软件中建立气动执行机构的模型进行基本性能研究。针对离合器的工作过程与特征，离合器的控制分为目标位置的计算和执行机构的目标位置跟踪。本文采取模糊算法得到离合器的目标结合速度以及位移，根据动力学分析在MATLAB中建立物理模型以及模糊控制策略模型，对其进行起步仿真。针对气动执行机构的工作原理及特征，提出了离合器位置跟踪控制策略，使用逻辑控制器选择电磁阀组的工作状态，并用改进的单神经元PID控制算法对工作电磁阀组进行PWM控制，在AMESim中搭建气动执行机构的物理模型，在MATLAB中建立控制策略，在联合仿真的环境中进行目标位置跟踪，能够获得理想的控制效果且设计简单易实现。
　　在理论分析的基础上，根据功能需求，研究开发了基于Infineon XC2287M微控制器的硬件控制系统。分别设计信号处理电路将采集到的各类位置及转速传感器信号处理成可供单片机识别的脉冲信号用于监测与判断决策。单片机输出的控制信号经驱动电路控制电磁阀驱动离合器、选换挡等气动执行机构。对硬件系统进行静态调试以及动态调试，为软件功能的实现奠定基础。
　　在试验台架以及硬件系统功能的基础上介绍了软件开发平台与流程，在DAvE中进行软件系统底层配置并在Keil中分模块化进行编程。设计了数据采集、数字滤波、数据处理、脉冲调制等子程序。进行了档位测试与标定、离合器的基本性能测试，为试验台离合器以及档位等相关功能的实现奠定基础。对离合器的跟踪控制策略进行了对比试验测试，本文所设计的逻辑控制单神经元PID控制能够取得良好的动态跟踪性能与稳态误差。最后设计了起步程序并在不同的负载情况下进行了起步测试，控制器能够在不同的负载下进行快速平稳起步。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 自动变速器的分类及特点

1．3 AMT的发展及研究现状

1．4 AMT的关键技术

1．5 本文研究的主要内容

第2章 AMT系统及试验台的分析与研究

2．1 汽车AMT传动系统

2．2 AMT系统测试试验台

2．3 系统动力学分析

2．3．1 动力源

2．3．2 离合器

2．3．3 变速器

2．3．4 试验台架

2．4 本章小结

第3章 离合器关键技术研究

3．1 离合器负载特性分析

3．2 离合器执行机构分析

3．2．1 执行机构原理

3．2．2 执行机构仿真分析

3．3 离合器控制性能评价指标

3．3．1 冲击度

3．3．2 滑摩功

3．4 离合器控制策略

3．4．1 结合目标控制策略

3．4．2 模糊控制器设计

3．4．3 仿真分析

3．5 离合器执行机构位置跟踪控制

3．5．1 跟踪控制策略

3．5．2 仿真分析

3．6 本章小结

第4章 控制系统硬件设计与实现

4．1 微控制器

4．2 传感器及信号处理

4．2．1 转速传感器

4．2．2 位置传感器

4．3 电磁阀驱动

4．4 串口通信

4．5 电源

4．6 硬件调试

4．7 本章小结

第5章 软件设计与试验测试

5．1 软件设计平台与流程

5．2 软件总体构架

5．3 数据采集与处理

5．3．1 数据采集

5．3．2 数字滤波

5．3．3 数据转化处理

5．4 脉冲宽度调制

5．5 档位监测与控制

5．5．1 换档流程

5．5．2 档位标定测试

5．6 离合器控制及测试

5．6．1 离合器简单闭环测试

5．6．2 离合器位置跟踪测试

5．7 起步测试

5．8 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢