楔形离合器的设计、建模与换挡性能优化控制研究

摘要

提高燃油经济性和保护环境是目前汽车技术的趋势。在过去，液压系统具有功率密度高与布置灵活的优点，被广泛应用于汽车执行器中。然而，由于其存在一定寄生能量损失的缺点而逐渐被机电系统所替代。对于后者，最大的技术挑战是：在不改变车辆现有的12V或42V电压的前提下，对电机电流需求较大。尤其是像离合器执行机构那样较大力/力矩的应用场合。进而导致了更多的电能量损失与电磁干扰，大大提高了成本。于是，需要力矩放大机构来减小电流需求。
　　楔形机构具有“自增力”的特点，能够在较小的驱动力下产生巨大的作动力。因此，本论文的目标为基于楔形机构开发一套离合器执行机构，利用其自增力特性来减小电机的力矩需求。然而，在引入楔形机构的同时也带来一些关键性问题。首先，楔形机构的自增力特性与特定的应用场合与参数条件有关，执行机构的具体设计过程中需要考虑具体变速箱空间结构和兼顾如何在离合器不同工况下均能实现自增力的作用；其次，楔形机构的自增力关系与离合器自身的非线性因素相结合，使得系统具有复杂的动力学特性，需要对其进行完整的动力学建模与分析研究；然后，离合器从滑摩到静止状态的切换过程使楔形机构自增力倍数发生变化，导致换挡扭矩冲击的问题，需要提出相应的优化控制方法；最后，考虑到自增力特性放大了输入误差量而使系统对离合器参数的时变与工况的改变更为敏感，从而对楔形离合器的控制器提出了较高的鲁棒性要求。针对以上关键问题，本文展开了相应的研究工作。
　　最后，本文通过着重解决上述几个关键问题，得出以下主要结论：1）所设计的楔形离合器执行机构结构紧凑，能够集成到AT中并且实现离合器结合与分离的功能；2）通过数学分析得出了楔形机构关键参数的设计准则，由仿真和实验验证了执行机构的自增力特性，并且相比于液压执行机构具有更快的响应；3）通过电机驱动扭矩和发动机扭矩协调控制的优化方法，解决了楔形机构带来换挡过程扭矩冲击的问题，也优化了滑摩损耗、摩擦片温升等方面的换挡性能；4）最后，在普通PID反馈控制的基础上加入增益自调整机制进行楔形离合器转速差跟踪理想参考滑摩曲线的控制，提高了系统的鲁棒性能，解决了由自增力而引起的对系统参数变化较敏感的问题。

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主要符号对照表

第一章 绪论

1.1课题来源与背景意义

1.2离合器执行机构概述

1.3楔形机构的研究现状

1.4离合器换挡性能优化研究现状

1.5课题研究内容

第二章 执行机构的原理与设计

2.1引言

2.2楔形机构的原理

2.3 执行机构的设计

2.3执行机构的工作工程

2.5 执行机构的特点

2.6 本章小结

第三章 执行机构和传动系统动力学建模与分析验证

3.1 引言

3.2执行机构的建模

3.3执行机构稳定性分析

3.4动力传动系统的建模

3.5模型的实验验证与分析

3.6 本章小结

第四章 换挡过程扭矩冲击的优化控制研究

4.1 引言

4.2 换挡过程的控制策略

4.3 换挡过程控制策略的仿真

4.4扭矩冲击问题的描述

4.5优化控制方法的提出

4.6优化过程比对与分析

4.7 本章小结

第五章 基于增益自调整PID控制的换挡性能研究

5.1 引言

5.2 问题的描述与优化算法的提出

5.3 增益自调整PID控制策略的设计

5.4 基于仿真的分析与讨论

5.5 基于dSPACE的控制器开发

5.6 实验结果与讨论

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 创新点

6.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间已完成的论文和专利

参加的科研项目与获得的奖励