金属带式CVT液压控制系统参数匹配与动态控制研究

摘要

无级变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）具有结构紧凑、平顺性好、舒适性佳、优良燃油经济性等特点，被视为一种理想的汽车动力传动装置。CVT能根据驾驶员意图和汽车行驶反馈信息快速、连续地改变速比，使发动机工作在最佳工作范围内，提高汽车的燃油经济性和动力性。　　金属带式CVT作为现今应用最广泛的一种无级变速器，在汽车动力传动研究及其应用领域中具有广阔的发展前景。电液控制系统作为金属带式CVT的重要组成部分之一，其主要由液压控制系统和动态控制系统组成。电液控制系统性能的优劣不仅决定着金属带式CVT的工作特性，还影响着汽车的动力性和燃油经济性。为了改进CVT动力性与经济性之间的矛盾关系和完善液压控制系统设计方法，对液压控制系统与控制算法研究就显得尤为重要。本文围绕金属带式CVT液压系统及其动态控制系统进行深入研究，并利用硬件在环测试平台对其进行实时仿真与验证分析。本文的主要研究内容如下：　　（1）金属带式CVT液压控制系统设计。对现有液压控制系统设计方法进行分析，确定液压控制系统参数匹配设计方法。以液压控制系统功能需求和单回路液压系统为基础，对夹紧力与速比控制系统和液力变矩器闭锁控制系统进行参数匹配。　　（2）金属带式CVT系统模型建立。基于发动机、液力变矩器的原始特性和金属带式CVT传动理论，建立发动机、液力变矩器和无级变速机构的数学模型。同时以液压控制系统参数匹配为理论基础，建立液压电磁阀、油泵和液压缸的数学模型，并利用AMESim软件搭建液压控制阀模型并对其工作特性进行分析。　　（3）控制算法研究与仿真分析。以金属带式CVT系统模型与控制系统需求为理论基础，设计速比、夹紧力跟踪PID控制器。针对现有的液力变矩器闭锁规律，提出基于驾驶意图的液力变矩器锁止点辨识方法，并结合滑差控制对锁止离合器闭锁控制进行研究，设计基于驾驶意图的锁止离合器滑差控制算法。利用AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真，对液压控制系统和控制算法的合理性进行验证分析。　　（4）金属带式CVT电液控制系统硬件在环验证。在充分了解硬件在环测试平台原理的基础上，基于NI-PXI硬件在环测试系统对金属带式CVT电液控制系统硬件在环进行验证。对本文所设计的液压控制系统和控制算法有效性和实时性进行分析，为电液控制系统开发提供试验研究基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 CVT的发展历程

1.3金属带式CVT的基本结构与工作原理

1.3.1 动力传动系统结构

1.3.2 液压控制系统结构

1.3.3 金属带式CVT的工作原理

1.4 金属带式CVT国内外研究现状

1.4.1 金属带式CVT液压控制系统国内外研究现状

1.4.2 金属带式CVT控制技术国内外研究现状

1.5 本文的主要研究内容

2 金属带式CVT液压控制系统设计

2.1 前言

2.2 液压控制系统设计方法

2.3 单压力回路液压控制系统

2.4 液压控制系统关键性能参数匹配

2.4.1 夹紧力控制阀最大工作压力

2.4.2 速比控制阀的最大流量

2.4.3 液力变矩器闭锁控制回路最大工作压力

2.4.4 油泵选型

2.5 本章小结

3 金属带式CVT系统模型建立与仿真分析

3.1 前言

3.2 发动机转矩输出模型

3.3 液力变矩器模型

3.3.1 液力变矩器的工作特性

3.3.2 发动机与液力变矩器共同输入输出特性

3.3.3 锁止离合器建模

3.4 无级变速机构动力学模型

3.4.1 传动系统动力学模型

3.4.2 整车纵向动力学模型

3.5 液压控制系统AMESim建模

3.5.1 锁止离合器控制阀模型

3.5.2 夹紧力控制阀模型

3.5.3 速比控制阀模型

3.5.4 液压缸模型

3.5.5 油泵模型

3.6 本章小结

4 金属带式CVT控制算法研究

4.1前言

4.2 PID控制器

4.3 夹紧力控制

4.3.1 目标夹紧力的计算

4.3.2 夹紧力控制算法

4.4 速比控制

4.4.1 速比控制方式

4.4.2 目标速比的计算

4.4.3 速比控制算法

4.5 液力变矩器闭锁控制

4.5.1液力变矩器闭锁规律

4.5.2 基于驾驶意图的液力变矩器闭锁点辨识方法

4.5.3 锁止离合器滑差控制

4.5.4 起步评价指标

4.6 控制算法仿真验证分析

4.6.1起步加速工况

4.6.2 EUDC循环工况

4.6.3 NEDC循环工况

4.7 本章小结

5 金属带式CVT电液控制系统硬件在环验证

5.1前言

5.2 硬件在环测试系统方案

5.3.1 硬件在环测试平台原理

5.3.2 硬件在环测试平台框架设计

5.3 硬件在环测试系统调试流程

5.3.1NI VeriStand实时模型调试

5.4.2 MotoHawk控制系统调试

5.4 硬件在环测试结果与分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来工作的展望

参考文献

致谢

附录