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基于人—车—路系统的自动变速车辆智能换挡策略研究

史俊武  
【摘要】:自动变速器是电子技术以及自动控制技术飞速发展的产物,它大大提高了汽车使用的方便性,降低了驾驶员的劳动强度,进一步满足了人们对汽车的使用要求。换挡策略是汽车自动变速系统的关键技术之一。随着科技的发展,人们对汽车自动变速器系统性能的要求也日益提高,已不再满足仅仅能够实现换挡操纵的自动化,而是希望自动变速器系统能够满足不同行驶环境与驾驶意图的具体要求,实现更高的整体动力性与经济性,拥有更优良的乘坐舒适性。因而,智能型换挡策略将是今后自动变速技术发展的方向。 本文的研究工作是结合国家自然科学基金项目“基于人—车—路信息识别的机械自动变速器控制系统理论研究”进行的,其中心内容是通过对不同的道路条件与驾驶员意图进行识别,从而对相应条件下的换挡策略进行修正,以实现自动变速系统的智能化。 为了简化换挡策略开发过程,本文首先建立了汽车传动系统的模型,其中包括发动机模型、离合器模型、变速器模型以及轮胎与车身模型,并通过试验车辆的实车道路试验对所建模型进行验证。仿真模型的建立,为特定的行驶环境与驾驶意图下进行动力学仿真奠定了基础。此外,还建立了基本换挡策略,包括最佳动力性换挡策略与最佳经济性换挡策略,为不同工况下换挡策略的制定提供了初步依据。 由于基本换挡策略在坡道行驶中效果欠佳,因此本文在分析汽车纵向动力学模型的基础上,运用一种改进型最小二乘法对整车质量与广义坡度值进行实时识别,此算法可以克服采用单一遗忘因子的最小二乘识别法对于变化不同步的参数进行识别时效果不佳的缺点。在此基础上,制定了坡道换挡策略并进行了实车道路试验。试验结果证明,新型换挡策略能有效地解决传统换挡策略在坡道行驶中存在的问题,更好的满足了自动变速器坡道行驶的要求。 基本换挡策略在低附着路面上行驶时,可能出现驱动轮过度滑转,从而降低车辆动力性与稳定性。因此,本文针对自动变速车辆在低附着路面的行驶工况,提出一种通过协调控制发动机节气门开度与变速器挡位,以实现牵引力控制为目标的换挡策略。首先,本文利用分析附着系数-滑移率曲线斜率的方法确定最佳滑移率,然后针对目标滑移率,采用基于反馈线性化的滑模控制方法求解所需驱动力矩。同时,查询由动态规划法得出的不同驱动力矩与车轮转速下节气门开度和挡位MAP图即可获得所需节气门开度与挡位。仿真结果表明,此种换挡策略能有效地控制驱动轮的滑移率,并对行驶路况变化具有较强的鲁棒性,提高了自动变速车辆在低附着路面的加速性能与操纵稳定性。 在研究了坡道与低附着路面行驶的换挡策略基础上,本文又分析了拥堵路段、颠簸路段等行驶环境及不同驾驶意图的特点,以及传统换挡策略在这些工况的运行中所存在的弊端,并针对各种工况下的换挡策略进行了修正,同时制定了行驶环境与驾驶意图的识别方法并通过试验予以验证。在此基础上,对行驶环境与驾驶意图的耦合工况进行了分析,并制定了综合换挡策略并通过模拟仿真对其有效性进行了验证。 最后,本文在分析了与换挡策略相关的信号获取方式的基础上,设计了自动变速控制器的硬件系统,并根据模块化理念设计了软件系统。 总之,本文对自动变速车辆智能换挡策略进行了比较全面的研究,系统地分析了各种工况下的换挡策略及其实现方法,对自动变速系统性能的提高具有重要价值。本文的研究成果对开发具有我国自主知识产权的自动变速系统,加快其产业化进程具有重要意义。


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