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《合肥工业大学》 2008年
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电控机械式自动变速器中传动与控制的关键技术研究

孔慧芳  
【摘要】: 自动变速控制是现代汽车的一项重要技术,也是智能车辆的基本功能。电控机械式自动变速器AMT以其传动效率高、成本低和易于制造等优点,非常适合我国汽车工业的发展现实,具有很好的产业化前景和广阔的应用范围。尽管国内外在AMT技术方面已进行了大量的研究,并且在国外已实现了产品化,但由于AMT自身的特性和技术的复杂性,在车辆起步和换档过程中对复杂多变的环境条件,不同驾驶意图的自动适应能力,以及系统稳定性和可靠性等关键技术方面,还存在着较多的问题。为使汽车自动变速控制系统有更高的控制性能和更灵活的控制策略,本文针对商用车电控机械式自动变速器(AutomatedMechanicalTransmission,即AMT)中传动与控制的关键技术,运用智能控制理论和方法对其控制规律进行了深入系统的理论和试验研究工作。 针对AMT系统中被广泛采用的液压驱动机构存在着结构复杂、制造精度要求高、成本高等问题,采用电机代替液压油缸,以降低系统成本、提高系统可靠性。对电机驱动离合器、变速器和油门的控制技术进行了研究。针对AMT系统的控制的复杂性,本文将控制器分为决策层控制器和执行层控制器进行研究。决策层控制器利用智能控制技术,通过对驾驶员驾驶意图、车辆运行状态以及车辆行驶环境进行辨识,依据预先设定控制规律确定执行机构控制目标值;执行层控制器以快速准确跟踪目标值为控制目标,实现电机驱动执行机构的控制。 离合器的接合控制是电控机械式自动变速器的难点技术之一。本文分析了车辆起步过程中离合器控制的要求和控制目标,根据驾驶员的起步意图,确定离合器接合时的冲击度和滑摩功的最大值,采用模糊控制技术,根据离合器接合过程的不同阶段分别选取不同的控制参数和控制策略,以协调发动机和离合器的控制,获得良好的起步品质;根据车辆使用过程中,由于机械系统的磨损,以及车载变化和道路环境变化导致的离合器半接合点变化,首次提出半接合点观测器思想,并设计了简单实用的半接合点模糊观测器。 换档控制是AMT系统的另一个难点技术。本文分析了换档品质影响因素和换挡过程关键问题,研究了提高换档品质的离合器和发动机协调控制方法;分析了换挡规律的特点和主要影响因素,研究了驾驶员意图、行驶环境、车辆载荷等不同工况的识别方法;针对基于人—车—环境的智能换档策略,提出换档因子的概念,解决多工况下换档规律因复杂难以实现的问题。换档因子的提出,不同于以往仅从修正换档规律解决换档规律对不同工况的适应性问题,而是通过对车速和油门开度的加权来实现同样目的,但可行性却大为提高;采用“开环+闭环”控制方式对选换档电机进行控制,可有效提高换档过程快速性和准确性。 进行了发动机转速控制方法研究,发动机的转速控制是提高电控机械自动变速换档品质,改善车辆起步及行驶平稳性和延长离合器使用寿命的关键技术之一。本文分析了AMT系统在起步和换档期间对发动机转速控制的要求,通过发动机转速控制,可有效减小车辆的冲击度和离合器的滑摩功,保证良好的起步和换档品质;油门采用柔性连接方式,执行机构采用直线步进电机驱动,简化了机械结构,大大提高了系统控制精度。 进行了AMT系统的开发研制,开发了电控电动离合器执行机构、选换档执行机构以及油门执行机构,机构结构简单,工作可靠,成本低廉,工作性能达到了预期的效果;开发了AMT系统的电控单元TCU,搭建了AMT系统简易试验台架;开发了AMT数据采集与分析系统,缩短了系统研制开发周期;开发研制了AMT样车并进行了整车试验研究,通过各种不同条件、不同工况的试验,检验了理论研究成果,试验结果表明,所开发的AMT系统在实现基于人—车—路环境下的智能控制方面达到了较为满意的效果。
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