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车辆换挡过程最优控制算法研究

裴玲  
【摘要】:随着汽车电子控制技术以及自动变速技术的发展,换挡过程已经不再局限于简单的功能实现,优越的驾驶性能与换挡品质已经成为基本要求。在车辆行驶过程中,换挡品质的优劣是评价车辆整体性能的重要指标,它对车辆的动力性、舒适性以及零部件的寿命均有较大的影响。因此在自动变速系统的开发中,换挡品质的控制具有重要意义。本文以DEUTZ BF4M1013单体泵柴油机和Allison S2000离合器—离合器式液力自动变速器为研究对象,以优化换挡品质评价指标冲击度和滑摩功的综合性能为目的,开展了以自动变速器和发动机协调控制为手段的换挡过程最优控制研究。 首先针对行星齿轮变速器,利用Lagrange方程对换挡过程进行了动力学分析,得到了换挡过程的动力学方程;通过针对冲击度指标的换挡过程各阶段的详细分析,得到了转矩相高、低档离合器油压控制的定量关系和理想搭接原则,惯性相通过动力传动系统协调控制减小换挡冲击的方法;通过换挡过程的试验研究对理论分析结果进行了验证,为设计换挡过程最优控制算法和制定控制策略奠定了基础。 然后综合考虑换挡品质评价指标冲击度和滑摩功,结合换挡过程的理论分析和试验研究,确定了涡轮轴转速和输出轴转速目标跟踪轨迹的形状,将针对换挡品质的最优控制问题转化为线性二次型最优跟踪控制问题。并且利用极小值原理进行求解,得到了最优控制律。在目标跟踪轨迹形状确定的基础上,以性能指标泛函值作为衡量标准,对不同工况下的换挡时间进行优化,得到了各工况下的最优换挡时间,据此确定了涡轮轴转速和输出轴转速的最优跟踪轨迹。并且针对换挡时间的优化过程设计了基于模型的最优换挡时间标定流程。 最后针对离合器—离合器式液力自动变速器,制定了动力传动系统协调控制策略。通过发动机和自动变速器的协调控制实现基于最优控制得到的离合器摩擦转矩和涡轮转矩控制轨迹的跟踪控制,使得换挡过程中冲击度和滑摩功的综合性能指标最优。在车辆动力传动系统离线仿真模型中对该控制策略进行了验证结果表明采用本文制定的换挡控制策略,可以显著地减小换挡过程的冲击度和滑摩功,有效地提高换挡品质。同时进行了不同传动轴特性和不同换挡时间的控制策略仿真研究。


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