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金属带式无级变速器传动特性及其综合控制技术研究

安颖  
【摘要】:基于某企业的“轿车无级变速器(CVT)电液控制系统及其产业化关键技术研发”及“20万台轿车无级自动速器(CVT)产能扩建技术改造项目”,本文围绕某国产无级变速器及其匹配的经济型轿车,针对CVT产业化关键技术及商品车的软件优化进行了深入研究。在分析了大量台架、道路试验数据的基础上,为待解决的问题寻找到了最适用的解决方案。文中所作的主要工作内容如下: 1、从金属片与带轮之间的摩擦力入手,分析了金属带滑移机理。基于金属环与金属片之间的相对运动,分析了推力和张紧力的分布趋势,并对金属环和金属片进行了受力分析,计算得到了金属片以及金属环在整个运行区间上的受力分布情况、主从动带轮夹紧力平衡关系,为速比和夹紧力控制提供了理论依据。 2、针对测试过程中出现的由于金属带偏置量设置不当导致的金属带断带问题进行了分析,结合金属带对偏置量的敏感系数和车辆的综合使用工况,首次提出了敏感度综合因数法,对金属带偏置量的设置进行了优化,断带问题在后续的实车测试过程中没有再现; 3、为满足CVT软件V型开发模式的需要,搭建了硬件在环测试系统。试验分析了夹紧力平衡关系和速比变化率的影响参数,首次建立了速比变化率仿真计算模型,并将模型辨识、理论分析和试验标定等方法相结合,建立了CVT动力学模型、液压系统模型以及整车动力学模型。仿真计算和试验数据对比后,两者具有较好的一致性。 4、针对售后市场反馈的驾驶性能不良问题,对试验数据进行了分析。鉴于驱动功率增量对驾驶性能的影响,提出了基于驱动功率增量的发动机转速控制优化方案,并将其与手动标定数据、最佳燃油经济曲线方案进行了对比,仿真结果显示,该优化方案不仅提升了车辆的响应速度,而且减少了驾驶员操作、速比变化和发动机转速变化的频繁度,使得车辆的平稳性得以改善。针对该方案的实车测试结果也显示,驾驶性能得到了明显改善。该方案的优势在于,消除了发动机特性在整个工作范围内不具备线性规律的缺陷,加强了发动机与整车匹配的关联作用,突破了孤立研究CVT匹配理论的缺陷,为整车动力总成联合标定、速比匹配提供了理论依据。 5、针对传统安全系数夹紧力控制法存在过度夹紧问题,试验分析了夹紧力谐波输入下的速比响应特性以及滑移率对传动效率的影响。结果表明,速比对夹紧力谐波输入的跟踪分为两段,且相位相差180°。根据这一特性,设计了基于滑移率的夹紧力控制器。实车测试表明,该方法有效地降低了系统夹紧力、提高了传动效率。 6、基于速比偏差的PID闭环控制法存在的问题,提出了速比控制必须要综合考虑速比变化率和对系统的流量需求,并开发了新的速比控制算法。将控制软件移植到实车上进行试验,结果显示控制效果良好。 本文中所有的理论研究和试验分析,都紧扣生产和试验过程中出现的问题,并针对这些问题提出了实用有效的解决方案。分析论述了一些以往被忽视或未被提及的因素,有金属带偏置综合影响因数、速比变化率计算模型及其关键参数、驾驶性能影响因素,提出了一些行之有效的方法,满足了企业产业化所需,有速比PID控制法的改进,基于滑移率的夹紧力控制方法以及基于驱动功率增量的动力总成控制方案。


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