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DCT换挡过程离合器压力控制研究

于鸿昶  
【摘要】:DCT因其兼具手动变速器的高传动效率和液力式自动变速器AT的动力换挡,现已成为最受青睐的自动变速器。DCT为离合器切换式换挡,即一个离合器接合的同时另一离合器分离,其高品质换挡的实现与否关键在于对两离合器接合分离控制的好坏。换挡过程分为力矩相和惯性相,其中惯性相因是产生换挡冲击的最大阶段而成为换挡控制的重点。此外,要实现高品质的换挡,除了准确的换挡控制之外,还需要相关执行机构准确快速的执行。对于湿式双离合器式自动变速器而言,离合器的接合与分离是通过离合器执行机构――比例压力电磁阀调节施加在离合器活塞上的液压实现。由于液压波动的存在、液压油温及弹性模量变化对液压响应速度的影响,以及比例压力电磁阀自身具有的高度非线性,这些因素都不利于比例压力电磁阀快速精确的压力实现,因此,对比例压力电磁阀输出液压进行控制极具意义。 针对上述问题,本文以湿式DCT为研究对象,采用双闭环的控制方案,即在换挡惯性相控制(外环)的基础上加入了对离合器执行机构——比例压力电磁阀的压力控制(内环),以改善换挡品质。 首先,针对内环控制,在对比例压力电磁阀动力学特性进行分析的基础上,根据牛顿第二定律及流体力学相关原理,建立了面向控制器设计的三阶非线性动力学模型,并基于此模型设计了基于Backstepping的压力跟踪控制器。由于压力跟踪控制器的实现与比例压力电磁阀的阀芯位移和速度相关,而这些物理量实际中无法测量,因此设计了非线性降维观测器对其进行估计; 其次,针对外环控制,为了便于实现对换挡惯性相离合器滑摩过程的控制,采用基于离合器转速差的跟踪控制策略,建立了面向控制器设计的换挡惯性相传动系动力学模型,并设计基于微分平坦的转速跟踪控制器使离合器主从片间转速差跟踪事先设计好的目标轨迹,从而实现对换挡惯性相的控制; 最后,将所设计的控制器及观测器用Matlab/Simulink实现、建立用于控制器验证的比例压力电磁阀和载有6挡DCT的整车AMESim仿真模型并搭建DCT换挡系统控制硬件在环实验平台,通过离线仿真和实时实验,对所设计的控制器及观测器的有效性进行验证。仿真及实验结果证明,所设计的基于非线性降维观测器的压力跟踪控制器可实现对比例压力电磁阀输出液压的精确控制,并且经过仿真结果比较可知,压力―转速双闭环换挡控制较无压力控制下的换挡性能有明显改善。


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