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商用汽车电控机械自动变速器智能控制技术研究

刘文光  
【摘要】:国内商用汽车主要采用固定轴式变速器,在现有变速器结构的基础上增加电控单元,采用电控换挡执行机构,提高车辆燃油经济性与乘坐舒适性。商用汽车由于车载变化大、行驶路况复杂以及驾驶意图的影响,造成离合器和挡位控制达不到理想的效果,影响车辆的操纵性能,制约了装备电控机械自动变速器的车辆动力性、经济性及乘坐舒适性等性能的进一步提高。围绕上述问题,本文主要进行了以下工作: (1)分析国内外电控机械自动变速器的研究、应用现状及发展趋势,建立商用汽车机械变速器系统的动力学模型,对机械变速器的动力传动系统特性进行分析。研究和分析气体流量特性以及离合器气动控制机构。换挡执行机构采用多位置气缸,能精确定位选挡和换挡行程,提高换挡性能和机构可靠性。分析智能控制系统的基本结构和特点,针对电控机械自动变速器的特点,选用模糊控制方法用于电控机械自动变速器的换挡控制。 (2)分析离合器的接合过程及评价指标。考虑道路信息及车辆载荷的不同对离合器接合的影响,将其转化为一种可以描述车辆外部信息的车辆转换质量系数并作为输入量,运用模糊控制方法获得离合器的目标接合速度。对于离合器执行部分采用模糊PID的方法控制目标接合位置的波动,防止离合器接合过程中出现超调现象,实现离合器执行部件的控制。 (3)在油门开度快速变化情况下,车辆的惯性较大,车速的变化相对于油门的变化存在着滞后现象,造成车辆频繁换挡。采用模糊控制的方法可以消除油门开度快速变化对频繁换挡的影响,提高乘坐舒适性。 (4)针对不同的道路状况及驾驶意图,车辆换挡车速不同,对换挡曲线进行改进,构造符合各种状况的换挡曲线。 (5)考虑电源电压取值对驱动执行组件的影响,采用了电压检测电路及升压电路控制供电电路的通断,保证整个控制电路在安全可靠的范围内工作。换挡信号采用CAN总线通信,并对整个控制系统进行试验验证。 本文的创新点在于: 1、提出车辆转换质量系数的概念,并将其运用到离合器接合控制中,车辆的转换质量系数反映道路条件和整车质量,能够全面考虑影响离合器接合的外部因素,优化控制离合器接合情况,符合驾驶意图。 2、采用了一种简单易行的电控气动挡位变换机构。利用多位置气缸控制换挡行程,对选挡行程和换挡行程进行精确定位,提高换挡性能和机构可靠性。 3、为防止离合器执行部分在目标接合位置波动,造成离合器从动盘转矩波动,以及离合器执行部分具有延迟及模型结构和参数不确定的特点,提出用模糊自适应PID控制的方法,由模糊控制器根据外部因素来控制PID控制器的系数,一方面具有模糊控制的智能功能,另一方面具有确定的模型结构。 4、在油门开度快速变化情况下,车辆的惯性较大,车速的变化相对于油门的变化存在滞后现象,较大的油门开度变化会造成车辆的频繁换挡。因此,提出在原有控制输入参数的基础上增加油门开度快速变化率作为其中的一个补充参数,全面分析考虑影响车辆换挡的操作过程。 5、以油门开度变化率及坡道信息作为输入参数,建立最佳换挡曲线,运用模糊控制的方法,在最佳经济曲线下对换挡进行修正,兼顾车辆的经济性和动力性。 6、针对电源控制部分,不仅考虑高电压对电子组件的影响,同时考虑低电压对驱动执行组件的影响,保证了整个控制电路在安全可靠的范围内工作,同时完成挡位的CAN通信。


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