汽车无级变速传动系统建模、仿真及其匹配控制策略研究

【摘要】： 无级变速传动是汽车理想的传动方式，是各国研究者和汽车公司研究的重点。开展汽车无级变速传动系统匹配及控制策略的研究，具有重要的理论和工程实用价值。本文在国家自然科学基金重点项目（资助号：59835160）资助下，对金属带式无级变速传动系统的传动机理、匹配及控制策略等进行了系统深入的理论分析和实验研究，具体研究内容如下： 1）系统地分析了金属带无级变速传动的基本运动规律，研究了在负载状态下，带轮油缸压力与速比和输入转矩的关系，提出了对金属带式无级变速传动系统进行优化设计的方法。 2）通过发动机台架试验，利用样条插值方法构造了发动机转矩和发动机油耗模型，确定了发动机最佳经济性与最佳动力性工作线。研究了实现发动机按理想工况运行时金属带式无级变速传动的传动比控制规律。对装有CVT和装有MT的羚羊轿车的经济性和动力性进行了计算和比较分析。 3）通过实验分析，研究了主、从动轮油缸压力、主动轮转速、输入转矩和带式无级变速传动速比与速比变化率的关系，建立了获取CVT速比变化率的模型，导出了符合实际规律的实用计算公式。 4）应用键合图理论，建立了金属带式无级变速汽车传动系的键合图模型，推导了系统的状态方程。研究了隶属度函数及解模糊算法对模糊控制器性能的影响，设计了实用的自适应模糊控制器。搭建了无级变速传动系统实验台，开发了无级变速传动自动控制软件，在实验台上实现了发动机节气门开度、无级变速器速比及载荷等数据的采集及计算机自动控制。 5）从综合模糊控制、专家控制和分级控制的观点，提出了无级自动变速汽车离合器起步控制策略，设计了离合器起步模糊控制器。建立了液力变矩器数学模型，提出了液力变矩器与无级变速器联合工作时的控制策略。通过研究无级变速传动速比变化时的惯性矩，提出了一种新的控制算法，采用传动系的惯性矩来补偿发动机的输出转矩，以获取目标驱动转矩。 本文从金属带式无级变速传动的传动机理入手，通过建立发动机和无级变速器的速比变化率模型，研究了发动机与无级变速器的匹配控制策略。提出了无级变速传动的综合控制算法，进行了无级变速传动匹配控制仿真研究及台架试验，试验结果与理论分析结果具有良好的一致性。本文提出的理论研究体系和试验分析方法为无级变速汽车的匹配控制提供了理论分析方法和设计依据。