基于直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋控制技術(shù)研究.pdf

1、變速器是汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，影響著車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和乘坐舒適性。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)既能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)變速功能，又保留了手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡單和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是符合我國國情的變速器產(chǎn)品。然而由于AMT是動(dòng)力中斷換擋，存在動(dòng)力損失現(xiàn)象，換擋品質(zhì)也亟需提高。本文以電控機(jī)械式自動(dòng)變速器為研究對(duì)象，以改善AMT換擋品質(zhì)、提高AMT產(chǎn)品競爭力為目的，提出一類應(yīng)用二自由度電磁執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的AMT換擋系統(tǒng)，運(yùn)用

2、理論分析、仿真計(jì)算與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，在直接驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、換擋系統(tǒng)建模與仿真、控制器實(shí)現(xiàn)、換擋過程分段控制、同步過程最優(yōu)控制及換擋系統(tǒng)魯棒性等方面進(jìn)行深入分析與研究，揭示影響換擋品質(zhì)的關(guān)鍵因素并提出相應(yīng)改善換擋品質(zhì)的控制方法，為直接驅(qū)動(dòng)式AMT的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。論文主要開展了以下幾方面的理論研究與試驗(yàn)工作:
　　(1)分析了全電式AMT對(duì)選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，并據(jù)此提出應(yīng)用二自由度電磁執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的全電式AMT換擋

3、系統(tǒng)方案，詳細(xì)描述了方案。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)全電式AMT換擋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，在分析控制所要解決的關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的控制方法，并建立控制系統(tǒng)框架。根據(jù)控制系統(tǒng)需求研制了基于ARM微控制器的控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)，為進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)基于整車建立了換擋系統(tǒng)模型并對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行了性能分析、測試與控制研究。建立包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、執(zhí)行器和整車在內(nèi)的車輛換擋動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型，為換擋控制策略的研究

4、提供了準(zhǔn)確的平臺(tái)。采用理論分析的方法，建立了二自由度電磁執(zhí)行器的數(shù)學(xué)模型，分析了執(zhí)行器電路、磁路和機(jī)械子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系，并對(duì)執(zhí)行器參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)。研制測試系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行器靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測試，并分析了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)性能的影響。為實(shí)現(xiàn)二自由度電磁執(zhí)行器的精確位移控制，提出基于平滑切換思想的模糊PID運(yùn)動(dòng)控制算法，通過仿真與試驗(yàn)對(duì)算法性能進(jìn)行了深入研究。
　　(3)針對(duì)換擋同步過程各個(gè)階段不同的工作特點(diǎn)，以提高換擋品質(zhì)為目標(biāo)設(shè)計(jì)換擋同步

5、過程分段控制方法，結(jié)合系統(tǒng)模型及控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真與試驗(yàn)研究，并完成了應(yīng)用二自由度電磁執(zhí)行器的AMT退擋、選擋過程閉環(huán)控制方法的分析與設(shè)計(jì)。同時(shí)利用執(zhí)行器可同時(shí)直動(dòng)和旋轉(zhuǎn)并且兩種運(yùn)動(dòng)互不干涉的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了換擋時(shí)序部分并行協(xié)調(diào)控制方法。最后通過仿真與試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的換擋控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明提出的控制方法能夠有效改善換擋品質(zhì)。
　　(4)為取得換擋同步過程換擋品質(zhì)綜合最優(yōu)以同步階段沖擊度和滑摩功為優(yōu)化目標(biāo)，建立綜合目標(biāo)泛函，采用基于

6、極小值原理的最優(yōu)控制方法對(duì)目標(biāo)泛函進(jìn)行優(yōu)化，得到同步過程換擋品質(zhì)綜合最優(yōu)換擋力變化規(guī)律。仿真分析了同步時(shí)間和換擋力大小的關(guān)系，并據(jù)此設(shè)計(jì)了應(yīng)對(duì)變工況的換擋力自適應(yīng)方法，最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證了最優(yōu)控制及換擋力自適應(yīng)方法的控制效果。
　　(5)針對(duì)基于直接驅(qū)動(dòng)的AMT換擋系統(tǒng)存在非線性、參數(shù)及目標(biāo)量變化、易受干擾等問題，設(shè)計(jì)一種復(fù)合魯棒性控制方法。將換擋同步過程分為同步過程和非同步過程，同步過程采用自抗擾控制方法(ADRC)，在對(duì)同步過程

7、最優(yōu)換擋力軌跡進(jìn)行精確跟蹤的情況下提高系統(tǒng)抗干擾能力;非同步過程采用基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(ESO)的逆系統(tǒng)控制方法(ISM)，加強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)干擾及參數(shù)變化的抑制能力，提高了換擋品質(zhì)的穩(wěn)定性。仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明該魯棒控制方法增強(qiáng)了換擋系統(tǒng)的可靠性，使應(yīng)用二自由度電磁執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)的AMT換擋系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。
　　研究結(jié)果表明，在常見換擋工況(轉(zhuǎn)速差600r/min、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.03kg·m2)條件下，基于直接驅(qū)動(dòng)的AMT3擋