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奇瑞CVT07型汽车无级变速器控制策略的研究.pdf

奇瑞CVT07型汽车无级变速器控制策略的研究

zpofrp
2011-12-03 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《奇瑞CVT07型汽车无级变速器控制策略的研究pdf》,可适用于工程科技领域

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文奇瑞CVT型汽车无级变速器控制策略的研究摘要汽车无级变速箱CVT(ContinuouslyVariableTransmission)一直是人们追求的理想汽车变速箱汽车通过无级变速传动实现了速比的连续调节确保了发动机沿最佳经济油耗线工作从而提高了燃油经济性降低了有害气体排放同时无级变速传动效率高于液力自动变速器AT(AutomaticTransmission)还可使汽车的变速更加平稳提高了乘坐的舒适性本文介绍了干式复合带无级变速箱的机械结构和传动原理并介绍了所采用电磁离合器等相关部件的结构原理与优点。电磁离合器是靠电磁力来传递转矩的其输出转矩同励磁电流在一定范围内为线性关系因此只要控制励磁电流的大小就可以控制电磁离合器的输出转矩汽车起步时离合器接合过程比较复杂很难建立精确的数学模型因此本文提出电磁离合器电流模糊控制策略即在CVT汽车起步时根据驾驶员经验以节气门开度、节气门开度变化率、发动机转速来确定电磁离合器的电流设计了模糊控制算法构建了模糊控制器并计算出模糊控制表以供在程序中查询。对于变速箱速比的控制采用传统的PID控制策略设计了PID控制器并在速比调节的过程中采用分段控制的方法以适应不同工况下速比的调节。本文所设计的无级变速箱控制器着重分析了带轮与带子的分析为建立控制模型、控制调速电机提供了理论依据。通过本文设计的无级变速箱控制器TCU在模拟试验台上进行初步参数整定后在试验用车MatizII上进行参数的匹配与标定并完成了国家规定的可靠性试验。根据在国家汽车检验中心的检验结果表明该控制器具有较好的控制效果。关键词无级变速箱TCU模糊控制PID控制哈尔滨理工大学工程硕士学位论文RESEARCHofSTRATEGYONCHERYCVTTYPEAUTOMOBILECONTINUOUSLYVARIABLETRANSMISSIONAbstractCVThaslongbeenanidealautomotivegearboxBycontinuouslyvariabletransmission,theensuresthattheratioofautomotivescanbeadjustedcontinuously,whichengineworksaccordingconsumptionline,andsothefueleconomitotheoptimumeconomyfuelcalefficiencyhasbeenincreased,whilenocuousgas'exhaustdecreasedMeanwhiletheefficiencyofCVTishigherthanthatofAT,furthermoreitmakesvehiclesshiftmoresteadily,thuspassengerswillfeelmorecomfortableThemechanicalstructureandtheprinciplesofdryhybridbeltcontinuouslyvariabletransmission(ACV乃areintroducedinthediscourse,thestructureoftheelectromagneticclutchanditsmeritsaswellThetorqueofmagneticpowderclutchistransmittedbyelectromagnetforce,andthere'salinearrelationbetweenitsoutputtorqueandexcitationcurrentThereforeaslongastheexcitationcurrentisundercontrol,theoutputtorqueisalsomasteredTheengagingprocessoftheclutchiscomplicatedwhenautomotivesstart,anditisdifficulttomodulateprecisely,soafuzzycontrolstrategyforclutchcurrentisproposed,towitthecurrentoftheelectromagneticclutchisdecidedbythethrottleopening,哈尔滨理工大学工程硕士学位论文variancerationofthethrottleopeningandtheenginespeed,accordingtodrivers'experienceBasedonthefuzzycontrolalgorithm,thefuzzycontroltableforMCUiscomputedAndthattheratioofthegearboxiscontrolledbytraditionalPIDcontroller,whichisalsodesignedWhat'smore,segmentationcontrolisadopted,fitfordifferentsituationsTheCVTcontrollerdesignedinthisdiscoursefocusesonanalyzingbandwheelandbelt,basedonwhichcontolmoduleisestablished,aswellasthecontrolstrategyforthetimingmotorPICofMicrochipisselectedasMCUforTCUinthisdiscourseInadditionthesignaldetectinganddrivingcircuitsareintroducedbrieflyTheengagingcontrolofelectromagneticclutchforautomotivestartingisimplementedbyfuzzycontrolaltorithmSelfadaptivePIDcontrolisappliedtotheadjusttheratioofACVTFinally,theprogrammesthatmeetthecontrolorderswerewrittenTheparametersaresetuponthesimulationtesttableforthefirsttime,TCUwasusedintheexperimentalcarMatizIItomatchanddemarcatetheparameters,finallyaccomplishedtheexperimentthatthecountrystipulatesThefunctiontestingbythenationalautomotivetestcentreshowsthatthecontrollerhasgoodcontroleffectKeywordsCVTTCUfuzzycontrolPIDcontrol哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文《奇瑞CVT型汽车无级变速器控制策略的研究》是本人在导师指导下在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知论文中除己注明部分外不包含他人己发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名:刑树立日期:年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《奇瑞CVT型汽车无级变速器控制策略的研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口在年解密后适用授权书。不保密口(请在以上相应方框内打力作者签名:刑树立日期:年月日导师签名:王旭东日期:年月isE日哈尔滨理工大学工程硕士学位论文第章绪论课题来源与意义本文所研究的课题来源于国家科技攻关项目“汽车无级自动变速箱((CVT)控制系统开发”项目编号:BAC。课题的主要研究目的是从无级变速箱的结构以及传动机理的控制策略入手进行无级变速箱控制器的软件编制从而使无级变速箱控制器汽车的经济性、动力性、舒适性、环境干扰等性能达到国外无级变速汽车的水平。汽车变速器是车辆动力总成的关键部件汽车对道路和人的适应性很大的程度取决于变速器。变速器大体分为机械变速器和自动变速器两大类。机械变速器为我们所知的手动变速器MT(MechanicalTransmission)。在汽车上使用的自动变速器大致有三类:液力自动变速器AT、电子控制机械自动变速器AMT(AutomaticMechanicalTransmission)和无级变速器CVT前两种自动变速器都是有级或分段无级自动变速)。从低档到高档的变速过程中无法使发动机总是工作在高效率区域。当传动比发生有级变化时需要发动机时而加速时而减速使工况处于不稳定的状态油耗和排污增加并带来动力传动系统的冲击CVT控制的最大优势是能够实现发动机随转速和转矩变化时沿最经济油耗线工作。CVT与其他传动相比其传动效率高于液力自动变速器AT这就进一步提高了装备CVT传动系统的汽车的行驶经济性此外在变速过程中没有动力中断也因而提高了行驶的动力性能CVT使发动机免除在一些不利工况区运行从而提高了发动机的工作稳定性和可靠性。CVT操纵轻便变速无冲击提高了乘坐的舒适性CVT技术的应用是与世界可持续发展以及与环保和节能要求一致的。能源与环境保护正日益成为影响人类可持续发展的两大主题。当今世界范围的环境污染和能源消耗日趋严重其中汽车每年消耗的石油在欧美的城市中空气污染的来自汽车废气排放。CVT传动比无级连续变化可使发动机与变化的外·负荷良好匹配发动机经常工作在经济工作区有效地提高了汽车燃油经济性。同时CVT的超速档(速比可达)扩大了汽车的变速范围使汽车可以在发动机低转速、高转矩的工况下输出功率这样不仅减少噪声增加动力传动系统效率降低辅助装置的动力损耗还使发动机转矩增加燃烧效率提高排气中的哈尔滨理工大学工程硕士学位论文CO,HC与氮氧化合物减少排气总量减少与温度升高使催化转换反应条件也得到改善研究表明因燃烧完全可使有害气体排放减少达左右)。因此CVT正在越来越多地被国内外汽车厂商开发和利用。为考察CVT系统在汽车中应用的实际效果日本Subaru,德国大众ZF、美国ChryslerFord等各国汽车公司都对其进行了对比试验同类汽车分别装备无级变速器CVT、有级机械变速器MT和液力机械自动变速器AT在同等条件下进行性能比较比较结果综合如下:动力性和经济性由于CVT能实现传动比的连续变化可得到传动系与发动机工况的最佳匹配整车的动力性和嫌油经济性相应得到提高。CVT汽车的加速性能(如币)比AT汽车的加速性能提高了速度较高时加速性优于MT汽车ZF公司年测试CVT汽车的经济性比档AT汽车至少提高约l与档MT汽车相当或略优))传动效率变速装置的传动效率将影响汽车的经济性和动力性。富士重工于年对装备CVT的SubaruJusty汽车进行效率测定ECVT为档机械变速器为,档自动变速器则为。据近期试验结果CVT传动效率己在之间比传统机械变速器效率略低。CVT系统虽然具有最佳传动效率。但是由于它的传动效率还未达到传统机械传动的水平导致CVT汽车的燃料经济性和动力性未能显著地超过多档机械变速器。这是当前CVT急需研究的课题之排放CVT的速比工作范围宽能够使发动机以最佳工况工作从而改善了燃烧过程降低了废气的排放量。德国ZF公司将自已生产的CVT装车进行测试见图、图、图。其废气排放量比安装A的汽车减少了大约可靠性和寿命CVT的可靠性和寿命主要取决于金属带传动工作组件和控制系统据年资料表明在万个CVT中出现故障的只有个故障率为。可见该系统质量高、使用可靠目前采用高强度优质材料、精密制造技术与无限寿命设计方法设计和制造的金属带工作组件可达到与发动机同寿命哈尔滨理工大学工程硕士学位论文tr公侣翻r、枯万冷翻目曰翻肠的】么门】翻门时闷图卜国家工况法测试标准Fig一口n污tings口d盯d(ECEEUDC)bynationa】wo由ngconditionlaw刀砚旧州扣成目仪旧D!习刀以扣时间图一CO的排放对比Figl一ZComP颐sionofCO的ission成本产品的成本依赖于产品的技术含量、材料、制造工艺装备等因素。由于CVT的关键零件采用优质钢材加工过程较为复杂以液力变矩器为启动部件的CVT其成本价格接近液力机械自动变速器。若采用其他类型的起动部件其成哈尔滨理工大学工程硕士学位论文本可低于液力机械自动变速器。在年的美国市场上装备CVT的HondaCivi。轿车比装备档AT的轿车便宜多美元。VDT(VanDoorne'sTransmissieBV)公司在通过不断改进传动零件的结构及零部件加工工艺过程等措施来降低产品的成本提高产品竞争力。屯日口】泛口L回时司图NOX十CH的排放对比FigComparisionofNOXCHemission本文选用韩国大宇的MatizII轿车为实验样车开发无级变速箱电子控制器(TC切。该车采用的是树脂和铝合金等构成的干式复合带无级变速器(ECVT)ECVT是一种高效率的无级变速器该变速器的特点是:起步时通过由定传动比齿轮构成的副传动路线来传递动力保证起步性能当达到规定车速时变换到由带传动所确定的主动力传动路线。该车变速箱中带轮的连续变速控制使用直流电动机(即速比电机)同时将电磁离合器和CVT配套全部进行电控。无级变速器作为一项汽车高新技术我国还没有具有自主知识产权的无级变速汽车产品。因此对于我国而言开发具有自主知识产权的无级变速汽车对于提高我国汽车行业的竞争力追赶世界先进汽车技术占领技术制高点具有重大现实意义。哈尔滨理工大学工程硕士学位论文无级变速器CVT的发展过程国内CVT的发展过程及应用现状一我国在六十年代“红旗”轿车上就使用了具有两个前进档的液力自动变速器之后又研究了有三个前进档液力自动变速器CAe年一汽大众公司生产的“捷达王”已将自动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康"L的车型上推出了电控式液力自动变速器至于CVT早在十年前国内就有高校购买国外样机作分析研究但至今无产品问世。目前重庆大学正在对CVT的结构、运动机理进行基础研究吉林工业大学、东北工业大学、东风汽车公司和湖北汽车工业学院合作承担了国家科技部九五重大攻关项目对CVT技术进行实用化研究。与此同时一些民营企业也在研究CVT产品如哈尔滨志阳汽车电气股份有限公司、洛阳三明实业有限公司等。国外CVT的发展过程及应用现状汽车工程意义上的无级变速器是年由美国人HGSpanlding发明的传动带式无级变速器而后荷兰HVanDoome博士于年研制成功了双V型胶带式无级自动变速器(即Variomatic无级自动变速器)并装于DAF公司的小型汽车上后经改进于年装备于Volvo系列轿车上。据统计此后约有万辆轿车装备了Variomatic无级自动变速器。表列出了CVT的发展历史nanzi无级自动变速器CVT取得里程碑的突破是在本世纪六十年代中期当时VDT公司的研究人员在荷兰开始进行调查研究目的是研制结构更紧凑、更简洁的CVT使它能和较大马力的发动机匹配。他们首先研制了名为‘`pushingblockVbelt"的金属V型带(即推进式摩擦片)。与其他的刚性摩擦体CVT如金属V型链合成V型带等相比较该类型的V带具有更高的传动效率、效率指数值甚至比当前有级的自动变速器更好()(lJ世界上的主要汽车生产国都在积极开发CVT系统所以己经出现了很好的实用化发展势头。目前国外CVT的实际应用情况如下)飞VDTCVT应用概况VDTCVT主要有P,P,P,P等四种类型其中P和P哈尔滨理工大学工程硕士学位论文是第一代产品P和P是第二代产品。P是以湿式多片离合器作为起步装置采用机液控制系统而P是以电磁离合器作为起步装置采用电液控制系统两者都是以外啮合齿轮泵作为液压源并采用单回路液压系统。第二代产品主要做了以下改进:采用了新型金属带以液力变矩器作为起步装置用双级滚子叶片泵代替了齿轮泵采用全电子控制系统因而它们的性能指标超过了液力机械自动变速器AT。其中PPP适用于前置引擎前轮驱动轿车而P适用于前置引擎后轮驱动轿车。为进一步扩大市场VDT公司年月归属于德国RobertBosch公司但人们仍习惯称这种无级变速器为VDTCVT表卜CVT的发展史TableIDevelopmentofCVT年份国家人名(公司)内容年美国HGSpaulding发明传动带CVT年荷兰Daf研制出V型胶带CVT,装备Dflodil轿车年代后期荷兰DafsHDoome研制出金属带CVT年意大利Fiat装用VanDoomeCVT年荷兰VDT批量生产VDTCVT年瑞典Volvo销售CVT轿车万辆大获成功年瑞典Volvo装备G和G型轿车万辆年日本、美国Fuji重工、Ford开发CVT系列产品年意大利Fiat装备轿车年日本Honda研制成功新型CVT:HondaMultiMatic并装备于Civic系列轿车年日本FujiHeavy,Nissan开发成功可以模拟六档MT多功能CVT并装备与Vvio等轿车年德国Audi开发出Multitronic无级变速器装备于AudiA轿车获得巨大成功年日本NissanExlroidCVT装备Cedric最大传递扭矩Nm年日本MazdaToroidalCVT配备OL发动机日本的CVT应用概况CVT首次装车并投放市场是年。当时日本富士重工公司(FHI:Fuji哈尔滨理工大学工程硕士学位论文HeaVylndus币esLtd)从vDT公司购买了金属带并得到了vDT公司的技术指导生产了面向OL轿车的CVT并装在subarujusty轿车上。该cVT的夹紧力和换档控制仍然是采用VDT全液压控制不同之处是采用了电磁离合器作为起步装置从而起步离合器实现了电子控制因而称之为ECVTECVT大约生产了万台以上。FHI公司又在ECVT的基础上增加了一个ONoFF电磁阀以根据发动机的负荷控制液压缸的夹紧力实现了夹紧力的电子控制从而汽车的动力性和经济性都有了显著的提高但换档控制仍然是液压控制它被成功地应用在了subar’u矶vi。轿车上。年日本的铃木公司(suZ创‘Motorcorp)首次开发出了湿式离合器、夹紧力和换档都采用电子控制的全电控CVT并成功地装在了LsuzukiCultus轿车上一般称之为sCv刘Ill侧。它主要由Borgwai刀e:生产的推力型金属链和电液控制系统组成通过控制电磁线圈来实现起步、夹紧和换档。通过对装备SCVT、档手动变速器和档AT的LSuzukjCultus轿车的动力性和经济性对比试验结果分析表明:动力性是档手动变速器最大车速比SCVT高一m加速比SCVT快~、~kl劝七加速性快但是SCVT最大车速却比档AT高~m加速比档AT快~翻m爪加速性快而经济性是SCVT比档手动变速器和档Al都好。日本本田汽车公司份onda)也是世界上较早开发生产cvT的著名公司之一。年月Honda公司开发了新一代金属带式CVT即HondaMultiMatic它与SCVT一样也实现了离合器、换档和夹紧力的全电子控制所不同的是将起步离合器装在了从动轴上这不仅能够在急刹车时使金属带回到最低档而且还可最大效地保护金属带jll”日产公司倒issanMotorCoLtd)在年代也开始了CvT的开发。在实现了L装车后于年首次成功地开发了用于OL电喷发动机的带有液力变矩器的NissanHyp盯cvT并生产了近。万套紧接着又成功地开发了转矩N恤、与VL发动机匹配的大容量CVT汽车无级变速器的发展趋势CVT传动技术由于其自身的特点已越来越被更多的汽车厂商所重视。尤其是荷兰VDT公司和德国B。义h公司合并之后在欧洲乃至世界各国正以更快的速度发展。国际上各大公司纷纷计划推出自己的CVT新车型并有向大排量、多功能、节能环保及智能化方向发展的趋势。汽车变速器的发展过程如图书所示。汽车无级变速器的研究方向主要体现在以下两个方面:硬件方面:集中研究开发确几Doorne金属带式无级变速器这是今后重哈尔滨理工大学工程硕士学位论文要的发展方向亦是本文所研究的对象。控制系统方面采用电控方式控制无级变速箱的运行加速和改善过渡响应性能提高车辆操纵性和行驶性能。软件方面:要进一步提高无级变速汽车性能不仅要研究无级变速器本身而且要考虑变速器与发动机的匹配实现动力系统的综合控制使车辆的动力性、燃油经济性和废气排放这些难兼顾的性能实现综合优化提高车辆的综合性能。自动交江居盯一一手动灭江吞了·⋯无级夏亚吞C了护、几t(超笼档绍王摘们止U!(),,摘彼止盈了伶彼止离合侣la‘移及挤班J几C茄目垃出之日匹巫)气硬f体乒砂n卿sCD年代图汽车变速器发展过程F诊Historyofautomotivetransmission本文研究的主要内容本文以千式复合型无级变速器的开发为例。围绕着电控无级变速器控制系统的建模系统控制策略及相关问题进行以下研究:在总结国内外大量参考文献和其他研究机构研究成果的基础上系统研究了干式复合型无级变速器的系统组成和工作原理。分析了干式复合型无级变速器的特点及应用情况。在带传动基本关系基础上推导了带轮的计算公式。为了实现汽车的运行达到生产厂家的性能要求和用户的使用与维修的需哈尔滨理工大学工程硕士学位论文要本文重点研究了控制策略的的问题。在MATEII试验用车上进行了相关的参数标定与匹配并通过国家轿车检验中心的检测在动力性及其经济性指标上基本达到了国外CVT的控制水平。哈尔滨理工大学工程硕士学位论文CVT变速箱的传动原理最大传动比和最小传动比是影响汽车动力性和燃油经济性的重要参数一般来说最小速比与汽车的最高车速和燃油经济性有关最高速比与车辆的加速性能、爬坡性能和最小稳定车速有关图为CVT无级变速传动原理图变速部分由主动带轮、干式复合传送带和从动带轮所组成。两个带轮的中心距是固定的每组带轮都由两个锥形带轮组成其中一个锥轮是固定的另一个锥轮可以通过速比电机控制其沿轴向移动即锥轮之间的轴向相对位置可以通过控制机构来改变。CVT的传动比可表示为i=n,In=rr,当主动带轮的半径ri处于最小半径(两个半轮之间的轴向距离最大)从动带轮的半径r处于最大半径(两个半轮间的距离最小)时传动系统所形成的传动比最大i相当于低档行驶状态即irnmclr,()当通过直流速比电机控制改变rl和。的半径时如r,逐渐增大由于两个带轮轴之间的距离和传动带的周长是固定不变的为了保证正常传动而相应使勺的值减小直至达到最大而r达到最小此时相当于汽车的高档行驶状态即i,二rIr,()Iva夺履{:‘一III攀鱼乏燮争酬a)传动比<b)传动比==c)传动比>图CVT无级变速原理FigSchematicdiagramofCVTtransmission哈尔滨理工大学工程硕士学位论文CVT控制系统简介电磁离合器的结构及工作原理电磁离合器不是靠摩擦传动而是靠其电磁力来传递转矩的。图为电磁离合器的一种结构型式图电磁离合器结构FigStructureofelectriomagneticclutch离合器主动盘安装在发动机的飞轮上从动盘通过花键套连接到变速箱一轴上电流通过滑环送给励磁线圈。当TCU给电磁离合器提供电流时线圈励磁由于磁通量要保持最大的原理而导致磁性物质堆积在主从动盘之间随着电流的增大。磁性材料的剪切力随之增大。因此控制了传递扭矩的大小。当停止工作时需要发动机与其断开只要切断通往电刷的直流电源此时虽然发动机仍然转动但磁扼内己无磁场存在磁性力消失。因此实现了离合器的断开。而且断开平稳可靠。电磁离合器在汽车自动变速中的应用主要涉及到静特性和机械特性这两类特性。静特性主要表示的是励磁电流同输出转矩的关系如图所示。因此只要控制励磁电流的大小就可以控制电磁离合器的输出转矩。电磁离合器的优点有如下四个方面:输出转矩大致和励磁电流成正比在额定电流和额定转矩范围内有较好的线性关系。转矩控制的范围广控制的精度高能用简单方法来实现转矩的大范围调整和精密微调通过调节控制电流就能十分方便的调节输出转矩控制功率小输出转矩大为简化控制方式提供了方便。因此同样的使用功能下具有哈尔滨理工大学工程硕士学位论文较简单的结构和较低的成本。F价井二分之群葬{豁‘膺嗜‘Sfa、二、生、ss~y图电磁离合器的扭力一电流的关系曲线FigStaticcharacteristiccurvesofelectromagneticclutch在某一特定励磁电流下输出转矩与转速无关大体上是一恒定值不受同步或滑差等使用条件的影响即使滑差转速改变较大所传递的转矩基本保持不变。这一特性是电磁离合器有别于其它种类产品的独特性能之一。结构不同散热状况差异较大。散热状况决定着使用功率的大小尤其是在滑差状态下工作几乎是唯一的选择条件。电磁离合器相对体积较大相对热容量较大一般不会影响使用。对于某些种类的产品如水冷、强制风冷及外壳加有铝散热翅的产品散热条件要优于一般产品相对滑差功率要大的多完全可以满足一些特殊使用的场合的要求。接合平稳动作迅速响应快无接合冲击无控制和运行噪音。电磁离合器励磁线圈通电后磁粉由松散状态到在工作间隙形成磁粉链时有一个延时过程这一过程在驯化时较明显正常连续工作时很短这使电磁离合器还略带有滞后的特性。断开激磁电流时剩余转矩非常小略等于空载转矩因此在断开时不会发生延迟回转现象Ivl换档开关换档开关为组合开关。它的工作是通过换挡位置选择轴和触点、触点、触点的不同组合、为电子控制单元TCU提供不同的档位信号。它具有P(驻车哈尔滨理工大学工程硕士学位论文挡)、R(倒车挡)、N(无档)、D(行车挡)、S(低速挡)五个档位其结构如图所示。妞吏图换档开关的结构简图FigStructuresketchofshaftswhich传感器系统主要有三种传感器:电磁传感器位置传感器即电位计式加压式传感器。发动机转速CVT输入轴转速输出轴转速采用电磁传感器输出脉冲信号油门开度位置传感器采用电位计式传感器输出电压信号手制动信号和脚制动采用加压式传感器输出高低电平信号。传感器的具体方式和主要功能如表所示。表传感器的类型与主要功能TabletMaintypesandfunctionsofsensors传感器信号形态类型主要功能发动机转速传感器脉冲电磁传感器启动、变速时离合器控制输出轴转速传感器脉冲电磁传感器检测停止状态、换挡的条件输入轴转速传感器脉冲电磁传感器离合器接合点的检测档位脱离的判定车速传感器发生故障时的支撑节气门开度传感器模拟电位计节气门开闭大小控制信号速比位置传感器模拟电位计检测速比大小手制动开关接点加压式接点判断电磁离合器接合断开的条件脚制动开关接点加压式接点判断紧急制动的条件哈尔滨理工大学工程硕士学位论文无级变速箱电子控制单元在对无级变速箱电子控制单元(TCU)硬件电路设计时主要从以下几个原则出发:硬件与软件设计相结合来优化硬件电路一些由硬件实现的功能可用软件来实现反过来一些由软件实现的功能也可用硬件来完成。用软件来实现硬件的功能时其响应时间比硬件时间长还要占用MCU时间但是用软件实现硬件功能可以简化硬件电路结构提高其可靠性能同时降低了成本因此在本系统的设计过程中在满足可行性和实时性的前提下尽可能地将硬件功能用软件来实现。可靠性及抗干扰设计由于汽车在运行过程中工况复杂工作环境恶劣TCU不仅要承受不良路面所引起的振动和冲击而且要承受汽车内部电器系统的热辐射和电磁干扰。根据可靠性设计理论系统采用芯片数量越少系统的平均无故障时间越长而且所用芯片数量越少地址数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越少因此本系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片灵活的功能扩展一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面系统需要不断完善需要进行功能升级。功能扩展时系统应该在原有设计不需要很大改变的情况下修改软件和少量硬件甚至不修改硬件就能完成。功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标。紧凑的电路设计由于汽车的空间决定对电路板的大小有严格的限制所以在硬件设计时尽量采用贴片式封装的芯片和元件电路布线较为密集有自诊断功能即所选用的元器件必须具有故障自诊断功能以便于微处理器能迅速地将变速器当前的故障定位。本文中所介绍的无级变速箱控制器(TCU)的外部接口示意图如图所示。TCU包含的输入信号有变速箱输入轴转速信号、变速箱输出轴转速信号这两路均为传感器反馈的信号发动机转速、节气门开度、制动信号等为发动机电子控制单元ECU发出的信号档位开关信号为驾驶员所控制的外部信号。TCU需要输出的信号有故障指示、动力状态开关等开关量信号以及控制电磁离合器输出电流和控制速比电机输出电流等PWM信号哈尔滨理工大学工程硕士学位论文住入软转泣佑‘蜡出抽转这佑目舀交速交比翻节班比电视怡出电盛离合愉出图TCU外部接口示意图FigPeripheralinterfaceofTCUcircuitboard哈尔滨理工大学工程硕士学位论文基于以上论述TCU的硬件原理图如图所示。系统主要是由MCU脉冲量输入捕捉电路模拟量输入电路开关量输入电路电磁离合器驱动电路速比电机驱动电路电源电路外部扩展电路等。图一STcU硬件框图Fig一SDlagr日JnofTCUh别心ware其中电控单元的核心部件McU选用美国Microchip公司生产的单片机PlclF“芯片。Microc吻公司的Plc单片机系列结合了高性能低价格和小封装的优点在业界提供了较好的性能价格比基于强大的RISC内核PIC单片机架构为用户提供了极佳的移植特性。从一p运到一pin只需进行很少的代码更改有的甚至不用进行代码更改脚气··哈尔滨理工大学工程硕士学位论文本章小结本章主要讨论了以下几方面:CVT变速箱的机械结构CVT变速箱主要由主动轮、从动轮、干式复合型传送带、改变速比的驱动电机、速比变化齿轮系传动机构、用于前进与倒车转换的齿轮系、电磁离合器、改变速比的滑轮机械二路离合器、转矩凸轮、减速齿轮系、差速齿轮等基本部件构成。CVT变速箱的传动原理无级变速器CVT变速部分由主动带轮千式复合传送带和被动带轮组成每个带轮都由两个带有斜面的半个带轮面组成一体其中一个半轮是固定的另一个半轮通过速比电机的正反转来控制其移动控制速比电机的工作电压可改变主、被动轮的传动半径从而改变传动速比达到无级变速的目的。CVT控制系统CVT离合器采用电磁离合器其输出转矩与励磁电流在一定范围内表现出强的线性关系因此只要控制励磁电流的大小就可以控制离合器的输出转矩。控制系统的传感器具有电磁传感器位置传感器即电位计式传感器三种形式。电控单元TCU核心部件采用美国Microchip公司生产的PICISF型单片机具有较高的性能价格比。哈尔滨理工大学工程硕士学位论文第章CVT变速箱控制策略的研究为实现CVT汽车的良好行驶性能需要对变速箱的传动比和车辆起步时电磁离合器的接合进行良好的控制。在CVT变速箱工作过程中控制效果的好坏与控制策略有直接的关系在本章中将论述对电磁离合器电流和变速箱传动速比的控制策略。干式复合带无级变速器工作过程在驾驶员未打开点火开关时电子控制单元TCU处于休眠状态CVT控制系统不工作。当驾驶员打开点火开关时TCU上电开始进行寻检、初始化程序等正常工作。当驾驶员将档位换至D挡时电子控制单元TCU进入D档起步程序。此时若驾驶员不给油门则汽车处于爬行状态。若驾驶员给油门汽车进入正常起步形式状态机械二路处于工作状态当达到一定的车速时、进入CVT的主路工作。变速的方法是通过变速电机调整主动轮a通过速比电机的正反转再经过速比变化齿轮系传动机构使主动轮a向左运动或向右运动。当主动轮a向左运动时由于干式复合型传送带的长度一定从动轮d就在弹簧张力的作用下紧跟着向左运动当主动轮a在电机的驱动下向右运动时从动轮d在传送带的推动下也向右运动。通过主动轮与从动轮可动盘的轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径从而改变传动比。可动盘的轴向移动量及移动速度是根据驾驶者的意图由控制系统自动调节的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节传动带的予紧是由从动盘予紧器实现的。急加速时、为了防止打滑、设计了惯性予紧装置。最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车的运行从而实现了无级变速。传动的基本关系与计算己知量的值:传动比=一主动压盘半径R=一mm从动压盘半径=一mm压簧原长L=mm压簧长度最大时L=mm哈尔滨理工大学工程硕士学位论文最小时压簧钢丝直径压簧中径中心距皮带周长压盘锥角中心初始偏移量L=mmd=t口r。D=rrtmd=mmC=mma=eo=图CV带轮与带子的几何关系图FigGeometricalrelationshipbetweenbandwheelandbeltofCVT带轮半径、传动比、包角的计算图中带长、中心距、主从动轮对应半径的关系d一中心距C一皮带周长R一主动轮半径一从动轮半径。一大轮包角n:一小轮包角“一压盘锥角i一传动比因为两轮包角的和等于所以大轮包角n,=n,。根据弧长公式=(n八)lrr()可知大轮一侧包角范围内的带长为二(n})nr=(一”:)rR()小轮一侧包角范围内的带长为=(n)rr()哈尔滨理工大学工程硕士学位论文根据直角三角形所以C当R=r时图一包角关系图Fi乡一ZWraPangle传Iationpi川旧茂可知两轮间拉直段的带长公式=和(天一)介ZXIIIIz一万瓜不万(n:)二(一)二*(一)(一)(一)n=压=时C=Zd十肛则R=r=(C一Zd)才在直角三角形中有三角函数关系:cos(nlZ)=(R一r)d则nZ二劝即‘口‘【(Rr)d带轮传动过程中传动比等于从动、主动轮半径的比=rR当主动压板轴向移动a时因为主动压板的下压板是固定不动的的中心线为x轴建立如图所示的坐标系(一)(一)(一)(一)以压板移动前图一主动带轮与从动带轮传动带的中心移动量Fig一CentralshiftingofdrivingbandwheeIanddrivenbandwheeI哈尔滨理工大学工程硕士学位论文设yA=得),W=O()两压盘间的距离为m主动压板移动a后yA二ma()两压盘间的距离为ma则yx'=yA'(ma)l=ma(malt)()=口所以主动带轮传动带的中心移动aRRc关系为:R=Rca(tga)()式中Rc为主动带轮的最小半径当主动压板移动amm时因为主动压板间距减小的同时主动压板一侧的带轮半径相应增大则从动压板处的带轮半径就会减小且两从动压盘的间距相应增大。设从动压板移动bmm从上图结合()式可以推出:b=(c一r)tga()式中r<为从动轮的最大半径。从动带轮传动带上的中心移动b又因为主从动压板的中心有一个初始偏移量‘。所以中心偏移量△为abAo输入转速传感器位移X由总布置图可知:传动比最大时带轮输入转速传感器的测量点距传感器的定位面的距离为S:X=Sa()式中a为输入转速传感器的伸缩量。综上所述:L=其中:('(R一)(n,)rr(一n)rRn=arccos(R一r)i=rRR=Rcal(ga)b=(。一r)tga△=ablA()压板受力分析N一莲花座对压板的压力x一N在水平方向的分力哈尔滨理工大学工程硕士学位论文yN在垂直方向的分力刀=“一压板锥角a=产一皮带与压板间的摩擦系数:一从动压盘皮带所处位置的半径R一主动压板皮带所处位置的半径r一莲花座对压板作用点的半径:T。一主动压板能提供的最大转矩T一输出转矩:

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