履带车辆动力传动系统基于转矩控制策略研究

整车集成控制是车辆电子控制技术的重要发展方向,基于转矩的控制策略为整车集成控制提供了标准的系统架构和接口,因此被广泛应用和深入研究。但是在重载车辆特别是履带式车辆领域,动力传动系统集成控制技术的研究仍处于初期,将基于转矩控制策略引入到履带车辆领域,积极开展履带车辆动力传动系统集成控制的研究,对聚力提升我国在该领域的技术水平、形成规范的设计体系、提升整车综合性能具有重要的意义。本文采用仿真和试验相结合的手段,以DEUTZ BF6M1015增压柴油机和某型履带车辆为研究对象,开展履带车辆动力传动系统基于转矩控制策略研究,对履带车辆基于转矩控制架构设计、指示转矩控制和转矩估计等关键功能以及转矩架构下转速控制策略等内容展开研究。本文首先从系统动态分析及控制功能设计验证的需求出发,搭建履带车辆动力传动的动态仿真模型,通过典型工况动态仿真分析得到履带车辆控制中的主要问题,设计了履带车辆基于转矩的控制架构和基础控制功能,主要包括:不同动态过程转矩需求的计算,转矩协调及部件管理,指示转矩控制方法等,为后面开展相关的研究工作奠定了基础。进而从履带车辆剧烈变化的转矩需求出发,提出了基于动态转矩预测模型的增压柴油机指示转矩控制方法。在标定的稳态转矩模型基础上,定义了稳态动态转矩差异系数,利用动态试验数据训练得到ENN网络辨识不同工况的转矩差异系数,构建了动态指示转矩预测模型。基于该模型以弦截法解算得到动态工况目标指示转矩与控制油量的关系,并制成控制MAP,通过试验表明该方法能够提高动态指示转矩控制精度。在曲轴动力学分析的基础上,提出了适合履带车辆增压柴油机的指示转矩估计方法。通过理论推导建立了发动机平均指示转矩与1、2谐次缸压幅值和相角关系式,根据缸压的频域特性对该公式进行简化,从而给出了统一的稳态、动态转矩估计方法。结合理论推导与试验研究证实了发火谐次的瞬时转速幅值与1谐次缸压幅值满足线性关系,并将进气压力引入1谐次缸压相角的计算;利用DSP系统实现了发火谐次转速幅值在线实时计算,在定转速快速增减转矩过程中获得了满足控制精度要求的转矩估计结果。在完成了转矩控制、转矩估计等基础策略设计之后,以此为基础在基于转矩架构下进行转速控制研究。在提出的指示转矩估计算法基础上,设计了增压柴油机负荷估计算法,并首次将负荷扰动补偿引入履带车辆柴油机转速控制,在台架进行试验研究。为了提高整车综合性能,进行基于驾驶员意图的变加权因子的模型预测控制算法研究,通过构建的履带车辆典型循环仿真研究,表明该策略能够提高车速对加速踏板的响应能力,为改善履带车辆在复杂路面的操纵性和频繁换挡问题提供了新的思路。