机械式自动变速器的控制策略研究

传统的手动变速器传动效率高、结构简单、制造成本低，至今仍然是应用最普遍的变速器。机械式自动变速器不仅保留了传统的手动变速器的优点，而且驾驶员操作更加简单、容易。传动系寿命可通过电子控制得到提高。因此它在自动变速器家族中占有重要的位置。由于其性能／价格比高，是非常适合我国国情的自动变速器。 机械式自动变速器有电控—液动、电控—气动和电动三种操纵方式。当今采用最多的操纵方式是电控—液动方式。介绍了采用这种操纵方式的机械式自动变速器的工作原理。利用电子控制装置实现手动变速器的自动操纵，控制系统所具有的功能必须满足车辆操纵、行驶安全以及安装维修等要求。为此，对控制系统进行了功能设计。还介绍了作者参加研制的安装在桑塔纳2000型轿车试验车上的机械式自动变速器的控制系统，包括电控单元的硬件组成、电控单元的软件控制流程图和液压系统工作原理等。 机械式自动变速器的控制性能涉及汽车传动系中的发动机、离合器和变速器的特性和参数。由于发动机的输出扭矩与发动机转速和节气门开度的非线性关系，干式摩擦离合器的摩擦传递扭矩与离合器行程的非线性关系，变速器挡位根据车况和路况要求而不断变换，驾驶员意图和道路条件的不同、多变、随机的影响等，机械式自动变速器的控制问题是其得到实用的难点。对此，深入研究和分析了发动机的非线性特性与离合器的非线性特性、操作特点，分析了传动系的载荷特征。还对汽车起步和换挡过程中的受力情况进行了运动学分析。通过运动学分析，把握汽车起步和换挡过程中的主要外部影响因素，有助于制定合理而有效的控制策略。 在汽车起步过程中，要求满足驾驶员的不同起步快慢意图，不会造成发动机熄火，陡坡起步时基本上不到溜，离合器磨损少，起步冲击小。诸多要求造成车辆起步控制难以达到十分满意的实用程度。因而，起步控制是AMT控制研究的重点和难点。在汽车起步过程中，控制发动机的节气门通常是跟踪加速踏板的变化，变速器处于固定挡位，根据驾驶员的意图、车况和路况如何控制离合器的接合过程即离合器的接合规律就成为了关键的控制技术。本文对车辆起步过程进行了动力学分析，在充分剖析了车辆起步过程的影响因素的基础上，提出了一种脉谱图控制策略。根据加速踏板位移和发动机转速确定离合器的允许接合行程，根据加速踏板位移、发动机转速、发动机转速变化率确定离合器的接合速度。该控制策略目前已用在桑塔纳2000型轿车试验样车上，具有良好的控制效果。 重庆大学博士学位论文 离合器行程控制的操纵通过液压执行机构来实现，受高速开关阀的死区非线 性、电源电压波动、液压源压力的波动以及随温度变化而变化的液压油粘度等的 影响，离合器行程的精确控制变得较为困难。提出了一种多模态控制算法，在大 偏差时，以最大操作量进行控制，快速消除偏差。当偏差较大时，利用模糊控制 鲁棒性好的优点。当偏差较小时，利用PI调节器消除静差。实际使用证实所提出 的多模态控制算法能够满足离合器行程控制的需要。 为了进一步改进车辆起步性能，利用七阶动力学模型对车辆起步的几种控制 方案进行了仿真分析和比较，如发动机转速作为输入参数的比例控制方案，离合 器传递扭矩的线性增长控制方案，发动机恒速而离合器滑动速度按给定曲线控制 的闭环控制方案。通过分析研究得出结论:在各种不同路况情况下，车辆起步过 程中发动机转速波动小，离合器扭矩变化平稳，离合器同步时刻滑动速度的变化 率小，则能够获得好的起步性能。提出了一种以发动机转速和加速踏板位移作为 输入参数的比例十前馈控制方案。这种控制方案设计应用简单，仿真结果表明控制 效果好。 车辆在道路上行驶时，换挡相当频繁。机械式自动变速器为非动力换挡。换 挡过程中存在切断动力和恢复动力的阶段，故换挡过程的舒适性和离合器磨损是 需要研究的问题。介绍了选换挡操纵的实现方案。将Garofalo关于同步时刻离合 器的滑动速度变化率与车速的不连续性成比例的结果应用于换挡控制，对恢复动 力阶段的控制提出了一种对发动机与离合器进行协调控制的控制策略。实车试验 结果表明用该控制策略实现了对离合器和发动机的协调控制，提高换挡快速性， 改善换挡冲击。 本文将控制理论和汽车理论的思想、原理和方法应用于汽车AMT这样一个实 际的控制对象。通过运动学和动力学分析以及试验研究，提出并解决了起步过程 和换挡过程中的控制问题，提高了机械式自动变速器的研究与应用水平。