汽车AMT自动离合器控制算法研究及快速控制原型系统开发.pdf
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华中科技大学硕士学位论文汽车AMT自动离合器控制算法研究及快速控制原型系统开发姓名:
胡川申请学位级别:
硕士专业:
数字化设计及制造指导教师:
陈立平20070529华中科技大学硕士学位论文华中科技大学硕士学位论文I摘摘要要机械式自动变速器(AMT)是在传统定轴式机械变速器(MT)基础上增加自动操纵机构组成的,其成本较低、结构简单、安装方便、市场潜力大。
自动离合器是AMT系统的一个关键部件,其工作品质直接决定了AMT系统的整体性能。
自动离合器的工作品质由其控制系统决定,因而自动离合器的控制系统开发具有重要的意义。
AMT自动离合器控制系统开发面临的关键问题是:
离合器系统具有非线性、参数时变、外界干扰严重的特性,很难保证离合器结合过程的跟踪精度。
针对上述问题,本文在分析比较各种控制算法的基础上,设计了较强鲁棒性的滑模控制器。
首先根据实时仿真的需要建立了离合器系统的动力学模型。
在离合器系统动力学模型的基础上,设计了AMT自动离合器结合过程的PID控制器和滑模控制器,在Matlab/Simulink环境进行离线仿真,比较了两种控制器的控制效果。
结果表明滑模控制具有更优的控制性能。
AMT自动离合器传统的开发方法是在昂贵的硬件设计完成之后进行控制算法的实时验证,浪费资金和人力,开发周期长,已经不能适应汽车电子工业高速发展的需要。
针对国内AMT自动离合器研究现状,本文建立了一种基于dSPACE的AMT自动离合器快速控制原型系统,该系统验证了本文所设计的滑模控制器的有效性。
本文研究的滑模控制算法提高了AMT自动离合器的工作性能,建立的AMT自动离合器快速控制原型系统能够方便、快捷、有效地验证AMT自动离合器的控制算法,这些对我国进行AMT系统的自主创新开发有重要的学术意义和应用价值。
关键词:
关键词:
AMT;自动离合器自动离合器;滑模控制滑模控制;快速控制原型快速控制原型;dSPACE华中科技大学硕士学位论文华中科技大学硕士学位论文IIAbstractAutomatedMechanicalTransmission(AMT)isformedbycombiningautomatedshiftcontrolsystemwiththetraditionalfixedMechanicalTransmission(MT).Ithasgreatpotentialmarketduetoitshightransferefficiency、lowcostandeasinesstomanufacture.AsanimportantfunctionalmoduleinAMT,automatedclutchhasgreateffectonthequalityofAMT.Theperformanceofautomatedclutchdependsonitscontrolsystem.Forpreventingautomatedclutchcontrolsystemfromuncertaintiesandexternalperturbations,therobustslidingmodecontrollerisdesignedtoguaranteeautomatedsystemtotracetheoptimalengagementlaws.Atthefirst,automatedclutchdynamicmodeisestablishedinthepresentdissertation.Basedonautomatedclutchdynamicmode,theslidingmodecontrollerisdesignedanditissimulatedinMatlab/Simulinkenvironment.ComparingtoPIDcontroller,theslidingmodecontrollerhasbettercontrolperformance.DuringtraditionaldevelopmentflowofAMTautomatedclutchelectronicsystem,thecontrolalgorithmisvalidatedaftercompletinghardwaredevelopment.Thismethodcantmeetthedemandsoffiercecompetitionofmodernautomobileindustry.Inthepresentdissertation,anewRapidControlPrototype(RCP)systemofAMTautomatedcutchbasedondSPACEplatformisconstructedandthedevelopedautomatedclutchcontrolleriscarriedonthebenchintherealtimeenvironment.Theresultsprovetheefficiencyoftheslidingmodecontroller.TheslidingcontrolalgorithmdevelopedinthepresentdissertationimprovesthequalityofAMTautomatedclutch.TheRCPsystemofAMTautomatedclutchconstructedinthepresentdissertationcanconveniently、rapidlyandefficientlyvalidatethecontrolalgorithm.AllaboveisimportanttoAMTsystemdevelopmentbothinresearchandapplicationaspects.Keywords:
AMT;AutomatedClutch;SlidingModeControl;RapidControlPrototype;dSPACE独创性声明独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
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年月日日期:
年月日本论文华中科技大学硕士学位论文华中科技大学硕士学位论文11绪论绪论汽车工业是国家的支柱产业之一,随着汽车工业的飞速发展,汽车在控制、通信和网络方面的要求越来越复杂。
汽车电子控制技术的应用提高了汽车的动力性、燃油经济性和安全性,改善了行驶的操作稳定性和舒适性,提高了汽车对环境的友好性,推动了汽车工业的发展。
自动变速是汽车电子控制技术发展的重要方向之一。
实现车辆自动变速能够满足汽车驾驶的简单化、舒适化和安全性要求。
另外自动变速器对于提高车辆的动力性与经济性,降低排放污染,延长零部件的使用寿命具有举足轻重的意义。
在自动变速领域最具代表性的是AMT(机械式自动变速器),它保留了手动固定轴式变速器原齿轮变速箱传动效率高、成本低、容易维护等优点,因此在汽车电子控制领域具有强大的竞争力。
自动离合器是AMT的一个重要功能部件,它能减轻驾驶强度,提高汽车动力性和经济性,改善乘坐舒适性和安全性,且成本较低,制造方便,因此具有广阔的应用前景1234。
1.1汽车自动离合器的发展汽车自动离合器的发展1.1.1离合器在传动系统中的地位与作用离合器在传动系统中的地位与作用在以内燃机为动力的机械传动汽车中,无论是AMT还是MT(机械式变速器),离合器都作为一个独立的部件而存在。
根据德国出版的2003年世界汽车年鉴,2002年世界各国114家汽车公司所生产的1864款乘用车中,手动机械式变速器车为1337款。
考虑到传动系由MT向自动传动系的过渡,AMT保留原有的机械变速器离合器结构不变,通过加装微机控制的自动操纵机构,取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离、接合、摘档、挂档及发动机相应同步调节等操作,最终实现换档全过程序列操纵的自动化。
它既具有自动变速的优点,又保留原来手动变速器齿轮传动效率高、成本低、结构简单、容易制造的长处,因此AMT技术是自动传动系统最有力的竞争者。
可以说,从目前到将来离合器这一部件都会伴随着内燃机一起存在,不可能在汽车中消失5。
离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内,用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上,离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。
在汽车行驶过程中,驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板,使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合,以切断或传递华中科技大学硕士学位论文华中科技大学硕士学位论文2发动机向变速器输入的动力。
离合器的主要功用有:
1保证汽车平稳起步1保证汽车平稳起步起步前汽车处于静止状态,如果发动机与变速箱是刚性连接的,一旦挂上档,汽车将由于突然接上动力突然前冲,不但会造成机件的损伤,而且驱动力也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力,使发动机转速急剧下降而熄火。
如果在起步时利用离合器暂时将发动机和变速箱分离,然后离合器逐渐接合,由于离合器的主动部分与从动部分之间存在滑磨的现象,可以使离合器传出的扭矩由零逐渐增大,汽车的驱动力也逐渐增大,从而让汽车平稳地起步。
2实现平顺的换档实现平顺的换档汽车行驶过程中,经常换用不同的变速箱档位,以适应不断变化的行驶条件。
如果没有离合器将发动机与变速箱暂时分离,那么变速箱中啮合的传力齿轮会因载荷没有卸除,其啮合齿面间的压力很大而难于分开。
另一对待啮合齿轮会因二者圆周速度不等而难于啮合。
即使强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击,容易损坏机件。
利用离合器使发动机和变速箱暂时分离后进行换档,则原来啮合的一对齿轮因载荷卸除,啮合面间的压力大大减小,就容易分开。
而待啮合的另一对齿轮,由于主动齿轮与发动机分开后转动惯量很小,采用合适的换档动作就能使待啮合的齿轮圆周速度相等或接近相等,从而避免或减轻齿轮间的冲击。
3防止传动系过载防止传动系过载汽车紧急制动时,车轮突然急剧降速,而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性,仍保持原有转速,这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩,使传动系的零件容易损坏。
由于离合器是靠摩擦力来传递转矩的,所以当传动系内载荷超过摩擦力所能传递的转矩时,离合器的主、从动部分就会自动打滑,因而起到了防止传动系过载的作用。
1.1.2车用离合器的发展历史车用离合器的发展历史锥形离合器是早期研发的离合器结构中最为成功的。
锥形离合器曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的
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