基于量子框架的開放式重型汽車AMT系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)汽車手動變速器日益不能滿足現(xiàn)代重型汽車舒適、安全和環(huán)保的性能要求，電控機(jī)械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission，AMT)的提供一種理想的解決方案，目前AMT在國外重型汽車已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)AMT技術(shù)的研究主要集中在輕型汽車，重型汽車的AMT基本處于空白狀態(tài)，本文以中國重型汽車集團(tuán)新一代HOWO重卡為研究對象，開展了重型汽車AMT系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，旨在為國內(nèi)重型汽車AMT的研發(fā)提供基

2、礎(chǔ)理論和關(guān)鍵使能技術(shù)，主要創(chuàng)新性的工作如下： 作為一種汽車電控系統(tǒng)，傳統(tǒng)的AMT系統(tǒng)采用封閉式結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這種封閉式結(jié)構(gòu)汽車電控系統(tǒng)的缺點(diǎn)越來越突出。提出了一種新的基于量子框架的汽車電控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。運(yùn)用分層遞歸包含分布式微核模式對汽車電控系統(tǒng)進(jìn)行了描述，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的松耦合與功能內(nèi)聚。采用量子框架作為系統(tǒng)的嵌入式軟件總線，將系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與軟硬件系統(tǒng)平臺分離開來，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在應(yīng)用軟件層次上的開放。采用該體系結(jié)構(gòu)可以

3、在最大程度上實(shí)現(xiàn)了汽車電控系統(tǒng)的開放性。 實(shí)驗(yàn)臺是驗(yàn)證AMT系統(tǒng)性能的重要手段?全實(shí)物實(shí)驗(yàn)臺最接近于系統(tǒng)的實(shí)際情況，但造價昂貴。結(jié)合課題組現(xiàn)有的條件，以dSPACE仿真系統(tǒng)為核心建立了半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由油門、離合器、變速箱三個子系統(tǒng)組成。油門與離合器子系統(tǒng)將油門與離合器的實(shí)際位移輸入dSPACE；dSPACE利用這些輸入信息，根據(jù)系統(tǒng)的動力學(xué)模型計(jì)算出變速箱輸入軸與輸出軸，并控制變速箱子系統(tǒng)的動作。半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系

4、統(tǒng)的核心是系統(tǒng)的動力學(xué)模型，為在仿真環(huán)境下綜合評價電控機(jī)械式自動變速器對機(jī)械、電氣、駕乘人員的影響，通過分析機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、人體系統(tǒng)各自的特點(diǎn)以及它們之間的耦合點(diǎn)，建立了機(jī)-電一人一體化系統(tǒng)動態(tài)模型，并將有限狀態(tài)機(jī)引入到機(jī)械子系統(tǒng)的動態(tài)模型中。仿真結(jié)果顯示，該系統(tǒng)具有良好的仿真效果，滿足了重型汽車AMT系統(tǒng)的研究與開發(fā)的需求。 離合器、油門、變速箱操縱系統(tǒng)是AMT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。重型汽車的離合器操 縱主要采用氣動系

5、統(tǒng)，針對這個特點(diǎn)，建立了兩種離合器操縱系統(tǒng)：第一種是利 用隨動閥的原理建立的低精度的簡易開環(huán)離合器操縱系統(tǒng);第二種是高精度閉環(huán) 電控氣動離合器操縱系統(tǒng)。通過對閉環(huán)電控氣動離合器操縱系統(tǒng)動態(tài)特性的分析，指出該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。針對這一非線性控制問題，結(jié)合模糊免疫PID控制算 法與自適應(yīng)PSD控制律，提出了模糊免疫PSD控制算法。該算法以PID控制為基礎(chǔ)，利用免疫控制原理與PSD控制律，使PID算法中各增益系數(shù)的根據(jù)運(yùn)行狀況進(jìn)行自調(diào)整

6、，增強(qiáng)了算法的自適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的職能控制。通過對比采用不同控制算法的方波響應(yīng)曲線與跟隨特性曲線可知，采用該算法系統(tǒng)可以獲得良好的控制性能。采用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)電控油門操縱系統(tǒng)，并提出了一種步進(jìn)電機(jī)跟隨控制算法，解決了由較大的系統(tǒng)慣量和彈簧回復(fù)力帶來的步進(jìn)電機(jī)在跟隨過程中的丟步現(xiàn)象。設(shè)計(jì)了正交雙氣缸選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)與基于空間組合凸輪的單驅(qū)動選、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了選、換檔動作的電氣控制。為解決AMT系統(tǒng)實(shí)時控制中的轉(zhuǎn)速測量問題，以測周期法為

7、基礎(chǔ)，提出了動態(tài)多周期轉(zhuǎn)速測量方法，實(shí)現(xiàn)了各軸轉(zhuǎn)速的高精度測量。 車輛的起步與換擋過程的控制是電控機(jī)械式自動變速器系統(tǒng)的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。通過分析離合器接合點(diǎn)前后車輛系統(tǒng)加速度突變的成因，提出了變結(jié)構(gòu)雙環(huán)控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定起步策略，即在起步過程前期采用維持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定的轉(zhuǎn)速環(huán)+加速度環(huán)雙環(huán)控制，在起步過程后期采用維持發(fā)動機(jī)加速度為零的單加速度環(huán)控制，消除了離合器接合點(diǎn)前后的加速度突變。電控機(jī)械式自動變速器的換檔過程是發(fā)動機(jī)、離合器

8、、變速箱協(xié)調(diào)控制的過程，系統(tǒng)中各種參數(shù)耦合在一起，為解決這一問題，將單神經(jīng)元PID解耦控制算法應(yīng)用于換擋過程的控制，實(shí)現(xiàn)了各物理參數(shù)的解耦。起步與換檔過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采用上述兩種算法可以有效的提高重型汽車AMT系統(tǒng)的起步與換檔過程控制性能。 以上述各關(guān)鍵技術(shù)研究為基礎(chǔ)，完成了HOWO重卡的機(jī)械系統(tǒng)改造及控制系統(tǒng)開發(fā)，建立了基于量子框架開放式重型汽車電控機(jī)械式自動變速器原型系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以TMS320F2407為硬件平臺，以