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汽车CVT无级变速传动系统建模及控制策略简述(图文)

时间:2011-04-23  作者:秩名
整车质量();

所有车轮转动惯量();

1.7 整车运动模型

车辆行驶中受空气阻力、坡道阻力、滚动阻力、制动力和牵引力等作用,本模型仅考虑车辆的直线运动和坡度的影响。根据牛顿定律,可得出整车运动方程式为[3]:

(29)

式中:车辆制动力,包括坡道阻力、滚动阻力和空气阻力;

由驾驶员或输入模块提供;

(30)

式中:空气密度;空气阻力系数;迎风面积;滚动阻力系数。

2 控制策略

2.1 发动机与液力变矩器的匹配策略

研究发动机与液力变矩器的匹配策略,主要在于研究发动机与液力变矩器共同工作时输入特性的变化规律。论文参考网。

发动机与液力变矩器共同工作的输入特性是分析研究液力变矩器在不同工况时,液力变矩器与发动机共同工作的转矩和转速的变化特性,是研究发动机与液力变矩器匹配的基础。液力变矩器的负载特性是不同速比时泵轮转矩和转速的变化特性,由液力变矩器泵轮转矩的变化特性决定。

将发动机万有特性和变矩器的负载特性以相同的坐标比例画在一起,即得到它们共同工作的输入特性。

共同工作输入特性反映了发动机与液力变矩器共同工作的范围、动力性及燃油经济性。理想的共同工作点期望满足以下要求:

1)起动工况负载抛物线应通过发动机外特性的最大转矩点,使车辆原地起步时可获得最大的牵引力矩。

2)最高效率工况负载抛物线通过发动机最大功率下的力矩点,同时高效区范围在最大功率点附近,以输出最大功率。

3)保证发动机工作在比燃油消耗最低区域

一般来说,要同时满足上述要求很困难,只能从变矩器的主要作用来考虑,首先保证主要的再兼顾其它。对于用于CVT车辆的液力变矩器,其主要功能是用作起步装置,为了提高传动系统的效率,通常在车辆起步车速达到一定值后,液力变矩器效率开始下降,将液力变矩器锁止,变为直接机械传动,此时变矩器效率接近100%, 所以应主要考虑起步阶段及低速行驶工况的性能。

在起步阶段以车辆最佳动力性为主来考虑,实际中轿车在起步时发动机并不需要在最大油门下工作,发动机不会达到最大转矩点, 只要保证发动机部分油门下的负荷特性与变矩器的负载抛物线交点具有较大的转矩,便可满足车辆起步时的力矩要求,同时起步时使发动机在较低转速下工作,以减小发动机噪声 ,降低燃油消耗, 提高乘坐舒适性。还应考虑在发动机最低工作转速时与的负载抛物线交点处的力矩尽可能小,它是发动机怠速时变矩器对发动机的作用力矩,是发动机的起动阻力矩[4]。

车辆起步后,随着车速的增加,液力变矩器的传动比也逐渐变大,在液力变矩器锁止前,应使不同工况下的负载抛物线具有较小的变化范围,保证在部分油门开度下,共同工作点均在发动机输出转矩较高的位置,以获得较大的驱动力矩,使车辆具有较好的加速性。

2.2CVT速比控制策略

在汽车起步区,控制系统的目标就是提供足够大的驱动转矩使汽车起步,因此应使CVT的速比保持在最大速比处,直到车速达到液力变矩器锁止时。

当液力变矩器锁止后,就变为了直接机械传动。对于CVT速比的控制,就是使发动机工作在最佳经济性曲线E或者最佳动力性曲线S或者两者之间的过度区域上。根据计算得出的实际速比和目标速比,采用PID控制算法对速比进行控制。令速比的变化率为

(31)

式中:CVT目标转速(等于);是对速比的误差进行比例控制;是对速比误差的变化率进行控制;是对速比的误差进行积分控制。

合理地选择PID参数,可以使实际速比对目标速比具有良好的跟随性,节气门单输入的CVT调节过程表明在节气门和外界阻力不断变化时,CVT并不能始终工作在理想线上,稳态工作点可在理想工作线上,瞬时工作点只能在理想线附近,因此在保证发动机调速平稳、车速响应平滑的前提下,尽可能缩短调节过程。

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