amt電動(dòng)換檔控制策略設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）AMT電動(dòng)換檔控制策略設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題研究的意義 1 電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)型式 1 AMT換檔決策控制國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 混合動(dòng)力AMT 3 課題的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容 4 課題的研究對(duì)象 4 本文主要研究?jī)?nèi)容 4第2章 發(fā)動(dòng)機(jī)性能的研究 6 車(chē)輛基本參數(shù) 6 發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究 6 發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性 6 非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)性能的修正 8 發(fā)動(dòng)機(jī)油耗模型 9 本章小結(jié) 10第3章 AMT基本換檔規(guī)律 11 動(dòng)力性升檔規(guī)律 11 動(dòng)力性降檔規(guī)律 14 最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律 15 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性 15 汽車(chē)的燃油消耗方程 16 最佳燃油經(jīng)濟(jì)性理論分析 16 最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律的制定 16 本章小結(jié) 19第4章 駕駛意圖及行駛環(huán)境的識(shí)別 20 駕駛員—汽車(chē)—行駛環(huán)境閉環(huán)系統(tǒng) 20 駕駛操縱行為特性識(shí)別 21 駕駛意圖的識(shí)別 22 行駛環(huán)境的識(shí)別 22 道路條件與坡道識(shí)別 23 彎道識(shí)別 24 基于模糊邏輯的路面狀況識(shí)別 25 本章小結(jié) 25第5章 AMT系統(tǒng)綜合換檔控制策略 26 換檔控制策略設(shè)計(jì)原則 26 行駛工況的劃分 26 換檔策略制定總體原則 26 基于不同道路條件下的綜合換檔控制策略 27 良好路段 27 復(fù)雜路段 27 顛簸路段 27 陡坡（上坡）路段 28 陡坡（下坡）路段 28 轉(zhuǎn)彎路段 29 基于不同駕駛意圖的綜合換檔控制策略 29 超車(chē) 29 加速 29 減速 30 滑行 30 停車(chē) 30 傳動(dòng)系統(tǒng)建模和特殊工況仿真 30 傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型 30 特殊工況仿真 31 智能化綜合換檔控制 35 最佳檔位決策系統(tǒng) 35 綜合智能檔位決策 36 本章小結(jié) 38第6章 AMT電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 39 電控系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu) 39 電控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 39 AMT系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì) 40 AMT系統(tǒng)的子程序設(shè)計(jì) 40 本章小結(jié) 47結(jié)論 48致謝 49參考文獻(xiàn) 50 III 第1章 緒論 課題研究的意義電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)采用固定軸齒輪傳動(dòng)方式，具有效率高、體積小、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)和維修成本低等優(yōu)點(diǎn)，容易推廣使用，在發(fā)展混合動(dòng)力汽車(chē)方面具有很大優(yōu)勢(shì)。但只有具有高換檔品質(zhì)才具有競(jìng)爭(zhēng)力，因此研究AMT控制策略，提高AMT換檔品質(zhì)非常重要。AMT的換檔控制過(guò)程復(fù)雜，要通過(guò)協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器及變速器等一系列動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換檔，同時(shí)還要考慮離合器的滑摩和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的波動(dòng)情況，所以換檔控制是AMT的核心內(nèi)容也是難點(diǎn)[1][2]。換檔規(guī)律是指選擇什么樣的換檔控制參數(shù)，在何時(shí)進(jìn)行換檔。換檔規(guī)律的好壞直接影響車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的優(yōu)劣，是AMT控制策略的關(guān)鍵問(wèn)題之一。智能化的自動(dòng)變速系統(tǒng)中換檔規(guī)律的制定，尤其是特殊條件下的換檔規(guī)律研究，作為智能化系統(tǒng)的核心內(nèi)容，無(wú)論從理論還是實(shí)際的角度出發(fā)，都具有很高的研究和應(yīng)用價(jià)值。本論文正是基于上述原因，針對(duì)TJ7101轎車(chē)的電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)中的換檔規(guī)律和控制策略進(jìn)行研究，主要研究?jī)?nèi)容集中在換檔規(guī)律的制定和其在特殊條件下的修正以及綜合換檔控制。 電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)型式AMT是在傳統(tǒng)固定軸式手動(dòng)變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上，以發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ECU)和變速器電子控制單元(TCU)為核心，通過(guò)電動(dòng)、液壓或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制離合器的分離與結(jié)合、選檔和換檔操作以及發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)的調(diào)節(jié)，取消了離合器踏板和檔位操縱桿，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛起步和換檔的自動(dòng)操作。AMT系統(tǒng)組成及控制原理如圖11所示[3]，變速器電控單元TCU根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)采集的駕駛員的操縱參數(shù)信息（油門(mén)踏板、制動(dòng)踏板、轉(zhuǎn)向盤(pán)、選檔器的操縱）和車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信息（車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速），進(jìn)行綜合判斷和處理，按照控制器中存儲(chǔ)的控制規(guī)律，發(fā)出控制指令，借助于相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、發(fā)動(dòng)機(jī)等）進(jìn)行聯(lián)合自動(dòng)操縱。發(fā)動(dòng)機(jī)離合器變速器車(chē)輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器節(jié)氣門(mén)位置傳感器離合器位置傳感器車(chē)速傳感器 中間軸轉(zhuǎn)速傳感器離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)氣門(mén)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)TCU選換檔、加速踏板、制動(dòng)踏板、方向盤(pán)圖11 AMT系統(tǒng)組成及控制原理 AMT換檔決策控制國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能化操縱是車(chē)輛發(fā)展的重要方向，而智能化換檔是車(chē)輛智能化的關(guān)鍵。隨著智能控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了綜合利用道路環(huán)境，駕駛員特點(diǎn)和車(chē)輛運(yùn)行狀況等信息的智能化檔位決策。智能化的檔位決策主要有兩種方法，一種是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，另一種是基于模糊邏輯的綜合能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是智能控制理論的重要組成部分。它可直接用駕駛員換檔時(shí)所獲得的數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練或在線的最佳換檔點(diǎn)學(xué)習(xí)，從而得到最佳換檔規(guī)律。模糊邏輯綜合智能檔位決策方法是基于檔位決策必須綜合考慮車(chē)輛行駛的狀態(tài)、道路環(huán)境和駕駛員操作意圖等方面的信息，使車(chē)輛換檔具有能模仿優(yōu)秀駕駛員檔位決策能力的思想。國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)在智能化的檔位決策研究方面近年來(lái)取得多方面的進(jìn)展。兩參數(shù)換檔規(guī)律是以穩(wěn)定行駛為前提的，它沒(méi)有很好地解決在坡道等道路環(huán)境下的意外換檔問(wèn)題，日本學(xué)者Sasaki等采用模糊換檔策略，增加了模糊的坡道信息，修正了兩參數(shù)換檔規(guī)律，成功解決了AMT車(chē)輛在坡道不能正確執(zhí)行駕駛員意圖的問(wèn)題。Hiroshi Yamaguchi[4]，遲田博，平子敦史等在一些文章中提出了利用環(huán)境信息和駕駛員意圖估計(jì)值對(duì)一般換檔規(guī)律判斷結(jié)果進(jìn)行修正，以提前或推遲換檔的方法。其給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在一些特定路面上體現(xiàn)出比一般傳統(tǒng)換檔規(guī)律更好的特性。最典型的優(yōu)點(diǎn)是減少了多余的換檔次數(shù)。S．Sakaguchi等人[5][6]在分析人的思維特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出了模擬駕駛員潛在意識(shí)作用與知識(shí)的利用同時(shí)存在的過(guò)程，充分利用車(chē)輛行駛狀態(tài)及環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速器檔位決策的思路。這是一個(gè)利用模糊邏輯實(shí)現(xiàn)檔位決策專(zhuān)家系統(tǒng)的方法。文中給出的實(shí)驗(yàn)表明其比一般傳統(tǒng)換檔規(guī)律有更好的總體經(jīng)濟(jì)性。H．G．Weil在文獻(xiàn)[7]中提出了一個(gè)自動(dòng)變速器檔位決策的模糊專(zhuān)家系統(tǒng)模型，并進(jìn)行了仿真研究。Bastian在文獻(xiàn)[8]中對(duì)彎道情況自動(dòng)變速器檔位選擇問(wèn)題進(jìn)行了研究。提出判斷是否進(jìn)入彎道的模糊估計(jì)器。分析了兩種類(lèi)型駕駛員（運(yùn)動(dòng)型，一般型）在彎道運(yùn)行時(shí)換檔的操作特征。提出了自動(dòng)變速器電控系統(tǒng)與GPS（全球定位系統(tǒng)）共享信息，提高自動(dòng)變速系統(tǒng)有關(guān)環(huán)境的信息量的思想。酒井伊知郎在其論文中提出了一種使用模糊推理的，模擬駕駛員的檔位選擇策略，并提出利用環(huán)境信息提高檔位決策品質(zhì)的思路。我國(guó)在八十年代中期開(kāi)始AMT的研究工作，主要集中在吉林工業(yè)大學(xué)等單位進(jìn)行這方面的技術(shù)開(kāi)發(fā)和理論研究工作。開(kāi)始階段，吉林工業(yè)大學(xué)主要從事理論研究，以后逐漸向產(chǎn)品化方向發(fā)展，目前已經(jīng)成功的開(kāi)發(fā)多種樣車(chē)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。在這期間，先后進(jìn)行了動(dòng)態(tài)三參數(shù)換檔規(guī)律，離合器結(jié)合規(guī)律，離合器、變速器控制，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制，測(cè)試方法，電磁兼容，路面、駕駛員意圖識(shí)別，控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)等方面的研究，這些工作使這項(xiàng)技術(shù)處于領(lǐng)先水平。 混合動(dòng)力AMT為了人類(lèi)能更好的生活，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，各國(guó)政府都積極尋找新技術(shù)以改善由傳統(tǒng)汽車(chē)使用帶來(lái)的能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)(HEV)是當(dāng)前解決以上問(wèn)題最佳的途徑，我國(guó)政府在2004年頒布的《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中》指出，國(guó)家采取措施重點(diǎn)發(fā)展混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)，促進(jìn)混合動(dòng)力汽車(chē)的生產(chǎn)和使用。混合動(dòng)力汽車(chē)是高度集成，多系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的集成控制系統(tǒng)。為適應(yīng)混合動(dòng)力汽車(chē)多能源牽動(dòng)的自動(dòng)耦合，滿足混合動(dòng)力汽車(chē)適應(yīng)不同工況的行駛要求，進(jìn)而提高整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性，改善排放品質(zhì)，采用由電控單元ECU控制的自動(dòng)變速器就成為必然?；陂_(kāi)發(fā)周期、開(kāi)發(fā)成本和整車(chē)布置的考慮，在原來(lái)手動(dòng)變速器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)完成的AMT的方案無(wú)疑是最佳的方案。 課題的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容 課題的研究對(duì)象本文的研究對(duì)象為基于TJ7101兩廂車(chē)改裝的混合動(dòng)力汽車(chē)，其驅(qū)動(dòng)形式采用雙軸驅(qū)動(dòng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)前輪，電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)后輪，而且二者之間還可以通過(guò)整車(chē)控制器(VCU)控制，同時(shí)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前后輪，形成一個(gè)全新的隨選四驅(qū)混合動(dòng)力車(chē)[9]，如圖12所示。 、、、、、6 + 前輪3 45782后輪1 圖12 雙軸驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力轎車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1—變速器 2—發(fā)電機(jī) 3—電網(wǎng) 4—內(nèi)外兩用充電器，可接電網(wǎng)充電5—電動(dòng)機(jī) 6—減速器 7—鎳氫電池 8—發(fā)動(dòng)機(jī) 本文主要研究?jī)?nèi)容針對(duì)夏利TJ7101混合動(dòng)力汽車(chē)變速器應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電動(dòng)操縱AMT的控制策略和控制器，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)AMT的自動(dòng)控制。具體內(nèi)容如下：(1) 利用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用曲線擬合的方法構(gòu)造出發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)值模型；(2) 通過(guò)對(duì)影響車(chē)輛動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的因素進(jìn)行分析，推導(dǎo)了最佳動(dòng)力性和最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律的制定方法；(3) 以動(dòng)力性換檔規(guī)律為基礎(chǔ)，分別制定了多種特殊道路條件下和特殊駕駛員意圖條件下的多個(gè)修正原則和參數(shù)修正后的動(dòng)力性換檔控制規(guī)律；(4) 對(duì)人－車(chē)－路閉環(huán)條件下AMT系統(tǒng)智能換檔控制進(jìn)行研究，建立基于不同駕駛意圖和道路條件下的智能換檔控制策略，以保證在各種道路和不同操縱意圖下，車(chē)輛始終處于最佳檔位運(yùn)行；(5) 進(jìn)行了電子控制單元的軟硬件設(shè)計(jì)，選用PIC16F877A單片機(jī)，按照AMT控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行了軟件流程的設(shè)計(jì)。第2章 發(fā)動(dòng)機(jī)性能的研究 車(chē)輛基本參數(shù)本文研究的對(duì)象系TJ7101轎車(chē)，其變速箱共設(shè)四個(gè)前進(jìn)檔。各檔的變速比如表21所示。表21 各檔速比表檔位一檔二檔三檔四檔速比車(chē)輛的其它結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)：總質(zhì)量=1090，主減速比為=，迎風(fēng)面積=，空氣阻力系數(shù)=，輪胎半徑=，發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速為1000，最大轉(zhuǎn)速為6000。 發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究本文采用TJ376QE汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)其基本性能進(jìn)行研究。 發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性表示的是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系（以動(dòng)力性能為主）。它包括全負(fù)荷時(shí)的速度特性（外特性）和部分負(fù)荷時(shí)的速度特性（部分特性）兩大類(lèi)。前者為發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)的最大作功能力以及對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性能，后者為節(jié)氣門(mén)處于部分開(kāi)啟狀況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)所表現(xiàn)的各項(xiàng)性能指標(biāo)[10]。將發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)，扭矩Te、功率Pe以及燃油消耗率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系以曲線表示，此特性曲線稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線。圖21為T(mén)J376QE發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)的最小穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速=1000rpm。由圖可見(jiàn)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩和功率都在增加，最大扭矩時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為=3600rpm。再增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)Te開(kāi)始下降；而功率繼續(xù)增加，一直到最大功率=39，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為rpm。圖21 TJ376QE發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性若扭矩的單位以表示，功率的單位以表示，轉(zhuǎn)速的單位以rpm表示，則功率與扭矩有如下關(guān)系[10]： (21)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)部分開(kāi)啟時(shí)，Te、Pe以及b與ne之間的函數(shù)關(guān)系曲線稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線。圖22為T(mén)J376QE發(fā)動(dòng)機(jī)外特性及部分特性的扭矩與功率曲線。各條曲線代表不同的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。給定發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和轉(zhuǎn)速即可確定在穩(wěn)態(tài)工況下的輸出扭矩如圖23所示。由圖23中明顯可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度比較大的情況下，油門(mén)開(kāi)度的變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的影響不明顯；而在油門(mén)開(kāi)度相對(duì)較小的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化受油門(mén)開(kāi)度變化的影響比較明顯。圖22 TJ376QE發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性和部分特性圖23 TJ376QE發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)輸出扭矩 非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)性能的修正發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間處于非穩(wěn)態(tài)工況。研究表明，非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的特性與穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)特性是不同的。當(dāng)汽車(chē)加速時(shí)，由于混合氣濃度逐漸變稀，致使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩比穩(wěn)態(tài)工況下的扭矩低，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩下降量與曲軸角加速度近似成線性關(guān)系，并且下降量不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的4%～5%。同理，當(dāng)汽車(chē)減速時(shí)，由于混合氣濃度逐漸變濃，使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩比穩(wěn)態(tài)工況下的扭矩高，扭矩上升量與曲軸減速度也近似成線性關(guān)系。因此，可以采用修正系數(shù)的方法來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況下的輸出扭矩進(jìn)行修正并作為非穩(wěn)態(tài)工況下的輸出扭矩。即發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)輸出扭矩為[11]： (22)式中 —發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)輸出扭矩，Nm；—發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出扭矩，Nm；—發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角加速度，；—非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩下降系數(shù)，對(duì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，是不同的。 發(fā)動(dòng)機(jī)油耗模型發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線給出了在不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下負(fù)荷與有效燃油消耗率的關(guān)系。根據(jù)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性曲線獲得不同轉(zhuǎn)速