無級變速器電液控制系統研究開發畢業論文(專業版)

　　

【正文】 、tofr是可變的，如圖3．10所示。由于作用于閥上的信號為一系列脈沖，因此液壓閥只有與之相對應的快速切換的開和關兩種狀態，而以開啟時間的長短來控制流量或壓力。電液數字控制閥是用數字信號直接控制液流的壓力、流量和方向的閥類。由于CVT速比可以連續無級地變化，發動機能夠始終處于選定的工作線上工作，從而達到選定的駕駛模式。在實際應用中，由于所采用的控制閥的不同，其實現也有所不同。主調壓閥的作用是保證系統的安全，防止系統的壓力過大陋3’州。本文設計的液壓控制系統由動力源、控制機構、執行機構和輔助機構組成。19第3章金屬帶式CVT電液系統分析3．1 CVT電液控制系統3．1．1 CvT機一液控制系統特點早期的金屬帶式無級變速器控制系統為機一液控制方案，如圖3．1所示“”。離合器工作時，主動盤通過摩擦力(與主、從動盤之間施加的正壓力成正比)驅動從動盤轉動。由發動機的最低最高轉速，CVT傳動系統的最大最小速比及汽車的最高限速得到CVT變速器的工作范圍，如圖2．8所160 140 一{120 莖孚100 80 60 40 209 ne L‘pm J 圖2．7發動機萬有特性圖0 1500 30。如果希望在每一個發動機節氣門開度下發動機均能在發出最大功率的轉速下工作，此時發動機節氣門開度與發動機轉速的關系則為最佳動力性轉速調節特性。為了精確控制金屬帶的傳遞能力恰好與發動機的輸出轉矩一致，最直接最有效的方法是在各種條件下，通過試驗精確標定CVT變速器的傳動效率與金屬帶夾無級變速器也液控制系統研究開發緊力之間的關系，并把試驗結果整理成數據MAP圖。由于金屬帶的長度為一定值，夾緊力控制和速比控制是相互耦合的，即夾緊力變化必然要引起速比的變化。(3)根據駕駛員的要求在不同的使用條件下均能使汽車平穩起步，并且能在必要時切斷動力的傳遞。常用的液壓油泵有兩種形式，即齒輪泵和葉片泵。②電磁離合器(E1ectromagnetic clutch)：反應動作較快，壽命較長。(4)自主研制了步進式數字式調壓閥，建立了數學調壓閥的數學模型并進行了仿真分析，得到了各種參數對系統壓力的的影響規律。1．3．2尚待解決的問題盡管CVT有著諸多優點，但還有很多值得研究的問題，致使CVT的潛能還沒有充分發揮出來，限制了它的應用。1，比同類型的AT汽車可提高10～15％。雖然通過各方努力，國內無級變速器水平不斷4碩士學位論文提高，但產業化還需要一定時間。與此同時，歐美的通用(GM)、福特(Ford)、菲亞特(Fiat)、大眾(VW)、圖1．4裝在Honda Ci ViC轎車上的MuItiMati C CVT無級變速器電液控制系統研，Z開發奧迪及ZF等公司也在致力于CVT的開發。由于在技術上要開發能夠承受這樣大滾壓力的軸承及能C2’磐薅扶荔(b)升這技杰圖I．1 ToroidaI OVT的工作原理夠承受這樣大面壓的材料和特殊液體，包括通用在內的許多公司最終放棄了這種CVT的開發。節約能源，保護環境已經成為人類發展的主題。試驗表明，數字調壓閥有較高的控制精度和可靠性，數字比例控制技術能降低CVT 電液控制系統的成本，提高產品質量，從而提高CVT的競爭力，因而數字比例控制的發展前景十分廣闊。碩士學位論文無級變速器電液控制系統研究開發摘要自第一輛汽車問世以來，人們就致力于改善汽車變速器的性能。關鍵詞：金屬帶式無級變速器；cvr；電液控制系統：數字比例控制；數字閥。而全球數以千萬計的汽車已經成為能源消耗和環境污染的一個主要的因素。但在這同時，帶傳動式CVT也取得了很大的發展，包括金屬鏈式CVT如圖1．2和金屬帶式CVT如圖1．3。繼Subaru后，歐洲的Ford和Fiat也將VDTCVT(P811型1裝備于排量1．1～1．6L轎車上，并投入市場。1．2．2無級變速器的發展前景隨著電子技術、材料及加工技術的發展，CvT正朝著以下幾個方面發展： (1)向3升以上排量的汽車上發展，以實現更廣泛的應用； (2)更加優越的控制及快捷的反應； (3)更低廉的價格。表1．1不同檔位^T的傳動效率表1．2不同類型OVT的傳動效率檔位傳動效率1 60～85％ 2 60～90％ 3 85～95％ 4 90～95％ 5 85～94％ CVT類型傳動效率Rubber Belts 85～95％ Steel Belts 90～97％ Toroidal Traction 70～94％ Nutating Traction 75～96％ Variable Geometry 85～93％ 在動力性方面，CVT汽車加速性能(0100 Km／h)比AT汽車的加速性能最少提高7．5～11．5％，速度較高時加速性優于MT汽車。主要是： (1)CVT變速傳動機理問題。(5)對數字調壓閥進行了特性試驗，并將數字調壓閥應用到CVT電液控制系統中，在現有的試驗條件下進行了臺架試驗，試驗結果表明，該電液控制系統效果良好，具有一定的可行性，但由于試驗條件的限制，未能進行實車試驗。③液力變矩器(Hydraulic torque converter)：液力變矩器與CVT系統的合理匹配， 可使汽車以足夠大的牽引力平順起步，提高駕駛舒適性。為了提高油泵的工作效率，近年來多采用葉片泵。由此決定了CVT控制系統的關鍵技術包括三個方面： ①夾緊力控制：為了提高傳動效率，必須合理控制金屬帶的夾緊力。當在從動缸施加的夾緊力為QDⅣ，則在楔面的楔力作用下，使帶向外移動，于是在帶內產生張緊力。式(2．4)雖然簡單地給出了金屬帶夾緊力的計算依據，但精度較低。對應每一個節氣門開度，都存在發動機在該條件下的最佳經濟點(最低耗油率點)和最大功率點。0 4500 A最大速比線； B最小速比線； C最高車速限制． 圖2．8無級變透透比工作范圍理論上，無級變速傳動系統最小速比越小，發動機的最經濟油耗區的使用范圍越寬。因此，在離合器剛剛接合階段，主、從動盤之間存在滑轉，此時離合器是一個兩自由度的力學系統。通過駕駛員控制加速踏板的位移大小來改變發動機節氣門開度，汽車的行駛狀態由駕駛員來控制，汽車的加速踏板的位移固定在控制凸輪的形狀上。在該CVT電液控制系統中，為了避免系統的復雜程度，降低系統成本，動力源為一個齒輪泵，控制機構為各種液壓控制閥，如用于夾緊力控制的數字調壓閥、用于速比控制和離合器控制的高速開關閥，執行機構是液壓缸和活塞，輔助機構有油箱、濾油器、儲能器等。疊窘疆幅tl 鬟絮力擰麟一圖3．3 CVT數字電液控制系統碩士學位論文3．1．3 CVT電控系統CVT控制系統硬件框圖如圖3．4所示。本文設計的CVT夾緊力控制系統框圖如圖3．5所示，本系統采用了數字式調壓閥作為夾緊力控制閥。圖3．6速比專家PID控制系統3．3數字比例控制技術CVT的使用要求是傳動效率高、改善汽車排放、減少廢氣污染、運行平穩無沖擊，能使汽車有較好的燃油經濟性和動力性以及低的使用維護成本。與電液伺服閥和比例閥相比，數字閥的突出特點是，可直接與計算機接口，不需D／A轉換器，結構簡單， 功耗小，控制靈活可靠。高速開關數字閥中液壓閥的結構與其他閥不同，它是一個快速切換的開關，只有全開和全閉兩種工作狀態：電氣一機械轉換器主要是各種電磁鐵。一般取高電平信號作為有效開通信號，通常將每個周期內高電平寬度t。PWM控制信號的脈沖周期T是一個固定的常數值，而每個周期內高、低電平的寬度大小t。計算機輸出的數字信號通過脈寬調制放大器調制放大后使電氣一機械轉換器工作，從而驅動液壓閥工作。在這種技術要求下，20世紀80年代初出現了電液數字控制閥。速比控制閥根據控制信號的變化，調節主動帶輪油缸內的壓力， 實現速比的變化。當目標夾緊力確定以后，剩下的問題是通過液壓驅動機構實現目標夾緊力的變化規律。離合器控制回路由離合器調壓閥(高速開關閥)控制離合器油缸壓力，經過離合器控制閥，進入到前進離合器或倒檔離合器，實現汽車的起步。所以電液控制系統比機液控制系統在汽車的經濟性、動力性、舒適性、和操縱性等方面都得到明顯的改善。2．3本章小結本章對CVT的結構進行了簡要分析，簡單介紹TCVT的主要組成零部件以及如何實現速比的連續變化；詳細分析了CVT的核心控制問題即速比控制和夾緊力控制的原理以及起步離合器控制的關鍵點，包括了目標速比的確定，根據受力分析得出了目標夾緊力的計算公式，這為CVT電液控制系統的設計和速比及夾緊力的控制奠定了理論基礎。離合器的結構形式多種多樣，但它們的工作原理可由示意圖2．11表示。發動機的最佳動力性曲線也標在圖2．7中。如要求將發動機輸出功率都保持在最低油耗的轉速下工作，則可以實現發動機按最小燃油消耗工況運行，此時發動機節氣門14開度與發動機轉速的關系即為發動機最佳經濟性轉速調節特性。實際上，當被動缸的壓力給定以后，金屬帶能傳遞的最大轉矩取決于許多因素。根據汽車的運行條件，始終把夾緊力控制在目標值的最小范圍內是CVT傳動系的另一個控制問題““。(2)根據汽車的運行條件，按駕駛員選定的工作模式自動改變傳動比使發動機維持在理想工作點。(5)液壓泵為CVT傳動系提供控制、冷卻和潤滑的液壓油源。鑒于其更高的效率和更低的價格，已漸漸被使用(如Honda Civic)，預期有較好的前景。并且介紹了高速開關閥的結構和工作原理。據資料介紹，在裝備有CVT汽車與5檔手動變速箱的汽車道路上作對比試驗時，裝有CVT車的燃油消耗少11．5％，碳氫化合物的排量少33％， CO的排放量少20％““。在幾種無級變速器中，金屬帶式無級變速器效率最高，平均效率達到了90％以上，略低于MT，但是由于采用無級變速器的汽車能夠控制發動機始終在最經濟工作區工作，因此燃油經濟性方面有了很大的提高。臺架與路面試驗進一步證實，所設計的電子控制系統、液壓模塊及工程化軟件完全滿足汽車的各項使用性能要求”1。該變速器裝在了帶有1．6升發動機96款的Honda Civic系列轎車上，并取得了成功。當可移動的圓環面沿軸向移動時，兩環面問的輥子沿曲面滑動，改變與傳動軸的夾角，實現速比的變化。汽車是人類文明發展的標志，它的發展必須符合人類社會的發展要求。本文的主要創新之處在于通過仿真分析和試驗，設計開發了適用于CVT電液控制系統的數字調壓閥，從而將數字比例控制技術應用于CVT電液控制系統中。CVT變速器能夠實現傳動速比的自動連續變化，滿足駕駛者的各種駕駛意圖，有利于實現汽車傳動系統與發動機的最佳匹配與控制，具有操縱簡便、駕駛舒適、平順、性能良好等特點，是理想的汽車變速裝置。!。迫于能源危機和環境污染的壓力， 世界許多國家或地區都制定了嚴格的法規，力圖降低汽車的排放和提高燃油經濟性。V型橡膠帶式CVT最早出現在德國Daimlar Benz公司的汽油機汽車上。早在七十年代， ZF公司就潛心從事CVT的開發。由于采用CVT可以達到傳動系與發動機工況的最好匹配，提高整車的燃油經濟型和動力性，并可以提高操縱方便性和舒適性，有效地降低了排放污染，且綜合性能優于AT、AMT系統。幾年前，zF公司進行了對比試驗，結果表明：在美國環境保護局城市和公路循環工況下，裝備CVT的汽車比4 檔AT汽車燃油經濟性提高10％；O～60 mph加速試驗中，裝備CVT的汽車比AT 汽車少用1秒多。國內外的學者在這方面做的研究成果大都是在穩態情況下取得的，而會屬帶絕大多數情況是工作在瞬態情況下。1．4．2課題的意義無級變速傳動技術在汽車變速傳動裝置發展史上具有變革意義，無級變速傳動技術作為21世紀汽車的主要研究方向之一，在當前倍受各國汽車制造廠商的重視。當發動機轉速高時，閉9無級變速器I乜液控制系統研究開發鎖離合器將泵輪與渦輪鎖住，成為整機傳動，提高了傳動效率。齒10輪泵由于適用轉速范圍寬，結構簡單，成本低，因而也有廣泛的使用。始終把夾緊力控制在目標值的小范圍內，是CVT傳動系的第一個控制問題。在主動輪上，被張緊的金屬帶產生向里運動的趨勢。最大限度地提高CVT變速器的傳動效率是現代汽車技術不斷追求的目標，所以CVT產品一般是基于精確標定的數據MAP 圖來實現金屬帶夾緊力控制“”。從大到小連續改變節氣門開度，就得到發動機一條最佳經濟線和一條最大功率線。但研究表明，汽車在一定的道路循環工況下，最小速比小到一定程度后對汽車平均百公里油耗的進一步降低起的作用不大。隨著主、從動盤之間的正壓力增加，從動盤的轉速和傳遞的轉矩增加。當汽車起步時，控制凸輪繞固定的支點轉動，驅動速比控制杠桿繞可動支點轉動，通過傳動杠桿使速比閥移動。其中液壓閥的作用是控制液壓系統的油流方向、流量和壓力，從而控制整個液壓系統的全部功能。系統主要是由電控單元(ECU)、傳感器、執行機構及各種接口電路構成。數字調壓閥功率大，抗污染，滯環小，直接可以接受數字脈沖信號，所以使用方便。根據CVT 的工作要求，CVT電液控制系統需要高效率、運行平穩、小尺寸和低價格的液壓控制閥。其缺點是頻寬及響應速度不如模擬式的比例控制元件。計算機發出需要的脈沖序列進入到脈寬調制放大器，然后信號到達高速開關閥，通過控制開關閥開啟時間的長短來控制油液壓力或流量。占整個脈沖周期寬度T的百分比稱為占空比，即； ， T=乞+toy，f(％)=等x100％ (3，2) 電平圖3．10脈沖信號盡管這樣做會給系統帶來一個與PWM信號頻率相同的壓力脈沖干擾，但通過低通濾波可以消弱此壓力脈動。aJttfl 圖3．