無級變速器電液控制系統研究開發畢業論文-wenkub.com

　 　

【正文】 數字比例控制元件能和計算機直接連接，能實現更精確的控制控制并有更高的可靠性，可以滿足CVT的控制要求，采用數字控制技術的優勢還有可以降低CVT的成本。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3．9高速開關閥結構原理圖離合器執行機構的高頻響應性能很大程度上取決于高速開關閥的開關特性， 一般高速開關閥采用脈寬調制(PWM)信號控制，其控制參數為占空比。當線圈通電時，銜鐵1產生的電磁推力通過導桿5使供油球閥6向右運動，工作油從進油口進入， 經工作油口流出到工作油缸。對離合器進行控制，采用調制脈寬的方式對其進行控制。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。脈寬調制式數字閥控制系統的工作原理框圖如下圖3．8所示。增量控制方式由脈沖數字調制法演變而成的一種數字控制方法，是在脈沖數字信號的基礎上，使每個采樣周期的步數在前一采樣周期的步數上，增加或減少一些步數， 而達到需要的幅值；步進電機的轉角或位移與輸入的脈沖數成比例，步進電機每得到一個脈沖信號，便得到與輸入脈沖數成比例的轉角，每個脈沖使步進電機沿給定方向轉動一固定的步距角，再通過機械轉換器使轉角轉換為軸向位移，使閥口獲得一相應開度，從而獲得與輸入脈沖數成比例的壓力、流量。增量式數字閥控制系統工作原理框圖如圖3．7所示。其缺點是頻寬及響應速度不如模擬式的比例控制元件。用計算機控制必須進行數．模轉換，是整個系統復雜，成本提高，可靠性降低。與電液伺服閥的功能類似，電液比例閥既是電液轉換元件， 又是功率放大元件，其功用是接受電氣信號的指令，連續成比例地控制系統的壓力、流量等參數，使之與輸入電氣信號成比例地變化，從而實現對液壓系統執行器的控制。為此，本文采用步迸電機驅動的增量式數字調壓閥。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。實際速比與目標速比的偏差值，經過專家PID控制器的處理，輸出到PWM信號產生器形成速比控制閥的控制信號。專家PID控制是基于受控對象和控制規律的專家知識和經驗，并以智能的方式利用這些專家知識或經驗來設定PID參數和控制規則“”。司蛋曰,Tc 圖3．5夾緊力控制系統框圖在實時控制時，首先根據當前節氣門開度a、發動機轉速Ne、車速及駕駛員選定的運行模式，確定發動機的目標轉矩Te和目標速比i，確定從動帶輪的夾緊力QDⅣ，即QDⅣ=_Te_cosa=f(Te，0 (3．1) Z,UOR／．【DR 此作為目標壓力，轉換為需要的脈沖數N，以脈沖調節(PWM)的方式驅動步進電機，控制數字調壓閥來得到目標壓力。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。在沒有試驗數據作為支持的情況下，則式(2．4)是較為可靠的估計。在I／0輸入信號中，檔位信號代表駕駛員掛的檔，其中D一前進檔：N一空擋： R一倒檔；P一鎖止檔；M(保留)。當齒圈轉動時，齒圈的齒頂與齒隙就交替地與傳感器磁芯端部相對應，傳感器感應線圈周圍的磁場也隨之發生強弱交替變化，在感應線圈中就會產生類似正弦波的交變電壓。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。速比控制回路由速比控制閥給主動輪油缸充油或放油實現控制變速器的速比，使發動機的輸出功率和汽車的行駛阻力功率按經濟性、動力性和排放性要求，實現最佳的動態匹配。因此研究不同工況下的系統的響應是非常重要的，這是保證系統可靠工作的前提。另外，由于閥自身會造成對系統的壓降， 為了減少沿程損失，控制閥應該靠近工作油缸。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。又通過增加工作模式選擇開關，可使汽車在不同行駛條件下把它的經濟性和動力性恰當的發揮到最佳狀態。通過與油泵出口相連接的壓力閥調節系統的主壓力，它直接作用在從動輪油缸內，在一定速比下它的大小決定著金屬帶的轉矩傳遞能力。隨著發動機轉速升高，在離心力作用下，插在主動輪U形槽中的皮托管壓力升高。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。但液力變矩器生產成本高，結構復雜，限制了它的使用。于是，適合于復雜條件的模糊控制算法在汽車控制系統中得到廣泛的應用。而沖擊度與片間正壓力的變化率有關，因而合理地控制離合器片間正壓力及其變化率是實現離合器平穩快速起步的關鍵。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。按汽車行駛要求，起步離合器應滿足下列功能： (1)接合動力平順，分離動力徹底； (2)接合時發動機不停車、不空轉； (3)接合速度能隨駕駛員意圖變化，并給成員的感覺保持不變； (4)上坡起步不滑坡，發動機不熄火； (5)具有可靠的低速爬行功能，幫助汽車平穩越障； (6)限制傳遞最大的轉矩。首先要求控制系統工作可靠，離合器與發動機需要協調和配合避免異常熄火而起步失敗，否則將造成當今日益繁忙的交通中的一大事故隱患；其二要求控制系統對環境有自適應性，這些環境包括通過紅綠燈、進出車庫、坡道起步、冰雪路面起步等；其三要求控制系統滿足不同駕駛員的主觀愿望，如平穩起步愿望，急起步愿望等。為保證汽車以不同車速在任意道路阻力下行駛，并維持發動機在期望的工作點運行，由目標速比的公式(2．7)就可確定無級變速傳動器關于油門開度、車速(口，K)的目標速比MAP圖。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。另一條則是最小轉速限制線。幣氣I J升廈‘deg) 圖2．6發動機轉速調節特性發動機的萬有特性圖更全面地反應了發動機的效率分布情況，把發動機經濟調節特性(圖2．6中E曲線)所對應的發動機工作點標在萬有特性圖上，所得到的工作線即為發動機燃油消耗率最低的理想的經濟工作線(如圖2．7所示)。如當節氣門的開度連續變化時，通過無級變速器自動改變速比使發動機的轉速按E線滑動，這就是CVT的所謂E一模式(經濟模式)。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。CVT 速比控制規律的基本思路就是當汽車的行駛阻力變化時，CVT變速器通過連續改變速比使發動機的工作點保持穩定。在實際的CVT控制系統中，把目標速比定義為發動機目標轉速與從動輪實際轉速之比，即： ff一，imp,櫛∞／咒： i={，z。它也可用主、從動輪的節圓半徑比表示。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“”。精確控制金屬帶傳遞轉矩比r，并使，趨近于l， 這就是金屬帶夾緊力控制的基本思想，式(2．4)即為金屬帶央緊力控制的最粗略依據。如會屬帶在主動輪上向外滑動，則它在從動輪上必向里滑動。扯ⅫCOSa碩士學位論文式中： 甌～金屬帶張力； 盯一錐輪錐角； ‰，‰一金屬帶在主、從動輪上的包角； ∥。在主動輪上，被張緊的金屬帶產生向里運動的趨勢。同時， 還會導致金屬帶的張力過大，縮短帶的使用壽命。由于CVT傳動是一個復雜而多變的過程，根本找不到一種解析方法可精確描述CVT 的整個工作過程，故現有的CVT變速器產品，都是基于各大公司的產品特點和相應的技術優勢，通過大量的試驗研究，來確定夾緊力、速比及起步離合器的控制規律““。根據駕駛員的意圖，在不同使用條件下使汽車平穩起步，并能充分發揮汽車起步時的動力性。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。主動帶輪圖2．4無級變速器的變速原理圖2．2無級變速器的控制技術CVT傳動器的主要任務是： (1)把發動機輸出功率可靠的傳遞到驅動輪，并盡可能減少功率損失。半輪間的軸向相對位移可以通過控制機構來改變；兩個帶輪軸間的距離是固定的，傳動帶的周長是固定不變的，所以形成傳動比為當主動輪的半徑rl處于較小半徑時(半輪間的距離較寬)，被動輪的半徑r2處于較大半徑時(半輪間的距離較窄)，傳動系的傳動比較大，相當于汽車低檔行使。可動輪的軸向移動是根據汽車的使用要求，通過液壓控制系統進行連續地調節，實現無級變速傳動。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。速比控制、夾緊力控制和起步離合器的控制是無級變速控制系統的關鍵。金屬帶結構和帶輪結構如圖2．2和圖2．3所示。(3)無級變速機構無級變速機構由金屬傳動帶和主、被動工作輪組成。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。圖2．1 CVT結構簡圖CVT由以下關鍵部件組成‘1 5】： (1)起步離合器目前，用作汽車起步離合器的有下列三種： ①濕式多片離合器(Multi—disc wet clutch)：現在人們在多片濕式離合器上采用電子控制技術來模擬液力變矩器已取得很大進展。8碩十學位論文第2章金屬帶式無級變速器工作機理2．1金屬帶式無級變速器結構和傳動原理2．1．1金屬帶式無級變速器的結構組成如圖2．1所示為典型的金屬帶CVT結構組成，發動機動力由行星機構、前進或倒檔離合器傳送到主動輪、金屬帶、從動輪，再由中間過輪或傳動軸輸出到主減速器、差速器、等速萬向節或半軸，最終到達驅動輪。隨著IT技術的高速發展，采用計算機直接控制變速器是必然趨勢。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。(3)針對日益廣泛應用的比例控制技術提出了改進的電液控制系統，從而將數字比例控制技術應用到CVT中。無級變速器電液控制系統研究開發1．4論文主要研究內容及研究意義1．4．1本文主要研究內容(1)在參閱了國內外大量文獻的基礎上，系統地介紹了金屬帶式無級變速器的發展歷史、當前的技術狀況以及發展前景，對金屬帶式無級變速器與其它類型的變速器的優、缺點進行了比較。因此，這些液壓元件的優化設計以及液壓系統的集成對取得較高的效率、較輕的質量及較好的可控性是非常必要的。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。對于CVT變速器，可控制發動機經常處于經濟轉速區域內運轉，也就是在較小污染排放的轉速范圍內工作， 從而降低了排氣污染。因此該系統質量高，使用可靠，與汽車具有相同的壽命。金屬帶式無級變速器結構簡單，主要由金屬帶一工作帶輪組和控制系統構成，傳動零件數(約300個)遠少于自動變速器(約500個)，因此變速器的重量輕，體積小。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。AT的平均效率為86％，與MT的97％的傳動效率相去甚遠。無級變速傳動的優點可歸納為： (1)整車具有更好的駕駛性駕駛員無需考慮換檔，消除了人為換檔技術的影響，使汽車駕駛平順、舒適。目前，CVT的電子控制又進一步向智能化方向發展，如對濕式離合器的結合采用模糊控制柬改善汽車的起動性能等。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。結合Jetta轎車，對其連接裝置進行了改進設計，最后裝備了無級自動變速器的試驗車Jetta轎車一輛。圖1．5奧迪MuItitronic鏈式0VT 在我國，CVT的研究工作起步較晚，且主要集中在大專院校，尚處在研究開發階段，并多以理論研究為主。該變速器以金屬鏈取代金屬帶，融合了當今CVT的最新技術，與現有金屬帶式CVT相比，除結構做了重大改進外，電液控制系統和控制策略也有了很大改變，如圖1．5所示”1。早在七十年代， ZF公司就潛心從事CVT的開發。所不同的是將起步離合器裝在了從動軸上，這不僅能夠在急剎車時使金屬帶回到最低檔， 而且還可最大效地保護金屬帶，如圖1．4所示。當時，日本富士重工公司(FHI：Fuji Heavy Industries Lid．)從VDT公司購買了金屬帶，并得到了VDT公司的技術指導，生產了面向1．OL轎車的CVT(與P821相當)，并裝在Subaru Justy轎車上(排量1．0升，1984年上市)。VDTCVT主要有P8ll、P82l、P88P901等四種類型，其中P811和P821是第一代產品，P884 和P901是第二代產品。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。1935年，GM Buick發明了一種被稱為全圓環型(Full Toroidal)CVT，人們稱這種變速器為牽引傳動式(Traction Drive)CVT，它的變速原理如圖1．1所示“1。隨著科學技術的發展，過去困擾無級變速傳動系統推廣和應用的關鍵技術相繼得到解決，無級變速傳動系統最近得到了迅速發展。因此采取措施，應用新技術，降低汽車能源消耗和減少廢氣排放已成為汽車的發展方向之一。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。因此汽車的發展歷史