无级变速器快速控制原型研究

（申请工学硕士学位论文）

无级变速器快速控制

原型研究

培养单位：汽车工程学院 学科专业：车辆工程 研 究 生：汪 斌 指导老师：过学迅 教授

2005 年5月

无级变速器快速控制原型研究 汪 斌 武汉理工大学

分类号 密 级 UDC 学校代码 10497

学 位 论 文

题 目 无 级 变 速 器 快 速 控 制 原 型 研 究 英 文

题 目 Study of CVT Rapid Control Prototyping 研究生姓名 汪 斌 姓名 过学迅 职称 教授 学位 博士 单位名称 武汉理工大学汽车学院 邮编 430070 申请学位级别 硕士 学科专业名称 车辆工程 论文提交日期 2005.5 论文答辩日期 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人

2005年5月

指导教师

武汉理工大学硕士学位论文

摘要

众所周知,变速器在汽车上起着很重要的作用：它将由动力源输入的转矩，经过一定的传动比由输出轴输出，同时应具有空档和倒档。变速器的档位越多，汽车动力性和经济性都会提高，因此，变速器的性能对于整个传动系统的性能起着至关重要的作用。传统的有级式变速器，由于档位数有限，传动比固定，不便于控制，使能量源尤其是使用内燃机为动力源的传统汽车其经济性和环保性能始终不能宁人满意。自动变速器的使用使变速器的传动比在一定范围内可连续变化，可以使得发动机能工作于高效区域，但由于自动变速器的关键部件——液力变矩器的效率较低，使得汽车的经济性能并没有提高。而无级变速器由于其传动比的连续变化和较高的工作效率受到人们的关注。但早期的无级变速器因为容量小限制了它的发展。随着无级变速器技术的发展，在世界新型环保汽车的研制开发中，普遍有采用无级变速器的趋势。而无级变速器的技术关键就在于对其传动比的精确控制，开发和使用计算机电子控制系统和控制策略，显得尤为重要。

本文从对无级变速器的工作原理开始，分析了一般的控制策略和控制方法，然后叙述了半实物仿真的基础理论和所用开发工具；建立了无级变速器液压执行系统的实时仿真模型，研究无级变速器的实时控制算法。

建立实时仿真控制系统模型，并进行快速控制原型仿真是本文的核心。利用MATLAB/Simulink建立底层夹紧力控制和速比控制系统的仿真模型（电磁阀模型）和PID控制算法模型，整定出了PID控制器的控制参数，同时研究了在离线状态下PID控制参数的变化对控制性能的影响。在离线仿真中，微分系数的改变对系统影响较大。它改变了控制系统的阶跃响应的类型，由原来的过阻尼系统的响应变为欠阻尼系统的响应，系统产生了过调量，改善了系统的动态品质。同时考虑了实际控制的要求，确定了离线仿真状态下控制器参数。

通过MATLAB RTW实时仿真工具箱和dSPACE实时系统，产生电磁阀所需的PWM信号，对无级变速器进行实时仿真，仿真结果说明了所建实时仿真模型的正确性。

关键词：无级变速器，dSPACE，实时仿真，快速控制原型

武汉理工大学硕士学位论文

Abstract

It is well known that transmission plays an important role in automobile: it transmits the input torque from power source to the output shaft with certain ratio, and it should have neutral or reverse. The more ratios the transmission has, the better automobile’s dynamic and economical performance. So its performance has great effect to the whole power-line system. Because of conventional transmissions’ limited levels and stable ratios, it is difficult to control them, particularly in dynamic and economical performance of automobiles which are equipped internal combustions (IC). The use of automatic transmission (AT) made it possible that the ratios continuous variety and it made IC worked in high efficient areas. But because of the bad efficient of AT key component, torque converter, the economical performance of auto is not better. The use of CVT is curbed because of its low capacity. With the development of technology, there is a trend that more and more CVT has been equipped. Therefore it is more important to research and develop control system and strategy with computers because the ratio control is the central.

This paper begins with the operation theory of the continuous variable transmission (CVT), common control strategy and control means. Then the basic theory of semi-hardware simulation is given and the research and development (R&D) tools in this paper is also introduced; the model of the CVT hydraulic control system for real-time simulation has been established and the algorithm has also been studied.

It is this paper’s core that how to model CVT for real-time simulation and simulate the rapid control prototyping (RCP). Base on the results of CVT tests, the hardware of clamp control and ratio control system and PID controllers have been modeled in chapter 5.In order to get the controllers’ parameters, the system’s step response has been studied when the parameters are changed in off-line simulation. When off-line simulation, the differenc of differential coefficients changes the step-type of system. It is converted from higher-damp system to lower-damp system. And there is overrun. Base on the real hardwares’ limits, the parameters of controllers are decided.

Through MATLAB toolbox of RTW and the real-time simulation system dSPACE, PWM signals have been achieved and the real-time simulation of CVT has been made. From the simulation results, we can come to a conclusion