【摘要】：隨著我國汽車的產(chǎn)量越來越高,越來越多的家庭擁有了私人汽車。物流的高速發(fā)展也使得對汽車的需求不斷增加。2010年我國預(yù)計汽車銷售量達(dá)到1800萬輛。能源問題和環(huán)境問題變的更加重要。金屬帶式無級變速器(Push V-belt Continuously Variable Transmission)因其節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)越來越多的被應(yīng)用在汽車上。 金屬帶式無級變速器的傳動比控制與夾緊力控制是其控制技術(shù)中最重要的兩個部分,由于結(jié)構(gòu)和傳動機(jī)理的原因,傳動比控制與夾緊力控制的耦合問題一直困擾著這個領(lǐng)域的研究人員。原有的解決方法為了解決耦合而使無級變速器的傳動效率無法提高到更好的水平。 目前由于氣候、能源等各種問題,節(jié)能減排的呼聲越來越高,而且金屬帶式無級變速器的傳動效率研究也有了很大的進(jìn)展。因此需要一種合適的控制方法能夠解決耦合產(chǎn)生的影響,使金屬帶式無級變速器的傳動效率的研究成果得到發(fā)揮。 因此,本文在金屬帶式無級變速器的傳動效率的研究基礎(chǔ)上對金屬帶式無級變速器的傳動比控制與夾緊力控制的耦合問題進(jìn)行了以下幾個方面研究： 1)從金屬帶傳動的運(yùn)動學(xué)關(guān)系入手,對金屬帶式無級變速傳動器的結(jié)構(gòu)和傳動機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)合金屬環(huán)和金屬片的受力分析建立了金屬帶傳遞轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)模型。針對金屬帶式無級變速器傳動效率較低的問題,從三個方面對傳動損失產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了研究,并建立了詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型。利用Matlab對傳動損失的影響因素進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明,金屬帶式無級變速器的傳動損失受夾緊力的影響非常明顯。 2)對金屬帶式無級變速器傳動比控制與夾緊力控制之間的耦合關(guān)系進(jìn)行了研究。分析了兩者耦合關(guān)系的形成原因,確定了耦合的結(jié)構(gòu)及邏輯關(guān)系,并建立了耦合關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。 提出了評價耦合影響程度的評價指標(biāo)為傳動比的變化量和傳動比的變化率。通過對靜態(tài)徑向力學(xué)平衡、動態(tài)徑向力學(xué)平衡和傳遞轉(zhuǎn)矩時金屬帶的受力情況的理論分析,提出了除輸入壓力外,初始傳動比、負(fù)荷扭矩和初始夾緊力也是相對增益的重要影響因素。并通過實(shí)驗(yàn)對理論分析的結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。 3)通過解耦理論對金屬帶式無級變速器傳動比與夾緊力的解耦控制方法進(jìn)行了研究。 在此基礎(chǔ)上設(shè)計并分析了針對耦合問題的三種夾緊力控制控制策略,在各種夾緊力控制模式下結(jié)合前人的研究,對耦合條件下的傳動比控制策略進(jìn)行了研究,分析了不同控制策略的特點(diǎn)及對耦合現(xiàn)象的影響。并對各種控制策略的解耦效果做了較為詳細(xì)的分析。 針對夾緊力的滑轉(zhuǎn)控制模式進(jìn)行了分析,提出了在這種強(qiáng)耦合的模式下,需要設(shè)計一套較為復(fù)雜的控制方法解決耦合問題。并在此基礎(chǔ)上,提出了反饋線性化解耦和前饋式補(bǔ)償PID控制兩種方案,并對這兩種方案的可行性進(jìn)行了分析。 4)通過實(shí)驗(yàn),對滑轉(zhuǎn)控制模式下金屬帶式無級變速器的夾緊力與傳動比控制之間的耦合進(jìn)行了研究。 設(shè)計了滑轉(zhuǎn)率測算方法,將偏移距造成影響進(jìn)行了分析,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了測算方法的準(zhǔn)確性。與未考慮偏移距的滑轉(zhuǎn)率測算方法相比準(zhǔn)確率提高了0.37%。 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)了以滑轉(zhuǎn)率為目標(biāo)的夾緊力控制,分析了影響滑轉(zhuǎn)控制穩(wěn)定的因素,為滑轉(zhuǎn)控制下的耦合規(guī)律研究打下了基礎(chǔ)。 在實(shí)現(xiàn)了滑轉(zhuǎn)控制的基礎(chǔ)上,設(shè)計了兩種滑轉(zhuǎn)模式下不同負(fù)荷轉(zhuǎn)矩與不同傳動比所對應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率為2%時的臨界夾緊力測量方法。通過試驗(yàn)獲取了臨界夾緊力數(shù)據(jù)表,并用兩種測量方法相互驗(yàn)證,保證了測量的準(zhǔn)確定。 在臨界夾緊力確定的基礎(chǔ)上,設(shè)計了獲取耦合規(guī)律的實(shí)驗(yàn)方法。通過大量的試驗(yàn),獲取了滑轉(zhuǎn)率為2%模式下,不同負(fù)荷轉(zhuǎn)矩條件,不同初始傳動比位置時,從動缸壓力變化量與傳動比相對增益量之間的關(guān)系。并分析了相對增益的變化規(guī)律和影響因素。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了,當(dāng)夾緊力變化量較大而傳動比相對增益由于結(jié)構(gòu)原因而無法準(zhǔn)確體現(xiàn)耦合關(guān)系時,將傳動比變化率作為輔助手段描述金屬帶式無級變速器夾緊力與傳動比的耦合關(guān)系。 5)為了驗(yàn)證所設(shè)計的前饋式補(bǔ)償PID解耦控制器的效果,在原有試驗(yàn)臺的基礎(chǔ)上,針對所需要測量的數(shù)據(jù)對對試驗(yàn)臺架進(jìn)行了改造,加裝了所需要的傳感器。 提出了將耦合相對增益規(guī)律數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)化為前饋數(shù)據(jù)表的兩種方法,并利用實(shí)驗(yàn)方法獲取的數(shù)據(jù)對計算方法的結(jié)果進(jìn)行了修正。 分析了在液壓缸壓力變化量足夠大而使傳動比變化至極限位置的情況,提出了利用傳動比變化率對此條件下的前饋補(bǔ)償值的補(bǔ)償規(guī)則。 分別在轉(zhuǎn)矩階躍工況下和傳動比階躍工況下對前饋式補(bǔ)償PID解耦控制器的解耦控制效果進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明,解耦控制器解耦效果明顯,基本解決了滑轉(zhuǎn)控制下的傳動比控制與夾緊力控制的耦合問題。 通過以上的研究,分析了金屬帶式無級變速器的夾緊力與傳動比控制之間的耦合關(guān)系,確定了耦合產(chǎn)生的相對增益的影響因素。通過試驗(yàn)獲取了金屬帶式無級變速器的夾緊力與傳動比控制之間的耦合規(guī)律。并對解耦控制策略進(jìn)行了研究和分析,確定了不同控制目標(biāo)下的解耦控制策略,并針對以提高傳動效率為目的的滑轉(zhuǎn)率控制模式設(shè)計了前饋式補(bǔ)償PID控制策略,并在試驗(yàn)臺架上對控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn)。為將來整車控制提供了研究基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH132.46

【參考文獻(xiàn)】

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1 姜正根,劇引芳,陳明鑒,范永華;HN7030微型汽車膠帶無級變速傳動裝置試驗(yàn)研究[J];車輛與動力技術(shù);1995年02期

2 李春青,彭建中,吳彤峰;國內(nèi)外汽車無級變速(CVT)技術(shù)的發(fā)展概況[J];廣西工學(xué)院學(xué)報;2004年04期

3 楊亞聯(lián),秦大同,王紅巖,孫冬野;CVT無級變速傳動鋼帶的軸向偏移分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1999年06期

4 孫冬野,秦大同,楊亞聯(lián);金屬帶式無級變速傳動的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1998年04期

5 廖建,孫冬野,秦大同;金屬帶式無級變速器傳動效率的理論分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年03期

6 張偉華;謝里陽;程乃士;;金屬帶式無級變速器摩擦因數(shù)和傳動效率的實(shí)驗(yàn)研究[J];機(jī)械設(shè)計;2006年12期

7 林昌華,楊巖;CVT輪系傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計[J];機(jī)械傳動;2005年04期

8 王紅巖,楊志華,白雪,裘熙定,周云山;金屬帶式無級變速器裝置帶輪工作面形狀與帶軸向偏移的分析[J];吉林工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報;1997年04期

9 唐月紅,沈慶云,許有信;三元二次樣條函數(shù)及其計算（Ⅰ）——高維數(shù)據(jù)擬合[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;1996年05期

10 王紅巖,王立公,孫冬野;無級變速汽車的自適應(yīng)模糊控制研究[J];控制理論與應(yīng)用;2004年01期

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3 周美蘭;轎車無級變速器綜合模糊控制研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2006年

4 楊亞聯(lián);金屬帶無級自動變速傳動的關(guān)鍵問題研究[D];重慶大學(xué);2002年

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3 院義鋒;金屬帶式無級變速器速比控制的試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2005年

4 謝先平;汽車無級變速傳動系統(tǒng)建模與控制策略仿真研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2005年

5 鄒峰;基于ADAMS的CVT力學(xué)分析[D];上海交通大學(xué);2007年

本文編號：2753026