發(fā)布時間：2018-07-23 20:24

【摘要】：變速器是汽車的關(guān)鍵部件,在常規(guī)動力、混合動力及純電動汽車中均發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。長久以來,自動變速器始終處于汽車技術(shù)創(chuàng)新的最前沿,從早期的三/四擋AT、五擋AMT,發(fā)展到現(xiàn)在的九/十擋AT、七/八擋DCT,自動變速器的發(fā)展極大地推動了汽車技術(shù)進(jìn)步。本文提出了一種采用摩擦離合器和超越離合器配合換擋的離合-超越自動變速器(Clutch and Overrunning Clutch Transmission,簡稱COT),運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)方法,建立了傳動系模型,分析了變速器的換擋特性,提出了換擋控制策略,進(jìn)行了仿真計(jì)算和臺架試驗(yàn)研究。具體工作如下:首先,開展了CST類自動變速器的結(jié)構(gòu)方案研究。為減少自動變速器中摩擦離合器的數(shù)量,提出了基于知識網(wǎng)絡(luò)和TRIZ理論的知識創(chuàng)新方法,將該方法應(yīng)用于自動變速器結(jié)構(gòu)知識創(chuàng)新中,產(chǎn)生了一類僅采用一個摩擦離合器實(shí)現(xiàn)全部擋位無動力中斷換擋的自動變速器——CST(Clutch and Mechanical Switch Transmission)。CST分為兩個子類:采用離合-超越方式換擋的COT和采用離合-牙嵌方式換擋的CDT(Clutch and Dog Clutch Transmission)。通過對四種形式的CST進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置及部分關(guān)鍵零部件的三維結(jié)構(gòu)建模,說明CST具有成為自動變速產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可行性。其次,進(jìn)行了COT換擋過程的動力學(xué)特性分析。以COT機(jī)構(gòu)原型為研究對象,建立了傳動系動力學(xué)模型,推導(dǎo)了變速器升擋和降擋過程的動力學(xué)方程,建立了發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型、濕式離合器的轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型、超越離合器的轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型及整車阻力矩的計(jì)算模型。運(yùn)用AMEsim軟件搭建了整車動力學(xué)仿真模型,進(jìn)行了升擋和降擋仿真計(jì)算。在仿真研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了這種變速器換擋時的動力學(xué)基本特性,進(jìn)而得到了這種變速器的換擋共同特征,即換擋時無動力中斷、換擋迅速和換擋時存在轉(zhuǎn)矩沖擊。然后,進(jìn)行了超越離合器接合沖擊的計(jì)算方法研究。針對COT降擋過程中超越離合器自動接合會對系統(tǒng)帶來轉(zhuǎn)矩沖擊的問題,采用超越離合器-超越離合器換擋試驗(yàn)臺進(jìn)行了臺架試驗(yàn)。運(yùn)用牛頓力學(xué)方法分階段建立被測對象的動力學(xué)模型,運(yùn)用顯式動力學(xué)有限元方法獲得超越離合器接合產(chǎn)生的沖擊激勵,將超越離合器接合產(chǎn)生的激勵和傳動系輸入轉(zhuǎn)矩的激勵疊加,計(jì)算得到變速器輸出端的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速響應(yīng),并與實(shí)測值進(jìn)行對比。理論和試驗(yàn)結(jié)果共同顯示,輸入轉(zhuǎn)矩一定的情況下,輸入轉(zhuǎn)速對超越離合器接合沖擊大小沒有影響,輸入轉(zhuǎn)速只對傳動系轉(zhuǎn)矩變化率和換擋時間產(chǎn)生影響。再后,進(jìn)行了COT的換擋控制研究。搭建了變速器控制器的整體架構(gòu),進(jìn)行了控制策略底層、中層和上層的三個層級劃分。分析了COT換擋過程的關(guān)鍵控制問題,以換擋特性分析結(jié)果為基礎(chǔ),制定了COT升擋和降擋控制策略。仿真結(jié)果顯示,升擋與降擋控制策略均使得換擋沖擊度絕對值下降到10 ms-3以內(nèi),與未加控制時的仿真結(jié)果(升擋15.5 ms-3,降擋24.8 ms-3)相比,換擋品質(zhì)有明顯改善。進(jìn)一步,在對換擋過程狀態(tài)方程進(jìn)行了正則化線性處理的基礎(chǔ)上,采用模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法開發(fā)了換擋控制器,并進(jìn)行了模糊滑模變控制方法與PID控制方法的對比仿真。仿真結(jié)果顯示,模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制具有更高的控制精度及更好的抗干擾能力。最后,開展了COT的臺架試驗(yàn)研究。搭建了用于驗(yàn)證COT換擋特性及換擋控制的兩擋試驗(yàn)臺架,進(jìn)行了升降擋試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示,升擋時間為0.7 s,驅(qū)動降擋時間為0.5 s,說明COT換擋迅速,與前述換擋特性研究結(jié)果吻合。升擋與降擋控制試驗(yàn)結(jié)果分別比未施加控制時的傳動系轉(zhuǎn)矩沖擊降低了72.2%和76.2%,說明換擋控制策略有效。論文的研究工作為COT的推廣應(yīng)用做了技術(shù)準(zhǔn)備,為自動變速器行業(yè)提供了新的自動變速器形式,也為更多新型自動變速器的產(chǎn)生提供了完整的理論參考。
[Abstract]:Transmission is the key component of the car, which plays a vital role in conventional power, hybrid and pure electric vehicles. For a long time, the automatic transmission has always been in the forefront of automotive technology innovation, from the early three / four block AT, five block AMT, to the present nine / ten block AT, seven / eight block DCT, and the development of automatic transmission is great. In this paper, a kind of Clutch and Overrunning Clutch Transmission (COT) is put forward by using friction clutch and overrunning clutch, and the system dynamics method is used to establish the transmission model. The shift characteristic of the transmission is analyzed and the shift control is put forward. The strategy, simulation calculation and bench test are carried out. The specific work is as follows: first, the structure scheme of CST type automatic transmission is studied. In order to reduce the number of friction clutch in automatic transmission, a knowledge innovation method based on knowledge network and TRIZ theory is put forward, and this method is applied to the knowledge innovation of automatic transmission. A kind of automatic transmission, CST (Clutch and Mechanical Switch Transmission).CST, is divided into two subclasses: COT with outlier transcendent mode and CDT (Clutch and Dog) by outlier mode (Clutch and Dog). The structure layout of the four forms of CST and the three-dimensional structure modeling of some key parts show that CST has the structure feasibility of becoming the automatic transmission. Secondly, the dynamic characteristics of the COT shift process are analyzed. The dynamic model of the transmission system is established with the prototype of the COT mechanism, and the lifting gear and the drop of the transmission are derived. The dynamic equation of the process, the torque calculation model of the engine, the torque calculation model of the wet clutch, the torque calculation model of the overrunning clutch and the calculation model of the resistance moment of the whole vehicle are set up. The simulation model of the whole vehicle dynamics is built with the AMEsim software, and the simulation calculation of the lifting and reducing gear is carried out. On the basis of the simulation research, the simulation of the engine is carried out. The basic dynamic characteristics of the gearshift are analyzed in one step, and then the common characteristics of the gear shift are obtained, that is, no power interruption, rapid shift and torque impact when shifting. Then, the calculation method of the joint impact of the overrunning clutch is carried out. In the process of COT falling gear, the overrunning clutch is automatic. The joint will bring the torque impact to the system, and use the overrunning clutch and overrunning clutch shift test bench to carry out the bench test. Using the Newton mechanics method, the dynamic model of the measured object is set up by the Newton mechanics method. The dynamic finite element method is used to get the shock excitation of the overrunning clutch joining, and the overrunning clutch is joined together. The generated excitation and drive system input torque excitation superposition, calculated the torque and speed response of the transmission output end, and compared with the measured values. Theory and test results show that the input speed has no effect on the engagement impact of the overrunning clutch when the input torque is certain, and the input speed is only to the transmission torque. The change rate and shift time have an impact. Then, the shift control of COT is studied. The overall architecture of the transmission controller is built. Three levels of the control strategy, the middle layer and the upper layer are divided. The key control problems of the COT shift process are analyzed. Based on the analysis results of the shift characteristics, the COT lifting and reducing control is formulated. The simulation results show that the control strategy of lifting and falling gear decreases the absolute value of the shift impact to less than 10 MS-3, and the shift quality is obviously improved compared with the simulation results (15.5 MS-3 and 24.8 MS-3) without control. The shift controller is developed with fuzzy sliding mode variable structure control method, and the comparison simulation between fuzzy sliding mode control method and PID control method is carried out. The simulation results show that the fuzzy sliding mode variable structure control has higher control precision and better anti-interference ability. Finally, the platform test research of COT is carried out. The model is used to verify the CO. The T shift characteristic and the shift control two gear test bench have carried out the lifting and lifting test. The test results show that the lifting gear time is 0.7 s and the drive down time is 0.5 s, which indicates that the COT shift is rapid, which is in accordance with the previous shift characteristic research results. The test results of the lifting gear and the gear reduction control are reduced by 72 respectively than that of the transmission system without the control. .2% and 76.2% show that the shift control strategy is effective. The research work of this paper makes technical preparation for the popularization and application of COT. It provides a new form of automatic transmission for the automatic transmission industry, and provides a complete theoretical reference for the production of more new automatic transmission.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.2

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本文編號：2140543