（机械工程专业论文）汽车amt变速器控制技术的研究.pdf

c o n t r o lt e c h n o l o g yr e s e a r c ho na u t o m a t i cm e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o ni na u t o m o b i l e b y z e n g x i n g b e ( n a n h u au n i v e r s i t y ) 2 0 0 4 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g 1 n t h eg r a d u a t es c h o o l o f h u n a n u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r s p r o f e s s o rg u ol i & h i g h e re n g i n e e rz h o u z u g u i n o v e m b e r ，2 0 10 6洲5 舢080啪9 iiii-y 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：曾发 日期：2 。f 。年f1 月8e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 嗜爱 日期：2 。f 。年f ，月9日 导师签名：卸力蠲纽炙日期：2 。f 。年l 1 月? 日 工程硕士学位论文 摘要 换档控制是汽车自动变速技术中的重要部分。换档品质的好坏直接影响汽车 的整车性能。世界各国都在不遗余力的进行着这方面的研究。随着电子技术与控 制理论( 经典控制、现代控制、智能控制) 的发展，各种控制方法逐步被引入换档 控制。设计与开发智能化程度较高的自动变速系统成为当前车辆自动变速的发展 趋势，智能换档已成为汽车变速技术的发展方向。本文将智能技术应用于a m t 换档控制方面进行研究分析工作。 首先分析了车辆换档的动态变化过程，采用换档时间、冲击度和比滑摩功等 参数对汽车换档过程中的换档品质进行了客观的评价。分析了影响a m t 变速器换 档品质的主要因素和换档过程存在的主要问题点，并提出了改进a m t 变速器档位 变化品质的方法。获得了发动机的部分负荷特性。根据车辆使用过程中，由于机 械系统的磨损，以及车载变化和道路环境变化导致的车辆性能参数的变化因素， 制定了基于各种参数变化条件下的补偿控制策略并进行了仿真分析。 其次，结合c f a 6 4 2 2 长丰m 1 a 轿车的数据，得出了最佳动力性换档规律与最 佳经济性换档规律。以三参数换档规律为基础，建立了换档过程模糊神经元网络 模型，从描述换档规律的样本数据中提取出车辆状态与最佳档位对应关系，进行 档位决策。 最后，利用采用模糊神经元网络方法建立的换档发动机、离合器控制模型进 行仿真分析。利用整个a m t 系统换档动态模型，进行了计算机模拟仿真，仿真结 果验证和比较了换档规律的优劣。结果表明，用模糊神经网络实现的三参数换档 规律可实现良好的档位决策。 关键词：汽车；电控机械式自动变速器；模糊神经元网络：换档品质；换档规律 i i 汽车a m t 变速器控制技术的研究 a b s t r a c t t h e r e f o r ei th a saw i d ep o t e n t i a lt od e v e l o ps h i f tc o n t r o li sa ni m p o r t a n t c o m p o n e n to ft h ea u t o m a t i cg e a r s h i f tt e c h n i q u eo nv e h i c l e t h ep e r f o r m a n c eo f e n t i r ev e h i c l ei sa f f e c t e dd i r e c t l yb yt h es h i f t - q u a l i t y b yf a rt h er e s e a r c ho nt h i s a s p e c t i sc a r r y i n go na l lo v e rt h ew o r l d w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i c s t e c h n i q u ea n dc o n t r o lt h e o r i e s ( c l a s s i cc o n t r o l ，m o d e r nc o n t r o l ，i n t e l l i g e n c ec o n t r 0 1 ) ， as e r i e so fc o n t r o lm e t h o d sh a v eb e e nl e di n t os h i f tc o n t r o lg r a d u a l l y i th a sb e c o m e at r e n dt o d e s i g na n dd e v e l o pa n a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ns y s t e mw i t hh i g h i n t e l l i g e n c e ，a n dv e h i c u l a ri n t e l l i g e n ts h i f tt u r n si n t ot h eo r i e n t a t i o no nw h i c h g e a r s h i f tt e c h n i q u e w i l l d e v e l o p t h i s d i s s e r t a t i o nw o r k so n a p p l y i n g t h e i n t e l l i g e n c et e c h n i q u e t o a c c o m p l i s hg e a r s h i f t o f a u t o m a t i cm e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n ( a m t ) i na u t o m o b i l e f i r s t ，t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h ed y n a m i cp r o c e s so ft h ev e h i c l es h i f t i n g ，a n d h a se v a l u a t e dt h ec a r ss h i f t i n g q u a l i t yo b j e c t i v e l yt h r o u g hp a r a m e t e r ss u c h a s s h i f t i n gt i m e ，t h ej e r k ，f r i c t i o nw o r ka n ds oo n w eh a v ea n a l y z e dt h em a i nf a c t o r s t h a ta f f e c tt h es h i f t i n gq u a l i t yo fa m tt r a n s m i s s i o na n dt h em a i nt r o u b l e so f s h i f t i n gp r o c e e s ，t h e np u tf o r w a r dm e t h o d so fi m p r o v i n gt h es h i f t i n gq u a l i t yo f a m tt r a n s m i s s i o n w eh a v e a q u i r e dp a r to ft h ee n g i n e 。s l o a dc h a r a c t e r i s t i c s a c c o r d i n gt ot h ev a r i a b l e so fv e h i c l ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sc a u s e db yt h ew e a r a n dt e a ro fm e c h a n i c a ls y s t e m s ，t h ev e h i c l el o a dc h a n g ea n dc h a n g e si nr o a d e n v i r o n m e n t ，w eh a v ed e v e l o p e dt h ec o n t r o ls t r a t e g yb a s e do nav a r i e t yo fm u t a t i v e p a r a m e t e r sa n dh a v em a d es i m u l a t i o na n a l y s i s s e c o n d l y ，w eh a v eo b t a i n e dt h eb e s tp o w e ra n ds a v i n gs h i f ts c h e d u l ea c c o r d i n g t ot h ed a t e so fc f a 6 4 2 2c a rc h a n g f e n gm1a b a s e do nt h r e e p a r a m e t e rs h i f t s c h e d u l e ，w eh a v ef o u n d e df u z z yn e u r a ln e t w o r km o d e lo fs h i f t i n gp r o c e e sa n dh a v e e x t r a c t e dt h ec o r r e s p o n d e n c eb e t w e e nv e h i c l es t a t u sa n db e s ts t a l l st om a k es t a l l d i c i s i o n f i n a l l y , w eh a v em a d es i m u l a t i o na n a l y s i st h r o u g ht h ec o n t r o lm o d e lo f s h i f t i n ge n g i n ea n dc l u t c ht h a ta d o p t e dt h em e t h o do ff u z z yn e u r a ln e t w o r k b y u s i n gt h ed y n a m i cm o d e lo ft h ew h o l ea m ts y s t e m ，w eh a v em a d ec o m p u t e r s i m u l a t i o n ，t e s t e dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sa n dc o m p a r e dt h ea d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e so fs h i f ts c h e d u l e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et h r e e p a r a m e t e rs h i f t s c h e d u l ea c h i e v e d b y t h e f u z z yn e u r a l n e t w o r kc a na c h i e v e sag o o ds t a l l d e c i s i o n m a k i n g k e y w o r d s ：a u t o m o b i l e ；a u t o m a t i cm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ；f u z z yn e u r a l n e t w o r k ；g e a r - s h i f tq u a l i t y ；g e a r - s h i f ts c h e d u l e 1 1 1 工程硕士学位论文 目三罩 目求 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要j i i a b s t r a c t i i i 目录i v 插图索引, v i 附表索引- v i i 第1 章绪论1 1 1 自动变速器简介，l 1 1 1 液力自动变速器( a t ) 1 1 1 2 无级自动变速器( c v t ) 1 1 1 3 电控机械式自动变速器( a m t ) ，2 1 2 电控机械式自动变速器( a m t ) 2 1 2 1a m t 的发展过程2 1 2 2a m t 的特点3 1 2 3a m t 的分类3 1 2 4a m t 的发展现状4 1 2 5a m t 的发展趋势5 1 3a m t 的结构原理6 1 3 1a m t 的控制思想6 1 3 2a m t 的结构6 1 4a m t 车辆的控制技术8 1 5 本论文的主要研究内容1 0 第2 章换档品质与动力传动系统特性分析? 1 1 2 1 换档品质与换档过程1l 2 2 影响换挡品质的因素13 2 3 发动机速度性能特性1 4 2 4 离合器补偿控制15 2 4 1 离合器磨损补偿控制15 2 4 2 车载负荷变化补偿控制1 6 2 4 3 道路条件变化补偿控制16 2 4 4 离合器空行程估算17 2 4 5 离合器补偿控制结果分析17 i v 汽车a m t 变速器控制技术的研究 2 5 本章小结1 9 第3 章换档过程及规律分析- 2 0 3 1 换档规律与特性；2 0 3 1 1 单参数换档规律2 0 3 1 2 两参数换档规律2 l 3 1 3 三参数换档规律2 3 3 1 4 边界点换档规律2 4 3 1 5 一般换档点换档规律2 5 3 2 模糊神经元网络的概念与特征2 8 3 2 1 模糊神经元网络的基本特征2 9 3 2 2 模糊神经元2 9 3 2 3 模糊神经网络的结构3 0 3 2 4 模糊神经网络的学习算法3 2 3 3 换档模糊神经元网络的建立3 4 3 3 1 换档控制模糊模型3 4 3 3 2 换档控制模糊神经网络模型3 5 3 4 本章小结3 7 第4 章a m t 系统换档过程动态模型的仿真3 8 4 1 换档过程东安三菱4 g 1 8 s 型发动机模型建立与仿真3 8 4 1 1a m t 系统换档对发动机转速的基本要求3 8 4 1 2 发动机模型的仿真3 8 4 3 离合器换档模型建立4 l 4 3 1 离合器的接合过程4 1 4 3 2 离合器模型建立4 2 4 4 a m t 系统换档动态模型的建立与仿真4 3 4 4 1 仿真结果与分析4 3 4 5 本章小结4 6 结论与展望4 7 参考文献4 8 致j 谢5 l v 工程硕士学位论文 插图索引 图1 1 全电式a m t 2 图1 2 欧洲市场变速器应用现状4 图1 3a m t 的系统结构图7 图1 4a m t 电控一液压操纵系统图7 图1 5t c u 结构原理图8 图2 1 东安三菱4 g 1 8 s 型发动机的外特性1 4 图2 2 仿真模拟检验情况1 7 图2 3 车体冲击度变化规律1 8 图3 1 单参数换档的规律2 0 图3 2 两参数换档规律2 2 图3 3 组合型两参数换档规律2 3 图3 4 换档点示意图2 4 图3 5 动力性换档规律j 2 6 图3 6 车速法示意图2 7 图3 7 经济性换档规律2 7 图3 8 综合性换档规律2 8 图3 9 模糊神经元2 9 图3 1 0 模糊神经网络结构图3 0 图3 1 1 模糊神经网络混合学习流程图3 2 图3 1 2 换档模糊神经网络控制模型3 5 图3 13 最佳档判别和换档逻辑控制3 6 图4 1 发动机转速响应曲线4 0 图4 2 换档离合器接合过程各参数变化示意图4 1 图4 3a m t 系统换档动态模型4 3 图4 4 车辆定油门起步加速过程4 4 图4 5 不同换档规律对档位及车速影响4 5 v l 汽车a m t 变速器控制技术的研究 附表索引 表1 1a m t 使用的传感器8 表4 1 模糊控制状态表3 9 v i l 工程硕一l ：学位论文 第1 章绪论 1 1 自动变速器简介 自动变速器种类很多，目前世界上使用最多的汽车自动变速器主要有液力自 动变速器a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ( 简称a t ) 、无级自动变速器c o n t i n u o u s l y v a r i a b l et r a n s m is s i o n ( 简称c v t ) 、电控机械式自动变速器a u t o m a t e d m e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( 简称a m t ) 1 1 1 。 1 1 1 液力自动变速器( a t ) 液力自动变速器是将发动机的机械能平稳地传给车轮的一种液力机械装置， 以其良好的乘坐舒适性、方便的操纵性、优越的动力性、良好的安全性奠定了在 汽车工业的主导地位。液力自动变速器不仅能与汽车行驶要求相适应，而且具有 单纯机械变速器所不具备的一些显著优点，这是液力自动变速器的主要方面，也 是汽车采用液力自动变速器的理由。不过，与单纯机械变速器相比，它也存在某 些缺点，如结构复杂，制造成本较高，传动效率较低等。对液力变矩器而言，最 高效率一般只有8 2 一8 6 左右，而机械变速器传动的效率可达9 5 一9 7 。由于 传动效率低，使汽车的燃油经济性有所降低；且自动变速器的结构复杂，相应的 维修技术也较复杂，要求有专门的维修人员，具有较高的修理水平和故障检查分 析的能力。为了降低成本，a t 的小型化和减少零部件个数也成为课题，还可以 形成大规模生产，批量越大价格才越低。 1 1 2 无级自动变速器( c v i ) 世界最早的无级自动变速器，因为受传动橡胶带强度所限制，只用于微型轿 车，直到19 8 4 年因v a n d o o n e 发明了金属v 型带才获新生。c v t 速比光滑变化， 无级传递扭矩，乘坐舒适，加速性好，燃料经济性高。但它的起动性能差，故需 另加起动装置，现在较多的c v t 选用液力变矩器为起动装置，又称双无级自动变 速器。目前它在自动变速器中所占比例很小，其中9 0 在日本，1 0 在欧洲。 日本s u b a r u 、n i s s a n 、h o n d a 、意大利f i a t 等在车上部分选用。c v t 虽己开发 多年，因设备更换量大、制造困难、价格也较高，上升趋势不明显。但因其理论 上性能优越，仍视为自动变速器的主要发展方向之一。为了提高带的传动容量， 带宽增加为3 0 m m ( 旧式为2 4 m m ) ，9 层钢圈宽度扩大2 5 ，同时采用了阶段式 高油压系统。除上述的湿式金属带外，由树脂和铝合金等构成的干式带c v t 被日 汽车a m t 变速器控制技术的研究 本大发公司在新开发的汽车上采用，皮带轮的连续变速的控制使用直流电动机。 该变速器的特点是，起步时通过由定传动比齿轮构成的副传动路线来传递动力， 保证起步性能；当达到规定车速时，变换到由带传动所确定的主动力传动路线。 同一原理的链传动亦开发成功用于奥迪车。 1 1 3 电控机械式自动变速器( a m t ) a m t 既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传 动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。它揉合了二者优点，是非常适 合我国国情的机电液一体化高新技术产品。它是在现生产的机械变速器上进行改 造，保留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换档杆部分，生产 继承性好，改造的投入费用少，非常容易被生产厂家接受。它的缺点是非动力换 档，这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。由于a m t 是非动力换档，在起步 和换档品质上与占主导地位的a t 相比有一定差距，故主要用于中低档乘用车和 商用车。因此人们研究出了动力换档机械式自动变速器，主要有辅助扭矩型和双 离合器式自动变速器( d c t ) ，其中d c t 融合了a t 和传统的a m t 的优点，是目前 世界上特别是欧洲大力研究和发展的新一代自动变速器。在几种自动变速器中， a m t 的性能价格比最高。在中低档乘用车和商用车上应用前景广阔。图1 1 为全 电式( 电控一电动式) a m t 图片。 图1 1全电式a m t 1 2 电控机械式自动变速器( a m t ) 1 2 1 a m t 的发展过程 电控机械式自动变速器( a m t ) 是在手动机械式变速器和干式离合器的基础 上利用先进的电子技术和液压技术实现自动化而产生的。他不仅保留了原齿轮变 2 t 程硕l j 学位论义 速器效率高、成本低的长处，而且还具有液力自动变速器因自动换档所带来的全 部优点。它以特有的经济、方便、安全、舒适、而备受所有驾驶者，特别是妇女 和老人驾驶者的欢迎。a m t 的发展过程大体经历了三个阶段：第一阶段起步阶 段。这一阶段属于半自动变速器发展与成熟阶段，象瑞典s c a n i a 公司的c a g 系 统、d a i m l e rb e n z 的e p s 系统、美国e a t o n 的s a m t 系统，都是半自动变速器， 其实质是辅助换档系统，换档时刻由驾驶员决定，微机系统主要完成换档的功能。 第二阶段a m t 发展阶段。其标志是1 9 8 4 年日本五十铃公司投放市场的n a v i 一5 电 控机械式自动变速器。在此阶段，研究的重点是自动离合器、换档控制与换档策 略。日本的n is s a n 、瑞典的s c a n i a 、v o l v o 、美国的f o r d 、e a t o n 、意大利的 f i a t 、德国的z f 、法国的r a n a u l t 等公司均开展此方面的研究。第三阶段a m t 智 能控制形成和发展阶段。由于离合器的起步与自动换档操纵规律都受环境因素、 人的驾驶愿望、车辆客观运行状态的影响，科研人员开始采用模糊推理的智能方 法进行此方面的研究，包括模糊换档策略和离合器结合速度的模糊控制。 1 2 2a m t 的特点 a m t 不仅保留了手动固定轴式变速器机械效率高、成本低的特点，而且还具 有a t 由于实现了起步、换档自动操纵所带来的全部优点，但由于结构形式的限 制，与a t 相比在控制方面的难度更大，具体表现在： ( 1 ) 中断动力换档，无液力变矩器在起步、换档过程中缓和冲击与振动的 优越条件。 ( 2 ) 固定轴式变速器比旋转轴式难于自动化，一般拨叉式换档比用离合器 与制动器换档冲击大。 ( 3 ) a t 中湿式多片离合器与单、双片干式离合器相比，允许长时间打滑而 不会烧损摩擦片，因而有利于起步、换档。 ( 4 ) 机械式自动变速器在换档过程中变化油门，远远难于定油门状态下换 档的液力变速器。 ( 5 ) 液力变矩器具有自动适应性，坡上起步很容易；而机械式变速器则要 靠驾驶员熟练的驾驶技术使制动、离合器、发动机油门三者协调工作，才能实现 起步。a m t 需要增加坡道辅助起动装置，以提高安全性。 1 2 3a m t 的分类 按照执行机构动力源的不同，a m t 的选换档系统可分为电控一气动，电控一 液动和电控一电动( 全电式) 三种类型。 1 、电控一气动a m t 电控气动选换档系统对于一般车辆，由于没有气动装置，一般不采用，只有 在有气压系统的大型乘用车或商用车上使用。 ， 汽车a m t 变速器控制技术的研究 2 、电控一液动a m t 电控液动选换档系统具有能容量大、操作简便、易于实现安全保护、具有一 定的吸振与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点。但是在利用高速开关阀控 制离合器的系统中，其主要的缺点就是温度的变化使离合器的执行机构中液压油 的粘度发生变化，因而使离合器回油管路压力损失发生变化。温度降低，油粘度 变大，离合器的结合速度较慢，导致在汽车刚开始起步时换档品质差。而且温度 降低到一定的程度之后，液压油的流动性能大大降低，严重时会发生换不上档的 现象。其次，液压元件对加工的精度要求非常高，特别是高速电磁阀的加工，因 而一般的厂家难以加工，成本高。 3 、电控一电动a m t 近些年来，电子产品性能上的不断完善，使得在变速控制系统中采用电力拖 动成为可能。将自动变速控制系统中要直接控制的对象：油门、离合器以及选换 档装置的动作采取电动机带动的方式。但它反应速度比较慢，调试也比较复杂， 大批量生产有一定难度。 1 2 4a m t 的发展现状 鉴于机械式自动变速器的优点，在当今对车辆燃油经济性和排放要求越来越 高的国际形势下，该系统已成为世界各国汽车零部件供应商和整车生产厂家竞相 开发的热点，并相继在各种车型上推出各自的产品。美国e a t o n 公司最近推出了 电机控制执行的f u l l e r 变速箱；t t c ( t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g i e sc o r p o r a t i o n ) 公司和d a n a 公司成功为商用车开发了a m t 一7 变速箱；德z f 公司开发的a s t r o n ie 自动变速器；德国奔驰公司开发的s p r in t s h if t 变速箱以及意大利m a g n e t i m a r e lli 公司用于法拉利赛车和菲亚特轿车的s e l e s p e e d s y s t e m 系统等等。图1 2 5 秀 谚 a m t 姗 2 0 1 0t o t a lv o l u m e ：1 5 5 嗍 图1 2欧洲市场变速器应用现状 是b o r g w a r n e r 公司对欧洲市场的现状调查和未来市场预测。从中可以看出a m t 4 t 程硕f ：学位论文 具有广阔的发展前景。我国汽车企业也正在开展自动变速器的研制工作，一汽、 二汽、北汽福田、奇瑞等汽车企业都正在研制，吉林大学、北京理工大学、上海 交通大学等高等院校也在从事这方面的研究，其中吉林大学葛安林教授领导研究 的两参数最佳换档规律、动态三参数换档规律、离合器最佳接合规律、最佳同步 换档控制、动态闭环换档控制、离合器模糊起步控制、智能换档理论的研究等处 于世界先进水平一1 。 1 2 5a m t 的发展趋势 目前自动变速器的应用越来越广泛，但并不意味着自动变速技术已经发展得 非常完善，在有些方面还有待改进。如对路况、车况的适应性以及自学习能力等， 各国正采取多种技术途径，试图解决这些技术难题，例如模糊控制、神经网络控 制等，这是自动变速技术的重要研究方向。近几年来，国外一直在研究将智能控 制理论中的模糊控制和人工神经网络控制技术应用到汽车工业中，并且在该领域 的某些方面已有成功应用的实例。针对各种自动变速器使用中出现的问题和人们 对车辆性能要求的提高，人们也在探索采用新的检测和控制技术来改善a m t 的性 能，致力于开发具有智能的自动变速器。主要发展趋势有： ( 1 ) 综合实施对发动机扭矩、转速和离合器接合速度的控制，完成车辆的 起步和换档。由于装有a m t 的车辆起步和换档时发动机转速和变速器输入轴转速 之间存在很大的转速差，只有实施联合协调发动机、离合器和变速器的综合控制 才能达到冲击度与滑磨功之间的最佳平衡。 ( 2 ) 采用模糊一神经网络控制技术进行车辆档位决策。采用模糊控制技术来 增强对驾驶员意图和路况、车况的适应性，神经网络用于学习优秀驾驶员的换档 数据，获得更“似人 的换档规律。 ( 3 ) 对各执行机构进行优化设计和控制发动机油门和离合器执行机构一般 由机、电、液系统构成，具有难于建模的复杂非线性，基于简化线性模型的控制 方法不能满足精度和鲁棒性要求，采用模糊和神经网络控制技术成为提高控制品 质的重点研究方向。 ( 4 ) 增强和完善电控系统中软件的功能来降低硬件的成本，提高系统的可 靠性和安全性。电控系统中的软件除了完成对各种输入传感器数据的处理、逻辑 关系的判断之外，还要完成复杂的模糊逻辑推理、神经网络的训练与控制、系统 各部分故障检测与诊断。利用总线技术减少系统连线数目，从而提高系统可靠性 并降低成本。 ( 5 ) t c u 中采用先进的电子元器件完成对信号的检测和处理，特别是采用 高速数字信号处理器来完成软件中复杂的控制算法。 5 汽车p d v i t 变速器控制技术的研究 1 3a m t 的结构原理 1 3 1a m t 的控制思想 a m t 是在传统手动变速器和干式离合器的基础上，应用电子技术、液压技术 和自动变速理论，以微处理器为核心，通过液压执行系统控制离合器的分离与结 合、选换档操作，通过电子油门控制发动机的扭矩和转速，来实现起步换档的自 动化。其基本思想是：根据驾驶员的意图( 加速踏板、制动踏板、选择器开关等) 和车辆的状态( 发动机转速、输入轴转速、车速、档位) ，依据适当的控制规律 ( 换档规律、离合器接合规律等) ，借助相应的执行机构( 电子油门、离合器执 行机构、选换档执行机构) ，对车辆的动力传动系( 发动机、离合器和变速器) 进行联合控制。 1 3 2a m t 的结构 a m t 是一种机、电、液一体化的产品，其系统结构如图1 3 所示。该系统主 要由以下四部分组成： ( 1 ) 被控对象包括发动机、离合器和变速器。 ( 2 ) 执行机构包括步进电机、电磁阀、液压缸( 离合器动作缸和选、换档油 缸) 等。 ( 3 ) 传感器包括速度传感器( 发动机转速传感器、输入轴转速传感器、车速 传感器) 、油门踏板位置传感器、油门开度传感器、档位传感器、离合器位置传 感器等。 ( 4 ) 电控单元( t c u ) 包括c p u 、r o m 、r a m 、i o 接口等硬件及软件。发动机、 离合器、变速箱是a m t 的主要控制对象，其中发动机的特性是制定合理的燃料经 济性、动力性换档规律的依据，也是实现最佳起步、换档控制的保证；离合器的 扭矩传递特性是离合器最佳接合规律的基础。另外离合器的一些其它特性如磨损 特性又将影响离合器的控制过程；变速器与a m t 相关的特性主要是各个档位的传 动比和同步器的同步摩擦扭矩，它们对换档品质会产生影响。a m t 的执行机构由 选、换档执行机构，离合器执行机构，油门执行机构组成。油门执行机构一般采用 步进电机或磁电式电机驱动油门。选、换档和离合器执行机构有气动式和液动式 两种，如果车辆原有气压系统，则用气动方案可共用气源，使成本降低。图1 4 是 a m t 电控一液压操纵系统图。由图中可以看出t c u 是通过控制电磁阀实现对油缸 的控制的。从而完成起步、换档的自动操纵。传感器的作用是获得车辆行使过程 中各种信息，并将它们传递给t c u ，t c u 据此来识别司机的意图、判断运行的工 况、发出相应的控制指令。随着控制理论的不断完善和控制精度的不断提高，a m t 系统所使用的传感器也不断的增加。表1 1 给出了目前a m t 系统所使用的传感器 6 一 t 程硕t - 学位论文 及其类型。 卜电信号 机械液压动作 图1 3a m t 的系统结构图 l 一液压泵2 液压继电器3 一蓄能器 4 一电磁阀5 一离合器作动缸 图1 4a m t 电控一液压操纵系统图 7 汽乍a m t 变速器控制技术的研究 t c u 是a m t 系统的核心，具有存储程序、接收信息、发出指令的功能，起到 相当于人的大脑的作用。其硬件结构主要包括信号输入调理电路、接口电路、微 处理器、输出电平转换及功率驱动等。其结构如图1 5 所示。 图1 5t c u 结构原理图 1 4a m t 车辆的控制技术 a m t 的控制过程十分复杂，要通过协调发动机、离合器及变速器等一系列动 8 工程顾十学位论文 作来实现a m t 车辆的平稳起步、换档，同时还要考虑离合器的滑磨和发动机的 波动等情况，所以a m t 的控制技术是a m t 的核心内容。自动控制技术最初是从模 仿人的控制行为开始的，从开环、闭环控制朝着自适应、自校正控制和自组织、 自学习控制方向发展，其发展过程就是控制技术的“智商”提高的过程。这里简 单介绍一下自动控制技术在a m t 发展过程中的主要应用与发展。a m t 的控制技术 也是随着自动控制技术的发展而不断发展的。其控制技术由古典控制理论的应用 发展到现代控制理论的应用，现在正向智能控制理论方向发展。现在a m t 上主 要应用和研究的控制理论有： 1 、动态闭环控制 动态闭环控制是为了提高动力性、乘坐舒适性及自动换档的品质，在自动换 档过程中采用发动机反馈控制、中央同步控制，用来控制换档齿轮副主、从动齿 轮，以及离合器主、从动片的转矩差和转速差，从而减少换档过程中的冲击度和 离合器的滑磨功。 2 、自适应控制理论 一般反馈控制在外界干扰不大时，具有一定的自适应能力，但是周围环境条 件在大范围内急剧变化时，一般的反馈控制系统已经不能正常工作。而自适应系 统却能利用改变系统参数或控制作用的方法使系统仍然能按某一性能指标运行 在最佳状态。由于液压油的粘度受温度影响较大，对电控液压操纵的a m t 系统 来说，换档品质将受到很大的影响，采用自适应控制可以大大提高其换档品质。 3 、模糊控制理论 模糊控制系统不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要提供现场操作人 员的经验知识及操作数据；控制系统的鲁棒性强，适应于解决常规控制难于解决 的非线性、时变、及大滞后系统；以语言变量代替常规的数学变量，易于构造形 成专家的“知识 卜一1 。 由于自动变速系统本身的时变、非线性、时滞等特性，难于建立精确的数学 模型，而用模糊控制可将熟练驾驶员的经验形成控制语言规则，选择合适的语言 变量、隶属函数对语言规则数值化，并进行模糊推理，最后通过模糊判断，获得 精确的输出控制。将熟练驾驶员的起步、换档技巧通过模糊控制运用于a m t 车 辆，可以大大减少不必要的换档，从而延长传动系的使用寿命。 4 、神经网络控制 神经网络的基本思想是从仿生学的角度，模拟人脑神经系统的运作方式，使 机器具有人脑那样的感知、学习和推理能力。其本质是非线性系统，能够充分逼 近任意复杂的非线性关系；具有高度的自适应和自组织性，能够学习和适应严重 不确定性系统的动态特性；系统信息分布存储在网络各神经元及其连接权中，具 有很强的鲁棒性和容错能力p 川。 9 汽车a m t 变速器控制技术的研究 它是从微观结构和功能上对人脑的抽象、简化，是模拟人类智能的一条重要 途径。反映了人脑功能的若干基本特征，如并行信息处理、学习、联想、模式分 类、记忆等。a m t 的t c u 可以通过学习优秀驾驶员的换档经验及其它专家的知识 形成的换档规律，使在换档决策过程中能够考虑更多的因素和指标，使自动变速 器的档位选择与人的操纵过程相似。但是神经网络控制的实时性较差。 1 5 本论文的主要研究内容 ( 1 ) 分析了车辆换档的动态变化过程，采用换档时间、冲击度和比滑摩功 等参数对汽车换档过程中的换档品质进行了客观的评价。分析了影响a m t 变速器 换档品质的主要因素和换档过程存在的主要问题点，并提出了改进a m t 变速器档 位变化品质的方法。 ( 2 ) 获得了发动机的部分负荷特性，此特性是制定变速器换档规律的重要 基础。 ( 3 ) 根据车辆使用过程中，由于机械系统的磨损，以及车载变化和道路环 境变化导致的车辆性能参数的变化因素，制定了基于各种参数变化条件下的补偿 控制策略并进行了仿真分析，结果表明实施补偿控制后在不同路况和载荷下，车 体冲击水平基本保持不变，车辆均能较为平稳起步。 ( 4 ) 结合c f a 6 4 2 2 长丰m 1 a 轿车的数据，得出了最佳动力性换档规律与最 佳经济性换档规律，同时也进行了换档特性的分析，为换档控制模型的建立提供 了重要依据。 ( 5 ) 介绍了模糊神经元网络的概念与特征，提出了以模糊神经元网络进行 换档智能控制策略，以三参数换档规律为基础，建立了换档过程模糊神经元网络 模型，从描述换档规律的样本数据中提取出车辆状态与最佳档位对应关系，进行 档位决策。 ( 6 ) 利用采用模糊神经元网络方法建立的换档发动机、离合器控制模型进 行仿真分析。 ( 7 ) 利用整个a m t 系统换档动态模型，进行了计算机模拟仿真，仿真结果 验证和比较了换档规律的优劣。采用两参数换档规律时，在连续坡路条件下出现 了换档循环，而模糊神经元网络换档策略则可以避免换档循环的产生。 1 0 丁程硕1 二学位论义 第2 章换档品质与动力传动系统特性分析 2 1 换档品质与换档过程 换档过程指a m t 变速器传动比的改变过程。在传动比的改变过程中，车辆传 动系统处在动态变化状态，在动态变化状态中包括一系列的改变，如发动机在空 载状态与有载状态之间的交替变化，离合器的离合变化，a m t 变速器本身各档位 之间的变化等。大多数情况，a m t 变速器的换档过程包括下列几个阶段哺1 ： ( 1 ) 换档前车辆在原有档位前进阶段 ( 2 ) 供油量降低和离合器分离阶段 ( 3 ) 换档到空档阶段 ( 4 ) 换档到目标档位阶段 ( 5 ) 离合器接合和供油量增加阶段 ( 6 ) 车辆在目标档位上行驶阶段 换档品质指在换档过程中车辆行驶的顺畅性，即在确保车辆动力传动系统使 用寿命的条件下，能快速而顺畅地将档位从当前换档至目标档位。在档位的变换 过程中，整个车辆的动力传动系统各个零部件都处在不断变化的过程当中，档位 的变换并非瞬间就变换到位。a m t 自动变速器属于