地面车辆自动变速器的换挡节能研究.pdf

8 7 8 J o u r n a l o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y S C I E N C E I S SN 1 0 0 9 3 0 9 5 h t t p ： w w w z j u e d u c n j z u s E ma i l ： j z u s z j u e d u c n G o n g e t a 1 J Z h e j i a n g U n i v S C I 2 0 0 4 5 ( 7 ) ： 8 7 8 8 8 3 St u dy o n s hi ft s c he du l e s a v i n g e ne r g y o f a ut o ma t i c t r a n s mi s s i o n o f g r o und ve h i c l e s GO N G J i e( 龚 捷) ，一 ，Z H A O D i n g x u a n( 赵丁选) ， C H E N Y i n g( 陈 鹰) 。 ， C H E N Ni n g( 陈 ， ( C o l l e g e o f Me c h a n i c a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , J i l i n U n i v e r s i ty , C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 5 ， C h i n a ) ( 2 S t a t e K e y L a b o f F l u i d P o w e r T r a n s r n i s s i o n a n d C o n t r o l , Z h e j i a n g U n i v e r s i ty , H a n g z h o u 3 1 0 0 2 7 , C h i n a ) E - ma i l ： g o n g j i e z j u e d u c n Re ce i ve d Oc t 8， 20 03； r e vi s i on a c c e p t e d J a n1 0， 20 0 4 宁、 Abs t r a c t ：To i mp r o v e g r o u n d v e h i c l e e f fic i e n c y ，s h i ft s c h e d u l e e n e r g y s a vi n g wa s p r o p os e d f o r t h e g r o u nd ve h i c l e a u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n b y s t u d yi n g t h e f u n c t i o n o f t h e t o r q u e c o n v e r t e r a n d t r a n s mi s s i o n i n t h e v e h i c u l a r d r i ve t r a i n Th e s h i f t s c h e d u l e c a n k e e p t h e t o r q u e c on v e rte r wo r k i n g i n t h e h i g h e f f i c i e n c y r a n g e u nd e r a l l t h e wo r k i n g c o nd i t i o n s e x c e p t i n t h e l o w e f fi c i e n c y r a n g e o n t h e l e f t wh e n t h e t r a n s mi s s i o n wo r k e d a t t h e l o we s t s h i ft a n d i n t h e l o w e m c i e n c y r a n g e o n t h e r i g h t wh e n t h e t r a ns mi s s i o n wo r k e d a t t h e h i g h e s t s h i f t Th e s h i f t q u a l i t y k e y f a c t o r s we r e a n a l ys e d The a u t o ma t i c t r a ns mi s s i o n s b e n c h t e s t a d o p t i n g t h i s s h i f t s c h e du l e wa s ma d e o n t h e a u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n s t e s t b e dTh e e x pe r i me nt a l r e s u l t s s h o we d t h a t t h e s h i f t s c h e d ul e wa s c o r r e c t a n d t ha t t h e s hi fi q u a l i t y wa s c o n t r o l l a b l e Ke y wo r ds ：Gr o u nd v e h i c l e ， Hy d r o d y na mi c d rive ， Au t o ma t i c t r a n s mi s s i o n， S h i ft s c h e d u l e ，S a vi n g e n e r g y， S hi ft q u a l i t y Do c u me n t c o d e ： A CLC nu m b e r ： U2 7 0 1 I NTRODUCTI ON Th e t e c h n o l o g y o f a u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n i n t h e a u t o mo b i l e i s wi d e l y a p p l i e d i n t h e g r o u n d v e h i c l e t o i n c r e a s e p r o d u c t i v i t y a n d d e c r e a s e i n t e n s i t y o f l a b o r Ho we v e r ，t h e p e r f o r r n a n c e o f t h e g r o u n d v e h i c l e i n v a r i o u s o p e r a t i n g c o n d i t i o n s s uc h a s l o w s p e e d， h e a v y l o a d a n d s h a r p l y c h a n g i n g l o a d i s v e r y d i f f e r e n t f r o m t h a t o ft h e a u t o mo b i l e i n n o r m a l o p e r a t i o n Th e r e f o r e ，t h e g r o u n d v e h i c l e c a n n o t a d o p t t h e me t h o d o f t h e l o c k u p c l u t c h u s e d i n t h e a u t o mo b i l e t o s ol v e t h e p r o bl e m o f t h e t o r q u e c o n v e r t e r wo r k i n g i n i t s l o w e f f i c i e n c y r a n g e ( Go n g ， 2 0 0 2 ) I n o r d e r t o ma k e r e a s o n a b l e u s e o f e n e r g y s o u r c e s a s h i f t s c h e d u l e i s s t ud i e d i n o r d e r t o d e c i d e whi c h s h i f t c o u l d e n s u r e t h a t t h e t o r q u e c o n 一 P r o j e c t ( No 5 9 7 0 5 0 0 5 ) s u p p o r t e d b y t h e Na t i o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a v e rte r wo r k s i n i t s h i g h e f f i c i e n c y r a n g e a c c o r d i n g t o t h e a c t u a l l o a d Th i s i s t h e p r o bl e m o f s h i fi s d e c i s i o n m a k i n g As we k n o w， t h e e n g i n e a n d t o r q u e c o n v e rte r i n t h e v e h i c l e d r i v e t r a i n a r e c o mp l i c a t e d n o n l i n e a r s y s t e ms v e ry d i f fic ul t t o c o n t r o 1 T h e ma i n a d v a n t a g e o f f u z z y c o n t r o l i n c o rp o r a t i n g h u m a n e x p e r i e n c e s i n t h e a l g o r i t h m i s i t s a b i l i t y t o d e a l wi t h n o n l i n e a r s y s t e ms a n d n o t r e q ui r i n g a f o r r n a l a n a l y t i c a l s t r u c t ur e i n a p p l i c a t i on I n t h e l a s t d e c a d e ， a n u mb e r o f r e s e a r c h e r s c o n d u c t e d e x pl o r a t o ry wo r k o n f u z z y c o n t r o l f o r t h e c o n t r o l s y s t e ms o f t h e a u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n( Ya ma g u c h i e t a 1 ，1 9 9 3 ； S a k a g u c h i ， 1 9 9 3 ； S h e n ， 1 9 9 7 ) C o mp a r e d w i t h t h e t r a d i t i o n a l c o n t r o1 f u z z y c o n t r o l i s a s a t i s f a c t o ry b u t n o t a n o p t i ma l c o n t r o 1 I n t h i s s t u d y we a r e c o n c e r n e d wi t h t h e c o n t r o l e f f e c t o f t h e t o r q u e c o n v e rte r a n d t r a n s m i s s i o n o n t h e v e h i c u l a r d r i v e t r a i n a n d d e t e rm i n i n g t h a t t h e t o r q u e c o n v e rte r 维普资讯 G o n g e t a l J Z h e j i a n g U n i v S C I 2 0 0 4 5 ( 7 ) 8 7 8 8 8 3 i s ma i n t a i n e d wo r k i ng i n i t s h i g h e ffi c i e n c y r a n g e b y g e a r s hi ft wi t h a n e w s h i ft s c h e d u l e S HI FT S CHEDULE S h i ft s c h e d u l i n g a d j u s t s t h e s h i ft i n g mo me n t ( o f v a r i o u s s h i fl s o f t h e a u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n c h a n g e s ) wi t h t h e c o n t r o l p a r a me t e r s I t i s t h e k e y t e c h n o l o g y o f t h e a u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n d e v e l o p e d；a n d d i r e c t l y a f f e c t s t h e v e h i c u l a r e c o n o mi c a n d p o we r p e r f o r ma n c e Th i s s e c t i on i s o r g a n i z e d a s f o l l o ws ： F i r s t t he d e fin i t i o n s o f hi g h e ffi c i e n c y r a n g e a n d l o w e f fi c i e n c y r a n g e a r e g i v e n Th e n ，t h e r e a s o n wh y t h e t o r q u e c o n v e r t e r wo r k s i n t h e l o w e ffi c i e n c y r a n g e i s d i s c u s s e d Fi n a l l y ，t h e me t h o d f o r s o l vi n g t he p r o b l e m i s p r e s e n t e d De fin i t i o ns o f h i g h e f fic i e n c y r a ng e a nd l o w e f - f i c i e n c y r a ng e I n o r d e r t o e v a l u a t e t h e e c o n o mi c pe r f o rm a n c e o f t h e t o r q u e c o n v e rte r ， t h e e ffi c i e n c y o f t h e t o r q u e c o n v e r t e r i s r e q u i r e d t o be n o l e s s t h a n a n i d e a l v a l u e q tc m in i n u s e( r tc m in = 7 5 i n e n g i n e e r i n g ma c h i n e r y ， r tc m in 一- 8 0 i n t h e a u t o mo b i l e u s u a l l y ) Th e p r i ma ry c h a r a c t e r i s t i c of YJ 3 5 5 t o r q u e c o n v e rt e r i s s h o w n i n F i g 1 ( Z h a o e t a 1 ， 2 0 0 1 ) T h e r e a r e t wo p o i n t s me e t i n g t h e c o n d i t i o n o f q t c =q t c m i n Th e wh o l e wo r k i n g c o n d i t i o n o f t h e t o r q ue c o n v e rte r i s d i v i d e d i n t o t h r e e r e g i o n s b y t h e t wo p o i n t s ， n a me l y ，t h e l o w e ffi c i e n c y r a n g e l o c a t i n g i n l o w s p e e d r a t i o ， hi g h e ffi c i e n c y r a n g e a n d l o w e ffi c i e n c y 2 荟 0 号 S p e e d r a t i o j 6 电 山 Fi g 1 YJ 3 5 5 T o r q ue c o n ve r t e r pr i ma r y c h a r a c t er i s t i c s 8 7 9 r a n g e l o c a t i n g i n hi g h s pe e d r a t i o W h e n t h e t o r q u e c o n v e rte r wo r k s i n t h e l o w e ffi c i e nc y r a ng e wh i l e t h e wo r k i n g c o n d i t i o n p o i n t l o c a t e s i n t h e l o wo r h i g h s p e e d r a t i o， t h e s h i fl s c h e d u l e mu s t c o n t r o l t h e t r a n s mi s s i o n t o s h i fi s o a s t o k e e p t h e t o r q ue c o n v e rte r wo r k i ng i n t h e h i g h e ffi c i e n c y r a n g e Re a s o n f o r t h e t o r q u e c o n v e r t e r s wo r k i n g i n l o w e ffi c i e n c y r a n g e T he t o r q u e c o n ve rte r c a n mu l t i p l y t he t o r q u e ， a c c or d i n g t o v a r i o u s o p e r a t i n g c o n d i t i o n s F o r t h e g r o un d v e h i c l e e q ui p p e d wi t h t h e t o r q u e c o n v e rte r ， t h e wo r k i n g c o n d i t i o n p o i n t o f t h e t o r q u e c o n v e rte r i s mo v e d t o t h e l o w e ffi c i e n c y r a n g e l o c a t i n g i n t h e l o w s p e e d r a t i o f r o m t h e h i g h e ffi c i e n c y r a n g e a s t h e v e h i c l e s s u s t a i n i n g r e s i s t a n c e i n c r e a s e s Co n t r a r i l y ，t he wo r k i n g c o n d i t i o n p o i n t o f t he t o r q u e c o n v e rte r i s mo v e d t o t h e l o w e ffi c i e n c y r a n g e l o c a t i n g i n t h e h i g h s p e e d r a t i o fro m t h e h i g h e ffi c i e n c y r a n g e a s t h e v e h i c l e s s u s t a i n i n g r e s i s t a n c e d e c r e a s e s I t c a n b e k n o wn t h a t t he a u t o c o n t r o l s ys t e ms c a n k e e p t h e t o r q u e c o n v e rte r wo r k i n g i n t h e h i g h e ffi c i e n c y r a n g e by l i mi t i n g t h e r a n g e o f t h e t o r q u e c o n v e rte r s t o r q u e v a r i a t i o nCo n s e q u e n t l y ，a s h i ft s c h e d u l e f o rm ul a i s d e d u c e d a s f n 1 1 o ws Sh i f t t he o r y Th e s h i fl s c h e d u l e a i ms t o c o n t r o l a n d s e t t h e c o mmo n wo r k i n g p o i n t o f e n g i n e a ri d t o r q u e c o n v e r t e r s o t h a t t h e t o r q u e c o n v e rte r e ffi c i e n c y q t c i s n o l e s s t h a n t h e i d e a l v a l u e r t c m i n ,i n o t h e r wo r d s ， t h e p o i n t s s a t i s f y i n g t h e c o n d i t i o n c = c m i n a r e u s e d a s t he s hi ft p o i n t s Th e g e a r s hi ft i s d e c i d e d b y t h e a u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n c o n t r o l s ys t e m s c a l c u l a t e d t r a n s mi s s i o n g e a r r a t i o t h a t c o n t r o l s t h e t o r q ue c o n v e rte r t o wo r k i n t h e r a n g e r t c -r t c m i n T he g r o u n d v e h i c l e mo d e l i s s h o wn i n Fi g 2 ( G o n g a n d Z h a o ， 2 0 0 1 a ； 2 0 0 l b ) Fi r s t ， we c o n s i d e r t h e c a s e o f t h e t o r q u e c o n v 一 i n e H 。 sm issi。n transm ission _ l Vehicle and term ina】 L Fi g 2 M o d e l o f v e h i c l e 约 o 。一 J o 苗B J 一 譬导 u 维普资讯 G o n g e t a 1 J Z h e j i a n g U n i v S C I 2 0 0 4 5 ( 8 7 8 - 8 8 3 e r t e r wo r k i n g i n t h e l o w e ffi c i e n c y r a n g e l o c a t i n g i n t h e l o w s p e e d r a t i o I t i s s u p p o s e d t h a t t h e t wo p o i n t s i n F i g 1 r e p r e s e n t t h e wo r ki n g c o n d i t i o n p o i n t i n t h e l o w e ffi c i e n c y r a n g e l o c a t i n g i n t h e l o w s p e e d r a t i o a nd t h e s h i ft po i n t me e t i n g t h e c o nd i t i o n o f r t c = r t c m i n ， r e s p e c t i v e l y ， a n d c ， l i m r e p r e s e n t t h e t wo p o i n t s t o r q u e ， r e s p e c t i v e l y S u p p o s e t h a t t h e t r a n s mi s s i o n g e a r r a t i o i s i t To m o v e t h e wo r k i n g c o n d i t i o n p o i n t t o t h e h i g h e ffi c i e n c y r a n g e fro m t h e l o w e ffi c i e n c y r a n g e ， t h e t r a n s mi s s i o n i s u s e d t o i n c r e a s e t h e t o r q u e Th e n t h e r e i s i = h m W h e n t h e t o r q u e c o n v e r t e r wo r k s i n t h e l o w e f 6 c i e n c y r a n g e l o c a t i n g i n t h e h i g h s p e e d r a t i o ， E q ( 1 ) i s o b t a i n e d i n t h e s a me wa y wh e r e t h e d i f f e r e n c e i s t h a t c l i m i s t h e o u t p u t t o r q u e c o r r e s p o n d i n g t o t h e s h i ft p oi n t i n t h e h i g h s pe e d r a t i o Th e a b o v e t wo s i t u a t i o n s a r e c o n s i d e r e d t o g e t h e r S i n c e t h e f u n c t i o n o f t h e t r a n s m i s s i o n i n t h e v e h i c u l a r d r iv e s y s t e m i s t o a d j u s t t h e o u t p u t t o r q u e o f t h e d r i v e s y s t e m b y g e a r s h i ft， t h e a b o v e o b t a i n e d f t i s t h e mu l t i p l e( o r fr a c t i o n )o f t h e t r a n s mi s s i o n o u t p u t t o r q u e a t t h e n e x t mo me n t Ho we v e r ， d u r i n g a c o n t i n u o u s s h i ft， t h e t r a n s mi s s i o n i s a l r e a d y i n a c e rta i n s h i ft， t h a t i s ， t h e t r a n s m i s s i o n o u t p u t t o r q u e h a s b e e n ma g ni fie d t o a fra c t i o n a t t h e p r e s e n t mo me nt a n d t h e ma g ni t u d e i s t h e g e a r r a t i o o f t h e t r a n s mi s s i o n T h e r e f o r e ， t h e mu l t i p l e( o r fra c t i o n ) o f t h e t r a ns mi s s i o n o u t p u t t o r q u e a t t h e n e x t mo me n t mu s t b e i n c r e a s e d( o r d e c r e a s e d ) b y a f a c t o r f t a g a i n I n o t h e r wo r d s ，t h e g e a r r a t i o a t t h e n e x t mo me n t mu s t b e i n c r e a s e d ( o r d e c r e a s e d )b y a f a c t o r i t o n t h e b a s i s o f t h e p r e s e n t g e a r r a t i o ， t h a t i s l t p r e s t Z t ( 2 ) wh e r e i t n e x t i s t h e t r a n s m i s s i o n g e a r r a t i o a t t h e n e x t mo me nt ，i t D r e s e n t i s t h e t r a n s m i s s i o n g e a r r a t i o a t p r e s e n t F r o m E q s ( 1 )a n d( 2 ) ， t h e s h i ft s c h e d u l e f o r - mu l a i s a s fol l o ws ： I t n e x t I t p r e s e n t t cl i m Al t h o ug h t h e i d e a l g e a r r a t i o s o f t h e t r a n s - m i s s i o n a r e c o n t i n u o u s va l u e s t h e a c t ua l g e a r r a - t i o s o f t h e t r a n s mi s s i o n s u p p l i e d a r e d i s c r e t e fin i t e v a l u e s I n p r a c t i c a l a p pl i c a t i o n s ，t h e g e a r r a t i o i s c h o s e n a c c o r d i n g t o wh e t h e r t h e wo r k i n g c o nd i t i o n p o i n t o f t h e t o r q u e c o n v e rte r l o c a t e s i n t h e l o w s p e e d r a t i o r e g i o n o r i n t h e h i g h o n e Un d e r t h e c o n d i t i o n t h a t t h e wo r k i n g c o n d i t i o n p o i n t o f t h e t o r q ue c o n v e rte r l o c a t e s i n t h e l o w s p e e d r a t i o r e g i o n t h e l o we s t s h i f t i s c h o s e n wh e n t h e c a l c u l a t e d g e a r r a t i o i s l a r g e r t h a n t h e ma x i mu m g e a r r a t i o o f t h e t r a ns mi s s i o nOt h e r wi s e t h e b i g g e r g e a r r a t i o wi l l b e c h o s e n wh e n t h e c a l c u l a t e d g e a r r a t i o i s b e t we e n t h e t wo a c t u a l g e a r r a t i o s o f t h e t r a n s m i s s i o n Und e r t h e c o nd i t i o n t h a t t h e wo r k i n g c o n d i t i o n p o i n t o f t h e t o r q u e c o n v e rte r l o c a t e s i n t h e h i g h - s p e e d r a t i o r e g i o n ， t h e h i g h e s t s h i ft i s c h o s e n wh e n t h e c a l c u l a t e d g e a r r a t i o i s s ma l l e r t h a n t h e mi n i mu m g e a r r a t i o o f t h e t r a n s m i s s i o n Ot h e rw i s e t h e s ma l l e r g e a r r a t i o wi l l b e c h o s e n wh e n t h e c a l c ul a t e d g e a r r a t i o i s b e t we e n t h e t wo a c t ua l g e a r r a t i o s o f t h e t r a n s mi s s i o n No wa n e x a mp l e i s t a k e n t o s h o w h o w i t i s u s e d S u p p o s e t h a t a t r a n s m i s s i o n wi t h 4 s h i fts ， i 4 i 3 i 2 i l ，wh e r e i n i s g e a r r a t i o ，n i s s h i ft，a n d = 1 ， 2 ， 3 ， 4 Th e s h i f t i s c h o s e n a s s h o wn i n Ta b l e 1 M e t ho d t o p r e v e nt s hi ft c y c l i n g As d i s c u s s e d b e f o r e ， t h e u p s h i ft p o i n t a n d t h e d o wn s h i ft p o i n t a r e t h e s a me i n t he a b o v e s h i ft s c h e d u l e I n o r d e r t o p r e v e n t t h e t r a ns mi s s i o n “ h u n t i n g ”i n u s e ， a m e t h o d i s a d o p t e d t o d i s t i n g ui s h Ta bl e 1 Sh i f t c h o o s i n g me a s u r e 维普资讯 G o n g e l a l JZ h e j i a n g Un i v S C I 2 0 0 4 5 ( 7 ) 8 7 8 8 8 3 t h e no r ma l fro m t h e f r e q u e n t g e a r t h a t c h a n g e s s h i f1 F i r s t l y， s i n c e t h e s h i ft f r e q u e n c y o f t h e g r o u n d v e h i c l e i s n e a r l y a t h o u s a n d t i me s p e r h o u r( Wa n g e t a 1 2 0 0 0 ) t h e mi n i mu m t i me i n t e r v a l fro m o n e s h i ft t o t h e n e x t i s c h o s e n t o b e 2 s e c o n d s S u p p o s e t h a t t h e t i me o f t h e d a t a a c q u i s i t i o n i s t( ms ) ， t h e fre q u e n c y o ft h e s h i ft d e c i s i o n b e t we e n t wo s h i fts i s 2 0 0 0 t Th e r e f o r e ，wh e n t he fre q u e n c y o f t h e u p s h i ft ( o r d o wn s h i ft 1 i s h a l f o f t h e s h i ft d e c i s i o n t i me s ， i t i s a fre q u e n t g e a r c h a n g e s s h i ft W h e n t h e t i me s o f t h e u p s h i ft( o r d o wn s h i ft ) a r e t h e s a me a s t h e s h i ft d e c i s i o n t i me s ， i t i s a n o rm a l g e a r c h a n g e s s h i f1 Th e me t h o d n o t o n l y a d a p t s t o t h e a b o v e s h i fl s c h e d u l e b u t a l s o a c t s a s a g e n e r a l me t h o d f o r a l l s h i fl s c h e d ul e s t o a v o i d s h i fl c y c l i n g S HI F T QUAL I T Y Th e g e a r s h i ft i s c o mpl e t e d b y c o n t r o l l i n g c l u t c h o r b r a k e t o e ng a g e o r d i s e n g a g e As s h i fi q u a l i t y i s c l o s e l y l i n k e d t o wh e t h e r a s h i fl s c h e d u l e c a n b e a p p l i e d t o t h