无极自动变速器传动控制系统的数学模型.pdf

l 一 无缎变速传 动控 制系统的数学模型 周云 山裘照定王红岩等 无级变速传动控制系统的数学模型 I 周云山 袭熙定 王红岩 杨志华 白 雪 摘要从 无彀 变速器实时控制的角度 出发 把金属带式无缀变速传动夸 为带轮夹紧力与传动比两个单 目标控制 系统 并建立 j夹紧力控制与传动比 控制未鸵的数学模型 是进一 步研究无彀变速传动的动 态特性和发动机与汽 轴萎 匹 凳 不 前 统 建 模 1 扬锨 关 键 词无 级 变 速汽 车 设 计汽 车 电 子系 统 建 模 l 2 五 正 孑 2九 中国图书资料分类法分类号U2 7 0 1 T r L V l 无 级 变 速 传 动 C o n t i n u o u s l y Va r i a b l e T r a n s mi s s i o n 简称 C VT 是汽车理想 的传动装 置 一直是人们追求的目标 8 0 年代初研制成功 金属传动带 从 1 9 8 7年首先在微型轿车 S u b a r u 上装车使用 到 1 9 9 6 年的近 1 0年间 世界金属带 式无级变速传动装车量 已逾百万辆 目前金属 带式无级变速传动在世界各 国得到迅速发展 并 由初期只适应 于小捧量轿车发展到 3升级以上大 捧量轿车 我国一些主要汽车厂正为开发无级变 速器而努力工作 专家们预测 金属带式无级变速 传动将成为 2 l世纪轿车传动的主导产品之一 金属带式无级变速 传动的 电子控制是开发该 系统的关键技术之一 本文从金属带式无级变速 传动实 时控制的角度 出发 提出了系统的数学模 型 为进 一步研究金属带式无级 变速传动的动态 特性和与发动机匹配规律打下基础 1 系统的工作原理 图 l为一种金属带式无级变速传动系统 它 是汽 车发 动机前 置 前驱动的传动系统 该 系统的 前部 由实 现前进 倒退和空档 三种 功能 的离 合器 c和制动器 B组成 发 动 机的 动 力 经换档离台器 制动 器 传至无级 传动器 的主动锥轮 通过液 压控制 改 变被动 轮 的央 紧 力和 主动轮 辱 6 弓 周 云山副教授 的节圆半径 从而无级地 改变 传动器的传动 比及 传递的转矩 在任意工况 使发动机辖出功率与汽 车行驶阻力达到最佳动态匹配 2 C VT传 动系 的数 学模型 2 1 无级变速传动比 无级变速传动的传动 比由主动轮 被动轮的 节圆半径确定 当被动轮位于最小节圆半径 主动 轮为最大节圆半径 得到最小传动 比 比值通常为 0 5 左右 最大传动比为 2 5左右 在变速过程中 由于金属带的长度可视为定 值 弹性变形引起长度变化很小 故只要知道其 中一个节 圆的半径 就可计算出其传动 比 无级传动 比 i 与主动轮半径 R 之间的关系 见图 2 同时也给出了用近似 计算引起带 的长度 偏离定长工的误差曲线 可见 近似计算产生最大 误差不到 0 I mm 完全满足精度要求 3 0 柚 5蛐 S 5神 5 7D 5 圭璃 托卒毫 J m 图 2 主谚 轮半径 岛 与传动 比 i 图1 C V T传动系工作原理图 2 2 主动轮 被动轮的轴向夹紧力 国家科委 九五 重点科技攻关项 目 9 7 A1 0 2 收翦 日期 1 9 0 7 0 7 0 6 l 金属带式无级变速传动装置能传递的最大转 矩与被动轮油缸的轴向央紧力的关系见文献 3 设发动机转矩为 则被动轮油缸的工作压力 转载 中国机械工 程 1 9 9 8年第 9 卷 第 3 期 箍 式中 p为转矩储备系数 一般取值为 1 2 1 3 A 为被动轮油缸面积 可见 在相同条件下 提高摩擦系数 可减小 带轮夹紧力 从而提高传动效率 而摩擦系数 取 决于无级变速系 中所用的润滑油 它既要满足金 属带与带轮之间有足够大 的摩擦 系数 又要满足 传 动系统 中诸如轴承 齿轮的润滑要求 所以 能 够实现的 不能太大 通常可实现的摩擦系数在 0 0 6 0 0 8之间 当被动轮 的工作压 力 轴 向夹紧 力 确定以 后 通过主动油缸改变传动比就归结为 被动轮的 夹紧力通过金属带转化为主动轮油缸的轴向负 荷 在金属带为定长的约束条件下 连续改变主动 轮的节圆半径 从而实现传动比无级地变化 这样 就把主被动轮轴 向耦合的控制问题转化为两个单 目标的压力控制 被动轮油缸 一 传递转矩 和位置 控制 主动轮油缸 节圆半径 当被动轮油缸的夹 紧力确定以后 它通过金 属带在主动轮油缸上产生的轴向负荷取决于 3个 因素 发动机输入转矩与能传递的最大转矩比 传 动比与转速 考虑到无级变速传动在工作时 传动 系传递转矩的储备系数 值是一定的 则发动机 输入转矩与能传递的最大转矩 比也将为定值 如 为 1 2 9 则转矩 比 r为 0 7 7 在这一转矩 比下 发动机转速对主动轮 被动轮油缸轴 向负荷 比的 影响很小0 因而可忽略不计 所以 最后 只要考 虑传 动比对主被 动轮油缸轴 向负荷 比的影响即 可 由 To r u F u j i i 和 Mi l o i u等人提出的金属带式 无级变速主被动油缸轴向负荷的计算公式 当被 动轮的轴 向夹紧 力确定以后 即可计算被动轮的 夹紧力在主动轮油缸上产生的轴向负荷嘲 2 3 液压控制系统的数学模型 无级变速传 动的液压控制系统见图 3 根据 图 3 c VT控制系统示意图 这一工作过程 可分别写出主动轮 被动轮的运动 方程 对夹紧力控制系统可以得到 V P Q Q eP 2 r 式中 Q 为油泵流量 Q 为进入主动轮油缸流量 Q J 为进 入被动轮油缸流量 q 为回油箱流量 为被动轮油缸及前部管路 总容积 I 为 油液体积 弹性模量 c 为液压系统的泄漏 系数 P 为被动 轮油缸的工作压力 当主 动轮的运动速度恒定时 被动轮的运动 速度随无级变速传动比的变化规律见图 4 匿 4 主被动轮的运动与传动 比的关 系 主动轮的运动由于约束引起被动轮油缸流量 的变化为 Q 一 五AI 3 由调压阀溢流至油箱的流量为 一 A 尸 P 4 言 P 一P 4 式中 为调压阀流量系数 P为油液密度 为 回油管路压力j A P P 为调压 阀溢流面积 当高压阀的结构尺寸确定后 溢流面积由被 动轮当前压力 尸 和期望压力 决定 尤其当 P 时 则 A P 0 进入主动轮油缸的流量为 一 Q c 却 A i 4 舌 P P 5 式中 为传动 比控制阀流量系数 I A i t 为传 动比控制 阀的节流 面积 当阀的结构尺寸确定以 后 其面积 由当前传动比 和期望传动比 i 确定 特别当 i i 时 A 一 0 据流量连续方程进入主动轮油缸的流量为 Q 一 等 6 j 式 中 A 为主动轮油缸面积 c 为主动轮 油缸泄 漏系数 为主动轮油缸及它的管路总容积 尸 中国科技论文在线 无级 变速 传动 控制 系统 的数学模型 周 云山裘熙 定王红岩等 国家经涤贸易委 员会发布 九五 国 寐重点技术开发指南 国 家经济 贸易 委 员会 1 9 9 Z年 l 1 月在北京发 布 九五 国家重 点 技术开发指南 简称 指南 以引导企业围绕国 家的技术发展重点进行技术开发 把有关技术 尽 快转 化为产 品 实现产业化 形成企业的经济效 益 提高企业的市场竞争能 力 指南 选择了市场前景好 技术先进 符合国 家产业政策 对国民经济有重 大影响并具有一定 超前性或具有世界先进水平的 1 6 6 项重大关键技 术 涉及我国电力 石油天然气 煤炭 铁路 交通 邮 电通信 钢 铁 有色 金属 化工 石 化 建材 电 子 机械 船舶 轻工 纺织 建筑 医药等 l 8个行 业 这些技术 都具有潜在 的市场需求 技术含量 高 经济效益好 其 中有 的技术近期 可实现产业 化 九五 期闻 国家将组织实施 5 0 0项重大技术 创新项 目 开发5 0 0 0 项重点新产品 1 9 9 8年 国 家经 济 贸 易委 员 会 将 根 据 指 南 选择其中对改造传统产业 发展高新技术工 业 推进资源和原材料的深加工 提高产品附加值 等有重大促进作用的关键技术 在国务院确定的 5 1 2户国有企业和 1 2 0户企业 集团中 给予重点 支持 1 6 6 项重大关键技术 中属于机械工业和船舶 工业领域的有 大型工程施工关键设备技术 农业装备及农副产品加工技术 智能化低压配电装置及元件关键技术 通用拧紧工具系列及智能型装配系统 城 网及农网改造技术 高效绝缘材料开发及产业化 智能化仪器仪表及先进仪表系统 柔性和特种加工技术及其装备 轿车轴承 轧机轴承技术 液压气动密封技术 大型 精密 复杂模具关键技术 新型矿井提升机及地下矿山无轨采掘设备 大型 自动化立体库关键技术及设备 I 透明导电镀膜玻璃关键设备与技术 汽车及摩托车应用电子控制燃油喷射的改造 技术 汽车白车身冲压 焊装质量提高技术 大型 高附加值船舶设计 建造关键技术 船用设备关键技术 高速客船设计 及建造关 键技术 工作总部 机械行业分会将姐 团赴德国考察为 满足机 电行业广大企业的需求 中国国际贸易促 进会机械行业分会拟于 1 9 9 8年 9月组织国 内企 业管理人员赴 德国进行企业生产营销管理研讨考 察 考察时间1 9 9 8年 9月 2 1天 考察 内袁 政府的宏观控制活动及其对企 业经营的影响 在 建立社会市场经济过程 中 企 业所有制形式转换及国有企业改革的方法 原 民主德国及东欧国家国有企业改造案例分析 股份制及股份 合作制的运作 企业生产的 增值 链 的运作过程 企业市场调研 市场开发 新产 品构思 设计 产品生产 销售与分销 中各个环节 的运作 企业决策与预测的方法 经营战略的确 定及战略规划的制定 企业经营战术的制定 联系人 郭霞 电话 9 1 0 6 8 5 9 4 9 7 8 6 8 5 9 4 9 2 8 6 8 5 3 3 3 5 4 传真 0 1 0 6 8 5 9 4 9 9 5 6 8 5 3 3 3 5 4 工作总部 为主动轮油缸油压 主动轮油缸轴 向运动方程 B 斗 一 Pp Ap Q 7 式 中 为主动轮油缸 金属带及 被动轮油缸 的 等效总质量 B 为主被动轮油缸总的等效阻尼系 数 为主被动轮油缸总的等效刚度系数 Q 为 被动轮的央紧力转换到主动轮油缸的轴 向负荷 主动轮油缸的位移引起的主动轮节圆半径的 变化为 n 品一 RD 一 2 t g a 0 2 R 一 一 Rm t g a 8 参考文献 1 He n d r i k s E Qu a l i t a t i v e a nd Qu a l i t a t i v e l n il u e n c e 0 f a F u l y El e c t r o n i c a l l y C o n t r o l l e d CvT O 1 Fu e l Ec o n o my a n d Ve h i e e P e r f o r ma n c e s AE Pa p e r 9 3 0 0 6 8 2 Li e b r a n d N J Fu t u r e De v e l o p me n t s i n Pu s h B e l t s f o r CVT Ap p l i c a t i o n SAE P a p e r 9 2 5 0 6 3 3 To r u Fu j i i A S t u d y o t a Me t a l Pu s h i n g V Be l t Ty p e CVT P a r t l Re a t i o n Be t w