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机械电子式无级变速器仿真及其电控系统硬件设计研究

作 者: 陈新文
导 师: 金嘉琦
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 车辆工程
关键词: 机械电子式无级变速器 控制策略 建模仿真 PID控制
分类号: U463.212
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 52次
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内容摘要


汽车的广泛应用已造成全球性的大气污染、气候变暖以及石油资源锐减等问题。为此,各大汽车公司一直致力于汽车节能减排新技术的开发和应用。EMCVT(机械电子式无级变速器)抛弃了传统金属带式无级变速器中泵、阀、液力变矩器等高能耗、高故障率和高成本的液压系统,采用电机、齿轮系和螺旋弹簧等组成的变速机构进行无级调速,实现汽车传动系统与发动机工况的最佳匹配。从而,进一步提高了汽车的燃油经济性、动力性和舒适性,同时降低了变速器的制造成本和故障率,具有极大的研究价值和推广前景。论文采用理论分析与实验验证相结合的方法,针对EMCVT汽车的建模仿真及其EMCVT电子控制系统硬件设计等方面展开探讨和研究。首先,作者在深入分析EMCVT机械结构和原理的基础上,明确了EMCVT的控制任务为速比控制电机与离合器控制电机的转速和转向控制。接着,作者在深入分析ADVISOR2002电动汽车原有前轮驱动CVT汽车模型(BD-CONCVT)的基础上,对该软件进行了二次开发,并完成了EMCVT汽车及其原型车的性能对比仿真。整个仿真过程运行良好,仿真结果表明YZ-EMCVT汽车在城市道路循环工况UDDS下的仿真燃油消耗率(6.8L/100km)相对原型车(7.9L/100km)降低了13.9%,进一步证明了EMCVT的研究意义和开发价值。同时也验证了本文所提出的有关前轮驱动汽车仿真模型改后轮驱动汽车仿真模型方法的正确性。然后,作者根据汽车不同行驶工况要求,制定了EMCVT典型工况速比控制策略,并详细建立了EMCVT汽车前向控制仿真模型,利用调节PID控制参数的方法,以汽车起步加速和加速工况为例进行仿真试验,仿真结果数据合理,验证了所建模型的正确性以及所采用PID控制算法的有效性;最后,作者完成了EMCVT控制系统的硬件设计、制作和初步调试试验。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 CVT 类型简介  12-15
    1.2.1 环盘滚轮式CVT  12
    1.2.2 摆销链式CVT  12-13
    1.2.3 金属带式CVT  13-14
    1.2.4 CVT 发展历史  14-15
  1.3 国内外研究现状与发展趋势  15-20
    1.3.1 国内外CVT 研究及应用现状  15-16
    1.3.2 EMCVT 技术研究现状  16-19
    1.3.3 EMCVT 技术发展趋势  19-20
  1.4 本文的主要研究内容  20-21
第二章 后轮驱动式EMCVT 汽车性能仿真  21-34
  2.1 EMCVT 机械结构与原理  21-24
    2.1.1 EMCVT 调速机构  21-23
    2.1.2 EMCVT 离合器驱动机构  23-24
    2.1.3 EMCVT 的总体控制任务  24
  2.2 BD-CONCVT 仿真模型研究  24-28
    2.2.1 ADVISOR 软件简介  24
    2.2.2 BD-CONCVT 建模原理与仿真过程分析  24-25
    2.2.3 CVT 控制子模型控制策略分析  25-27
    2.2.4 实际EMCVT 控制策略分析  27-28
  2.3 后轮驱动汽车模型开发  28-31
    2.3.1 前轮驱动汽车车辆子模块研究  28-29
    2.3.2 后轮驱动汽车仿真模型开发  29-31
  2.4 YZ-EMCVT 汽车性能与控制仿真  31-33
    2.4.1 YZ-EMCVT 汽车传动系统总体结构  31
    2.4.2 对比仿真  31-32
    2.4.3 仿真结果  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 EMCVT 的速比控制策略与仿真  34-52
  3.1 EMCVT 速比控制目标与要求  34
  3.2 EMCVT 速比PID 控制  34-36
  3.3 EMCVT 速比控制策略  36-40
  3.4 发动机模型建立  40-44
    3.4.1 发动机转矩数值模型  40-41
    3.4.2 发动机油耗数值模型  41-42
    3.4.3 发动机万有特性  42-43
    3.4.4 发动机最佳经济、动力曲线  43-44
    3.4.5 发动机仿真模型  44
  3.5 EMCVT 传动系统模型建立  44-48
    3.5.1 EMCVT 动态模型  45-46
    3.5.2 驱动轴动态模型  46
    3.5.3 整车运动模型  46-47
    3.5.4 EMCVT 传动系统仿真模型  47-48
  3.6 驾驶员操作模块  48
  3.7 PID 控制器模型  48-49
  3.8 EMCVT 汽车仿真模型  49
  3.9 EMCVT 汽车模型的仿真  49-51
    3.9.1 汽车起步工况  49-50
    3.9.2 汽车加速工况  50-51
  3.10 本章小结  51-52
第四章 EMCVT 控制系统硬件设计与试验研究  52-70
  4.1 EMCVT 控制系统硬件总体设计  52-53
  4.2 离合器控制电机与速比控制电机驱动电路设计  53-59
    4.2.1 直流电机电枢PWM 调速原理  53-55
    4.2.2 速比控制与离合器控制电机驱动电路设计  55-59
  4.3 单片机与传感器选择  59-61
    4.3.1 单片机的选择  59-60
    4.3.2 传感器的类型及主要功能  60
    4.3.3 微处理器资源配置  60-61
  4.4 单片机外围电路设计  61-62
  4.5 输入接口电路设计  62-63
    4.5.1 转速测量模块电路设计  62
    4.5.2 模拟量信号输入处理模块电路  62-63
    4.5.3 开关量信号输入模块电路设计  63
  4.6 输出接口电路设计  63-65
    4.6.1 发光二极管显示模块电路设计  63-64
    4.6.2 继电器驱动模块与单片机接口电路设计  64-65
  4.7 硬件电路的PCB 设计及制作  65-67
  4.8 EMCVT 控制系统的调试试验  67-68
    4.8.1 EMCVT 控制系统的硬件现场调试  67-68
    4.8.2 调试结果  68
  4.9 本章小结  68-70
第五章 结论  70-71
  5.1 结论  70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 传动系统 > 机械传动 > 变速器
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