考虑离合器摩擦性能衰减的湿式DCT车辆起步控制研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenjianhao2009
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湿式双离合器自动变速器(Dual Clutch Automatic Transmission)是我国自动变速器技术领域研究的重点和热点,搭载湿式DCT车辆的起步过程控制对改善驾驶舒适性、提高整车动力性和燃油经济性有重要意义。湿式DCT起步过程需要精准的控制离合器的接合和分离,以确保传动系统的转矩能够平稳传递,但由于湿式离合器存在摩擦系数变化和随服役时间增加发生摩擦性能衰减的现象,给离合器接合和分离的精准控制带来困难,同时又会导致起步时间延长、冲击度和滑摩功增大等不利结果,使离合器的工作条件恶化,降低整车起步品质,反过来又会导致离合器摩擦加剧,因此开发一种能适应离合器摩擦系数动态变化和摩擦性能衰减的湿式DCT车辆起步控制策略有着重大意义。本文采用SAE2#试验台架测试湿式离合器不同使用寿命阶段的摩擦系数,并获取不同使用寿命阶段湿式离合器摩擦系数随转速差的变化规律;建立考虑湿式离合器摩擦系数变化及其摩擦性能衰减的DCT车辆起步过程动力学模型,以车辆起步过程冲击度、滑摩功和起步滑摩时间为性能指标,采用线性二次型最优方法获得车辆起步过程离合器最优传递转矩,同时采用多目标遗传优化算法,对所设计控制器的控制参数进行优化,实现滑摩功和冲击度两个起步性能指标的综合最优;针对湿式离合器摩擦系数变化及其性能衰减对车辆起步过程离合器压力控制的影响,提出一种离合器压力非线性鲁棒控制策略,结合未知输入观测器对预估离合器摩擦系数变化,实现对离合器最优传递转矩的跟踪。主要研究内容如下:(1)基于某型汽车的发动机转速、油门开度和稳态输出转矩的台架实验数据,通过数据插值和查表的方法建立发动机数值模型;搭建了SAE2#湿式离合器摩擦系数测试试验台,测试湿式离合器使用寿命内不同阶段转矩传递特性,结合整车行驶数据、车辆行驶典型工况,通过试验和计算的方法探究不同使用阶段(不同接合分离次数)下摩擦系数随转速差的变化规律,并建立包含摩擦系数变化规律的离合器传递转矩模型;根据湿式DCT车辆动力传动系统的结构与工作原理建立能够反映车辆起步过程动态特性的湿式DCT车辆动力传动系统整体模型。(2)将冲击度、滑摩功和起步滑摩时间作为湿式DCT车辆起步品质评价指标,将起步过程分为四个阶段,对湿式DCT车辆起步过程进行动力学分析,分别分析各阶段离合器主动盘、从动盘转速及离合器传递转矩变化,分析起步过程各阶段的控制要求和对起步品质的影响;制定起步过程发动机恒转速控制策略,建立踏板开度和发动机目标转速的对应关系,将驾驶员的起步意图分为缓慢起步、正常起步、急起步三类,并建立踏板开度与起步意图之间的对应关系,按照缓慢起步、正常起步、急起步三类起步意图分别进行湿式DCT车辆起步品质仿真,分析起步意图、发动机目标转速、离合器压力对湿式DCT车辆起步品质的影响,按照理想的定摩擦系数、经历10000次接合和经历300000次接合后的离合器三种工况进行仿真,分析摩擦系数对湿式DCT车辆起步品质的影响。(3)建立湿式DCT车辆起步过程的状态空间方程,选择状态变量和控制变量,建立反映起步滑摩时间、滑摩功、冲击度等起步性能指标的性能泛函,设计湿式DCT车辆起步过程离合器传递转矩线性二次型最优控制器。为实现起步过程性能指标的综合最优,以反映驾驶员起步意图的起步滑摩时间为约束,以最大冲击度和滑摩功为两个优化目标,应用多目标遗传优化算法对湿式DCT车辆起步过程控制参数进行了优化,获得缓慢起步、正常起步、急起步三种工况下能满足起步意图对应的起步滑摩时间要求又能使最大冲击度和滑摩功两个相互冲突的性能指标实现综合最优的Pareto最优解集。(4)在确定湿式DCT车辆起步过程离合器最优传递转矩的基础上,针对离合器摩擦系数变化带来的离合器传递转矩控制不确定问题,基于李雅普诺夫方法设计了一种离合器压力非线性鲁棒控制器,并设计未知输入观测器预估离合器摩擦系数变化,将离合器摩擦系数变化对系统产生的影响引入非线性控制器,以实现对离合器最优传递转矩的良好跟踪。基于湿式DCT车辆仿真模型,对本文提出的离合器压力非线性鲁棒控制器进行仿真验证,并与开环控制和PID控制器的控制效果进行对比,验证本文所设计非线性鲁棒控制器能离合器摩擦系数变化下的跟踪控制效果及其鲁棒性。
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