汽车无级变速传动系统建模信综合控制特性的仿真研究
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摘要
金属带式无级变速器是一种理想的动力传动装置。与常规的液力机械传动相比，汽车金属带式无级变速传动具有性能优良、结构简单紧凑、操作方便、造价低等优点，因而在国外轿车上获得了大量应用，我国也将轿车金属带式无级变速器的开发和研制列入国家重大科技攻关计划。
本文对金属带式CVT综合传动控制作了仿真研究，主要进行了以下几方面的工作：
(1)介绍了金属带式CVT的结构、特点、工作原理以及在国内外发展现状。
(2)对车用495G型汽油机试验测试数据进行处理的基础上，建立了发动机的转矩模型、油耗模型。在发动机建模过程中给出了一种处理数据的新方法——网状拟合法。
太欲粗口二大学祠盯士学位论文
(3)针对研究需要，在建立发动机模型的基础上求出了发
动机经济性换档线与动力性换档线。
(4)分析了在不同工况下的速比控制策略。
(5)电一液控制系统方案有两种:单压力回路和双压力回
路方案。本文中采用了单压力回路方案，并对CvT传
动系统、液压系统进行建模仿真。
(6)为了判断发动机在不同工况下的工作模式，设计了一
种神经网络—BP网。
The Metal Belt Continuously Variable Transmission (CVT) is a kind of ideal transmission. Compared with routine hydraulic-mechanic transmission, it has many merits, such as excellent performance, compact structure, convenient handling and low price and so on. Therefore, it has been used widely. In our country, as one of the key projects, it has been developed and researched.
The paper gives simulating research to the general transmission control of the Metal Belt CVT, the following work has been made:
(1) The structure, characteristic, work principle and actuality of the Metal Belt CVT has been introduced
(2) On the basis of dealing with experimental data to 495G engine, the engine model including torque model, oil consumption model and the rotate speed adjusting model is
established. During the course of modeling, a new measure named reticulation approximation is given. It can be used to process data.
(3) After establishing the engine model, in order to meet the need of study, the economics speed changing line and the dynamics speed changing line are given too.
(4) The ratio control policies of different work conditions are analyzed
(5) Electronic-hydraulic control system has two loop project: single pressure loop and double pressure loop. The paper choice the first one, aimed at the selected project, modeling and simulating work to the transmission system of CVT are accomplished.
(6) In different conditions, the work patterns of engine are different too. In order to judge the work pattern of engine, the NN(Neuron Net) named BP(back propagation) net is designed.
本文对金属带式CVT综合传动控制作了仿真研究，主要进行了以下几方面的工作：
(1)介绍了金属带式CVT的结构、特点、工作原理以及在国内外发展现状。
(2)对车用495G型汽油机试验测试数据进行处理的基础上，建立了发动机的转矩模型、油耗模型。在发动机建模过程中给出了一种处理数据的新方法——网状拟合法。
太欲粗口二大学祠盯士学位论文
(3)针对研究需要，在建立发动机模型的基础上求出了发
动机经济性换档线与动力性换档线。
(4)分析了在不同工况下的速比控制策略。
(5)电一液控制系统方案有两种:单压力回路和双压力回
路方案。本文中采用了单压力回路方案，并对CvT传
动系统、液压系统进行建模仿真。
(6)为了判断发动机在不同工况下的工作模式，设计了一
种神经网络—BP网。
The Metal Belt Continuously Variable Transmission (CVT) is a kind of ideal transmission. Compared with routine hydraulic-mechanic transmission, it has many merits, such as excellent performance, compact structure, convenient handling and low price and so on. Therefore, it has been used widely. In our country, as one of the key projects, it has been developed and researched.
The paper gives simulating research to the general transmission control of the Metal Belt CVT, the following work has been made:
(1) The structure, characteristic, work principle and actuality of the Metal Belt CVT has been introduced
(2) On the basis of dealing with experimental data to 495G engine, the engine model including torque model, oil consumption model and the rotate speed adjusting model is
established. During the course of modeling, a new measure named reticulation approximation is given. It can be used to process data.
(3) After establishing the engine model, in order to meet the need of study, the economics speed changing line and the dynamics speed changing line are given too.
(4) The ratio control policies of different work conditions are analyzed
(5) Electronic-hydraulic control system has two loop project: single pressure loop and double pressure loop. The paper choice the first one, aimed at the selected project, modeling and simulating work to the transmission system of CVT are accomplished.
(6) In different conditions, the work patterns of engine are different too. In order to judge the work pattern of engine, the NN(Neuron Net) named BP(back propagation) net is designed.
引文
[1] 过学讯 吴涛，汽车自动变速器在中国的发展现状及前景，汽车研究与开发，1999年第6期。
[2] 袁建国，轿车用自动变速器的发展分析及应用研究，汽车研究与开发，2000年第1期。
[3] 葛安林(吉林大学)，自动变速器(一)——自动变速器综述，汽车技术，2001年第5期。
[4] 冯樱 罗永革 何晓春 郝琪，CVT——无级变速器的发展综述，湖北汽车工程学院学报，1999 (VoL．13) No．4。
[5] 孙龙林 何仁，汽车无级变速(CVT)技术的发展概况于未来趋势，世界汽车，2001年第2期。
[6] 裘熙定 王红岩 杨志华 周云山，轿车金属带式无级自动变速传动技术发展现状与趋势，汽车技术，1998年第4期。
[7] 马怀林，汽车带式无级变速器技术与发展，北京汽车，1998．No．1。
[8] 21世纪世界汽车工业发展趋势(二十)——汽车变速器的发展(下)，汽车与配件，2001年42期。
[9] Yasuhito Sakai. The "ECVT"Electro Continuously Variable Transmission. Society of Automotive Engineers. 880481(1988).
[10] Hyunsoo KIM, HanlimSONG,TalcholKIM,JongjunKIM. 304Metal Belt CVT and Engine Optimal Operation by PWM Electro-Hydraulic Control. SAE,Tech. Paper Series. 9636501.
[11] E. Hendriks. Qualitative and Quantitative Influence of a Fully Electronically Controlled CVT on Fuel Economy and Vehicle Performance. SAE,Tech. Paper Series 930668(1993).
[12] Sadayuki Hirawo,Alan L. Miller and Kari F. schneider. SCVT a State of the Art Electronically Controlled Continuously Variable Transmission. SAE,Tech. Paper Series 910410(1991).
[13] 周云山 裘熙定 王红岩 杨志华，汽车无级变速传动(CVT)建模与仿真，汽车工程，1998 (VOL．20) No．5。
[14] 王红岩 秦大同 周云山 裘熙定，汽车无级变速传动系统综合控制的研究，机械工程学报，2000 (VOL．36) No．2。
[15] 胡建军 秦大同 孙冬野 杨亚联 杨为，金属带式无级变速传动键合图建模及仿真，2000 (VOL23) No．2。
[16] 何晓春 冯樱 罗永革 郝琪，金属带式无级变速传动的动力学计算，湖北汽车工业学院学报，2000 (VoL14) No．1。
[17] 王红岩 方永龙 周云山 裘熙定，金属带式无级变速传动系统动态特性的理论与试验分析，汽车工程，1999 (VOL．21) No．5。
[18] 张伯英 周云山 张友坤 张宝生 方永龙，金属带式无级变速器电——液控制系统的研究，汽车工程，2001 (VOL．23) No．5。
[19] 王红岩 方永龙 周云山 裘熙定，金属带式无级变速系统动态特性的仿真分析，汽车工程，设计．计算．研究．
[20] 过学讯(华中科技大学)液力自动变速器的控制技术，世界汽车，2001年第2期。
[21] 方永龙 王红岩 秦大同，车辆无级变速传动系统匹配策略的仿真，农业机械学报，2000 (VOL．34) No．4。
[22] 葛安林(吉林大学)，自动变速器(七)——无级变速器CVT(上)，汽车技术，2001年第11期。
[23] 葛安林(吉林大学)，自动变速器(八)——无级变速器CVT(下)，汽车技术，2001年第12期。
[24] 方永龙 张伯英 董秀国 周云山 裘熙定，金属带式无级变速器液压控制系统，吉林工业大学自然科学学报，2000 (VOL．30) No．3。
[25] 罗永革 冯樱 何晓春 郝琪，金属带使无级变速器控制策略的研究，湖北汽车工业学院学报，2000 (VoL．14) No．2。
[26] 王红岩 秦大同，无级变速汽车综合策略的仿真研究，兵工学报，2000年第2期。
[27] 李俊明 付维坊 王登峰，汽车无级变速操纵液压系统的神经模糊与数学控制方法研究，液压与气动，2001年第1期。
[28] 王红岩 秦大同 方永龙，无级变速传动系统的模糊控制，农业机械学报，2000 (VOL．31) No．5。
[29] 杨为 秦大同 胡建军 刘世明，金属带式无级变速传动机理的数值分析，重庆大学学报，2000 (VOL．23) No．2。
[30] 王红岩 秦大同 方永龙，无级变速传动系统的模糊控制，农业机械学报，2000 (VOL．31) No．5。
[31] 王红岩 秦大同 张伯英 裘熙定，无级变速汽车自动驾驶系统模糊控制策略，汽车工程，2000 (VOL．22) No．6。
[32] 何晓春 金国栋 冯樱 罗永革，金属带式无级变速器控制策略的实现，湖北汽车工业学院学报，2001 (VoL．15) No．1。
[33] 杨志斌，羚羊轿车装用金属带式无级变速器的匹配研究，汽车研究与开发，2001年第4期。
[34] 田景春 王巍 孙云洪，现代汽车电控液力自动变速器，汽车技术，1997年第2期。
[35] 王书全，液力机械式自动变速器技术及发展，北京汽车，1997．No．3 (VOL．27)
No．88。
[36] 宋金声，目前的几种汽车自动变速器及发展前景，云南交通科技，2000 (VoL．16) No．3。
[37] 梁科，轿车自动变速器的分类及其操纵，云南交通科技，2000 (VoL．16) No．3。
[38] 葛安林(吉林大学)，自动变速器(六)——电控机械式自动变速器(AMT)，汽车技术，2001年第10期。
[39] 葛安林(吉林大学)，自动变速器(二)——液力变矩器，汽车技术，2001年第6期。
[40] M Deacon,C J Brace,N D Vaughan,C R Burrows and R W Horrocks, Impacts of alternative controller strategies on exhaust emissions from an integrated diesel/continuously variable transmission powertrain, Proc Instn Mech Engrs, Vol213 Part D.
[41] Sharon Liu, A. G. Stefanopoulou,B. E. Paden. Effects of control structure on performance for an automotive powertrain with a continuously variable transmission. Prpceedings of AVEC 2000. p461～p468.
[42] P. Setlur, J. R. Wagner, D. M. Dawson,B. Samuels. Nonlinear Control of a Continuously Variable Transmission(CVT) for Hybrid Vehicle Powertrains. Proceedings of the American Control Conference. p1304～p1309.
[43] C W Hong,C C Chen. Dynamic performance simulation of a continuously variable transmission motorcycle for fuzzy autopilot design. Proc Instn Mech Engrs. Vol211 Part D. p477～p490.
[44] Bas G. Vroemen,Alex F. A. Serrarens,Frans E. Veldpaus. CVT CONTROL:A HIERARCHICAL APPROACH. Proceedings of AVEC 2000. p619～627.
[45] F. Ferrando, F. Martin,C. Riba. Axial Force Test and Modeling of the V-Belt Continuously Variable Transmission for Mopeds. Transactions of the ASME. JUNE 1996,Vol. 118. p266～272.
[46] Minoru Kurosawa, Masayuki Kobayashi, Masakazu Tominaga. Development of a high torque capacity belt-drive CVT with a torque converter. New Technologies & New Cars. JSAE Review 20(1999). p281～287.
[47] Takeshi Takiyama, Shigeyuki Morita. Engine-CVT consolidated control using LQI control theory. JSAE Review 20(1999). p251～258.
[48] J. Srnik, F. Pfeiffer. Dynamics of CVT chain drives. Int. J. of Vehicle Design, Vol. 22,Nos. 1/2,1999. p54～72.
[49] Takeshi Miyazawa, Shinya Kuwabara, Toru Fujii, etc. Study on transmitting mechanisms for CVT using a dry hybrid V-belt: numerical simulation of transmitting forces and pulley thrusts at steady and transitional states. JSAE Review 20(1999). p61～66.
[50] G Mantriota, Power split continuously variable transmission systems with high efficiency. Proc Instn Mech Engrs Vol 215 Part D. p357～368.
[51] Haruhito Mori, Tsutomu Yamazaki,Katsuya Kobayashi, etc. A study ong the layout and ratio change characteristics of a dual-cavity half-toroidal CVT. JSAE Review 22(2001). p299～303.
[52] Farhad Assadian, Donald Margolis. MODELING AND CONTROL OF A V-BELT CVT. IFAC Advances in Automotive Control. p86～90.
[53] Shinya Kuwabara, Toru Fujii, Shigeru Kanehara. Study on a metal pushing V-belt type CVT: band tension and load distribution in steel rings. JSAE Review 20(1999). p55～60.
[54] Kazutaka Adachi, Tatsuo Wakahara, Shigeki Shimanaka, etc. Robust control system for continuously variable belt transmission. JSAE Review 20(1999). p49～54.
[55] D. C. foley, N. Sadegh, E. J. Barth, etc. Model Identification and Back stepping control of a Continuously Variable Transmission System. Proceedings of the American Control Conference. June 25～27,2001. p4591～4596.
[56] A. J. Robertson, K. B. Tawi. Misalignment equation for the Van Doorne metal pushing V-belt continuously variable transmission. Proc Instn Mech Engrs. Vol 211 Part D. p121～128.
[57] 王文成编，《神经网络及其在汽车工程中的应用》，北京理工大学出版社，1998。
[58] 楼顺天、施阳编著，《基于MATLAB的系统分析与设计——神经网络》，西安电子科技大学出版社，1998。
[59] 吉林工业大学汽车工程系编著，陈家瑞主编，《汽车构造》(下册)，第3版，人民交通出版社，1995。
[60] 董敬、庄志、常思勤，《汽车拖拉机发动机》，第3版，机械工业出版社，1997。
[61] 清华大学 余志生主编，《汽车理论》，第2版，机械工业出版社，1998。
[62] 过学迅编著，《汽车自动变速器——结构．原理》，机械工业出版社，2000。
[63] 何存兴，《液压元件》，机械工业出版社，1981年3月。
[64] 范影乐、杨胜天、李轶编著，《MATLAB仿真应用详解》，人民邮电出版社。
[2] 袁建国，轿车用自动变速器的发展分析及应用研究，汽车研究与开发，2000年第1期。
[3] 葛安林(吉林大学)，自动变速器(一)——自动变速器综述，汽车技术，2001年第5期。
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[27] 李俊明 付维坊 王登峰，汽车无级变速操纵液压系统的神经模糊与数学控制方法研究，液压与气动，2001年第1期。
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[29] 杨为 秦大同 胡建军 刘世明，金属带式无级变速传动机理的数值分析，重庆大学学报，2000 (VOL．23) No．2。
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[31] 王红岩 秦大同 张伯英 裘熙定，无级变速汽车自动驾驶系统模糊控制策略，汽车工程，2000 (VOL．22) No．6。
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[62] 过学迅编著，《汽车自动变速器——结构．原理》，机械工业出版社，2000。
[63] 何存兴，《液压元件》，机械工业出版社，1981年3月。
[64] 范影乐、杨胜天、李轶编著，《MATLAB仿真应用详解》，人民邮电出版社。
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