基于MATLAB的电液式CVT速比最优控制系统分析与设计.pdf

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1、第3期(总第127期)机械管理开发．2012年6月No．3(SUMNo．127)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTJun．2012基于MATLAB的电液式CVT速比最优控制系统分析与设计杨勇，李大伟(山西右玉元堡煤业有限责任公司，山西朔州037200)摘要：分析了对普通电液式无级变速器的速比控制系统，发现其有结构复杂和可靠性低等缺点，提出了CVT速比最优控制系统的设计方案。传统比例阀被PWM高速开关数字阀所取代，建立起PWM阀数学模型及阀控缸数学模型，使得控制系统简化；并用离散系统二次型最

2、优控制理论优化控制参数，设计出最优控制器。运用MATLAB对CVT速比控制系统进行了起步、加速、减速典型工况的模拟试验。结果显示，电液式CVT速比最优控制系统具有较好的稳态与动态特性，确保了实际速比对目标速比的有效跟踪。关键词：电液式CVT；速比；最优控制；数字阀中图分类号：U463．2文献标识码：A文章编号：1003—773X(2012)03—0071—03O引言比控制阀与夹紧力控制阀的各个阀口开关进行控制。CVT(无级变速器)的速比不是间断的点，而是由CVT速比为主动轮与从动轮转速的正比，或两轮一系列连续值组成，因此能

3、与发动机进行理想匹配。工作半径的反比，主要是通过主动轮进行调节”】，即：nN使用CVT不仅简化了驾驶员的变档操纵过程，也使汽‘i~CVT=——=～．(1l)车的动力输出与燃油消耗达到最佳状态，从而满足车D～辆的动力性、平顺性、经济性、排放性。CVT变速箱按式中："为CVT速比；m为主动轮转速；n。为从动轮转照一定规律调节速比的连续变化。速；RN为主动轮工作半径；Ro为从动轮工作半径。1电液式CVT速比控制原理需要增大CVT速比时，速比控制阀的进油口关闭，其出油口与泄油口开启，工作液从主动轮液压缸流出至油箱；此时主动轮可动盘

4、左移，与固定盘的间距增大，从而减小了主动轮锥面与型传动带啮合的工作半径；又由于型传动带(金属带)长度一定，因此在夹紧力控制阀的作用下从动轮锥面与型传动带啮合的工作半径增大。当需要减小CVT速比时，速比控制阀的进油口与出油口开启，其泄油口关闭，工作液流入主动轮液压缸，主动轮可动盘右移使得两锥盘的间距缩小，主动轮的工作半径增大，而从动轮的工作半径减小。CVT的从动轮主要进行夹紧力控制，从而保证了1一液压泵；2-主动轮液压缸；3-主动轮；4一V型传动带；5-从动轮；6-从发动机的输出转矩能够稳定、高效的传递。从动轮的动轮液压缸；

5、7-夹紧力控制阀；8一电控单元；9一速比控制阀图1电液式CVT速比控制系统结构原理图夹紧力为：．电液式CVT速比控制系统的结构原理，见图1。CVT输人轴上的发动机转矩为液压泵提供动力，工作式中：为从动轮夹紧力；死为CVT输入转矩；a为带液从液压泵流出经夹紧力控制阀调节后，供给从动轮轮锥形角；，为V型传动带与带轮的摩擦系数。液压缸进行夹紧力控制，同时供给速比控制阀。速比该系统中，夹紧力控制与CVT速比控制存在着一控制阀对流人或流出主动轮液压缸的工作液流量与压定的耦合关系，即速比的变化过程实质上就是主、从动力进行控制，其进油口

6、与夹紧力控制阀出油口相连，出轮液压缸之间压力平衡状态的变化过程。油口与主动轮液压缸相连，泄油口与油箱连接。系统2CVT速比控制系统的数学建模工作时，通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来2．1PWM高速开关阀数学建模改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半速比控制阀与夹紧力控制阀，均采用两位三通的径，从而改变速比。速比控制阀和夹紧力控制阀均采PWM高速开关数字阀。与传统的比例阀相比，PWM用PWM高速开关数字阀，ECU则采用PWM信号对速高速开关阀无需A／D转换，且有结构简单、能耗低、抗收稿日期：2012一O1一O5

7、作者简介：杨勇(1982一)，男，山西太谷人，助理工程师，本科，主要从事机电设计工作。·7l·第3期(总第127期)机械管理开发2012年6月污染、控制灵活等优点【2。高速开关阀采用脉宽调制缸左腔压力。信号控制，控制参数为占空比(指在PWM信号周期内液压缸右腔流量为：开关阀通电时间的百分比)，即：QR-~-AR+v~dpR．(8)Dp=手．(3)式中：A为液压缸右腔面积；为液压缸右腔容积；式中：肛占空比；t-开关阀通电时间；T-PWM信号P为液压缸右腔压力。周期。液压缸活塞的运动学方程为：将PWM高速开关阀的电磁力、电流、

8、阀芯位移的Ax非线性关系，在开关阀工作气隙的某点按泰勒级数展．PL-ARP=M+Cy+凰．(9)开，并进行小偏差线性化后即可得到：式中：P=PR+P～，P．v为V型传动带通过主动轮可FF(s)=KHi(S)+z(5)．(4)动盘传递到活塞上的侧向力，M为活塞和负载质量。式中：为电磁力；为电磁铁的电流为力