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原文传递混合动力CVT控制系统关键技术研究与开发

论文题名：	混合动力CVT控制系统关键技术研究与开发
关键词：	混合动力汽车;无级变速器;换挡规律;CVT控制系统;模式切换;故障诊断
摘要：	环境污染和能源危机是当前汽车工业面临的两大挑战，节能减排已成为国家汽车工业的发展战略，到2020年汽车燃油消耗低于5L/100km，汽车节能减排已不再局限在传统的方式，纯电动汽车和混合动力汽车被列为国家计划。本研究课题围绕国家863计划攻关内容和整车企业的产业化需求，在几种可能的技术路线中，确定CVT（Continuously Variable Transmission）混合动力汽车为研究对象。搭载完成了一辆基于所设计开发的CVT混合动力样车，对样车性能和CVT性能进行了深入的理论分析、试验研究及性能标定工作，对所采用的设计方案、控制算法等进行了详细验证。本文针对混合动力 CVT控制系统的关键技术问题进行了深入系统的研究，完成的研究内容如下：　　(1)对比分析了基于CVT的并联混合动力汽车的P2和P3两种构型，初步确定P2为基本构型。针对 P2构型在紧凑型轿车布置问题和控制难度考虑，在发动机前端增加 BSG电机，通过皮带与发动机进行动力连接，将 P2基本构型改进为P2+P0构型。对该方案的动力传动装置和液压执行机构进行了设计。根据目标车型的需求，完成了混合动力传动装置及关键动力元件的参数匹配。基于所开发的混合动力 CVT及搭载样车数据，搭建了整车各部件的物理模型和混合动力 CVT控制系统模型，并对模型进行了验证，为控制策略的开发提供了有效的验证平台。　　(2)为了提高控制系统的集成度和可靠性以及降低成本，同时使整车控制器与与 CVT控制器之间的信息交互更及时，提出二者进行一体化设计方案。采用 V型开发模式，根据混合动力CVT控制系统的功能需求，设计了符合ISO26262功能安全标准的混合动力 CVT控制系统的硬件和软件。控制系统硬件采用主从式双 CPU安全监控结构设计，分模块对硬件各部分进行了设计。控制系统软件采用AUTOSAR架构，基于软件需要实现的功能，采用分模块思想建模。最后采用安全监控算法，实现了软件功能安全。　　(3)在分析 CVT变速机理的基础上，阐述了混合动力 CVT速比控制原理，考虑驾驶意图、行驶工况和行驶环境的因素，提出了基于动力总成综合效率最优的换挡策略。最后分别在台架和实车上对速比控制器和换挡规律进行了试验，并采用层次分析法对换挡规律优化前后的换挡品质进行主观评价。结果表明，所提出的混合动力 CVT换挡规律综合控制策略能够在满足驾驶意图、行驶工况需求及环境参数变化的情况下，提高整车的动力性。　　(4)分析了 CVT混合动力工作模式，建立了模式切换动力学模型。提出了基于驾驶意图的模式切换控制方法，根据不同工况需求综合平衡驾驶意图与模式切换平顺性。针对纯电动到发动机参与驱动的混合动力模式切换问题，采用发动机启动、发动机转速同步和离合器接合的三阶段模式切换方法，提出了模糊推理与最优控制理论相结合的综合控制策略。采用实车试验，验证了所提出的模式切换控制策略的合理性。　　(5)分析了混合动力 CVT故障诊断工作原理，制定故障诊断系统开发流程，分析诊断功能需求，对 CVT常见故障进行了分类，以速比控制失效为例进行了故障树分析和潜在失效模式分析。结合混合动力 CVT结构原理和故障特性，研究了基于决策树 ID3算法的故障诊断方法。为了提高混合动力 CVT的可靠性及安全性，开发了基于UDS（Unified Diagnostic Services，统一诊断服务）的无级变速器故障诊断系统。最后分别利用虚拟测试技术和自行开发的诊断平台，对系统进行了测试，通过测试验证了所设计的故障诊断系统的正确性和合理性。
作者：	王建德
专业：	机械工程
导师：	周云山
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文