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原文传递基于量子框架的开放式重型汽车AMT系统关键技术研究

论文题名：	基于量子框架的开放式重型汽车AMT系统关键技术研究
关键词：	量子框架;开放式汽车电控系统;电控机械式自动变速器;模糊免疫;PSD控制;起步控制;换挡控制
摘要：	传统汽车手动变速器日益不能满足现代重型汽车舒适、安全和环保的性能要求，电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission，AMT)的提供一种理想的解决方案，目前AMT在国外重型汽车已经得到广泛的应用，国内AMT技术的研究主要集中在轻型汽车，重型汽车的AMT基本处于空白状态，本文以中国重型汽车集团新一代HOWO重卡为研究对象，开展了重型汽车AMT系统关键技术的研究，旨在为国内重型汽车AMT的研发提供基础理论和关键使能技术，主要创新性的工作如下：作为一种汽车电控系统，传统的AMT系统采用封闭式结构，随着技术的不断发展，这种封闭式结构汽车电控系统的缺点越来越突出。提出了一种新的基于量子框架的汽车电控系统体系结构。运用分层递归包含分布式微核模式对汽车电控系统进行了描述，实现了系统的松耦合与功能内聚。采用量子框架作为系统的嵌入式软件总线，将系统的应用软件与软硬件系统平台分离开来，实现了系统在应用软件层次上的开放。采用该体系结构可以在最大程度上实现了汽车电控系统的开放性。实验台是验证AMT系统性能的重要手段?全实物实验台最接近于系统的实际情况，但造价昂贵。结合课题组现有的条件，以dSPACE仿真系统为核心建立了半实物仿真实验系统。该实验系统由油门、离合器、变速箱三个子系统组成。油门与离合器子系统将油门与离合器的实际位移输入dSPACE；dSPACE利用这些输入信息，根据系统的动力学模型计算出变速箱输入轴与输出轴，并控制变速箱子系统的动作。半实物仿真实验系统的核心是系统的动力学模型，为在仿真环境下综合评价电控机械式自动变速器对机械、电气、驾乘人员的影响，通过分析机械系统、电气系统、人体系统各自的特点以及它们之间的耦合点，建立了机-电一人一体化系统动态模型，并将有限状态机引入到机械子系统的动态模型中。仿真结果显示，该系统具有良好的仿真效果，满足了重型汽车AMT系统的研究与开发的需求。离合器、油门、变速箱操纵系统是AMT系统实现的基础。重型汽车的离合器操纵主要采用气动系统，针对这个特点，建立了两种离合器操纵系统：第一种是利用随动阀的原理建立的低精度的简易开环离合器操纵系统;第二种是高精度闭环电控气动离合器操纵系统。通过对闭环电控气动离合器操纵系统动态特性的分析，指出该系统为非线性系统。针对这一非线性控制问题，结合模糊免疫PID控制算法与自适应PSD控制律，提出了模糊免疫PSD控制算法。该算法以PID控制为基础，利用免疫控制原理与PSD控制律，使PID算法中各增益系数的根据运行状况进行自调整，增强了算法的自适应性，实现了系统的职能控制。通过对比采用不同控制算法的方波响应曲线与跟随特性曲线可知，采用该算法系统可以获得良好的控制性能。采用步进电机实现电控油门操纵系统，并提出了一种步进电机跟随控制算法，解决了由较大的系统惯量和弹簧回复力带来的步进电机在跟随过程中的丢步现象。设计了正交双气缸选换挡执行机构与基于空间组合凸轮的单驱动选、换挡执行机构，实现了选、换档动作的电气控制。为解决AMT系统实时控制中的转速测量问题，以测周期法为基础，提出了动态多周期转速测量方法，实现了各轴转速的高精度测量。车辆的起步与换挡过程的控制是电控机械式自动变速器系统的两项关键技术。通过分析离合器接合点前后车辆系统加速度突变的成因，提出了变结构双环控制发动机转速恒定起步策略，即在起步过程前期采用维持发动机转速恒定的转速环+加速度环双环控制，在起步过程后期采用维持发动机加速度为零的单加速度环控制，消除了离合器接合点前后的加速度突变。电控机械式自动变速器的换档过程是发动机、离合器、变速箱协调控制的过程，系统中各种参数耦合在一起，为解决这一问题，将单神经元PID解耦控制算法应用于换挡过程的控制，实现了各物理参数的解耦。起步与换档过程实验结果证明，采用上述两种算法可以有效的提高重型汽车AMT系统的起步与换档过程控制性能。以上述各关键技术研究为基础，完成了HOWO重卡的机械系统改造及控制系统开发，建立了基于量子框架开放式重型汽车电控机械式自动变速器原型系统。控制系统以TMS320F2407为硬件平台，以实时操作系统μ C/OSII为软件平台，通过μ C/OSII以及量子框架的移植构建了开放式微核系统。根据有限状态机理论及量子框架规范实现了各核心功能模块的软件设计。目前，HOWO AMT原型系统已经进入道路实验阶段，实验结果表明，该AMT系统满足了新一代重型汽车舒适、安全和环保性能的要求，提升了我国重型汽车的技术水平，对我国重型汽车技术的跨越式发展将产生积极促进作用。
作者：	李洪斌
专业：	机械制造及其自动化
导师：	张承瑞
授予学位：	博士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文