金属带式无级变速器及其控制技术

金属带式无级变速器（VDT—CVT）是汽车理想的变速器,是各国研究者和汽车公司研究的重点。本文对金属带式无级变速器的工作原理进行了介绍,并阐述了其控制理论,分别分析了在不同工况下的控制方法。     

A Simulation Study on the Speed Ratio Variation Characteristics of Motor Controlled Metal V-belt CVT

建立了电机控制的金属带式无级变速器的动力学模型,并通过仿真,研究了其速比变化率对车辆性能的影响.为某车型装备此类CVT提供了控制电机转速范围选择的依据.     

CVT无级变速器

CVT（Continuosusly Variable Transmission）技术即无级变速技术，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。常见的无级变速器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器（VDT—CVT），目前国内市场上能见到的、采用了这种技术的只有奥迪、派力奥（西耶那、周末风）、飞度和旗云4款车型。     

金属带式CVT电控单元硬件在环仿真研究

针对采用双压力回路的Honda CVT电-液控制系统的结构和工作特性进行研究,基于Matlab/Simulink 建立了装备金属带式无级变速器(CVT)汽车的整车仿真模型;利用智能九点控制策略设计出速比控制器和夹紧力控制器.应用C8051F043单片机开发CVT ECU软硬件,基于dSPACE系统构建CVT硬件在环实时仿真平台,对CVT电控单元进行硬件在环仿真试验,实时仿真显示控制效果较好.     

金属带式CVT速比控制的仿真与试验研究

针对装备金属带式无级变速器(CVT)的整车,建立了无级变速传动系统数学模型.以无级变速汽车动力性和经济性相协调为目标,设计了Fuzzy-PI复合速比控制器.采用Fuzzy-PD控制策略和Fuzzy-PI复合控制策略对汽车起动工况进行了仿真分析,对装备金属带式CVT的某轿车进行了起动工况的模拟试验.结果表明,Fuzzy-PI复合控制策略优于Fuzzy-PD控制策略,速比的试验结果与理论数据一致,说明所建模型合理.     

基于GPC的CVT速比控制研究

金属带式无级变速器的速比控制是CVT的核心控制问题,速比控制系统具有明显的非线性、时滞等特点。本文采用广义预测控制方法,制定了CVT速比控制策略。最后基于dSPACE／Simulator搭建了硬件在环仿真试验台,通过试验验证了设计的控制方法的实用性并取得了理想的结果。     

金属带式无级变速器的弹必滑移与摩擦力分析

在金属带式无级变速器CVT（Continuously Variable Transmission）的受力分析及传动研究中，滑移角是一个非常重要的物理量，它的大小表示摩擦力方向的改变量，使力的分布错综复杂。本文论述了滑移角产生的原因，给出了带轮包角与滑移角的关系式；并分析了不同速比时的摩擦力方向。     

新型剖分变径链式CVT虚拟样机

传统的无级变速器存在金属带式CVT直母线偏移的问题,而新型剖分变径链式CVT突破了传统的CVT结构方式。文章分析了新型剖分变径链式CVT的传动原理,在用CATIA建立的主传动部分三维模型的基础上,通过转换软件MSC.Simdesigner把其导入到ADAMS中,建立虚拟样机,进行动力学仿真分析,研究其传动特性,验证了该CVT传动方案的可行性。表明提出的剖分变径链式CVT设计方案,可以传递更大的转矩,消除了金属带式CVT直母线偏移的问题,为其物理样机的研制奠定了一定的理论基础。     

金属带式无级变速器电液控制系统的试验研究

通过对金属带式无级变速液压控制系统功能进行分析，把该系统分为夹紧力控制和速比控制系统。设计了金属带式无级变速器电—液控制系统，对控制阀特性进行了研究，为夹紧力控制系统和速比控制系统分别设计了控制器。最后对所设计的CVT控制系统进行了实车道路试验，取得了较好的效果。     

金属带式无级变速器Fuzzy-PI复合速比控制系统研究

针对汽车金属带式无级变速器速比控制的非线性和时变性的特点,设计了Fuzzy-PI复合速比控制系统,兼备了模糊控制鲁棒性强,能适应被控对象非线性和时变性,以及PI控制能消除稳态误差,提高控制精度的优点,以适应CVT速比控制的要求。利用Matlab/Simulink建立了无级变速整车仿真平台,仿真结果表明,Fuzzy-PI复合速比控制能够很好地跟踪目标速比,具有良好的动态响应和较高的稳态控制精度。     

基于遗传算法系统效率优化的PHEV电量保持模式控制策略

为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）在电量保持下的燃油经济性,并解决插电式混合动力汽车在运行过程中动力元件效率对系统能量利用率影响的问题,制定了系统效率最优的控制策略。以PHEV关键动力部件的测试数据为基础,建立发动机、驱动电机、无级变速器（CVT）以及动力电池等关键部件的效率数值模型,并考虑了温度及荷电状态（SOC）对动力电池充放电功率的影响。设计以混合动力系统效率最优为适应度评价函数,将CVT速比、发动机转矩作为优化变量,以车速、加速度和SOC为状态变量,在动力性指标的约束下,运用遗传算法进行迭代寻优,PHEV的系统效率在第20代左右收敛于全局最优值。同时发动机转矩和CVT速比通过多代遗传进化,较快收敛于最佳值。将相关优化结果与车速、加速度拟合成相应的三维控制数表,综合数值建模和试验测试数据建模的方法,基于MATLAB/Simulink搭建插电式混合动力汽车整车控制策略仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行仿真验证。结果表明：插电式混合动力汽车在电量保持模式下,利用遗传算法优化的系统效率最优控制策略相比优化前,动力电池SOC运行更为平稳,CVT效率有所提升,驱动电机及发动机转矩分配更为合理;百公里燃油消耗量从优化前的5.2 L降至4.5 L,燃油经济性提升了13.5%。     

基于路面影响因子的轮毂电机驱动车辆自适应转矩控制

为实现轮毂电机驱动越野车辆在附着条件多变、路面起伏不定的复杂环境中动力性和稳定性的多目标优化,提出一种基于路面影响因子的自适应转矩控制策略。以滚动阻力差异、空气阻力归一化比例、坡度阻力归一化比例、路面附着差异方差以及最小路面附着系数5个特征参数作为输入,并基于模糊理论方法搭建路面影响因子五参数辨识模型。基于辨识出的路面影响因子,开发整车动力性和稳定性多目标优化自适应转矩控制策略,构建了三层式控制架构：顶层引入路面影响因子对加速度紧迫程度进行判定,采用模型预测控制算法得到期望总驱动力;中层为目标决策层,以最优滑转率为目标决策驱动防滑力矩,并基于路面行驶阻力,决策期望前馈补偿力矩;下层为转矩分配层,以需求总驱动力及轮胎利用率作为控制目标,引入路面影响因子优化两者权重系数,以多约束条件的混合优化算法对转矩进行自适应控制。利用Matlab/Simulink-CarSim联合仿真平台进行仿真,基于实车进行验证。结果表明,在低附着路面,在0.2 s内快速完成滑转率抑制;在对开路面,侧向位移接近0;在大扭曲路面,避免腾空车轮出现大滑转率,滑转率最高0.2。     

CVT ratio control with consideration of CVT system loss

A modified CVT ratio map is proposed to obtain the improved fuel economy for a metal belt CVT. Since the CVT system loss, which occupies most of the drivetrain loss, depends on the engine speed, input torque, primary and secondary actuator pressure, a modified CVT ratio map is produced to realize the highest engine-CVT overall efficiency through the consideration of CVT system loss. The modified CVT ratio map is constructed with respect to the demanded vehicle power and present vehicle speed based on the steady state CVT system loss. Using the modified CVT ratio map, performance simulations are carried out using the dynamic models of the CVT powertrain. The simulation results indicate that the modified CVT ratio control provides improved engine-CVT overall system efficiency, and improves the fuel economy of the federal urban driving schedule by 4.9 percent.     

无级变速传动系统综合控制仿真与试验

基于无级变速传动系统动力学仿真模型与自适应模糊控制策略,综合考虑后备功率、动力传动系损失和CVT速比变化响应滞后的影响,提出了τ算法、发动机转矩补偿和发动机转速补偿3种控制方法,并分别对采用这3种控制方法时的动力性与燃油经济性进行仿真分析.结果表明,相对于常规控制,采用这3种综合控制方法后动力性基本保持不变,而经济性则分别提高了约2.9%-3.5%.     

Model-Based Integrated Control of Engine and CVT to Minimize Fuel Use

In this study, a model-based integrated control method for engines and continuous variable transmissions (CVTs) is developed. CVT refers to a type of transmission which allows an engine to be operated independently with respect to the vehicle speed, with the engine torque and CVT gear ratio controlled in an integrated manner. In the proposed integrated control scheme, engine operating points which minimize the rate of instantaneous fuel consumption are calculated, and the engine target torque and target gear ratio are determined in an integrated manner based on the results of the calculations. Unlike the previous map-based control method, the method introduced in this study does not require an engine torque map or a CVT ratio map for tuning, and the engine torque and CVT ratio are controlled to minimize the amount of fuel used while satisfying the level of acceleration demand from the driver. The control scheme is based on the powertrain model, and the CVT response lag and transmission loss are also considered in the integrated control processes. The algorithm is simulated with various driving cycles, with the simulation results showing that the fuel economy performance of the vehicle system is improved with the newly suggested engine-CVT integrated control algorithm.     

Coordinated vehicle traction control based on engine torque and brake pressure under complicated road conditions

Vehicle traction control system has been developed to enhance the traction capability and the direction stability of the driving wheels through the tyre slip ratio regulation. Under normal situations, if the tyre slip ratio exceeds a certain threshold, the slip ratio of the driving wheel is regulated by the coupled interaction of the engine torque and the active brake pressure. In order to obtain the best driving performance on a road under complicated friction conditions, the driving torque and the active brake pressure, need to be decoupled and adjusted to avoid penalisation of each other. In this paper, a coordinated cascade control method with two sliding-mode variable structure controllers is presented. In this control method, the driving wheel slip ratio is regulated by adjusting the engine torque and the wheel brake pressure. Through the sliding-mode controller, the engine torque is tuned to achieve the maximum driving acceleration and then the active brake pressure is applied to the slipped wheel for further modification of the wheel slip ratio. The advantage of this control method is that through proper regulation, the conflict between the two control inputs could be avoided. Finally, the simulation results validate the effectiveness of the proposed method.     

压力钢带式无级变速器技术降低油耗的潜能分析(一)

为降低压力钢带式无级变速(CVT)车型的燃油消耗,将研究重点放在对其内部不同损耗源的分析上,并认为最有可能降低损耗的部分是压力钢带式CVT的变速机构、液压驱动回路及其控制策略。根据研究结果指出,通过采取诸如滑移控制、改进的液压回路、分离离合器或启动-停止控制等措施,压力钢带式CVT仍具有较大的降低油耗的潜力;今后的工作应着重于扩大CVT滑移控制的工作区域及将此功能应用于生产实际中。。     

Improvement of loading cam performance in a toroidal CVT

This paper describes a new loading cam that always applies the optimum loading force to the variator used in a toroidal continuously variable transmission (CVT). The hysteresis of the loading force is shown to be caused by the spinning loss of the cylindrical cam roller of the conventional loading cam. This hysteresis is greatly reduced in the new loading cam by using a tapered cam roller that is free of spinning loss. Reducing the hysteresis lowers the average loading force, enabling the new loading cam to improve the torque capacity of a CYT.     

并联式混合动力汽车模式切换控制策略研究

并联式混合动力汽车模式切换时离合器会介入传动系统，容易引起较明显的冲击感，是影响整车驾驶舒适性的主要因素。为此，提出了基于离合器双模糊和电机转矩协调的模式切换控制策略。首先建立混合动力汽车模式切换过程的动力学模型，以减小离合器滑磨功为目标，对模式切换时的离合器接合过程进行划分；其次，结合混合动力汽车模式切换的基本要求和驾驶意图，制定离合器双模糊控制策略，分别对滑摩阶段的接合时长和转矩同步阶段的压力变化率进行控制；然后以离合器滑磨功和整车冲击度为优化目标，采用二次型最优控制算法对滑摩阶段的接合压力进行优化，从而获取模式切换过程中离合器的最优接合压力轨迹；在此基础上，通过实时计算离合器传递转矩，根据电机转矩响应快的特点，制定电机转矩协调控制策略；最后，基于某混合动力试验样车，在底盘测功机上分别进行缓加速、中等加速和急加速下的模式切换试验，对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明：该策略能较好地反映驾驶人驾驶意图，保证离合器的使用寿命，所产生的整车冲击度均处于合理范围之内，改善了整车模式切换过程中的驾驶舒适性。