全电调节无级变速器与发动机的动力学匹配方法及综合控制研究

Continuously variable transmissions（CVT）are under investigation worldwide for their potential advantages, such as continuous speed ratio and uninterrupted power transmission. Up to now, hydraulic electronic control was used by reported CVT. In order to make transmission efficiency higher, a novel CVT with electronic control and motor as actuator (EM-CVT)will be proposed and studied in this project. The major technological problem of the EM-CVT will be studied based on theoretical analysis and simulation research. First, special attention will be paid on how to create and optimize the CVT speed ratio and clamping force adjustment system. Second, the integrated multidisciplinary simulation model between CVT and engine will be created based on optimization theory. Third, the control method and strategy of the coordinated control will be proposed based on the integrated control theory. In the project, there will be innovations on the design of EM-CVT ,the simulation/control/match evaluation method between CVT and engine.

金属带式无级变速器是近年来发展快速的一种车用变速器，具有速比连续变化和保持动力传递不间断等特点。国内外现有研究的金属带式无级变速器普遍采用液压电子控制调节方式，本课题从不同的研究思路出发，提出并研究一类采用电机作为执行器且电子控制的全电调节金属带式无级传动方案。针对该型带式无级变速器在基础研究中急需解决的传动系统优化设计以及与发动机匹配优化建模与综合控制等关键技术问题，开展理论分析、数值计算与实验研究。根据全电调节无级变速器的特性，进行无级变速器速比及夹紧力调节形式的结构创新和优化。分析无级变速器与发动机匹配对汽车性能的影响，基于优化理论，建立无级变速器与发动机相集成的多学科交叉仿真模型。基于综合控制理论，建立能够保证汽车实时性能最优的无级变速器与发动机协调控制方法及控制策略。项目在全电调节金属带式无级变速器的技术路线、无级变速器与发动机匹配评价方法、建模与控制方法等方面有创新。

本项目以采用电机作为执行器且电子控制的全电调节带式无级传动装置为研究对象，针对该型带式无级变速传动装置系统优化设计以及与发动机匹配优化建模与综合控制等关键技术问题，开展理论分析、数值计算与实验研究，得到了影响速比控制的因素，设计了提高速比控制精度的方法，验证了该型传动方案传动机理的可行性。项目的实施，共发表论文8篇，录用待刊论文2篇，其中已经被SCI/EI检索5篇；授权发明专利5项，另有2项发明专利已进入实质审查阶段。在全电调节无级变速传动装置结构优化、速比控制、整车匹配和动力学建模仿真等方面均形成了一定的研究成果，具体如下：.1、基于全电调节思想，对单电机调节无级变速传动方案（SM-CVT）进行了设计；以体积最小为目标，运用遗传算法对该方案进行了优化设计和工程设计，并最终完成了原理样机的研制。.2、针对SM-CVT的速比控制问题，以速比执行电机转角和无级变速器速比的运动学关系以及速比调节的动力学建模为基础，设计了基于PSO优化Fuzzy-PID的控制器，在模糊PID速比控制器模型基础上，引入粒子群优化算法优化模糊PID控制器中的因子，实现速比控制系统的优化。仿真结果表明：采用粒子群优化模糊PID控制系统，可以提高系统的控制精度，改善速比跟踪性能。针对速比执行机构的执行器开展研究，开展采用一种可同时实现旋转和直线运动的电磁执行器代替普通直流电机的可行性研究。.3、研究了SM-CVT与发动机的匹配，对选定发动机性能进行了台架实验，以实验数据为基础，建立了发动机模型，结合SM-CVT速比控制模型，搭建了整车动力学模型，仿真结果表明，SM-CVT能够提高整车的经济性能。.4、SM-CVT性能的实验研究。针对SM-CVT性能测试要求，研制了SM-CVT的性能实验台架，从SM-CVT稳态特性和速比控制特性两个主要方面进行了测试，实验结果验证了SM-CVT传动机理的可行性，为后续SM-CVT的研发提供了理论依据。.5、为了克服SM-CVT传动功率相对较小的不足，提出了一种双带式SM-CVT的新型传动方案，可根据负载大小自动调节单带工作还是双带一起工作，可有效提升传动效率和传动功率。