吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1951-1958.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180717

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基于耦合特性的机电控制无级变速器速比控制

刘俊龙(),孙冬野(),刘小军,尤勇   

  1. 重庆大学 机械传动国家重点实验室, 重庆 400044
  • 收稿日期:2018-07-06 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 孙冬野 E-mail:liujunlong12388@126.com;dysun@cqu.edu.cn
  • 作者简介:刘俊龙(1988-),男,博士研究生.研究方向:车辆动力传动与控制.E-mail:liujunlong12388@126.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51375505);国家重点研发计划项目(2016YFB0101402)

Speed ratio control of electro⁃mechanical continuously variable transmission based on coupling characteristic

Jun-long LIU(),Dong-ye SUN(),Xiao-jun LIU,Yong YOU   

  1. State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400044,China
  • Received:2018-07-06 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Dong-ye SUN E-mail:liujunlong12388@126.com;dysun@cqu.edu.cn

摘要:

对一种夹紧力可调的机电控制无级变速器(CVT)的结构和工作原理进行了详细的分析,说明了其速比和从动带轮夹紧力之间的耦合关系,建立了机电控制CVT电控电动执行机构的模型,制定了基于耦合特性的机电控制CVT速比控制策略。利用所建立的基于MATLAB/Simulink的机电控制CVT传动系统仿真模型,仿真对比了常规控制与基于耦合特性控制的控制效果,仿真结果表明:基于耦合特性的控制策略在速比增大时响应时间减少约14%;同时尽管机电控制CVT消耗的能量增加,但是汽车的动力性有所提高。

关键词: 流体传动与控制, 机电控制无级变速器, 耦合特性, 速比控制, 夹紧力控制

Abstract:

The structure and operating principle of the electro-mechanical continuously variable transmission (EMCVT) is analyzed. The coupling relation between the speed ratio and the driven pulley clamping force was illustrated and the model of the EMCVT actuator was developed. The speed ratio control strategy of the EMCVT was developed based on the coupling characteristic between the speed ratio and driven pulley clamping force. The control effect of this ratio control strategy was compared with that of conventional strategy using a simulation model of the EMCVT in MATLAB/Simulink. The results indicates that the response time of speed ratio is reduced by 14% when the speed ratio increases; and although the energy consumed by the EMCVT is increased, the vehicle dynamic performance is improved.

Key words: fluid transmission and control, electro-mechanical continuously variable transmission, coupling characteristic, speed ratio control, clamping force control

中图分类号: 

  • TH137

图1

机电控制CVT结构简图"

图2

主动带轮夹紧力碟形弹簧弹力"

图3

CVT控制流程图"

表1

整车参数和机电控制CVT参数"

整车 EMCVT
参数 参数 参数 参数
整车质量/kg 1180 带轮锥角的一半 11°
车轮半径/m 0.274 速比变化范围 0.5~2.5

风阻系数

迎风面积/m2

0.32

2.19

主从动轴间距/mm

金属带长度/mm

140

594

滚动阻力系数

主减速比

0.018

5.9

图4

节气门开度变化图"

图5

速比响应图"

图6

从动带轮夹紧力"

图7

机电控制CVT执行机构消耗的能量"

图8

车速曲线"

1 Fujii T , Kurokawa T , Kanehara S . A study of a metal pushing v-Belt type CVT-part:relation between transmitted torque and pulley thrust[C]∥SAE Paper, 930667.
2 杨阳, 秦大同, 杨亚联, 等 . 车辆CVT液压系统功率匹配控制与仿真[J]. 中国机械工程, 2006, 17(4): 426-431.
2 Yang Yang , Qin Da-tong , Yang Ya-lian , et al . Power matching control and simulation on hydraulic system of CVT[J]. China Mechanical Engineering, 2006, 17(4): 426-431.
3 Yang Xin-hua , Cheng Nai-shi , Li Zhao-hui . Electro-Mechanical control devices for continuously variable transmissions[C]∥SAE Paper, 2008-01-1687.
4 Liu Jun-long , Sun Dong-ye , Ye Ming , et al . Study on the transmission efficiency of electro-mechanical continuously variable transmission with adjustable clamping force[J]. Mechanism and Machine Theory, 2018, 126: 468-478.
5 Supriyo B , Tawi K B , Jamaluddin H . Experimental study of an electro-mechanical CVT ratio controller[J]. International Journal of Automotive Technology, 2013, 14(2): 313-323.
6 秦大同,林毓培,胡建军,等 . 基于无级变速器速比控制的插电式混合动力汽车再生制动控制策略[J]. 吉林大学学报:工学版, 2018, 48(2): 380-386.
6 Qin Da-tong , Lin Yu-pei , Hu Jian-jun , et al . Regenerative braking control strategy of plug-in hybrid electric vehicle based on speed ratio control continuously variable transmission[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2018, 48(2): 380-386.
7 张树培, 张友坤, 卢延辉 . 金属带式无级变速器耦合现象及影响因素研究[J]. 机械传动, 2014, 38(2): 30-34.
7 Zhang Shu-pei , Zhang You-kun , Lu Yan-hui . Research of the coupling phenomenon and influencing factor of the push v-belt CVT[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2014, 38(2): 30-34.
8 张树培 . 金属带式无级变速器耦合问题研究[D]. 长春:吉林大学汽车工程学院, 2011.
8 Zhang Shu-pei . The research on coupling of push v-belt continuously variable transmission[D]. Changchun:College of Automotive Engineering, Jilin University, 2011.
9 郝允志, 孙冬野, 秦大同, 等 . 基于主动耦合干预的无级变速器速比控制[J]. 中国机械工程, 2012, 23(3): 315-319.
9 Hao Yun-zhi , Sun Dong-ye , Qin Da-tong , et al . Speed ratio control of continuously variable transmission based on active coupling control strategy[J]. China Mechanical Engineering, 2012, 23(3): 315-319.
10 郝允志, 孙冬野, 周黔, 等 . 考虑耦合特性的CVT协同控制算法研究[J]. 汽车工程, 2016, 38(11): 1376-1381.
10 Hao Yun-zhi , Sun Dong-ye , Zhou Qian , et al . A study on CVT cooperative control algorithm with consideration of coupling characteristics[J]. Automotive Engineering, 2016, 38(11): 1376-1381.
11 薛殿伦, 张友坤, 郑联珠, 等 . 金属带式无级变速器的速比控制[J]. 农业机械学报, 2003, 34(3): 8-11.
11 Xue Dian-lun , Zhang You-kun , Zheng Lian-zhu , et al . Speed ratio control of metal v-belt type CVT[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2003, 34(3): 8-11.
12 王立公, 王红岩, 秦大同, 等 . 金属带式无级变速器速比控制的试验研究[J]. 汽车工程, 2003, 25(6): 569-573.
12 Wang Li-gong , Wang Hong-yan , Qin Da-tong , et al . An experimental study on speed ratio control of metal v-belt type CVT[J]. Automotive Engineering, 2003, 25(6): 569-573.
13 马士泽, 雷雨成 . 金属带式无级变速器速比控制研究[J]. 同济大学学报:自然科学版, 2003, 31(2): 209-211.
13 Ma Shi-ze , Lei Yu-cheng . Research on ratio control of metal pushing v-belt CVT[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2003, 31(2): 209-211.
14 叶明, 李鑫, 罗勇 . 机电控制CVT夹紧力可变机构性能分析[J]. 中国机械工程, 2015, 26(3): 398-402,413.
14 Ye Ming , Li Xin , Luo Yong . Performance analysis of variable clamping force actuator for EMCVT[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26(3): 398-402,413.
15 张兰春, 柴华伟, 杭卫星, 等 . 全电调节无级变速器理论分析及速比控制研究[J]. 电机与控制应用, 2015, 42(4): 6-10.
15 Zhang Lan-chun , Chai Hua-wei , Hang Wei-xing , et al . Theoretical analysis and speed ratio control study of an electrical continuously variable transmission pulley actuation system[J]. Electric Machines & Control Application, 2015, 42(4): 6-10.
16 蒋强, 柳洪义, 杨新桦, 等 . 基于改进PID算法的EM-CVT速比控制研究[J]. 机械传动, 2012, 36(5): 14-17.
16 Jiang Qiang , Liu Hong-yi , Yang Xin-hua , et al . Research on the speed ratio control for the EM-CVT based on the improved PID algorithm[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2012, 36(5): 14-17.
17 Zhang L , Liu S , Shen H , et al . Study on Fuzzy-PID control for SM-CVT speed ratio based on PSO algorithm[J]. Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering, 2017, 17(3): 431-442.
18 Ye M , Liu Y G , Cheng Y . Modeling and ratio control of an electromechanical continuously variable transmission[J]. International Journal of Automotive Technology, 2016, 17(2): 225-235.
19 安颖 . 金属带式无级变速器传动特性及其综合控制技术研究[D].长春:吉林大学汽车工程学院, 2012.
19 An Ying . Research on transmission characteristic and comprehensive control technology of metal v-belt type CVT[D]. Changchun: College of Automotive Engineering, Jilin University, 2012.
20 叶明, 程越 . 电驱动无级自动变速传动动态控制研究[J]. 机械传动, 2011, 35(2): 9-12.
20 Ye Ming , Cheng Yue . Study on dynamic control of continuously variable transmission driven by DC motor[J]. Journal of Automotive Technology, 2011, 35(2): 9-12.
21 Narita K , Priest M . Metal-metal friction characteristics and the transmission efficiency of a metal V-belt-type continuously variable transmission[J]. Journal of Engineering Tribology, 2007, 221(1): 11-26.
[1] 魏巍,刘旭,韩雪永,闫清东. 液力缓速器全充液工况下本征正交基对流场重构精度的影响规律[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1959-1968.
[2] 卢秀泉,胡春玉,柴亚龙,马文星,张剑楠. 大功率液力偶合器调速工况瞬态流场特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1539-1546.
[3] 王晓晶,刘美珍,陈帅,李嵩. 仿真转台用连续回转电液伺服马达预测滑模控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1547-1557.
[4] 闻德生,隋广东,田山恒,王少朋,冯佩坤,刘小雪. 内外啮合齿轮马达泄漏与容积效率分析及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(4): 1186-1193.
[5] 刘建芳, 王记波, 刘国君, 李新波, 梁实海, 杨志刚. 基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1500-1507.
[6] 姜继海, 葛泽华, 杨晨, 梁海健. 基于微分器的直驱电液伺服系统离散滑模控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1492-1499.
[7] 刘祥勇, 李万莉. 包含蓄能器的电液比例控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1072-1084.
[8] 刘国君, 马祥, 杨志刚, 王聪慧, 吴越, 王腾飞. 集成式三相流脉动微混合芯片[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1063-1071.
[9] 秦大同, 林毓培, 胡建军, 郭子涵. 基于无级变速器速比控制的插电式混合动力汽车再生制动控制策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 380-386.
[10] 王佳怡, 刘昕晖, 王昕, 齐海波, 孙晓宇, 王丽. 数字二次元件变量冲击机理及其抑制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1775-1781.
[11] 闻德生, 王京, 高俊峰, 周聪. 双定子单作用叶片泵闭死容腔的压力特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1094-1101.
[12] 刘国君, 张炎炎, 杨旭豪, 李新波, 刘建芳, 杨志刚. 声表面波技术在金纳米粒子可控制备中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1102-1108.
[13] 王丽, 刘昕晖, 王昕, 陈晋市, 梁燚杰. 装载机数字液压传动系统换挡策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(3): 819-826.
[14] 李慎龙, 刘树成, 邢庆坤, 张静, 赖宇阳. 基于LBM-LES模拟的离合器摩擦副流致运动效应[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 490-497.
[15] 闻德生, 陈帆, 甄新帅, 周聪, 王京, 商旭东. 双定子泵和马达在压力控制回路中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 504-509.
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  Shared   
  Discussed   
[1] 杜丽洁,赵晓晖,罗思维 . OFDM系统中一种改进的基于循环前缀的同步迭代算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 177 -181 .
[2] 曲昭伟,刘诗序,王殿海,魏巍 . 模拟电路的信号交叉口交通流模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(增刊): 49 -0052 .
[3] 李 杰,阎楚良,孙维连,岳书范. 基于PLC控制的大型金相试样切割机的研制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(01): 56 -0060 .
[4] 金广君,曲国辉,杨章贤 . 基于综合集成的数字城市规划研讨厅[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 981 -984 .
[5] 周剑峰,杨兆升. GIS在城市交通共用信息平台中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(02): 183 -0186 .
[6] 王卫锋,颜全胜,李立军,徐金勇 . 大跨度斜拉桥侧风非线性分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 786 -789 .
[7] 陈宗海,方伟,陈会勇,王智灵 . 基于分布匹配的主动轮廓模型及其图像分割算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(06): 1441 -1446 .
[8] 赵淑芝,朱永刚,赵贝. 基于环保约束的城市小汽车容量预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(增刊2): 191 -0193 .
[9] 张大庆;何清华;郝鹏;陈欠根 . 液压挖掘机铲斗轨迹跟踪的鲁棒控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 934 -938 .
[10] 王蔓,李泽成,白瑞祥 . 复合材料格栅加筋板的分层扩展特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 229 -233 .