驱动轴力矩估计器的设计

【摘要】车用变速箱一般包括：手动变速器（MT）、电控机械式自动变速器（AMT）、双离合器自动变速器（DCT）、液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）。机械式自动变速器以其特有的传动效率高和开发成本少等优点跻身于车用变速箱使用的前列。在控制程序上，AMT比DCT、AT和CVT更简单；在操作方法上，AMT比MT更容易；在传动效率上，AMT明显比AT和CVT效率更高。但是，AMT存在一个最大的缺点就是换挡过程动力中断，所以当前针对AMT的研究主要是保证换挡舒适性的同时缩短换挡时间。现代学者针对优化AMT换挡过程的问题，除了提出发动机主动转速控制优化方法之外，多数都需要通过设计驱动轴转矩估计器来实现。车辆开发主要以V-模式顺序进行，其中模型搭建是用于快速原型或硬件在环半实物仿真不可或缺的步骤。半实物仿真的前提是仿真模型足够精确，因此，仿真模型的有效性验证与参数调试就变得非常重要。验证后的模型可以作为控制器开发的仿真平台，也可以代替实际结构进行程序校验和参数优化。本文主要通过搭建某款搭载12挡AMT的重载卡车整车仿真平台，并且在模型有效性得到验证之后，在该平台上完成驱动半轴转矩估计器验证。转矩估计算法主要以输入-状态稳定（ISS）算法为主，另外设计一款线性卡尔曼滤波估计器作为对比。本文研究内容主要如下：1、以ISS理论为基础设计驱动半轴转矩估计器。设计驱动半轴的非线性降维转矩估计器，通过ISS理论在控制输入（发动机转矩和车辆行驶阻力矩）误差有界的情况下，保证半轴转矩误差有界，且满足估值误差不超过传递转矩最大值10%的要求。由于ISS估计器为非线性估计器，算法较复杂，因此，另外设计一款算法简单的线性卡尔曼滤波转矩估计器作对比。2、搭建搭载12挡AMT的重载卡车整车模型，包括发动机、离合器及其执行机构、变速箱及其执行机构以及车体。先做传动系台架实验，然后通过开环控制校验模型，结果显示模型各部分及其执行机构动态时间响应精度能达到80%以上，模型有效。3、在整车仿真平台上验证了ISS驱动半轴转矩估计器，采用可变增益的估计器完全能满足估计要求。对比验证了线性卡尔曼滤波转矩估计器，结果显示，在给定状态初值和初始误差协方差，并且系统误差、观测误差定义合适的条件下，滤波器滤波效果好，且滤波器稳定性好。但由于系统误差和观测误差一般很难准确给定，因此简单线性卡尔曼滤波器不如ISS转矩估计器实用。4、最后，利用设计好的ISS转矩估计器进行了换挡过程的离合器断开控制算法开发。结果表明适时断开离合器不仅能缩短换挡时间、减小车辆换挡冲击度，更能有效抑制传动系累积间隙撞击，减少噪音。
【作者】任丽娜；
【导师】高炳钊；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】转矩估计；电控机械式自动变速器；重载卡车；仿真；卡尔曼滤波；

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