无级变速器高速开关阀液压系统设计与控制分析
摘要
车用无级变速器(Continuously Variable Transmission, CVT)可以使汽车发动机的使用功率特性尽可能的接近理想发动机的功率特性,从而达到燃油经济,低排放的目的,是未来轿车发展的主要方向。电控式金属带无级变速器(Electronic Continuously Variable Transmission, ECVT)为现在应用最广泛的CVT。
随着现代工业自动化的影响,液压技术与计算机技术、电子技术的结合已成为必然趋势。这就促进了数字液压技术的产生与发展。高速开关阀是一种新型的液压元件,具有结构简单、价格低廉、对污染不敏感等优点。而且,不需D/A转换接口便可以实现与计算机技术的结合。高速开关阀的这些特点,为其在工业领域的广泛应用提供了可能。
本文阐述了汽车无级变速器的概况,并详细阐述了CVT 160C的结构及原理,尤其是液压部分的组成及原理。在前人研究的基础上,通过现场研究与部分试验,在对CVTGL160C结构熟悉了解的基础上,作者设计了CVT PWM控制高速开关阀液压系统,采用了模糊自整定PID控制策略,并对其建模仿真分析。
仿真结果表明,系统响应迅速,控制稳定、精确。和液压比例系统的仿真结果对比表明,高速开关阀液压控制系统及其模糊自整定PID的采用是优越的。
Matching the usage power characteristic of engine with its ideal characteristic as soon as possible, The advanced technology of Continuously Variable Transmission (CVT), guarantee the low oil consumption and low exhaust emission, is the main develop orientation of automobile. Electronic Continuously Variable Transmission (ECVT) is the improved type of CVT which most broadly used now.
With the development of the industrial automation, a combination of Hydraulic technology, computer technology and electronic technology has been an inevitable trend. So it caused the appearance and development of the digital hydraulic technology. High speed on/off valve (HSV) is a kind of new valve, Simple structure, low cost, non-sensitive to contamination and no need for D/A converter with the computer make it possible for widely used in the industrial.
This paper introduced the CVT's profile and the structure and principles of CVT GL160C, especially the composition and theory of the hydraulic sysyem. Based on the previous research and six months'tests in the factory, the author designed PWM control hydraulic system, modeled and simulated the system with Fuzzy-PID control method.
The simulation showed that the system's response is rapid, the control is stable and precision. Contrasting with the simulation results of the proportional hydraulic system shows that the high-speed on/off valve hydraulic control system and the fuzzy-PID control method is superior.
随着现代工业自动化的影响,液压技术与计算机技术、电子技术的结合已成为必然趋势。这就促进了数字液压技术的产生与发展。高速开关阀是一种新型的液压元件,具有结构简单、价格低廉、对污染不敏感等优点。而且,不需D/A转换接口便可以实现与计算机技术的结合。高速开关阀的这些特点,为其在工业领域的广泛应用提供了可能。
本文阐述了汽车无级变速器的概况,并详细阐述了CVT 160C的结构及原理,尤其是液压部分的组成及原理。在前人研究的基础上,通过现场研究与部分试验,在对CVTGL160C结构熟悉了解的基础上,作者设计了CVT PWM控制高速开关阀液压系统,采用了模糊自整定PID控制策略,并对其建模仿真分析。
仿真结果表明,系统响应迅速,控制稳定、精确。和液压比例系统的仿真结果对比表明,高速开关阀液压控制系统及其模糊自整定PID的采用是优越的。
Matching the usage power characteristic of engine with its ideal characteristic as soon as possible, The advanced technology of Continuously Variable Transmission (CVT), guarantee the low oil consumption and low exhaust emission, is the main develop orientation of automobile. Electronic Continuously Variable Transmission (ECVT) is the improved type of CVT which most broadly used now.
With the development of the industrial automation, a combination of Hydraulic technology, computer technology and electronic technology has been an inevitable trend. So it caused the appearance and development of the digital hydraulic technology. High speed on/off valve (HSV) is a kind of new valve, Simple structure, low cost, non-sensitive to contamination and no need for D/A converter with the computer make it possible for widely used in the industrial.
This paper introduced the CVT's profile and the structure and principles of CVT GL160C, especially the composition and theory of the hydraulic sysyem. Based on the previous research and six months'tests in the factory, the author designed PWM control hydraulic system, modeled and simulated the system with Fuzzy-PID control method.
The simulation showed that the system's response is rapid, the control is stable and precision. Contrasting with the simulation results of the proportional hydraulic system shows that the high-speed on/off valve hydraulic control system and the fuzzy-PID control method is superior.
引文
1.栾琪文,于京诺.最新汽车无级变速器结构原理与维修[M],沈阳：辽宁科学技术出版社,2007
2.刘春荣,宋锦春,张志伟.液压传动[M],北京：冶金工业出版,1999
3.宋锦春等.汽车金属带式无级变速器液压控制原理及数学模型[J],东北大学学报,1999,3：113-115
4.程乃士等.汽车金属带式无级变速器[M],北京：机械工业出版社,2008
5.周云山,裘熙定,王红岩.无级变速传动控制系统的数学模型[J],中国机械工程,1998,19(3)： 71-73
6.王红岩等,金属带式无机变速器系统动态特性分析及仿真[J],汽车工程,1998
7.杨亚联,秦大同,谢勇.汽车无级变速器类型及基本原理[J],汽车技术,1997,3：46-49
8.张业建.数字式电液伺服系统控制策略和通信技术研究[D],哈尔滨：哈尔滨工业大学,1998
9.张冬平.无级变速器电液比例系统神经网络控制与结构设计[D],沈阳：东北大学,2007
10.李福义.液压技术与液压伺服系统[M],哈乐滨工程大学出版社,1992,68-154
11.王春行.液压控制系统[M],北京：机械工业出版社,2004
12.刘长年.液压伺服系统优化设计理论[M],北京：冶金工业出版社,1989,28-163
13.路甬祥,胡大宏.电液比例控制技术[M],北京：机械工业出版社,1987
14.董景新等.控制工程基础[M],北京：清华大学出版社,2003
15.薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M],北京：清华大学出版社,2002
16.飞思科技产品研发中心.MATLAB7辅助控制系统设计与仿真[M],北京：电子工业出版社,2005
17.刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M],北京：电子工业出版社,2004
18.李国勇.智能控制及其MATLAB实现[M],北京：电子工业出版社,2005
19.杨纶标,高英仪.模糊数学原理及应用[M],广州：华南理工大学出版社,2005
20.施光林等.高速电磁开关阀的研究与应用[J],机床与液压,2001,2：7-9
21.李玉贵,杨晓明,高学杰,PWM高速开关阀静特性研究[J],太原重型机械学院学报,2003,23(1)：68～71
东北大学硕士学位论文 参考文献
22.杨襄蹙,李光,刘忠.高速开关阀的电液控制系统的研究[J],凿岩机械气动工具,2001(3)：43-45
23.林锐.高速开关阀的研究及数字仿真[D],武汉：武汉理工大学,2005
24.刘国荣.模糊自适应PID控制器[J],控制与决策,1995,10:558-562
25.陆豪,曾思等.基于PWM的高速开关阀式电液伺服系统的非线性时域仿真研究[J],机床与液压,2002,3:10-12
26.刘少军,黄中华等.一个高速开关阀液压系统的模糊控制研究[J],机床与液压,2003,1：73-75
27.王茁,孙立宁等.基于PWM高速开关阀控制的穿地龙机器人液压驱动系统的研究[J],液压与气动,2005,5：4-7
28.张忠祥,刘志珍.高速开关阀的模型分析及控制方法研究[J],电力应用,2007,26:88-90
29.刘光明,曹清华等.数液比例控制系统仿真研究[J],机床与液压,2006,12：207-211
30.郭秀芳.高速开关电磁阀在位置伺服控制系统中的应用[J],液压气动与密封,2004,3:17-18
31.张志义,孙蓓,黄元峰.高速开关阀位置控制方法[J],机床与液压,2005,5：126-128
32.蒋彬,蔡长青.液压调速系统的脉宽调制控制[J],液压与气动,2002,9：43-45
33.李玉贵,杨晓明等.高速开关阀在高速带钢纠偏系统中的应用[J],2000,2：11-14
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39.李艳.基于1/2车辆模型的主动悬架预见控制研究[D],长沙：中南工业大学,1997
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41.冯贵宁,蒋翔俊.单片机模糊PID自整定控制算法的实现及仿真[J],技术前沿,2007,5：59-62
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43.王国栋,阎祥安等.电液比例压力控制系统的灰色预测模糊控制[J],煤炭学报,2006,8：525-528
44.马俊功等.电液速度伺服系统的模糊PI控制[J],控制工程,2006,6：530-532
45.张晶,王滨琦等.基于MATLAB的转台模糊自适应控制器设计[J],应用科技,2007,10：43-46
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47.余兵等.模糊控制及其在液压伺服系统中的应用[J],液压与气动,2006,10：56-58
48.段慧达等.模糊自适应PID反馈补偿控制在轧钢控制系统中的应用[J],电气传动,2007,4： 41-43
49.肖奇军,李胜勇.模糊自整定PID控制器设计以及MATLAB仿真分析[J],计算机仿真,2005,9：242-244
50.潘永平等.液压伺服系统的模型参考自适应模糊控制方法[J],电气传动自动化,2007,2：5-7
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52.曹新等.大跨度龙门起重机的精确位置控制[J],机械与电子,2006(8)：17-19
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54. Toru Fujii, Takemasa Kurokawa and Shigeru Kanehare. A Study of a Metal Pushing V-Belt Type CVT-Part 1:Relation Between Transmitted Torque and Pulley Thrust [J], SAE, Tech.Paper Series 930666(1993):457-459
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56. Shigeru Kanehara, Toru Fujii and Takemasa Kurokawa. A Study on a Metal Pushing V-Belt TypeCVT--Part3:What Forces Act on Metal Blocks [J], SAE, Tech. Paper Series 940735 (1994):269-271
57. Takashi Kitagawa, Toru Fujii and Shigeru Kanehara. A Study on a Metal Pushing V-Belt Type CVT--Part 4:Forces Act on Metal Blocks when the Speed Ratio is Changing [J], SAE,Tech.Paper Series 950671(1995):365-367
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