机械电子式无级变速器仿真及其电控系统硬件设计研究

张磊

机械电子式无级变速器因电控单元控制速比连续的变化，不会出现换档时速比的跳跃，让乘客感到的只是汽车的平稳加速，有效降低了驾驶员的劳动强度。机械电子无级变速系统通过更精确的控制，保证发动机和变速器更好的配合，通过一系列监测系统的状态，并将系统当前的状态信息传给电子控制单，TCU根据获得的信息来识别驾驶员的意图，判断系统通过一系列的算法发出相应的控制指令，对系统的输出按一定的方式运行，通过控制液压阀，使CVT实现无级变速无级变速器。同时，该控制单元可自动诊断并产生相应的标准故障代码，通过提交故障信息，保障汽车行车安全和方便车辆检修。

一机械电子式无级变速器对汽车运行的影响

机械电子式无级变速器是提高汽车性能的理想装置，具有良好的经济性、动力性和驾驶平顺性，而且降低了排放和成本。CVT主要有：带式CVT、链式CVT及锥盘滚轮式CVT等。金属带式是由行星齿轮机构、起步装置、V形带轮与金属带、减速机构构成；行星齿轮机构可以实现CVT的倒挡行驶，多片湿式离合器结构热负荷能力低，坡道起步性能好，驾驶容易方便，可以阻隔发动机引起的部分振动和冲击，提供速比变化范围一般为1.0～2.0，运用主、从动带轮可动锥盘的轴向运动，改变了传动半径，从而实现汽车的速比变化。

二硬件设计系统控制。

1、信号控制系统

1.1满足电子控制系统的功能要求。无级变速单元速比是发动机实现控制系统的设计目标的保证，电子控制系统用于信号分析处理并输出相应控制信号的控制单元的转换，变速器部件对收集的信号进行实时采集和处理，并将信息与存储于其中的控制规律进行比较，计算出目标控制量，并通过电路输出带动控制机构运动，从而实现变速器挡位的自动切换。霍尔齿轮传感器，用于发动机转速以及输出转速信号的采集；功率分流式，用于无级变速单元速比检测，利用无级变速的齿轮减速和螺旋丝杠机构进行调节，换挡执行电机的换挡机构对应变速器的不同挡位.依据控制简便的原则，选用直流电机作为动力源，通过螺旋丝杠来实现挡位的切换；磁粉离合器，首先需要控制磁粉离合器接合的初始输出转矩，通过控制磁粉离合器的励磁电流增长率实现。其次是磁粉离合器通过磁粉实现接合和分离，能够有效降低传动系统中的振动并防止系统过载，采用的控制策略和控制方法，保证接合过程中发动机运转稳定。

1.2信号设计。信号可以分为输入信号和输出信号，输入输出信号根据信号类型分为模拟信号和数字信号；数字信号又可分为开关信号和PWM信号。通过对信号分类后即可针对该类信号设计实现电路设计。采用“组合工况法”确定CVT的特殊工况，这使TCU控制能够适应汽车工作的特殊状况。

2、建立仿真模拟系统

2.1建立模仿曲线图。从仿真曲线均可看出，车辆实际速比和实际夹紧力均能有效的跟随各自的目标速比和目标夹紧力变化，且速比控制效果和夹紧力控制效果令人满意。使用原型仿真系统，可以对速比控制和夹紧力控制进行仿真试验，同时也可以能够对实际控制算法执行结果进行实时验证。利用优化控制算法，可以减少实际台架测试与整车标定的工作量，缩短无级变速器电子控制研发费用。硬件在仿真测试阶段为测试人员提供一个适应性强，界面友好的测试环境，通过在虚拟环境中对新的电控单元及软件进行大量测试，根据实际传感器发送的信号，利用其控制算法程序进行信号输出，将夹紧力控制信号和离合器控制信号形成了整个无级变速器电子控制单元的闭环，实时的硬件在环仿真系统实现了对新控制板的优化控制。最后系统采用模块化的设计，按其功能进行分类实现，采用Matlab/Simulink进行控制算法策略的开发，模块功能结构清晰，修改维护方便，有效的地提高了软件的开发效率和质量、缩短开发时间、降低开发成本，经过实车测试，使汽车的运行达到了理想的控制效果。

2.2仿真控制设计系统。CVT在我國发展迅速，也积累了丰富的使用和监测经验，制造厂通过对CVT的总体控制，进一步降低其油耗，减少有害气体排放，提高其动力性及舒适性。仿真控制系统是通过改进并向滑移控制技术，实现更优良的性能。在控制方法方面，将先进的模糊控制、网络控制、自适应控制等理论等应用于CVT离合器控制、速比控制和夹紧力控制中，进一步实现更为精确的控制。在发达国家，结合鲁棒模型匹配方法，建立并增强其抗干扰性能，通过设计模糊增益调度系统，应用液压伺服系统的控制器中，利用非线性补偿系统，进行仿真和装车试验。开发的汽车自适应模糊控制系统目的在于使CVT系统各方面性能最优化，从装车效果来看，将这些控制系统能够降低故障率，实现免维修、少维护。

（作者单位：哈尔滨地铁集团有限公司运营分公司）