自动膜片弹簧离合器接合转矩实时估计和最优控制研究

发布时间：2017-10-16 03:42

  本文关键词：自动膜片弹簧离合器接合转矩实时估计和最优控制研究

  更多相关文章： 自动膜片弹簧离合器 转矩估计 线性二次型最优控制 卡尔曼滤波

【摘要】：本文以应用于混合动力电动客车的自动膜片弹簧离合器系统为研究对象,针对同轴并联混合动力车离合器控制的特殊需求,提出并设计了自动膜片弹簧离合器接合转矩的实时估计算法和基于线性二次型理论的离合器转矩最优跟踪控制方法,为HEV自动离合器的转矩控制策略研究打下了基础。在HEV整车动力传动系统及自动离合器力学分析的基础上,建立了HEV自动离合器及动力传动系统的动力学模型。对机电式离合器执行机构进行了机理分析,建立了离合器执行机构的数学模型。在考虑离合器从动盘总成轴向弹性特性、盖总成载荷特性与分离特性以及摩擦系数经验公式的基础上,建立了以分离轴承行程为输入,以离合器传递转矩为输出的离合器转矩特性计算模型,并进行了台架试验验证。以离合器主动端、从动端动力学方程为基础,以相邻时刻的发动机(或电机)转速和离合器传递转矩为状态向量,设计了用于离合器转矩估计的状态空间模型,提出了基于卡尔曼滤波技术的离合器传递转矩估计算法,在MATLAB/Simulink软件下编程实现。对HEV起步和模式切换下的离合器传递转矩进行了估计,并与离合器转矩仿真计算值进行了比较。误差分析表明,所提出的离合器转矩估计方法可行、有效。在离合器执行机构和转矩操纵特性分析的基础上,提出了离合器行程-转矩特性的分段线性化方法,以离合器传递转矩和执行机构参数为状态向量,建立了系统状态空间模型,提出了结合卡尔曼滤波和线性二次型最优控制的离合器转矩控制方法,设计了离合器传递转矩的线性二次型控制器。研究了二次型性能指标函数加权矩阵对离合器转矩控制的影响。采用遗传算法对加权矩阵进行了优化。在自动离合器数学建模、离合器转矩估计和线性二次型最优控制算法的基础上,开发了基于Matlab/Simulink环境的HEV自动离合器仿真平台。对HEV发动机启动车辆起步和纯电驱动/发动机驱动模式切换过程进行了仿真研究。分别采用试凑法和遗传算法优化的最优反馈增益矩阵进行仿真,将离合器传递转矩的控制仿真值和期望值进行了比较,分析了二者的误差特性。结果表明,所设计的基于卡尔曼滤波实时转矩估计和线性二次型最优控制的离合器传递转矩控制方法是可行的,经过遗传算法优化的最优反馈增益,能够更准确地跟踪离合器设定目标转矩,进一步提高了控制性能。
【关键词】：自动膜片弹簧离合器 转矩估计 线性二次型最优控制 卡尔曼滤波
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7;U463.211
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景和意义11-12
• 1.2 自动膜片弹簧离合器的发展现状12-15
• 1.3 自动膜片弹簧离合器控制国内外研究现状15-17
• 1.3.1 自动膜片弹簧离合器转矩特性建模与估计研究现状15-16
• 1.3.2 自动膜片弹簧离合器控制研究现状16-17
• 1.4 基于卡尔曼滤波的汽车参数估计研究现状17-19
• 1.5 最优控制理论在离合器上的应用19
• 1.6 本文研究框架和主要内容19-21
• 2 车辆动力传动系统与自动离合器建模21-45
• 2.1 车辆动力传动系统建模21-25
• 2.2 离合器转矩操纵特性建模25-39
• 2.2.1 膜片弹簧离合器结构与工作原理25-28
• 2.2.2 膜片弹簧载荷变形特性计算模型28-29
• 2.2.3 膜片弹簧离合器压紧力操纵模型29-34
• 2.2.4 膜片弹簧离合器传递转矩计算模型34-39
• 2.3 自动膜片弹簧离合器状态逻辑判断模型39-41
• 2.4 离合器执行器特性分析与建模41-43
• 2.4.1 永磁直流电机数学建模41-43
• 2.4.2 离合器执行器减速机构与丝杆机构建模43
• 2.5 本章小结43-45
• 3 基于卡尔曼滤波的离合器转矩实时估计45-63
• 3.1 离散系统经典卡尔曼滤波算法结构及流程45-48
• 3.2 离合器转矩估计的卡尔曼滤波算法48-54
• 3.3 车辆模式切换过程离合器转矩实时估计仿真54-57
• 3.4 车辆起步过程离合器转矩实时估计仿真57-60
• 3.5 噪声矩阵对卡尔曼滤波器的影响分析60-61
• 3.6 本章小结61-63
• 4 基于实时转矩估计的离合器最优控制器设计63-83
• 4.1 线性二次型最优控制器原理与分类63-66
• 4.2 基于实时转矩估计的离合器最优控制过程分析66-67
• 4.3 自动离合器分段线性状态空间模型67-72
• 4.3.1 离合器分离载荷特性分段线性模型67
• 4.3.2 离合器转矩操纵特性分段线性模型67-70
• 4.3.3 系统分段线性状态空间模型70-72
• 4.4 离合器控制过程可控性和可观性分析72-74
• 4.5 离合器转矩线性二次型最优控制器设计74-76
• 4.6 基于遗传算法的二次型性能指标函数加权矩阵优化76-81
• 4.6.1 遗传算法基本原理76-77
• 4.6.2 基于遗传算法的加权矩阵优化77-81
• 4.7 本章小结81-83
• 5 基于转矩估计的自动离合器转矩跟随控制仿真83-95
• 5.1 离合器传递转矩控制策略设计分析83-84
• 5.2 车辆起步离合器最优控制仿真84-88
• 5.2.1 期望转矩分配车辆起步过程仿真84-86
• 5.2.2 车辆起步过程离合器转矩跟随控制仿真86-88
• 5.3 车辆模式切换过程离合器最优控制仿真88-93
• 5.3.1 期望转矩分配车辆模式切换过程仿真88-90
• 5.3.2 模式切换过程离合器转矩跟随仿真90-93
• 5.4 本章小结93-95
• 6 全文总结与展望95-97
• 6.1 全文总结95-96
• 6.2 工作展望96-97
• 参考文献97-101
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果101-105
• 学位论文数据集105

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱茂桃,夏长高,高翔;膜片弹簧疲劳断裂的试验分析[J];汽车工程;2001年02期

2 王洋,高翔,陈祥,朱茂桃;膜片弹簧设计的概率优化研究[J];江苏理工大学学报(自然科学版);2001年01期

3 张枫念;;用蒙特卡洛法对膜片弹簧的两个主参数进行最优化设计[J];传动技术;2007年04期

4 娄岳海;高翔;;膜片弹簧载荷特性概率计算的分析[J];农业机械学报;2008年04期

5 郭瑞峰;钱志博;关红明;;离合器膜片弹簧模糊稳健优化设计[J];汽车技术;2008年11期

6 张铁山;;膜片弹簧大端载荷与变形特性计算方法的误差分析[J];汽车技术;2009年01期

7 李涛;王晓广;刘玉红;;轿车离合器膜片弹簧的优化设计[J];科技创新导报;2009年23期

8 肖峻;柳承军;莫易敏;刘安阵;;膜片弹簧杠杆比及厚度对其载荷-变形特性影响的研究[J];机械制造;2009年09期

9 张文华;;膜片弹簧式离合器的分析及优化设计[J];应用能源技术;2009年12期

10 冯渊;高翔;夏长高;;离合器膜片弹簧几何尺寸离散性研究[J];汽车技术;2010年05期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 刘永超;刘道勇;;双膜片弹簧制动气室有限元分析[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年

2 张峻霞;岳东鹏;;汽车离合器膜片弹簧的计算机辅助设计[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴志辉;膜片弹簧的力学性能分析[D];南京农业大学;2008年

2 王辉;离合器膜片弹簧载荷变形特性研究[D];南京理工大学;2009年

3 曾环;车用离合器膜片弹簧运动仿真及优化研究[D];合肥工业大学;2013年

4 马群锋;强化处理对膜片弹簧载荷变形特性的影响分析[D];南京理工大学;2014年

5 唐华林;微型汽车离合器膜片弹簧模糊稳健设计及有限元分析[D];南华大学;2015年

6 张小帅;自动膜片弹簧离合器接合转矩实时估计和最优控制研究[D];北京交通大学;2016年

7 胡静;捷达轿车离合器膜片弹簧的设计与研究[D];长春理工大学;2008年

8 刘安阵;微型汽车离合器膜片弹簧力学分析与研究[D];武汉理工大学;2008年

9 燕展存;基于遗传算法的摩擦片和膜片弹簧并行优化设计[D];南华大学;2013年

10 张利辉;基于膜片弹簧疲劳寿命分析的汽车离合器结构参数优化研究[D];合肥工业大学;2013年

，

本文编号：1040424