CN102323055A - 车辆无级变速器变速性能试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆无级变速器变速性能试验台，所述试验台包括宿主机、目标机、数据采集单元和硬件单元；所述硬件单元包括依次连接的变频器、驱动电机和无级变速器，所述宿主机内建立simulink车辆传动模型，所述车辆传动模型的仿真参数通过宿主机进行输入，运行时，利用RTW编译模型下载至目标机；所述目标机的控制包括运动控制、速比控制和夹紧力控制，分别通过运动控制模块、速比控制模块和夹紧力控制模块完成，对CVT控制系统研究或对液压系统、执行机构进行研究时，搭建空载CVT试验台，只需要采用小功率的驱动电机，让变速器处于空载运行，从而可以进行一系列的变速器性能研究工作，最大限度地降低了功率损耗，大大降低了试验成本。

Description

车辆无级变速器变速性能试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及变速器试验装置，具体涉及一种车辆无级变速器变速性能试验台，同时还涉及利用该试验台进行一系列变速性能试验的方法。

背景技术

目前车辆CVT的变速机构采用液压驱动方式，因此，液压系统及控制方法是车辆无级变速器的关键技术之一。目前由于国产CVT技术尚不成熟，针对CVT的研究仍主要以国外CVT为对象。

CVT液压系统试验包括部件试验和总装试验。部件试验主要对阀体进行测试，需要建立专门的液压系统试验台。

总装试验主要是对控制方法的研究，通常建立能够模仿车辆实际行驶工况的CVT试验台。试验台由发动机、变速器、飞轮、加载设备等组成，其中发动机可由功率相当的电机代替，飞轮和加载设备可由满足要求的电机代替，这种试验台结构复杂，成本高，运行过程中能耗较大。

由于无级变速器的变速机构自身具有的受力平衡关系，液压系统的运行状况几乎不受变速器负载的影响，在空载或轻载工况也能够进行正常的速比控制和夹紧力控制，这一原理为研究空载运行的车辆无级变速器变速性能试验台提供了思路。但是基于种种原因，目前还没有空载运行的车辆无级变速器变速性能试验台及试验方法公开。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种车辆无级变速器变速性能试验台，利用无级变速器中变速机构自身具有的受力平衡关系，在进行控制系统和液压系统性能研究时，只需要采用小功率的驱动电机，让变速器处于空载运行，从而可以进行一系列的变速器性能研究工作，并且最大限度地降低了功率损耗，大大降低了试验成本；同时充分结合了MATLAB软件的xPC target功能设计，提高了平台的智能化；本发明的目的之二是提供一种车辆无级变速器变速性能试验方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该车辆无级变速器变速性能试验台，包括宿主机、目标机、数据采集单元和硬件单元；

所述硬件单元包括依次连接的变频器、驱动电机和无级变速器，所述宿主机内建立simulink车辆传动模型，所述车辆传动模型的仿真参数通过宿主机进行输入，运行时，利用RTW编译模型下载至目标机；

所述目标机的控制包括运动控制、速比控制和夹紧力控制，分别通过运动控制模块、速比控制模块和夹紧力控制模块完成，其中，车辆传动模型的仿真参数的设置包括目标主、从动轮转速的设置、目标速比的设置以及目标压力的设置，所述运动控制模块根据设定的目标主、从动轮转速控制变频器的输出，所述变频器控制驱动电机的运转，从而驱动无级变速器，所述无级变速器的主、从动轮的实时转速经传感器采集后，反馈至运动控制模块和速比控制模块；

所述速比控制模块根据设定的目标速比，通过数据采集单元输出控制信号至无级变速器的速比阀，调节主动轮的油缸压力，转速传感器采集无级变速器的主、从动轮转速并反馈给速比控制模块；所述夹紧力控制模块根据设定的目标压力，通过数据采集单元输出控制信号至无级变速器的夹紧力阀，调节从动轮的加紧力，所述无级变速器的系统压力经传感器采集后，反馈至夹紧力控制模块。

进一步，所述数据采集单元包括采集卡与CVT接口板，所述CVT接口板与无级变速器上的传感器输出端相连接，并将采集的运行数据通过采集卡输出至目标机的各控制模块。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该车辆无级变速器变速性能试验方法，包括以下步骤：

1）将变频器、驱动电机、无级变速器依次联接，组成硬件单元；

2）在宿主机内建立simulink车辆传动模型，并输入车辆传动模型的仿真参数，利用RTW编译模型下载至目标机；

3）运行目标机程序，硬件单元开始运转，目标机程序和试验台硬件联合模拟车辆行驶工况，将CVT置于模拟回路中，根据需要选择进行以下子项目中的一项或多项：

31）速比控制算法试验：目标机程序模拟发动机和行驶阻力，计算发动机转速和车速，通过变频器控制电机转速，使电机转速接近所计算的发动机转速，由CVT上的转速传感器采集主、从动轮转速信号并计算实际速比，通过速比控制模块实现实际速比跟踪目标速比；

32） 夹紧力控制算法试验：使目标系统压力产生突变，观察实际系统压力的响应，从而验证夹紧力控制算法效果；

33）速比变化率研究试验：包括

331）维持主动轮转速和夹紧力不变，突然改变速比控制量，观察速比变化率。

332）设定不同的主动轮转速，重复步骤331），得到一系列速比变化曲线，通过对比速比变化曲线，观察主动轮转速对速比变化率的影响；

4）对试验过程进行监控，并将数据保存在目标机或上传至宿主机；

5）试验运转结束后，对试验数据进行处理。

本发明的有益效果是：

1．对CVT控制系统研究或对液压系统、执行机构进行研究时，搭建空载CVT试验台，只需要采用小功率的驱动电机，让变速器处于空载运行，从而可以进行一系列的变速器性能研究工作，最大限度地降低了功率损耗，大大降低了试验成本；

2．快速控制原型是现在控制策略和控制算法研究的趋势，商业平台比较昂贵，本发明利用MATLAB软件的xPC target功能来设计本发明的车辆无级变速器变速性能试验台，避免了昂贵的设备投入费用，实现了功能模块的紧凑性；由于基于xPC的宿主机—目标机结构，保证系统运行的实时性；

3．该系统将变速器和电机进行联合控制，通过控制变频器使电机具有和发动机相同的转速特性，同时控制负载电机，使试验台的运转情况和实车运行接近，具有常规试验台的大部分功能，包括开发和验证控制策略和控制算法，便于对液压执行机构进行性能测试和分析，实现了低能耗，低成本。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为CVT液压系统结构原理示意图；

图2是本发明的试验台结构连接示意图；

图3为本发明的试验台模块连接及参数传递示意图；

图4为速比控制算法试验的目标速比设定曲线示意图；

图5为速比控制算法试验的控制原理示意图；

图6为夹紧力控制算法试验的目标夹紧力设定曲线示意图；

图7为夹紧力控制算法试验的控制原理示意图；

图8为速比变化率研究试验的速比控制量变化曲线示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

液压系统说明（参见图1）：

1）油泵输出油压经夹紧力阀调节后成为系统压力，与从动轮油缸相连，为提从动轮提供夹紧力。根据传递转矩和速比确定系统压力的大小，保证金属带和锥盘之间的摩擦力，防止金属带打滑。压力计算公式如下

                                                         

式中：

为安全系数，为主动轮转矩、

为锥盘夹角，

为摩擦系数，

为主动轮工作半径，

为从动缸作用面积。引入安全系数

的目的是为了消除干扰及参数不确定性带来的影响。

2）系统压力经速比阀后为主动轮油缸提供压力。速比阀用于调节主动轮的油缸压力，当压力增大时，主动轮工作半径增大，从动轮工作半径减小，速比减小；当压力减小时，主动轮工作半径减小，从动轮工作半径增大，速比增大。

基于以上CVT的内在结构，本发明提供了一种车辆无级变速器变速性能试验台，如图2所示，该车辆无级变速器变速性能试验台包括宿主机1、目标机2、数据采集单元3和硬件单元；

硬件单元包括依次连接的变频器4、驱动电机5和无级变速器6，所述宿主机内建立simulink车辆传动模型，所述车辆传动模型的仿真参数通过宿主机进行输入，运行时，利用RTW编译模型下载至目标机；

RTW是MATLAB的一个工具软件，可以将simulink模型编译并自动下载至目标机。

XPC是simulink的一个功能模块，用于实现一种宿主机-目标机式的硬件在环结构，其中，目标机为通用PC兼容机，在宿主机上建立simulink模型，通过RTW编译后，下载至目标机并实时运行。目标机是裸机，无需windows等操作系统，只运行编译后的模型程序，保证了运行速度，因此可以实时运行。

目标机的控制包括运动控制、速比控制和夹紧力控制，分别通过运动控制模块、速比控制模块和夹紧力控制模块完成，其中，车辆传动模型的仿真参数的设置包括目标主、从转速的设置、目标速比的设置以及目标压力的设置，所述运动控制模块根据设定的目标主、从转速控制变频器的输出，变频器控制驱动电机的运转，从而驱动无级变速器，所述无级变速器的主、从动轮的实时转速经传感器采集后，反馈至运动控制模块和速比控制模块；

速比控制模块根据设定的目标速比，通过数据采集单元输出控制信号至无级变速器的速比阀，调节主动轮的油缸压力，转速传感器采集无级变速器的主、从动轮转速并反馈给速比控制模块；所述夹紧力控制模块根据设定的目标压力，通过数据采集单元输出控制信号至无级变速器的夹紧力阀，调节从动轮的加紧力，所述无级变速器的系统压力经传感器采集后，反馈至夹紧力控制模块。本实施例中，数据采集单元采用采集卡。

与完全在PC机上运行的纯仿真模型比较，本发明的车辆无级变速器变速性能试验台具有以下特性：

1）用实际CVT代替CVT模型，其仿真效果与纯软件环境相比，更接近于真实情况；

2）需要采用小功率的驱动电机，让变速器处于空载运行，从而可以进行一系列的变速器性能研究工作，并且最大限度地降低了功率损耗，大大降低了试验成本；

3）CVT接口板7是CVT和数据处理单元的信号转换接口，将CVT上的传感器信号转换成采集卡可以采集的信号，同时通过采集卡输出的控制信号对电磁阀进行驱动，具有较强的灵活性。

基于以上试验台，本发明的车辆无级变速器变速性能试验方法，包括以下步骤：

1）将变频器、驱动电机、无级变速器依次联接，组成硬件单元；

2）在宿主机内建立simulink车辆传动模型，并输入车辆传动模型的仿真参数，利用RTW编译模型下载至目标机；

3）运行目标机程序，硬件单元开始运转，目标机程序和试验台硬件联合模拟车辆行驶工况，将CVT置于模拟回路中，根据需要选择进行各项试验子项目：

4）对试验过程进行监控，并将数据保存在目标机或上传至宿主机；

5）试验运转结束后，对试验数据进行处理。

各项试验子项目包括：

31）速比控制算法试验：如图4、5所示，目标机程序模拟发动机和行驶阻力，计算发动机转速和车速，通过变频器控制电机转速，使电机转速接近所计算的发动机转速，由CVT上的转速传感器采集主、从动轮转速信号并计算实际速比，通过速比控制模块实现实际速比跟踪目标速比；

32） 夹紧力控制算法试验：如图6、7所示，该试验使目标系统压力产生突变，观察实际系统压力的响应，从而验证夹紧力控制算法效果；

33）速比变化率研究试验：如图8所示，包括

331）维持主动轮转速和夹紧力不变，突然改变速比控制量，观察速比变化率。

332）设定不同的主动轮转速，重复步骤331），得到一系列速比变化曲线，通过对比速比变化曲线，观察主动轮转速对速比变化率的影响。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.车辆无级变速器变速性能试验台，其特征在于：所述试验台包括宿主机、目标机、数据采集单元和硬件单元；

所述硬件单元包括依次连接的变频器、驱动电机和无级变速器，所述宿主机内建立simulink车辆传动模型，所述车辆传动模型的仿真参数通过宿主机进行输入，运行时，利用RTW编译模型下载至目标机；

所述目标机的控制包括运动控制、速比控制和夹紧力控制，分别通过运动控制模块、速比控制模块和夹紧力控制模块完成，其中，车辆传动模型的仿真参数的设置包括目标主、从动轮转速的设置、目标速比的设置以及目标压力的设置，所述运动控制模块根据设定的目标主、从动轮转速控制变频器的输出，所述变频器控制驱动电机的运转，从而驱动无级变速器，所述无级变速器的主、从动轮的实时转速经传感器采集后，反馈至运动控制模块和速比控制模块；

所述速比控制模块根据设定的目标速比，通过数据采集单元输出控制信号至无级变速器的速比阀，调节主动轮的油缸压力，转速传感器采集无级变速器的主、从动轮转速并反馈给速比控制模块；所述夹紧力控制模块根据设定的目标压力，通过数据采集单元输出控制信号至无级变速器的夹紧力阀，调节从动轮的夹紧力，所述无级变速器的系统压力经传感器采集后，反馈至夹紧力控制模块。

2.根据权利要求1所述的车辆无级变速器变速性能试验台，其特征在于：所述数据采集单元包括采集卡与CVT接口板，所述CVT接口板与无级变速器上的传感器输出端相连接，并将采集的运行数据通过采集卡输出至目标机的各控制模块。

3.车辆无级变速器变速性能试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将变频器、驱动电机、无级变速器依次联接，组成硬件单元；

2）在宿主机内建立simulink车辆传动模型，并输入车辆传动模型的仿真参数，利用RTW编译模型下载至目标机；

3）运行目标机程序，硬件单元开始运转，目标机程序和试验台硬件联合模拟车辆行驶工况，将CVT置于模拟回路中，根据需要选择进行以下子项目中的一项或多项：

31）速比控制算法试验：目标机程序模拟发动机和行驶阻力，计算发动机转速和车速，通过变频器控制电机转速，使电机转速接近所计算的发动机转速，由CVT上的转速传感器采集主、从动轮转速信号并计算实际速比，通过速比控制模块实现实际速比跟踪目标速比；

32） 夹紧力控制算法试验：使目标系统压力产生突变，观察实际系统压力的响应，从而验证夹紧力控制算法效果；

33）速比变化率研究试验：包括

331）维持主动轮转速和夹紧力不变，突然改变速比控制量，观察速比变化率；

332）设定不同的主动轮转速，重复步骤331），得到一系列速比变化曲线，通过对比速比变化曲线，观察主动轮转速对速比变化率的影响；

4）对试验过程进行监控，并将数据保存在目标机或上传至宿主机；

5）试验运转结束后，对试验数据进行处理。

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