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双离合器自动变速器(Dual-Clutch Transmissions DCT)是在手动变速器(ManualTransmission MT)基础上发展起来的,其继承了MT的高机械效率,并具有传统液力机械(Automatic Transmission)自动变速器动力换挡的特点,装配有DCT的车辆与装配有AT具有同样的驾驶方便性与舒适性,同时动力损失小,燃油经济性比AT高。DCT的结构与MT较为相似,可以从MT生产快速改装为DCT的生产。同时DCT的结构紧凑,体积较小,在汽车上进行装配时需要较小的空间,小型车辆由于空间有限,较为适合DCT的装配。因此,近年来DCT已经成为了汽车各大公司投入大量人力物力研究开发的新热点,日产、三菱、宝马和保时捷均相继开发出自己的DCT产品。DCT进行离合器切换式换挡,换挡过程可分为力矩相和惯性相两个阶段。力矩相进行离合器力矩的重新分配,传动比无急剧变化,在惯性相进行离合器的滑摩同步并伴有转速和传动比的急剧变化,该阶段易产生较大的换挡冲击并且若滑摩时间过长会产生较高的滑摩功,影响离合器寿命。所以非常需要在对惯性相阶段的离合器进行闭环控制,使离合器平稳滑摩完成同步,令变速器输出力矩变化较为平稳,减小由于力矩的剧烈波动导致的换挡冲击。换挡时间、换挡冲击度和滑摩功是相互矛盾的评价指标,如何对其进行均衡,实现最优的换挡控制。由于DCT离合器缺少单向离合器和类似AT液力变矩器,若换挡控制不好,会出现离合器间的力矩干涉和输出力矩的剧烈波动,因此针对以上问题设计基于数据驱动预测控制方法的DCT换挡控制器实现快速平稳换挡。本文对湿式DCT换档过程关键技术进行研究,分为以下五个部分:一、对本文的研究背景进行了简单介绍,总结了DCT自动变速器的发展历史与国内外研究现状。对前人在DCT换挡控制方面所取得的研究成果进行分析与总结,提出本文主要内容和研究路线。二、建立DCT换挡过程的整车模型,以方便进行仿真实验。所建立整车模型由发动机、双离合器及液压驱动装置、变速器及同步器、负载和整车动力学模型组成。以某款湿式双离合器式自动变速器样车为参考,在AMESim中搭建仿真模型同时与Matlab/Simulink进行联合仿真,为第三章控制器设计提供了仿真平台。三、基进行DCT惯性相换挡控制器的设计采用数据驱动预测控制方法进行换挡控制器设计,该方法可从仿真系统模型的输入输出数据中获得系统未来输出预测方程,采用以离合器从动部分转速差为系统输出,发动机节气门开度和比例电磁阀电流为输入量。换挡策略采用离合器转速差轨迹跟踪方法,让需要同步的离合器转速差跟踪上预先设定好的目标参考轨迹,同时在通过控制发动机节气门开度,改变发动机转速,配合惯性相的离合器同步完成换挡。整个车辆系统存在机械上的限制,因此对输入输出量上受到一定约束的限制,控制问题最终转换为带有约束问题的优化问题,可应用QP求解方法进行带约束优化问题求解,得到最终控制量输出。最后将所设计的换挡控制器由MATLAB/Simulink实现,并与第二章所搭建的AMESim仿真模型进行联合仿真验证控制器的有效性。四、 DCT换挡控制器的FPGA实现,由于在数据驱动预测控制方法中涉大量的矩阵运算以获得系统的未来预测输出同时需进行优化问题的在线优化求解,系统约束的存在也导致求解速度变慢,同时预测方程输出计算涉及大量的矩阵运算,在固定的采样时间内如何提高控制器求解运算度成为工程实例应用的首要问题。 FPGA其强大的计算能力可满足复杂算法的功能实现,可充分利用FPGA硬件并行运算的特点加速算法的运算。为方便控制器设计的硬件电路实现,采用高级综合工具Vivado HLS FPGA开发工具进行控制器硬件的具体实现。最后将所实现的换挡控制器下载到FPGA中,构建dSPACE实时仿真系统进行控制器的实时实验,实验表明本文所设计的换挡控制器满足实时性和控制需求。