應用滑動控制於無離合器式自動手排變速箱自動換檔之同步控制

Application of Sliding Mode Control to Gear Change Control for Clutchless Automatic Manual Transmission

王金平(Chin-ping Wang)

指導教授 ： 曾全佑 ； 余致賢

國立屏東科技大學/工學院/車輛工程系所/碩士(2012年)

https://doi.org/10.6346/NPUST.2012.00071

摘要

使用一般電動馬達為動力源之電動車，必須搭配一組多檔位之變速箱，才能滿足車輛行駛時之動力需求。無離合器式自動手排變速箱(Clutchless Automated Manual Transmission, CLAMT)具備高傳動效率、低成本、構造簡單之優點，但因未使用離合器元件，於換檔過程中，必須進行變速箱主動齒輪與被動齒輪之轉速同步控制(synchronization control)，才能使換檔過程平順且快速入檔。本研究針對CLAMT探討換檔控制技術，其換檔控制技術包含變速箱主動齒輪與被動齒輪之轉速同步控制以及換檔機構之定位控制。
本研究以傳統手排變速箱(Manual Transmission, MT)為基礎，將MT換檔拉桿改成由直流馬達驅動的自動換檔機構，建立CLAMT系統，並以數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)作為控制器，然後設計同步控制、定位控制及自動換檔控制等控制邏輯，使得自動換檔過程平順。其中，同步控制之目的為，於換檔過程中，控制動力馬達之轉速，使變速箱主動齒輪與被動齒輪之轉速同步，以便順利換檔。檔位定位控制之目的為控制換檔馬達位置，使變速箱能確實的入檔，且入檔位置與檔位命令相符。本論文之同步控制使用滑動控制(Sliding Mode Control, SMC)理論，定位控制器使用PI控制理論。研究內容包括理論分析、軟體模擬與實驗驗證。
實驗驗證結果顯示，本研究所設計的控制器與自動換檔控制邏輯能使換檔馬達依據檔位命令，將變速箱檔位移動至目標位置，且平順地完成換檔動作，同時，也證實CLAMT之可行性。實驗結果也顯示，在動力馬達加減速條件下，換檔時間不會受到影響，但動力馬達轉速與目標轉速之間落差越大，換檔所需之時間則越久。在換檔時間方面，目前設計之CLAMT升檔所需時間為2.1-2.3 sec，降檔為1.0-1.7 sec。雖然升檔所需換檔時間略高於駕駛者手排換檔時間(平均1.8 sec)，但此一設計大幅降低成本並提高使用方便性，已經具備產業應用價值，未來若局部改善硬體設計將可大幅縮短換檔所需時間。

關鍵字

無離合器式自動手排變速箱 ； 電動車 ； 滑動控制

並列摘要

Electric vehicles equipped with automatic manual transmission (AMT) offer many advantages in terms of transmission efficiency, improvement of driving comfort, and shifting quality. Conventional AMT for vehicles powered by internal combustion engine (ICE) requires an electronic controlled clutch to separate/engage engine power for gear change smoothly, because of high inertia of the ICE. This complicates the system and thus raises higher cost. Hence, a Clutchless Automated Manual Transmission (CLAMT) with the advantages of high efficiency, low cost, and simple structure is adopted and developed in this thesis. The objective of this study is focused on gear-shifting control technique of CLAMT, including model parameters identification, synchronization control during gear engaging and motion control of shift actuated mechanism. Through theoretical analysis, simulation, as well as experimental verification, the results confirm that the designed control technique is able to make smoothly gear-shifting and the feasibility of CLAMT is verified.

並列關鍵字

Clutchless automated manual transmission ； Electric vehicle ； Sliding mode control

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