液力機(jī)械自動(dòng)變速箱起步過(guò)程控制分析

李玉釗

摘要：液力機(jī)械自動(dòng)變速箱在車輛中的應(yīng)用比較廣泛，這種變速裝置自動(dòng)化程度比較高，可對(duì)換擋離合器進(jìn)行有效控制，使其滿足起步要求，成功起步，順利渡過(guò)起步過(guò)程。換擋離合器和液力變矩器參與起步過(guò)程，相關(guān)人員要基于其運(yùn)行原理，對(duì)車輛起步進(jìn)行控制，使其適應(yīng)不同的起步檔位和阻力條件要求。如此在變速箱等裝置作用下，車輛起步變速運(yùn)行都會(huì)保持正常狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：液力機(jī)械；自動(dòng)變速箱；起步；過(guò)程控制

液力機(jī)械自動(dòng)變速箱是在傳統(tǒng)自動(dòng)變速箱基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，這種新型的自控裝置對(duì)使用對(duì)象型號(hào)沒(méi)有限制要求，其運(yùn)行也不會(huì)受到傳遞功率影響，在換擋中也不容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速變化以及起步都比較平緩，基于這些顯著優(yōu)勢(shì)，完全可以將其應(yīng)用在汽車起步中。本文主要針對(duì)液力機(jī)械自動(dòng)變速箱起步過(guò)程控制進(jìn)行分析。

一、車輛起步

對(duì)車輛起步過(guò)程進(jìn)行研究分析，相關(guān)人員可通過(guò)實(shí)車實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)信息，也可將相關(guān)的動(dòng)力學(xué)模型作為研究對(duì)象。模型共有兩種，一種為簡(jiǎn)化后的動(dòng)力學(xué)模型，另一種則為氣不過(guò)成換擋離合器動(dòng)力學(xué)模型。在兩種動(dòng)力學(xué)模型中，相關(guān)人員要將所有涉及到的參數(shù)列出來(lái)，應(yīng)用到模型中，并用字母表示，應(yīng)用到相關(guān)計(jì)算中。這些參數(shù)有換擋離合器的傳遞力矩，一般以字母Tc表示，還有該裝置的減速比，減速比分為前后兩種，另外還有各種構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)，各種零部件的轉(zhuǎn)矩等。相關(guān)人員要根據(jù)模型，利用這些參數(shù)建立相關(guān)的動(dòng)力學(xué)方程。這些方程有：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與泵輪轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系方程，渦輪轉(zhuǎn)矩與泵論轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系方程。在后者中，還會(huì)涉及到液力變矩器的變距比，該參數(shù)與泵輪轉(zhuǎn)矩乘積便是渦輪轉(zhuǎn)矩。而泵輪轉(zhuǎn)距與油液密度以及變矩器循環(huán)圓有關(guān)，后者直徑是相關(guān)方程式中的重要參數(shù)，另外還有泵輪轉(zhuǎn)速等參數(shù)。換擋離合器在運(yùn)行中起著傳輸通道作用，主要在渦輪和輸出軸之間建立通道，傳遞對(duì)象為前者的轉(zhuǎn)矩。在換擋離合器接合過(guò)程中，傳遞力矩可表現(xiàn)為不同形式，如負(fù)載力矩，該參數(shù)數(shù)值會(huì)受到外界負(fù)載大小影響。這種力矩產(chǎn)生時(shí)，主被動(dòng)摩擦片接合狀態(tài)為整體，該種狀態(tài)發(fā)生在換擋離合器非滑摩中。換擋離合器在接合時(shí)，主被動(dòng)摩擦片兩者之間如果不存在直接接觸情況，則兩者不會(huì)成為力矩傳遞介質(zhì)[1]。在計(jì)算力矩時(shí)，相關(guān)人員需要以摩擦片的摩擦系數(shù)為參考數(shù)值，另外還要對(duì)液油油壓進(jìn)行研究，了解其特性，以正確計(jì)算力矩。

二、不同檔位起步過(guò)程分析

不同檔位起步，車輛起步面對(duì)的阻力和難以程度也不同，為了平穩(wěn)起步，相關(guān)人員還要對(duì)速比大小進(jìn)行研究，對(duì)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行控制，使其根據(jù)速比大小，自動(dòng)變化驅(qū)動(dòng)力，以滿足不同檔位的起步要求。驅(qū)動(dòng)力大小與速比大小呈正相關(guān)，與檔位高低呈反相關(guān)。基于此，應(yīng)對(duì)檔位進(jìn)行控制，使驅(qū)動(dòng)力不至于小于道路阻力。只有車輛出于正常起步狀態(tài)，其內(nèi)部渦輪和輸出軸才會(huì)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速也會(huì)大于零。

車輛從脫離靜止?fàn)顟B(tài)到起步行駛，只需要輕踩油門，這種操作可以使發(fā)動(dòng)機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響泵輪，通過(guò)改善其轉(zhuǎn)矩大小來(lái)使驅(qū)動(dòng)輪的作用力變大，如此道路阻力便不會(huì)對(duì)車輛形成阻礙，起步成功。

渦輪以及泵輪轉(zhuǎn)速大小會(huì)直接影響到變矩器作用功能發(fā)揮程度。當(dāng)兩者的數(shù)值過(guò)小時(shí)，車輛起步以及行駛過(guò)程中增加的車速會(huì)使兩者數(shù)值發(fā)生變化，其中前者轉(zhuǎn)速會(huì)快速增大，而變矩器的變距比以及力矩系數(shù)則會(huì)有減少的趨勢(shì)。泵輪轉(zhuǎn)矩主要來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)，該數(shù)值會(huì)小于渦輪轉(zhuǎn)矩。在兩者差值增大的過(guò)程中，車輛行駛速度會(huì)減緩，相關(guān)的渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)轉(zhuǎn)速比進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)該數(shù)值符合規(guī)定要求后，變矩器便無(wú)用武之地，車輛相關(guān)部件的扭矩并不會(huì)受其影響。

從渦輪及泵輪轉(zhuǎn)速比前后大小變化，到變矩器功能表現(xiàn)變化等，都表現(xiàn)了平衡性特點(diǎn)，所以液力機(jī)械自動(dòng)變速箱可以使起步過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)力與阻力平衡，可以消除阻力對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的影響，進(jìn)而保證車輛起步成功[2]。

道路表面比較平整，起步阻力會(huì)減小，相關(guān)人員也應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力處于低值狀態(tài)。檔位不應(yīng)太高，在低檔狀態(tài)下，起步中的速比相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，這會(huì)使換擋離合器的滑擦力矩較大，這種大力矩可以抵消道路阻力，所以車輛也可以成功起步。

換擋離合器摩擦力矩大小會(huì)直接影響到起步效果，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)這種摩擦力矩進(jìn)行控制，對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行了解，以使這些變化趨勢(shì)受控。在控制摩擦參數(shù)時(shí)，相關(guān)人員可以從離合裝置的油壓控制入手，使充油過(guò)程順利。充油過(guò)程直接關(guān)系到車輛起步平穩(wěn)度，因?yàn)槠鸩經(jīng)_擊就是充油失控引發(fā)的。這種失控現(xiàn)象主要發(fā)生在換擋離合器中，起步?jīng)_擊主要由力矩傳遞形成的干擾造成。控制油壓，則可有效控制充油過(guò)程。車輛在起步過(guò)程中，還可能出現(xiàn)提前起步行為，這種行為發(fā)生在離合器未完全發(fā)揮作用之前，雖然可以起步，但起步不平穩(wěn)，甚至?xí)斐上ɑ?。所以相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的啟動(dòng)方式，如果道路平穩(wěn)，相關(guān)人員可掛到抵擋，并利用制動(dòng)器來(lái)牽引車輛制動(dòng)，使車輛在不斷制動(dòng)過(guò)程中，起步行駛。

三、起步過(guò)程換擋離合器控制

換擋離合器在應(yīng)用中，可能會(huì)面臨崎嶇不平或四平八穩(wěn)的路面，這兩種路面阻力不同，也可能會(huì)在起步高低檔位選擇中受到限制。所以相關(guān)人員要想使液力機(jī)械自動(dòng)變速箱在起步過(guò)程中受控，還需要以實(shí)際情況為參考。在路面阻力條件良好情況下，相關(guān)人員可使用將檔位掛到一檔或二檔，此時(shí)的離合器主被動(dòng)滑摩片的滑摩功力以及沖擊度也會(huì)成為起步必備因素，相關(guān)人員要從綜合角度，來(lái)控制離合裝置，使其自動(dòng)完成起步換擋等工作[3]。滑摩功不適宜或起步?jīng)_擊力太大，都會(huì)造成起步熄火，相關(guān)人員還要從充油控制方面來(lái)制定應(yīng)急措施。充油控制應(yīng)當(dāng)采取實(shí)施閉環(huán)方式。如果需要在上下坡等路面條件不理想的情況下起步，相關(guān)人員還要對(duì)液力變矩器進(jìn)行利用，使其發(fā)揮增扭作用，使車輛起步受到良好牽引，在起步中，還要對(duì)換擋離合器進(jìn)行控制，使其結(jié)合速度變快，避免出現(xiàn)半結(jié)合起步現(xiàn)象，再結(jié)合油門，便可成功平穩(wěn)起步。

換擋離合器主被動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速與輸出軸和渦輪軸轉(zhuǎn)速有直接關(guān)聯(lián)，這一點(diǎn)在模型中可以得到體現(xiàn)?；谶@一點(diǎn)，相關(guān)人員在制定換擋離合器控制措施時(shí)，可通過(guò)調(diào)控兩種軸轉(zhuǎn)速來(lái)保證起步。在起步中，要對(duì)離合裝置的作用狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí)，也可將這兩種參數(shù)作為參考，如果參數(shù)正常，則離合裝置受控。渦輪軸轉(zhuǎn)速參數(shù)不僅可以作為換擋離合器運(yùn)行參數(shù)變化的判斷依據(jù)，還可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢查參考。輸出軸轉(zhuǎn)速參數(shù)則與沖擊度有關(guān)，控制沖擊度，可避免起步?jīng)_擊。充油油壓與電磁閥的占空比直接相關(guān)，相關(guān)人員可通過(guò)調(diào)整后者來(lái)控制前者，使充油過(guò)程受控，進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)控制離合裝置目的。

四、實(shí)車實(shí)驗(yàn)

動(dòng)力模型反映的換擋離合器以及相關(guān)構(gòu)件的參數(shù)等雖然可以成為離合裝置以及自動(dòng)變速箱起步控制的參考依據(jù)，但其于實(shí)際換擋控制的意義有限，所以相關(guān)人員還要利用實(shí)車起步過(guò)程作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[4]。在實(shí)車實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)型號(hào)為MC68376式，這種零件在電控硬件系統(tǒng)中處于核心位置。按照信號(hào)處理任務(wù)，可將該系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)，分別對(duì)信號(hào)輸入、輸出以及處理起到控制作用?？傁到y(tǒng)對(duì)電磁閥控制效果顯著，控制對(duì)象的PWM驅(qū)動(dòng)有相應(yīng)的控制算法，系統(tǒng)只要做好算法控制，便可對(duì)電磁閥的占空比進(jìn)行調(diào)整，使其滿足充油控制要求。電控系統(tǒng)硬件組成部分比較多，單片機(jī)的作用比較顯著。相關(guān)的轉(zhuǎn)速以及油壓控制等最終皆由該構(gòu)件完成。

相關(guān)人員可將模型中采取的起步控制措施實(shí)踐到實(shí)車實(shí)驗(yàn)中，最終可獲得一些實(shí)驗(yàn)參數(shù)，如渦輪軸轉(zhuǎn)速、充油油壓、占空比等，這些參數(shù)在實(shí)驗(yàn)起步的過(guò)程中都不會(huì)一成不變，相關(guān)人員在利用裝置采集參數(shù)后，可以將其描繪在相關(guān)圖紙中，最終獲得參數(shù)曲線圖。起步過(guò)程曲線圖主要有兩種，一種來(lái)源于高檔狀態(tài)，如圖一，另一種則來(lái)源于低檔狀態(tài)，如圖二，相關(guān)人員可根據(jù)曲線圖，對(duì)實(shí)車實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

在高檔起步過(guò)程曲線圖中，不同的時(shí)間段，各參數(shù)變化皆不同。對(duì)t1-t2時(shí)間段參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)離合裝置充油過(guò)程比較順暢，其狀態(tài)也是處于完全階段。充油狀態(tài)良好，油壓穩(wěn)定，意味著相關(guān)的電磁占空比也處于完全狀態(tài)，所以其參數(shù)表示為100%。離合裝置的油缸的所有參數(shù)都會(huì)成為裝置非運(yùn)行階段容積率數(shù)值確定的參考。從t2時(shí)間開(kāi)始，各參數(shù)開(kāi)始失穩(wěn)，此時(shí)間點(diǎn)處，換擋離合器的滑閥逐漸閉合，雖然未完全閉合，但也起到節(jié)流作用，油壓會(huì)逐漸增大，充油失穩(wěn)后，電磁占空比有所下降，不再保持100%，離合裝置的容積率也會(huì)變化。從t2時(shí)間到t3，離合裝置的充油過(guò)程雖然還在繼續(xù)，但非完全狀態(tài)，所以渦輪軸的轉(zhuǎn)速會(huì)降低，最終渦輪軸停止運(yùn)行。在轉(zhuǎn)速降低至零過(guò)程中，輸出軸的轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定，因?yàn)檩敵鲚S一直處于靜止?fàn)顟B(tài)[5]。電磁閥的占空比會(huì)從40%穩(wěn)定上升，這些參數(shù)變化代表著車輛起步動(dòng)力的增加，即使驅(qū)動(dòng)力小于道路阻力，車輛也能成功啟動(dòng)。當(dāng)時(shí)間到達(dá)t3后，離合裝置的容積率又會(huì)變化，占空比會(huì)平穩(wěn)上升到100%，換擋離合器正在逐漸閉合，之后到達(dá)t4時(shí)間段期間，離合裝置會(huì)完全結(jié)合，電磁閥要處于開(kāi)啟狀態(tài)，相關(guān)人員要利用高頻來(lái)了控制電磁閥的開(kāi)合狀態(tài)，使其在t4時(shí)完全開(kāi)啟。t5時(shí)，所有結(jié)構(gòu)都處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員可以腳踩油門，使汽車有起步動(dòng)力。

在低檔起步過(guò)程曲線圖中，可以看出其過(guò)程變化趨勢(shì)與高檔狀態(tài)類似，在t1-t2時(shí)間段中，換擋離合器的控制狀態(tài)比較良好，因?yàn)樵摲N狀態(tài)下的充油程度比較完全，油壓也得到了有效控制，影響充油過(guò)程的電磁閥占空比數(shù)值也為100%。 這是首次變化種參數(shù)表現(xiàn)，第二次變化主要出現(xiàn)在t2-t3時(shí)間段中，t2、t3時(shí)刻，各參數(shù)都有明顯變化。在t2時(shí)刻，占空比降低到40%，容積率以及油壓都會(huì)有所變化。在t3時(shí)刻，容積率再次發(fā)生變化，此時(shí)應(yīng)對(duì)占空比進(jìn)行調(diào)控，使其上升至最初狀態(tài)數(shù)值，t3-t4階段與高檔起步狀態(tài)下的參數(shù)變化差不多，相關(guān)的離合裝置以及電磁閥等反映也類似于高檔狀態(tài)。高低檔狀態(tài)的曲線差別主要表現(xiàn)在t5時(shí)刻，控制過(guò)程會(huì)發(fā)生變化，渦輪轉(zhuǎn)速以及輸出軸的轉(zhuǎn)速都會(huì)發(fā)生突變，前者數(shù)值會(huì)減小，離合裝置結(jié)合會(huì)處于閉環(huán)控制狀態(tài)，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)這些變化，描繪出換擋離合器另外一半程序框圖。

針對(duì)高低檔起步過(guò)程遇到的問(wèn)題，相關(guān)人員應(yīng)保證相關(guān)的控制措施對(duì)兩種狀態(tài)下的車輛起步都有效。渦輪軸以及輸出軸對(duì)充油的閉環(huán)控制可達(dá)到此要求，相關(guān)人員還要對(duì)相關(guān)的參數(shù)變化進(jìn)行研究控制。

結(jié)語(yǔ)

液力機(jī)械自動(dòng)變速箱在起步過(guò)程中的控制應(yīng)用還有發(fā)展和深度研究空間，相關(guān)人員要保證汽車起步和換擋運(yùn)行更加安全可靠，還需要利用實(shí)車來(lái)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)直接反映裝置控制過(guò)程狀態(tài)。相關(guān)人員在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，還需要從運(yùn)動(dòng)學(xué)分析基礎(chǔ)和其他方面上入手，以制定出比較有效的控制策略，使變速箱自動(dòng)化程度更高，使其在車輛運(yùn)行系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃利廣.液力機(jī)械自動(dòng)變速箱起步過(guò)程的控制方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，2（27）：134-135

[2]鄒家柱.液力機(jī)械自動(dòng)變速箱起步過(guò)程控制[J].科技風(fēng)，2017，12（14）：15-16

[3]王娟，陳慧巖，丁華榮.液力機(jī)械自動(dòng)變速箱起步過(guò)程控制[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2016，4（02）：23-27

[4]萬(wàn)國(guó)強(qiáng)，黃英，張福軍.液力自動(dòng)變速器換擋過(guò)程標(biāo)定方法研究[J].兵工學(xué)報(bào)，2017，7（09）：89-90

[5]孫小男，趙薇.汽車液力自動(dòng)變速器的性能[J].山東交通科技，2016，17（07）：78-79