液力自動變速器離合器閉環(huán)控制

李波，張建，穆勇勇

西安雙特智能傳動有限公司 陜西西安 710119

液力自動變速器（AT）通過電控液壓機(jī)構(gòu)來對換擋離合器或者制動器進(jìn)行操控。換擋過程通常是一個離合器結(jié)合、另一個離合器脫開的過程[1]。如果離合器結(jié)合和分離的時間不當(dāng)會造成換擋不平穩(wěn)，過早結(jié)合會造成動力干涉，過晚會產(chǎn)生動力中斷。本文通過對換擋過程理論分析與實車測試，對換擋過程的轉(zhuǎn)速相進(jìn)行閉環(huán)控制，并運用此策略得到良好的控制效果[2]。

自動變速器建模及理論分析

1.離合器的動力學(xué)分析模型

車輛的動力傳動系統(tǒng)是一個連續(xù)、多自由度的復(fù)雜系統(tǒng)，為了方便分析將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械變速系統(tǒng)動力學(xué)分析模型，并且對其進(jìn)行如下假設(shè)：

1）忽略發(fā)動機(jī)扭振、擺振等振動影響。

2）忽略齒輪嚙合等其他運動副的間隙和阻尼。

3）忽略動力傳動系統(tǒng)中軸承和軸承座的摩擦阻力。

4）忽略以上因素對整個換擋過程動力分析不會產(chǎn)生太大影響，因此基于以上假設(shè)將車輛動力傳動系統(tǒng)簡化為圖1所示模型。

圖1 車輛動力傳動系統(tǒng)簡化模型

圖1中，Jin為變速器輸入軸轉(zhuǎn)動慣量，Jout為變速器輸出軸轉(zhuǎn)動慣量，CL為低擋位離合器，CH為高擋位離合器，iL為低擋位傳動比，iH為高擋位傳動比，Tin為變速器輸入端轉(zhuǎn)矩，Tout為變速器輸出端轉(zhuǎn)矩[3]。

2.換擋過程理論分析

（1）充油階段的離合器動力學(xué)分析 在升擋的充油階段，離合器CL處于壓緊狀態(tài)并且承擔(dān)著傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩而離合器CH處于完全分離狀態(tài)，不承擔(dān)任何轉(zhuǎn)矩。

（2）轉(zhuǎn)矩交換階段的離合器動力學(xué)分析 在升擋的轉(zhuǎn)矩交換階段，離合器CL仍然處于接合狀態(tài)并且承擔(dān)的轉(zhuǎn)矩逐漸轉(zhuǎn)交到CH，此時離合器CH處于滑摩狀態(tài)，傳動系統(tǒng)仍然以iL工作。

（3）轉(zhuǎn)速同步階段的離合器動力學(xué)分析 在升擋的轉(zhuǎn)速同步階段，離合器CL完全分離，CH處于滑摩狀態(tài)并且承擔(dān)所有轉(zhuǎn)矩，傳動比從低擋位iL的向高擋位iH過渡。

換擋過程控制策略分析

1.轉(zhuǎn)速相階段轉(zhuǎn)矩分析

文中策略只針對轉(zhuǎn)速相進(jìn)行調(diào)控，因此只分析轉(zhuǎn)速相階段轉(zhuǎn)矩變化。在轉(zhuǎn)速相階段轉(zhuǎn)矩變化CH離合器傳遞轉(zhuǎn)矩TCH為

當(dāng)在換擋過程中保持輸入軸轉(zhuǎn)矩不變的情況下，離合器CH的轉(zhuǎn)矩大小為

因此，精準(zhǔn)的控制dn/dt可以有效地降低換擋沖擊。通過閉環(huán)控制使其實際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速沿著參考速度變化曲線由當(dāng)前擋位的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換到目標(biāo)擋位的轉(zhuǎn)速值以降低換擋沖擊，如圖2和圖3所示。

圖2 閉環(huán)控制離合器曲線

圖3 閉環(huán)邏輯控制流程

2.邏輯設(shè)計

邏輯設(shè)計分為兩部分：進(jìn)入閉環(huán)控制邏輯條件和閉環(huán)邏輯離合器控制。

（1）進(jìn)入閉環(huán)控制邏輯條件 當(dāng)檢測到渦輪轉(zhuǎn)速下降到速比的15%時，TCU開始進(jìn)入離合器閉環(huán)控制。

（2）閉環(huán)控制邏輯 在進(jìn)入閉環(huán)模式時，TCU會根據(jù)實際的渦輪轉(zhuǎn)速與目標(biāo)渦輪轉(zhuǎn)速偏差來實時調(diào)節(jié)電磁閥壓力，這樣保證渦輪按照目標(biāo)速率變化。當(dāng)TCU檢測到渦輪轉(zhuǎn)速等于變速器輸出軸轉(zhuǎn)速與期望擋位速比之積時，此時TCU退出閉環(huán)控制同時命令待接合離合器進(jìn)入壓緊階段（固定斜率將電磁閥開到最大）。

實車驗證和分析

1.測試設(shè)備及過程介紹

測試在法士特試車場進(jìn)行路試，測試環(huán)境及設(shè)備見表1。

表1 車輛測試環(huán)境

以2擋升3擋為例說明該控制策略在換擋過程中的應(yīng)用。采用此策略之后，在進(jìn)入轉(zhuǎn)速相階段時，TCU通過控制電磁閥命令使其實際渦輪轉(zhuǎn)速按照目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行跟隨，在整個階段變速器輸出軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)無波動，實車感受無沖擊。但未采用該策略的實車數(shù)據(jù)，在進(jìn)入轉(zhuǎn)速相階段時，輸出軸轉(zhuǎn)速有明顯波動，實車感受有明顯沖擊。

結(jié)語

在AT自動變速器換擋過程中，提出在轉(zhuǎn)速相階段通過采用帶前饋PI的控制方法對動力升擋情況下接合離合器滑差進(jìn)行閉環(huán)控制的策略。在實際車輛驗證結(jié)果表明，整個動力升擋過程中，變速器輸出軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，無明顯波動，因此該策略可以有效提高換擋的平順性。