液力自動(dòng)變速器換擋電磁閥控制模型及試驗(yàn)驗(yàn)證

0換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法自動(dòng)換能器（at）的換能質(zhì)量是指在保證汽動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命之前迅速、穩(wěn)定地?fù)Q能率。在換能過(guò)程中，控制轉(zhuǎn)換率的質(zhì)量是自動(dòng)換能器的主要技術(shù)之一，也是提高車(chē)輛動(dòng)力性和舒適度的所必需的保證。換擋品質(zhì)受多種因素的影響,有不同的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo),一般采用車(chē)輛沖擊度作為換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。車(chē)輛沖擊度可以很好地反映換擋過(guò)程的動(dòng)力學(xué)本質(zhì),通常駕駛?cè)藵M(mǎn)意的換擋平穩(wěn)性指標(biāo)為車(chē)輛沖擊度j低于31.9～37.3m·s-3,因此車(chē)輛沖擊度只有保證在上述限值以下,才能獲得良好的換擋品質(zhì)。目前液力自動(dòng)變速器對(duì)換擋沖擊度的控制是通過(guò)控制離合器的搭接時(shí)序和油壓變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)的,且控制方式主要是事先根據(jù)試驗(yàn)和分析確定換擋離合器的搭接時(shí)序和油壓變化,根據(jù)油門(mén)開(kāi)度、車(chē)速等信號(hào)控制離合器,不能實(shí)現(xiàn)對(duì)換擋過(guò)程的實(shí)時(shí)控制。本文中基于MATLAB/Simulink軟件平臺(tái)建立電磁閥控制系統(tǒng)模型,對(duì)影響換擋品質(zhì)的換擋電磁閥的開(kāi)閉合曲線(xiàn)和工作邏輯控制等影響換擋品質(zhì)的主要因素進(jìn)行仿真研究,然后對(duì)自動(dòng)變速器的換擋電磁閥控制系統(tǒng)進(jìn)行基于dSPACE的快速控制原型試驗(yàn)。1自動(dòng)換擋過(guò)程分析1.1平均耦合要求換擋是指由低擋向高擋或由高擋向低擋的擋位變換。以升擋過(guò)程為例,換擋過(guò)渡過(guò)程分為2個(gè)階段:第1階段為低擋轉(zhuǎn)矩相,在此階段,低擋離合器C1油壓下降但仍然接合,高擋離合器C2油壓上升、開(kāi)始滑磨并已傳遞部分轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)仍按低擋運(yùn)行;第2階段為高擋慣性相,此時(shí)離合器C1由接合進(jìn)入分離狀態(tài),同時(shí)離合器C2繼續(xù)保持打滑狀態(tài)直至完全接合。在慣性相結(jié)束后,離合器C2保持接合狀態(tài),完成換擋過(guò)程。然而,在離合器C2接合的瞬間,接合元件傳遞的力矩、對(duì)應(yīng)的變速器輸出力矩會(huì)產(chǎn)生突變,形成換擋沖擊。因此,變速器升擋過(guò)程離合器的搭接控制原則是:既要避免出現(xiàn)換擋過(guò)程中動(dòng)力中斷現(xiàn)象,又要減少由于部分功率循環(huán)造成的動(dòng)力損失。1.2換能質(zhì)量控制方法1.2.1換擋受試和搭接頭頭沖擊注意換擋過(guò)程的轉(zhuǎn)矩相中,2個(gè)離合器的接合與分離時(shí)序存在理想搭接,如若搭接不夠或者搭接過(guò)頭都容易造成換擋沖擊。離合器的搭接時(shí)序控制即是對(duì)離合器接合與分離的油壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,如圖1所示。實(shí)際離合器搭接時(shí)序控制可以通過(guò)設(shè)置合理的電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)控,使2個(gè)離合器得到最佳的交替銜接。1.2.2分離器的接合與分離程度的關(guān)系離合器油壓變化的控制受電磁閥開(kāi)閉合規(guī)律的影響,不同電磁閥開(kāi)度對(duì)應(yīng)的油壓值不同,離合器的接合與分離程度也不同。圖2為離合器C1,C2油壓變化曲線(xiàn),由圖2可知,轉(zhuǎn)矩相結(jié)束時(shí),應(yīng)使待分離的離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩盡量小甚至為0;慣性相結(jié)束時(shí),應(yīng)使其結(jié)束點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的油壓值與換擋結(jié)束后的油壓值接近,以減小換擋沖擊。1.2.3傳動(dòng)效率比較液力變矩器閉鎖離合器的使用能提高自動(dòng)變速器的傳動(dòng)效率。閉鎖離合器的控制對(duì)改善換擋品質(zhì)有很大幫助,控制閉鎖離合器在換擋過(guò)程中解鎖,能使液力變矩器起到柔性緩沖作用,吸收動(dòng)力沖擊。2更換電磁閥管理系統(tǒng)的模型2.1執(zhí)行元件狀態(tài)本文中通過(guò)建立電磁閥工作邏輯控制模型來(lái)實(shí)現(xiàn)接合元件油壓變化規(guī)律的控制。該自動(dòng)變速器有6個(gè)換擋執(zhí)行元件,即3個(gè)離合器、2個(gè)制動(dòng)器和1個(gè)單向離合器,所有執(zhí)行元件共由5個(gè)獨(dú)立的脈寬調(diào)制電磁閥來(lái)控制。不同擋位時(shí)各電磁閥動(dòng)作及換擋執(zhí)行元件的狀態(tài)如表1所示,離合器K1,K2,K3分別由電磁閥SV1,SV2,SV3控制,制動(dòng)器B1由電磁閥SV4控制,電磁閥SV5用來(lái)控制閉鎖離合器工作。依據(jù)表1所示的不同擋位各電磁閥動(dòng)作情況,建立換擋電磁閥控制模型,該模型可輸出各擋位的傳動(dòng)比和閉鎖離合器動(dòng)作信號(hào),如圖3所示。2.2分離與接合搭接時(shí)序控制通過(guò)前述的搭接時(shí)序控制規(guī)則建立了電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn)控制模型,實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件在換擋過(guò)程中的分離與接合的搭接時(shí)序控制,保證變速器自動(dòng)換擋的平順性和快速性。電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn)控制模型(圖4)通過(guò)擋位信息進(jìn)行觸發(fā),當(dāng)擋位信息發(fā)生變化時(shí),開(kāi)閉合曲線(xiàn)控制模塊選擇不同的電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn),從而控制換擋執(zhí)行元件接合和分離的搭接時(shí)序。3在線(xiàn)模擬分析3.1自動(dòng)變壓器離線(xiàn)仿真及結(jié)果為了評(píng)價(jià)換擋電磁閥控制系統(tǒng)模型對(duì)換擋品質(zhì)的影響,本文中基于Simulink軟件平臺(tái)采用前向建模的方法對(duì)整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行建模,建立的模型包括發(fā)動(dòng)機(jī)模型、自動(dòng)換擋控制模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型及車(chē)輛等模型,如圖5所示。應(yīng)用上面的模型進(jìn)行自動(dòng)變速器離線(xiàn)仿真研究,驗(yàn)證換擋電磁閥控制系統(tǒng)模型以及設(shè)定的電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn)的正確性。對(duì)一油門(mén)開(kāi)度為定值30%的連續(xù)換擋加速工況進(jìn)行分析,仿真結(jié)果如圖6所示。由圖6可見(jiàn),車(chē)輛速度連續(xù)上升,擋位從1擋連續(xù)變換到6擋,其中在2擋、3擋、4擋、5擋和6擋時(shí)出現(xiàn)了閉鎖離合器閉鎖情況。圖7為各電磁閥在相應(yīng)擋位的開(kāi)啟和閉合的情況(狀態(tài)為1表示開(kāi)啟,為2表示閉合),結(jié)合表1和圖7(b)可以看出:隨著擋位的變化,電磁閥的開(kāi)啟和閉合符合電磁閥工作邏輯,且擋位切換時(shí)各電磁閥的工作能體現(xiàn)出搭接時(shí)序控制規(guī)律。3.2換擋沖擊度曲線(xiàn)駕駛?cè)说某俗孢m性是一種主觀感覺(jué),不同駕駛?cè)说母杏X(jué)各不相同。但總的看來(lái),車(chē)輛沖擊度的峰值越小擋會(huì)越舒適。因此將換擋沖擊度作為評(píng)價(jià)乘坐舒適性的指標(biāo),將換擋沖擊度j表示為車(chē)輛行駛過(guò)程中加速度a的變化率,即j=dadt=d2vdt2j=dadt=d2vdt2由車(chē)速仿真結(jié)果圖6(a)可以得出圖8所示的換擋沖擊度曲線(xiàn)。由圖8可知,利用換擋電磁閥控制模型進(jìn)行控制之后,沖擊度由-50m·s-3降低到-30m·s-3,換擋品質(zhì)明顯改善,乘坐舒適性也得以提高。4基于dspace的快速控制原型離線(xiàn)仿真分析只是利用虛擬的模型對(duì)控制策略進(jìn)行初步正確性的測(cè)試,并不能反映實(shí)時(shí)狀況。為了進(jìn)一步驗(yàn)證開(kāi)發(fā)方向和控制策略的正確性,本文中采用基于dSPACE的快速控制原型方法,這種方法不利用嵌入式控制器,而是采用高性能實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng),構(gòu)成虛擬控制器代替真實(shí)控制器,對(duì)真實(shí)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制,控制真實(shí)的對(duì)象?？焖倏刂圃头椒芟刂扑惴ㄖ械腻e(cuò)誤,減少工程設(shè)計(jì)費(fèi)用和時(shí)間。4.1電磁閥占空比控制原理快速控制原型試驗(yàn)方案如圖9所示,由電腦將模型編譯下載到MicroAutoBox中;MicroAutoBox根據(jù)車(chē)速和油門(mén)等信號(hào)以及控制策略進(jìn)行換擋、閉鎖和電磁閥控制,MicroAutoBox輸出電磁閥占空比控制信號(hào)給電磁閥驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)電路再按照表1所示的工作狀態(tài)控制電磁閥開(kāi)啟和閉合,從而使得相應(yīng)的離合器接合與分離,實(shí)現(xiàn)擋位切換。4.2實(shí)際臺(tái)架控制試驗(yàn)本文在離線(xiàn)仿真模型中初步設(shè)定了一種搭接時(shí)序控制策略,對(duì)電磁閥的開(kāi)閉合曲線(xiàn)進(jìn)行控制,且控制效果良好。而在實(shí)際臺(tái)架上進(jìn)行快速控制原型試驗(yàn)時(shí),該控制方法雖然能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速控制功能,但是由于設(shè)定的搭接時(shí)序控制策略實(shí)時(shí)性較差,因此換擋沖擊仍然存在。為了進(jìn)一步改善換擋品質(zhì),減少?zèng)_擊,對(duì)電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn)進(jìn)行了在線(xiàn)標(biāo)定,標(biāo)定結(jié)果如圖10所示。4.3換擋沖擊度仿真將標(biāo)定后的電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn)輸入整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)模型中啟動(dòng)仿真,換擋沖擊度仿真結(jié)果如圖11所示。由圖11可知,換擋沖擊度減小到18m·s-3,換擋品質(zhì)得到了進(jìn)一步改善。同時(shí)表明修正后的電磁閥開(kāi)閉合曲線(xiàn)更加準(zhǔn)確、合理,且具有實(shí)時(shí)性。5快速控制原型試