液力自動變速器換擋電磁閥控制模型及試驗驗證

液力自動變速器換擋電磁閥控制模型及試驗驗證

0換擋品質(zhì)的評價方法自動換能器（at）的換能質(zhì)量是指在保證汽動傳動系統(tǒng)的使用壽命之前迅速、穩(wěn)定地?fù)Q能率。在換能過程中，控制轉(zhuǎn)換率的質(zhì)量是自動換能器的主要技術(shù)之一，也是提高車輛動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,有不同的評價方法和指標(biāo),一般采用車輛沖擊度作為換擋品質(zhì)的評價指標(biāo)。車輛沖擊度可以很好地反映換擋過程的動力學(xué)本質(zhì),通常駕駛?cè)藵M意的換擋平穩(wěn)性指標(biāo)為車輛沖擊度j低于31.9～37.3m·s-3,因此車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)。目前液力自動變速器對換擋沖擊度的控制是通過控制離合器的搭接時序和油壓變化規(guī)律實現(xiàn)的,且控制方式主要是事先根據(jù)試驗和分析確定換擋離合器的搭接時序和油壓變化,根據(jù)油門開度、車速等信號控制離合器,不能實現(xiàn)對換擋過程的實時控制。本文中基于MATLAB/Simulink軟件平臺建立電磁閥控制系統(tǒng)模型,對影響換擋品質(zhì)的換擋電磁閥的開閉合曲線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,然后對自動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。1自動換擋過程分析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。以升擋過程為例,換擋過渡過程分為2個階段: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、開始滑磨并已傳遞部分轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)仍按低擋運行;第2階段為高擋慣性相,此時離合器C1由接合進(jìn)入分離狀態(tài),同時離合器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),完成換擋過程。然而,在離合器C2接合的瞬間,接合元件傳遞的力矩、對應(yīng)的變速器輸出力矩會產(chǎn)生突變,形成換擋沖擊。因此,變速器升擋過程離合器的搭接控制原則是:既要避免出現(xiàn)換擋過程中動力中斷現(xiàn)象,又要減少由于部分功率循環(huán)造成的動力損失。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程的轉(zhuǎn)矩相中,2個離合器的接合與分離時序存在理想搭接,如若搭接不夠或者搭接過頭都容易造成換擋沖擊。離合器的搭接時序控制即是對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。實際離合器搭接時序控制可以通過設(shè)置合理的電磁閥開閉合曲線進(jìn)行調(diào)控,使2個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閉合規(guī)律的影響,不同電磁閥開度對應(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,由圖2可知,轉(zhuǎn)矩相結(jié)束時,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,應(yīng)使其結(jié)束點所對應(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傳動效率比較液力變矩器閉鎖離合器的使用能提高自動變速器的傳動效率。閉鎖離合器的控制對改善換擋品質(zhì)有很大幫助,控制閉鎖離合器在換擋過程中解鎖,能使液力變矩器起到柔性緩沖作用,吸收動力沖擊。2更換電磁閥管理系統(tǒng)的模型2.1執(zhí)行元件狀態(tài)本文中通過建立電磁閥工作邏輯控制模型來實現(xiàn)接合元件油壓變化規(guī)律的控制。該自動變速器有6個換擋執(zhí)行元件,即3個離合器、2個制動器和1個單向離合器,所有執(zhí)行元件共由5個獨立的脈寬調(diào)制電磁閥來控制。不同擋位時各電磁閥動作及換擋執(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,制動器B1由電磁閥SV4控制,電磁閥SV5用來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比和閉鎖離合器動作信號,如圖3所示。2.2分離與接合搭接時序控制通過前述的搭接時序控制規(guī)則建立了電磁閥開閉合曲線控制模型,實現(xiàn)執(zhí)行元件在換擋過程中的分離與接合的搭接時序控制,保證變速器自動換擋的平順性和快速性。電磁閥開閉合曲線控制模型(圖4)通過擋位信息進(jìn)行觸發(fā),當(dāng)擋位信息發(fā)生變化時,開閉合曲線控制模塊選擇不同的電磁閥開閉合曲線,從而控制換擋執(zhí)行元件接合和分離的搭接時序。3在線模擬分析3.1自動變壓器離線仿真及結(jié)果為了評價換擋電磁閥控制系統(tǒng)模型對換擋品質(zhì)的影響,本文中基于Simulink軟件平臺采用前向建模的方法對整車動力系統(tǒng)進(jìn)行建模,建立的模型包括發(fā)動機模型、自動換擋控制模型、傳動系統(tǒng)模型及車輛等模型,如圖5所示。應(yīng)用上面的模型進(jìn)行自動變速器離線仿真研究,驗證換擋電磁閥控制系統(tǒng)模型以及設(shè)定的電磁閥開閉合曲線的正確性。對一油門開度為定值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,車輛速度連續(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)擋位的開啟和閉合的情況(狀態(tài)為1表示開啟,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,電磁閥的開啟和閉合符合電磁閥工作邏輯,且擋位切換時各電磁閥的工作能體現(xiàn)出搭接時序控制規(guī)律。3.2換擋沖擊度曲線駕駛?cè)说某俗孢m性是一種主觀感覺,不同駕駛?cè)说母杏X各不相同。但總的看來,車輛沖擊度的峰值越小擋會越舒適。因此將換擋沖擊度作為評價乘坐舒適性的指標(biāo),將換擋沖擊度j表示為車輛行駛過程中加速度a的變化率,即j=dadt=d2vdt2j=dadt=d2vdt2由車速仿真結(jié)果圖6(a)可以得出圖8所示的換擋沖擊度曲線。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仿真分析只是利用虛擬的模型對控制策略進(jìn)行初步正確性的測試,并不能反映實時狀況。為了進(jìn)一步驗證開發(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,而是采用高性能實時仿真計算機系統(tǒng),構(gòu)成虛擬控制器代替真實控制器,對真實的驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行控制,控制真實的對象?？焖倏刂圃头椒芟刂扑惴ㄖ械腻e誤,減少工程設(shè)計費用和時間。4.1電磁閥占空比控制原理快速控制原型試驗方案如圖9所示,由電腦將模型編譯下載到MicroAutoBox中;MicroAutoBox根據(jù)車速和油門等信號以及控制策略進(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給電磁閥驅(qū)動電路,驅(qū)動電路再按照表1所示的工作狀態(tài)控制電磁閥開啟和閉合,從而使得相應(yīng)的離合器接合與分離,實現(xiàn)擋位切換。4.2實際臺架控制試驗本文在離線仿真模型中初步設(shè)定了一種搭接時序控制策略,對電磁閥的開閉合曲線進(jìn)行控制,且控制效果良好。而在實際臺架上進(jìn)行快速控制原型試驗時,該控制方法雖然能實現(xiàn)自動變速控制功能,但是由于設(shè)定的搭接時序控制策略實時性較差,因此換擋沖擊仍然存在。為了進(jìn)一步改善換擋品質(zhì),減少沖擊,對電磁閥開閉合曲線進(jìn)行了在線標(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)定后的電磁閥開閉合曲線輸入整車動力系統(tǒng)模型中啟動仿真,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。同時表明修正后的電磁閥開閉合曲線更加準(zhǔn)確、合理,且具有實時性。5快速控制原型試