動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制系統(tǒng)在小客車(chē)上的應(yīng)用研究

動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制系統(tǒng)在小客車(chē)上的應(yīng)用研究

1動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制對(duì)于具有手動(dòng)故障記錄的換擋系統(tǒng)，換擋過(guò)程中會(huì)受到一定程度的影響，并顯示出換擋過(guò)程中變速器輸出軸上的旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)。由于手動(dòng)換擋的變速器是靠駕駛員通過(guò)操縱動(dòng)作進(jìn)行換擋,因此有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員可以有效地降低換擋沖擊。而對(duì)于電液式自動(dòng)變速器,由于換擋是依靠自動(dòng)的液壓控制機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,沒(méi)有人工干預(yù)的因素,因此解決換擋沖擊,提高換擋品質(zhì)就成為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制中的一個(gè)重要的問(wèn)題,而一個(gè)有效的解決措施就是采用動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制。作者在自行開(kāi)發(fā)的由電控汽油機(jī)、電液式自動(dòng)變速器組成的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,研究了動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制,即對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、變速器的主油壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制對(duì)換擋過(guò)程影響的研究,有效地改善了換擋品質(zhì),對(duì)在小客車(chē)上應(yīng)用動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制技術(shù)進(jìn)行了有益的探索。2利用s150網(wǎng)絡(luò)的共享控制系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的ECU均以80C552作為微處理器,80C552可以提供I2C串行接口資源,2個(gè)ECU之間通過(guò)I2C總線進(jìn)行信息交換(圖1)以實(shí)現(xiàn)傳感器信息的共享和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的協(xié)調(diào)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變速器ECU的分工以及二者協(xié)調(diào)完成的任務(wù)如下。2.1控制發(fā)動(dòng)機(jī)的雙重任務(wù)(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油順序噴射控制。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火線圈閉合時(shí)間控制。(3)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速控制。(4)電動(dòng)燃油泵的控制。2.2控制儀器的性能(1)規(guī)則的控制根據(jù)駕駛員的選擇,分別按照動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律進(jìn)行換擋控制。(2)流程控制在換擋過(guò)程中進(jìn)行液力變矩器解鎖控制,向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出推遲點(diǎn)火信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)換擋過(guò)程的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。(3)主要油壓監(jiān)控在變速器的整個(gè)工作范圍內(nèi)對(duì)主油壓進(jìn)行控制,包括基本油壓控制和慣性相油壓增長(zhǎng)控制,以保證可靠換擋和平穩(wěn)換擋。(4)液力變矩器配電器的控制在車(chē)輛高轉(zhuǎn)速、高擋位工作時(shí),使液力變矩器完全閉鎖,從而提高傳動(dòng)效率,改善燃油經(jīng)濟(jì)性。2.3協(xié)調(diào)完成任務(wù)(1)通過(guò)i2c線程的傳輸信息變速器ECU通過(guò)I2C獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度信息、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信息等。(2)調(diào)節(jié)輸出扭矩根據(jù)變速器ECU給出的控制指令,發(fā)動(dòng)機(jī)ECU采用推遲點(diǎn)火、斷油的方法對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了對(duì)轉(zhuǎn)矩控制措施進(jìn)行具體的研究,每次試驗(yàn)之前,采用自行開(kāi)發(fā)的ECU在線標(biāo)定系統(tǒng)對(duì)推遲點(diǎn)火控制和斷油控制開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)刻(程序中以換擋閥控制開(kāi)始時(shí)刻為基準(zhǔn))以及推遲點(diǎn)火的具體角度進(jìn)行設(shè)置。(3)車(chē)輛駕駛性能包括曖機(jī)時(shí)禁止升入高擋控制,車(chē)輛起步時(shí)的噴油增量控制等。3換擋沖擊的測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。利用圖中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),記錄換擋過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、制動(dòng)帶、離合器油壓等參數(shù)在換擋過(guò)程中的變化情況以及推遲點(diǎn)火和斷油控制措施的實(shí)現(xiàn)情況(通過(guò)采集發(fā)動(dòng)機(jī)ECU相應(yīng)的輸出信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn));利用圖中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)在線標(biāo)定系統(tǒng)和變速器控制參數(shù)在線標(biāo)定系統(tǒng),根據(jù)控制策略研究的需要改變控制方式和控制參數(shù),如換擋過(guò)程中的點(diǎn)火提前角控制始點(diǎn)和終點(diǎn)、斷油控制的始點(diǎn)和終點(diǎn)、離合器、制動(dòng)帶油壓等,從而研究不同的控制策略對(duì)換擋過(guò)程的影響。關(guān)于換擋沖擊的客觀評(píng)價(jià),最理想的是測(cè)量變速器輸出軸轉(zhuǎn)矩和車(chē)身縱向加速度。但由于試驗(yàn)條件的限制,在此僅測(cè)量了車(chē)身縱向加速度。需要特別說(shuō)明的是,由于試驗(yàn)在轉(zhuǎn)鼓臺(tái)上進(jìn)行,試驗(yàn)過(guò)程中車(chē)身實(shí)際上是不動(dòng)的,在換擋過(guò)程中由于轉(zhuǎn)鼓的慣量大,當(dāng)輸出軸加速度發(fā)生突變時(shí),車(chē)身同樣受到?jīng)_擊,安裝在車(chē)身上的加速度傳感器測(cè)得的信號(hào)實(shí)際上是這一沖擊所引起的局部振動(dòng),這一振動(dòng)與輸出軸加速度有良好的相關(guān)性。因此,試驗(yàn)研究是以該信號(hào)作為換擋沖擊的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的。但是,由于該信號(hào)是對(duì)換擋沖擊的間接體現(xiàn),因此它的絕對(duì)值沒(méi)有意義,只能用做相對(duì)比較。由于換擋沖擊所引起的車(chē)身縱向加速度信號(hào)是一個(gè)低頻信號(hào),因此采用低頻加速度傳感器,傳感器的電荷靈敏度為98.6pc/ms2,最大橫向靈敏度比為5%,可用頻率范圍是0.1～2000Hz。4-2升擋過(guò)程所研究的自動(dòng)變速器是電液控制的、帶液力變矩器鎖止功能的4速自動(dòng)變速器。同時(shí),液壓系統(tǒng)的主油壓可以通過(guò)占空比控制型的電磁閥來(lái)控制,從而控制離合器、制動(dòng)器油壓變化,改善換擋品質(zhì)。4速行星齒輪組通過(guò)2個(gè)制動(dòng)器、4個(gè)離合器、2個(gè)自由輪(單向離合器)實(shí)現(xiàn)擋位組合。由于1擋(傳動(dòng)比為1∶1.479)和2擋(傳動(dòng)比為1∶2.807)傳動(dòng)比變化較大,因此1-2升擋過(guò)程的換擋沖擊明顯,這里主要研究1-2升擋過(guò)程的一體化控制問(wèn)題。圖3是自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。1擋時(shí)C1、C3、F0、F1起作用,2擋時(shí)C1、C3、F0、B1起作用,即升擋過(guò)程是太陽(yáng)輪被制動(dòng),同時(shí)內(nèi)齒圈AG2被單向離合器F1釋放的過(guò)程。1-2升擋過(guò)渡過(guò)程由4個(gè)階段組成:1擋、1擋轉(zhuǎn)矩相、慣性相、2擋。在1擋轉(zhuǎn)矩相階段,B1開(kāi)始充油,開(kāi)始時(shí),油壓變化尚小,還保持在低擋狀態(tài)工作,高擋制動(dòng)器B1還處于打滑之中,齒圈AG2仍被F1制動(dòng),所以這階段只有傳遞轉(zhuǎn)矩的重新分配,轉(zhuǎn)速和速比尚無(wú)急劇的變化。隨著制動(dòng)器B1的油壓不斷增加,當(dāng)AG2所受的力矩方向從逆時(shí)針變?yōu)轫槙r(shí)針時(shí),F1不起作用,AG2順時(shí)針?lè)较驈牧汩_(kāi)始加速運(yùn)動(dòng),慣性相開(kāi)始。這時(shí)制動(dòng)器B1還處于打滑之中,太陽(yáng)輪S逆時(shí)針?lè)较蜃鰷p速運(yùn)動(dòng),直到B1不打滑完全鎖死為零,太陽(yáng)輪被制動(dòng),換擋過(guò)渡過(guò)程結(jié)束,變速器升入2擋。4.11換擋慣性控制策略圖4是無(wú)轉(zhuǎn)矩控制的1-2升擋動(dòng)態(tài)過(guò)程,換擋點(diǎn)油門(mén)開(kāi)度為13%,車(chē)速為12km/h,主油壓為5Bar。圖5(a)～圖5(d)分別是采用推遲點(diǎn)火、切斷一缸燃油噴射、點(diǎn)火推遲+切斷一缸燃油噴射控制策略實(shí)測(cè)得到的動(dòng)態(tài)過(guò)程曲線。從車(chē)身縱向加速度對(duì)比可以看出,在控制時(shí)序合適的情況下,換擋慣性相期間點(diǎn)火提前角為8°時(shí),車(chē)身縱向加速度的幅值最小,沖擊度逐漸增大的控制策略依次為:無(wú)推遲斷一缸油、14°點(diǎn)火提前角、和推遲點(diǎn)火+斷一缸燃油控制。其原因是:在帶有液力變矩器的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中,換擋慣性相期間變速器輸入轉(zhuǎn)矩的降低主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降,從各個(gè)圖上的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線可以看出,斷油控制和推遲點(diǎn)火+斷油控制的換擋過(guò)程中由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平衡,轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯,造成輸出轉(zhuǎn)矩的波動(dòng),從而加劇了車(chē)身的縱向振動(dòng),使降轉(zhuǎn)矩控制的效果體現(xiàn)不出來(lái);對(duì)于14°點(diǎn)火角的過(guò)程,雖然發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化曲線是連續(xù)下降的,但是由于轉(zhuǎn)矩減小的幅度偏小,因此對(duì)換擋沖擊的減小不夠。根據(jù)以上的分析可知,對(duì)于作者所開(kāi)發(fā)的動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制系統(tǒng),在主油壓控制適當(dāng)時(shí),在慣性相期間減小發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)換擋沖擊的改善明顯,在試驗(yàn)中,換擋沖擊的降低幅度為20%;同時(shí),采用適當(dāng)?shù)慕缔D(zhuǎn)矩控制策略也很重要,由于所用發(fā)動(dòng)機(jī)為4缸,不宜采用斷油控制的控制策略。4.21增加了主油壓的20ms,提高了換擋的力度圖6所示的換擋過(guò)程是利用試驗(yàn)系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)在線標(biāo)定系統(tǒng)將慣性相的點(diǎn)火提前角減小到最小值8°,同時(shí)設(shè)定換擋開(kāi)始時(shí)刻的主油壓為500kPa,在轉(zhuǎn)矩相結(jié)束之前的100ms將主油壓控制值減為400kPa,換擋結(jié)束之后再控制為500kPa,這是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的換擋過(guò)程。可以看出換擋沖擊得到了明顯的改善,車(chē)身縱向加速度的最大幅值減小了50%,同時(shí)慣性相時(shí)間也由500kPa主油壓的200ms延長(zhǎng)至240ms。雖然慣性相的延長(zhǎng)使制動(dòng)帶的滑磨時(shí)間變長(zhǎng),但是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的降低又可使滑磨功減小,因此動(dòng)力傳動(dòng)一體化的控制策略對(duì)于減小換擋沖擊和換擋元件的磨損都是有利的。5發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速降低(1)在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上所做的一體化控制試驗(yàn)表明,所開(kāi)發(fā)的一體化控制系統(tǒng)能夠通過(guò)I2C總線實(shí)現(xiàn)傳感器信息的共享和換擋過(guò)程的協(xié)調(diào)控制,所開(kāi)發(fā)的動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制系統(tǒng)是成功的。(2)慣性相轉(zhuǎn)矩控制表明,對(duì)于由電控汽油機(jī)和電液式自動(dòng)變速器組成的小客車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)推遲點(diǎn)火的方式減小升擋慣性相的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到減小換擋沖擊的目的。同時(shí),由于點(diǎn)火提前角控制對(duì)發(fā)