無級變速器濕式離合器系統(tǒng)起步控制研究

無級變速器濕式離合器系統(tǒng)起步控制研究汽車技術(shù)正朝著節(jié)能、環(huán)保、安全舒適的方向發(fā)展,新技術(shù)層出不窮。在汽車變速器方面,20世紀60年代,就出現(xiàn)了對傳統(tǒng)離合器與手動機械變速器的半自動變速器,隨后發(fā)展成為目前市場上的AMT技術(shù)。自20世紀70年代起,由液力變矩器和行星齒輪構(gòu)成的自動變速器(AT)的性能得到迅速發(fā)展,成為目前美國、日本轎車的主導產(chǎn)品。20世紀80年代發(fā)明了金屬帶,解決了皮帶摩擦傳動的本質(zhì)缺陷,于是機械無級變速器(CVT)在變速器的市場份額中迅速擴大。在AMT基礎上發(fā)展的雙離合器變速器(DSG),由于可以彌補換檔時動力中斷的固有缺陷,也成為汽車自動變速器的重點發(fā)展方向。在我國發(fā)展自動變速器,其中AMT、AT、CVT、DSG的任何一種,都有一個共性的關鍵技術(shù)問題,就是起步離合器的控制問題。本文重點研究CVT濕式離合器控制問題,內(nèi)容包括:離合器機械傳動與液壓執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)建模;濕式離合器片的摩擦特性;離合器接合過程的理論分析;滿足產(chǎn)品需要的電子控制裝置及工程化控制軟件。所取得的主要研究成果為:1)根據(jù)濕式離合器機械傳動、液壓執(zhí)行機構(gòu)工作原理,結(jié)合發(fā)動機和液力變矩的數(shù)字模型,建立了濕式離合器狀態(tài)空間模型X=AX(式2.26),為離合器結(jié)合過程動態(tài)分析和控制策略優(yōu)化奠定了基礎。通過對濕式離合器典型工況的仿真表明:當摩擦片的摩擦系數(shù)具有正斜率特性時,其傳遞的轉(zhuǎn)矩是收斂的,具有負斜率性,其傳遞的轉(zhuǎn)矩是發(fā)散的,這與實際測試結(jié)果是一致的。仿真分析還看出:離合器壓力波動對離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的特性影響較大,在特定條件下可能出現(xiàn)共震現(xiàn)象,導致液力變矩器渦輪、主動摩擦片與從動摩擦片一起振動。2)開發(fā)了起步離合器電子控制裝置,包括硬件、軟件兩部分。軟件由底層驅(qū)動、操作系統(tǒng)和用戶軟件構(gòu)成,其中用戶軟件由液壓執(zhí)行機構(gòu)的標定和基于控制理論提出的控制算法組成。硬件部分包括壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、檔位開關、油溫傳感器的設計與選型,高速開關閥的驅(qū)動電路設計。高性能高可靠性驅(qū)動是離合器電子控制硬件設計的關鍵,本文通過仿真分析研究了高速開關閥的電磁特性,奠定了高速開關閥驅(qū)動電路設計的理論基礎,并設計了高端驅(qū)動低端電流傳感、低端驅(qū)動高端電流傳感、高端驅(qū)動高端電流傳感三個方案。大量的臺架和路面試驗證實,所設計的高端驅(qū)動高端電流傳感驅(qū)動電路全面達到CVT使用要求。3)研究了摩擦片摩擦系數(shù)的影響因素。測試了同一條件下CVTF-EXx、CVT-F-x、EZL-7xx三種油液的摩擦系數(shù);采用CVTF-EXx油液研究溫度對摩擦系數(shù)的影響,測試數(shù)據(jù)顯示溫度越高,摩擦系數(shù)越小,并擬合了摩擦系數(shù)隨溫度變化的特性曲線;測試了離合器壓力對摩擦系數(shù)的影響,結(jié)果顯示壓力的變化對摩擦系數(shù)的影響不大;測試了滑摩轉(zhuǎn)速對摩擦系數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)滑摩轉(zhuǎn)速小于100r/min時,摩擦系數(shù)隨滑摩轉(zhuǎn)速急劇上升,大于100r/min后,反而下降,到達200r/min后,摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定。4)根據(jù)濕式離合器實際接合過程,提出各階段的控制目標及評價指標。起步離合器接合過程的四個階段為:空行程階段、建壓階段、滑摩階段、同步接合階段。研究發(fā)現(xiàn),空行程階段對起步性能并無影響,要盡快結(jié)束;建壓階段離合器壓力與充油時間影響最大,直接決定起步的快速性;滑摩階段決定起步的平順性,摩擦系數(shù)對這一過程影響很大;同步接合階段不產(chǎn)生滑摩功,并且接合快慢對車體沖擊度影響不大,需快速接合。根據(jù)控制目標及評價指標,開發(fā)了濕式離合器接合過程模糊控制算法,各類試驗證實了算法的有效性。5)濕式離合器的起步試驗伴隨CVT控制軟件的調(diào)試,歷時二年,經(jīng)過臺架試驗,新疆吐魯番環(huán)境溫度高達60℃的高溫標定試驗,昆侖山口海拔高度4647米的高原標定試驗,以及黑河最低溫度為-32℃嚴寒標定試驗,所取得的研究成果對離合器軟件開發(fā)和標定流程具有很好的借鑒意義和工程應用價值。6)自動變速器起步離合器的標定是軟件產(chǎn)品開發(fā)的核心技術(shù)。本文基于離合器常態(tài)特性標定了起步離合器的基本模型;根據(jù)汽車的極限工作環(huán)境導致特性變化,標定了影響基本模型的環(huán)境修正模型;通過疲勞壽命試驗測試了核心部件的衰減特性(如摩擦片磨損、離合器間隙變化、液壓閥磨損、電磁線圈磁力特性衰退等