发动机断油控制对AMT换挡品质的影响

第24卷　第1期2004年1月北京理工大学学报

T ransacti ons of Beijing Institute of T echno logy

V o l .24　N o.1Jan .2004

文章编号:100120645(2004)0120048205

发动机断油控制对AM T 换挡品质的影响

何忠波,　席军强,　陈慧岩,　刘　耿,　陶　刚

(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京　100081)

摘　要:开发电机驱动式自动变速操纵系统,以离合器的输出轴转速和离合器输入轴与输出轴转速差为控制参数,采用PD 控制算法控制升挡时离合器的接合过程;同时控制发动机断油电磁阀的断油与供油规律,实现对发动机

(即离合器输入轴)输出转矩和输出转速的有效控制Ζ研究表明,该种换挡控制方法缩短了换挡时间,减小了滑

磨角Ζ

关键词:自动变速;换挡品质;离合器控制;断油电磁阀中图分类号:U 4631211 文献标识码:A

Effects of Fuel Stop Valve for D iesel Eng i ne on the Sh if t

Quality of an Automatic M echan ical Tran s m ission

H E Zhong 2bo ,　X I Jun 2qiang ,　CH EN H u i 2yan ,　L I U Geng ,　TAO Gang

(Schoo l of M echanical and V eh icular Engineering ,Beijing Institute of T echno logy ,Beijing 100081,Ch ina )

Abstract :A new au tom atic sh ift system driven by a DC m o to r fo r an au tom atic m echan ical

tran s m issi on (AM T )is p ropo sed .T he system con sists of a clu tch con tro l system and a fuel stop valve fo r the diesel engine .T he fo r m er adap ts the tw o 2p aram eter PD sh ift on the speed of ro tati on of the clu tch ou tp u t shaft and that of the differen tial betw een the inpu t and ou tpu t shafts .T he latter realizes an on 2off con tro l of fuel to regu late the ou tp u t to rsi on and speed of ro tati on of the diesel engine w hen sh ifting .T est resu lts indicate that the sh ift system i m p roved gives sh ift p erfo r m ance to the veh icle .

Key words :au tom atic sh ifting ;sh ift quality ;clu tch con tro l ;fuel stop valve

收稿日期:20030331

基金项目:厂校合作项目

作者简介:何忠波(1968-),男,博士生,E 2m ail :hzb _hcl _xq @sina .com ;陈慧岩(1961-),男,教授Ζ

电控机械式自动变速(au tom ated m echan ical tran s m issi on 简称AM T )车辆按照其油门踏板与发动机之间连接方式的不同,可分为柔性和刚性两种控制结构[1]Ζ柔性结构AM T 是指油门踏板与发动机之间没有机械连接,油门踏板只相当于一个传递驾驶员意图的传感器,换挡过程中ECU 按照一定的控制规律控制油门执行机构,以控制发动机,达到控制换挡品质的目的Ζ而刚性结构AM T 则更多地

沿袭传统A T 的操作方式,油门踏板与发动机之间有直接的机械连接,由驾驶员直接操纵发动机Ζ这种结构因没有油门执行机构,使系统结构简化,动作可靠,降低了成本Ζ但这种结构的AM T 在换挡过程中存在一个问题:由于换挡时机完全由ECU 控制,驾驶员并不知道准确的换挡时刻,因此在换挡瞬间,驾驶员不能及时调整发动机工况的突变Ζ这不仅使换挡品质恶化,而且降低了发动机、离合器的使用寿

命Ζ因此刚性结构AM T 车辆在换挡过程中必须以某种附加的形式控制发动机Ζ作者在开发的电机驱动式刚性结构的AM T 车辆上,利用断油电磁阀的断油和恢复供油控制换挡过程中发动机输出转矩和转速的变化,以达到改善换挡品质的目的Ζ

1　电机驱动式AM T 系统组成

传统AM T 车辆操纵机构的驱动方式主要有液

压驱动式和气压驱动式两种Ζ由于电机驱动式具有响应速度快、控制精度高、适应性好、污染小和改装成本低等特点,因此开发了以直流无刷电机驱动的刚性结构AM T 车辆电控操纵系统,其组成如图1所示ΖECU 采用M o to ro la 32位微控制器M C 68376为主控芯片[2],离合器和变速器的操纵分别由3个直流无刷电机在ECU 的控制下完成[3]Ζ断油电磁阀的工作原理是:正常起动或行驶时,接通电磁阀的电路,驾驶员通过操纵油门踏板可以使供油齿条自由移动,以调节发动机供油量;当需停车熄火时,关掉电磁阀的电源,则供油齿条处于停油位置,从而达到断油的目的Ζ借助于断油电磁阀的这一工作原理,升挡过程中,ECU 通过控制断油电磁阀的断油和恢复供油时刻改变发动机转速,减小离合器接合时主被动摩擦片的转速差,从而达到减少换挡时间、减少离合器磨损,从而改善换挡品质的目的

Ζ

2　换挡品质评价指标

一般对AM T 车辆换挡过程的基本要求是[4]:换挡过程应尽量迅速完成,以减少离合器的磨损,减小换挡期间因动力中断所引起的速度损失;换挡过

程应尽量平稳地过渡,以提高换挡平稳性Ζ根据这一要求,用以下3个指标评价换挡品质:换挡时间t 、冲击度j 和滑磨功W Ζ

由车辆动力学与运动学方程:

M 2-M v =I 2Ξ・

2,

(1)a =

r r i o Ξ・2=r r i o i g Ξ・1=2Π60r r i o i g

n ・

1Ζ(2)

由式(1)(2),冲击度j 和滑磨功W 可分别表示为

j =

d a

d t =r r i o I 2d (M 2-M v )d t ≈r r i o I 2d M 2d t

,(3)W =

∫t 2

t 1M c (t ) Ξe (t )-Ξ1

(t ) d t =2Π

60∫

t 2t 1

M c (t ) n e (t )-n 1

(t ) d t Ζ(4)

式(1)～(4)中　M 2为变速器输出轴的输出转矩;M v 为车辆牵引转矩;I 2为与变速器输出轴相联的惯量;Ξe ,Ξ1,Ξ2分别为发动机曲轴、变速器输入轴和输出轴的角速度;a 为车辆的纵向加速度;r r 为车轮滚动半径;i o 为主减速器传动比;i g 为变速器传动比;n 1为变速器输入轴转速;M c 为离合器滑磨转矩;t 1,

t 2分别为离合器主从动摩擦片开始滑磨的时刻和同

步时刻Ζ

3　换挡品质控制策略

电机驱动式自动变速操纵系统在ECU 的控制下,按照一定的控制规律完成换挡过程的自动操纵Ζ整个换挡过程可分为7个阶段:离合器分离、断油、摘挡、选档、挂档、离合器接合和恢复供油阶段Ζ这7个阶段并不是孤立的,而是存在一定的时序匹配关系,其中离合器分离阶段与断油阶段的时序匹配关系、离合器接合阶段与恢复供油阶段的时序匹配关系最为重要,它直接影响换挡品质的优劣Ζ311　离合器的接合控制

升挡过程中,通过断油电磁阀的断油和恢复供油调节发动机的转速虽然可以减小n e 和n 1之间的差值,使离合器接合速度加快,但其调节能力有限Ζ因此,换挡平稳性的提高主要通过控制离合器的接合速度,以减小离合器滑磨转矩M c 的剧变实现Ζ

传统的离合器接合控制方法都是建立离合器的接合模型并以离合器的接合行程为控制参数Ζ但使用过程中,由于离合器的磨损以及离合器行程传感器初始安装位置发生变化等原因,使这种控制方法的适应性差Ζ作者选取n 1和n e1作为离合器接合过程的控制参数,因为由式(2)(3)可进一步推得:

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