机械自动变速系统动力性换挡控制规律

1 机械自动变速传动自动换挡规律
换挡时刻的选择直接影响着车辆的燃料经济性 和动力性的优劣。 因此研究如何获得机械自动变速 传动自动换挡规律是开发机械自动变速传动系统的 关键。 本文采用车速与油门为控制参数的两参数收 敛型控制规律, 研究动力性换挡规律的求取方法。
2 试验车的参数
211 结构参数 该车共有 5 个前进挡, 1 个倒挡。各挡的变速比
2006年4月
农业机械学报
第 37 卷 第 4 期
机械自动变速系统动力性换挡控制规律3
余荣辉 孙冬野 秦大同
【摘要】 通过发动机试验测试, 分析了机械自动变速传动系统的动力性换挡控制规律的求取过程, 着重研究
了降挡控制规律的获取方法, 提出在求取降挡规律时要注意各挡最小车速, 以免造成发动机熄火的观点。对所求得
图中的实线为 311 节所求的升挡线, 虚线为对
应各升挡线的降挡线, 点画线为各挡的最低限速线。
由图中可见, 在油门开度小于15% 时, 各挡的降挡线
都不同程度地与该挡最小限速线相交。 这意味着第
n 挡换回 n- 1 挡的车速要小于第 n 挡的最小车
图 3 降挡规律曲线 F ig. 3 Dow n2sh ift gea r2sh ift law
在边界点升挡后, 驱动力将变小, 加速度将降 低, 会导致车速下降, 造成换挡循环或发动机熄火。 因此, 必须满足以下边界换挡点升挡规则: ①若升挡 后, 车辆加速度a> 0, 则升挡。②若升挡后, 车辆加速 度 a< 0, 则保持原挡。
根据汽车动力学方程[3], 有
T
e
in ig r
ΓT
=
Fw +
3
速。 而事实上, 在同一油门开度下, 如果在第 n 挡达 到其最小车速之前不换回 n- 1 挡, 将导致发动机熄 火, 因此该处的降挡线将没有意义。另外在油门开度 大于 30% 后, → 挡降挡车速小于 → 挡降挡 车速, 且差距较大。 这是由不合理的升挡规律引起 的。 显然, 该降挡规律也需要加以修正。
的车速
v n+ 1↓——全开油门时, (n+ 1) 挡降到n 挡时 的车速
通常 K 的取值应该小于 014～ 0145[2], 由式 (5) 得
vn+ 1= (1- K ) vn
(6)
在已知各油门开度下升挡车速的基础上, 由
式 (6) 即可求得相应的降挡线。本文在10% 油门开度
时取K = 014, 在37% 油门开度时取K = 013。所求得 的降挡线如图 3 所示。
r
CDA
v
2 a
21115
-
m gf 0
∆nm
1+
v
2 a
19 440
-
mgi
(4) T e 是随发动机油门开度和转速ne 变化而变化的。其 中, v a = 712Πrne ( 60in ig )。 对 于 水 平 路 面, 取 ΓT = 019, f 0= 01018。
根据上述的升挡策略及公式推导, 利用作图法 原理, 用M a tlab 编制程序, 得升挡控制规律如图2 所 示。 计算时油门开度最小取值为 10% , 最大取值为 98% (试验时实测到的最大的油门开度值) , 中间约 每隔 5% 取一个值。
313 动力性换挡规律的修正 以上所获得的升降挡规律是最原始的换挡规
律, 它们将作为换挡判断的基础。然而这些升降挡规 律都不同程度地出现了一些问题。针对这些问题, 本 文采用修正的办法加以解决。
(1) 针对升挡规律中 → 挡升挡线与 → 挡升挡线重合的问题, 分析其原因在于该车在油门 开度大于 37% 后, 其最高车速出现在 挡而不是最 高挡5 挡。图4 为油门开度在98% 时该车的加速度曲 线 图, 由图可见在 挡的最高车速为 149 km h, 而
收稿日期: 2004 10 27 3 国家自然科学基金资助项目 (项目编号: 50475066) 和新世纪优秀人才支持计划项目 (项目编号: N CET 04 0848) 余荣辉 重庆大学机械传动国家重点实验室 硕士生, 400044 重庆市 孙冬野 重庆大学机械传动国家重点实验室 教授 博士生导师 秦大同 重庆大学机械传动国家重点实验室 教授 博士生导师
首先确定动力性升挡规律, 然后在此基础上获 取相应的降挡规律, 并针对所研究的发动机特性作 一定的修正。
311 动力性升挡规律 动力性升挡规律的确定采用以下的策略: (1) 在同一油门开度下, 若相邻挡的加速度特
性曲线相交, 且交点不为负, 则取各挡交点为换挡 点。
(2) 在同一油门开度下, 若相邻挡的加速度特 性曲线不相交, 则取各挡的最高车速为换挡点 (边界 点)。
Ff +
F i+
∆nm
dv a dt
(1)
其中 Fw =
CDA
v
2 a
21115
F
f
=
m gf
0
1+
v
2 a
19 440
F i= m g i
汽车质量换算系数 ∆n 主要与飞轮的转动惯量
I f 、车轮的转动惯量Iw 以及传动系统的传动比有关,
其计算式[3 ]为
∑ ∆n =
Байду номын сангаас
1+
1 m
Iw r2
+
1 m
图 1 发动机特性曲线 F ig. 1 Cha racteristic of eng ine
3 动力性换挡规律
动力性换挡要求车辆的牵引特性得到最好的利 用, 充分发挥发动机的功率潜力, 以便获得优异的加 速性、爬坡能力, 提高平均行驶车速。为此, 汽车应尽 可能在较低挡位行驶。对于换挡点的选择, 一般有两 种判断法: 一种是以同一车速下各挡加速度大小作 为换挡依据; 另一种是以同一车速下各挡驱动力的 大小作为换挡依据。由于各挡转动惯量不同, 驱动力 大不一定加速度大, 因此本文采用加速度来设计动 力性换挡规律。
动力性降挡规律的确定采用以下的控制策略:
(1) 为了避免循环换挡, 降挡车速应该比对应
的升挡车速低 2～ 8 km h [4]。 ( 2) 为了避免发动机熄火, n 挡的降挡车速必
须大于、等于 n 挡的最小车速。 本文采用收敛型换挡规律。 收敛型的概念是换
挡延迟随油门开度增大而减小, 呈收敛状分布。这种
从该图可以看出, 该车在油门开度 37% 以上 时, 油门开度对换挡规律没有影响。 此外, 该车 →
升挡线与 → 升挡线在油门开度大于 37% 后 基本上重合。如果按这样的换挡规律进行换挡, 将导 致在油门开度大于 37% 后, 出现由 挡到 挡的跳
第 4 期
余荣辉 等: 机械自动变速系统动力性换挡控制规律
I f in2 ig2 ΓT
r2
(2)
当不知道准确的飞轮的转动惯量 I f 、车轮的转
动惯量 Iw 值时, 可按经验公式[3 ]
∆n= 1+ ∆1+ ∆2 in2
(3)
估算。 其中: ∆1= ∆2= 0103～ 0105, 本文取 ∆1 = ∆2 =
0104。
则
dva dt
=
T e in ig ΓT -
挡的最高车速为155 km h 左右。因此为了保证车 辆 原有的动力性 (最高车速) , 取消油门开度大于 30% ( → 挡升挡线的转折点) 以后的 → 挡的 升挡线, 代之以 → 挡的降挡线, 从而能保证汽车 在 挡下行驶达到最高车速。
的换挡控制规律中不合理之处进行了修正, 并将其应用于实车的控制器开发中。
关键词: 机械自动变速传动 动力性换挡规律 升挡 降挡
中图分类号: U 46112
文献标识码: A
Study on D ynam ic Gear- sh if t Law of Automa ted M echan ica l Tran sm iss ion
换挡规律在大油门时降挡速差最小, 升降挡都有较
好的功率利用, 动力性好, 减小油门时, 延迟增大, 避
免过多的换挡, 且发动机可以在较低的转速下工作,
燃料经济性好, 噪声低, 行驶平稳舒适。
换挡规律的收敛程度用 K 进行评价
K = (v n↑- v n+ 1↓) v n↑
(5)
式中 v n ↑—— 全开油门时, n 挡换入 (n + 1) 挡时
2
农 业 机 械 学 报
2 0 0 6 年
如表1 所示。其他结构参数: 总质量m = 1 190 kg, 主 减速比 ig = 41380, 迎风面积A = 117 m 2, 空气阻力系 数CD = 0132, 轮胎半径 r= 01274 m ,
最大、最小转速为 6 000 r m in 和 900 r m in。
Key words AM T , D ynam ic gea r2sh ift law , U p 2sh ift, Dow n2sh ift
引言
电控机械自动变速器以其效率高、成本低和易 于制造等优点在自动变速器中占有重要的位置[ 1 ]。 换挡规律是实现电控机械自动变速器自动换挡的核 心技术之一[2]。 换挡规律按挡位升降可分为升挡规 律和降挡规律, 电控机械自动变速器经过多年的发 展, 已经有比较成熟的理论和方法求取其升挡规律, 但是对于降挡规律却很少有文献提及。 本文说明升 挡规律的求取方法后, 着重讨论降挡规律的获取方 法及其相关措施。
图 2 升挡规律曲线
F ig. 2 U p 2sh ift gea r2sh ift law
挡现象。因此该升挡规律不能直接应用, 需要加以修
正。
312 动力性降挡规律
动力性降挡规律的获取不像动力性升挡规律那
样有一系列汽车动力学方程来指导, 而需要在动力
性升挡规律的基础上选择合适的收敛程度来进行计
算, 从而获得相应的降挡规律。
表 1 各挡速比表 Tab. 1 Speed ra tio of each gear
挡位
挡
挡
挡
挡
挡 倒挡
速比 31416 11894 11280 01914 01757 31272
212 发动机特性 发动机是车辆的动力源, 其特性与换挡规律密
切相关, 因此有必要先了解该车的发动机特性。图1 为通过试验得到的该车所用发动机的特性曲线。 从 图中可以看出, 发动机扭矩在小油门开度下变化比 较明显; 中油门变化比较平缓; 当油门开度 Α> 55% 时, 其扭矩已基本不随油门开度变化而变化。由于本 发动机这样的特性, 为了将该换挡规律应用于实车 时, 减少存储空间, 加快运算时间, 也为了减小在试 验过程中误差给换挡规律带来的影响, 在获取换挡 规律的过程, 只取其中有代表性的一些油门开度值 来进行计算。
Yu Ronghu i Sun Dongye Q in D a tong (C hong qing U n iv ersity )
A b stra c t
T he m ethod to get the dynam ic gea r2sh ift law of au tom a ted m echan ica l t ran sm ission w a s in t roduced, w h ich w a s ba sed on the exp erim en ta l da ta from a ca r eng ine. T he up 2sh ift law w a s p resen ted a t first and then the sp ecia l a t ten t ion w a s p a id to the dow n2sh ift law , w h ich w a s determ ined by a ra t io and the up 2sh ift law. T he view po in t of p ay ing a t ten t ion to the m in im um velocity w h ile develop ing dow n2sh ift law w a s p u t fo rw a rd. In o rder to app ly it to develop p ract ica l con t ro ller, w h ich need s da ta sto rage cap acity a s low er a s po ssib le, the resu lt s have been ana lyzed and the irra t iona l resu lt s am ong them w ere elim ina ted. T he resu lt s, w h ich have been app lied to develop p ract ica l con t ro ller, show ed tha t the m ethod is good and w o rthy of being pop u la rized.