液力机械自动变速器换挡品质控制方法

2008年2月

农业机械学报

第39卷第2期

液力机械自动变速器换挡品质控制方法

*

王 娟 陈慧岩 陶 刚 龚 鹏

摘要 建立了某液力自动变速器换挡过程的简化动力学模型,应用模型对换挡过程的扭矩相和惯性相的特性进行了分析。根据换挡过程结合元件的搭接控制原则,提出通过对换挡离合器充、放油的搭接时序进行控制,以减小扭矩相的冲击和动力中断;通过电磁阀驱动信号占空比大小的实时闭环调节,对换挡离合器充油阶段进行缓冲控制,以提高换挡品质。通过换挡控制试验,验证了控制理论和控制策略的正确性和可行性。

关键词:自动变速器 换挡品质 动力学模型中图分类号:U 463 22+1

文献标识码:A

Research on Shift Quality of Automatic Transmission

Wang Juan Chen Huiy an Tao Gang Gong Peng

(Beij ing Institute o f Technology )

Abstract

T he sim ple dynamic model of the shift process of automatic transmission w as built.The torque phase and the inertial phase of the shift process were analyzed w ith the model.In the torque phase,the accurate timing to sw itch from release clutch to the apply clutch has been controlled,w hich reduced the disturbance and avoided the interrupt of the torque.In the inertial phase,the pressure increasing on the apply clutch has been controlled smoothly through the real time -closed loop modulation of pulse -w idth modulated valve,w hich im proved the shift quality of the automatic transmission.The recorded test data w as analyzed,and the theory of shift quality improv ing has been proved rightly and practically.

Key words Automatic transm ission,Shift quality,Dynamic model 收稿日期:2006-11-02

*北京理工大学车辆传动国家重点实验室基金资助项目(项目编号:9140C340306604)王 娟 北京理工大学机械与车辆工程学院 博士生,100081 北京市陈慧岩 北京理工大学机械与车辆工程学院 教授陶 刚 北京理工大学机械与车辆工程学院 讲师龚 鹏 北京理工大学机械与车辆工程学院 博士生

引言

所谓换挡品质,就是指换挡过程的平稳性。对换挡过程的品质要求,就是要求换挡过程能平稳而没有冲击地进行[1]

。本文研究液力机械自动变速器的换挡品质控制,该自动变速器由具有闭锁离合器的液力变矩器和定轴变速箱组成,采用了数字化电液自动操纵系统,属于离合器-离合器的换挡方式,即通过变速器内换挡离合器接合与分离的不同组合,实现不同挡位的传动速比。

1 动力学模型的建立和升挡过程分析

为了综合研究各种因素对换挡过程平稳性的影

响,并进一步为换挡品质控制提供理论依据,对自动换挡的过渡过程作力学分析。该变速器为三自由度定轴式综合变速器,其中,离合器C1、C2在 轴上,它们通过与在 、 轴的离合器之间的不同组合形成不同的挡位。在1挡升2挡、3挡升4挡和5挡升6挡时, 、 轴的离合器处于结合状态,只需C1放油、C2充油即可实现挡位的变换,本文只研究C1和C2离合器交替的换挡过程。1 1 模型的建立

图1所示是传动系简化动力学模型,忽略相关零部件及支承的弹性变形和系统的阻尼,并假设换挡期间车辆的行驶阻力为常数。

低挡换高挡是通过结合C2离合器,同时分离

图1 传动系简化动力学模型

F ig.1 Simple dynamic model of the power train system

C1离合器来实现。

将图1所示的简化模型分解为3个自由体,如图2

所示。

图2 简化动力学模型分解模型

Fig.2 Decomposed model of t he pow er tr ain system

(a)发动机-泵轮构件

(b)涡轮-变速箱输入轴-离合器主动片构件

(c)离合器被动片-输出轴构件

图中,M e 、M P 、M T 和M C1、M C2分别为发动机扭矩、泵轮扭矩、涡轮扭矩和离合器传递扭矩;M s 、M v 分别为输出扭矩和车辆负载扭矩;n e 、n T 、n s 、 e 、 T 、 s 分别为发动机、涡轮轴、输出轴的转速和角速度;I e 、I T 、I v 为3个构件的转动惯量;i 1M 、i 2M 为输入轴到离合器C1、C2的传动比;i 1S 、i 2S 为离合器C1、C2到输出轴的传动比。

各构件的受力情况如下:(1)发动机-泵轮构件

模型如图2a 所示,构件的力矩平衡式为

M e =M P +I e

e

式中 I e

e 构件的惯性力矩

(2)涡轮-变速箱输入轴-离合器主动片构件模型如图2b 所示,构件的力矩平衡式为M T = M C1/i 1M +M C2/i 2M +I T

T 由变矩器原理知

[2]

:M T =K M P , T =i y e 。式

中K 为液力变矩器的变矩比,i y 为涡轮与泵轮的转速比。

(3)离合器被动片-输出轴构件模型如图2c 所示,构件的力矩平衡式为

i 1S M C1+i 2S M C2=M v +I v

s

输出轴输出扭矩为

M s = i 1S M C1+i 2S M C2=M v +I v

s

1 2 升挡过程各阶段的分析

换挡过渡过程分为4个阶段:(1)升挡前的低挡阶段

升挡前的低挡,低挡离合器C1结合,高挡离合器C2保持分离,处于稳定行驶状态,在该阶段中

M C1=i 1M K M e

M s =i 1S i 1M K M e =i 1K M e

(2)低挡扭矩相

C1开始放油,C2开始充油,由于开始时油压变动较小,仍然保持C1结合,而C2中的油压开始上升,由分离进入打滑状态,传递部分扭矩,系统仍处于低挡运行,涡轮轴和输出轴的转速不变。在这个阶段中

M C2= c p c S c r c z

M C1=i 1M K M e -M C2i 1M /i 2M M s =i 1K M e -M C2(i 1-i 2)/i 2M

式中 c 摩擦因数 p c 离合器油压

S c 离合器油缸活塞面积

r c 等效作用半径 z 摩擦副数

在此阶段,C1所传递的扭矩M C1减小,变速箱输出扭矩M s 减小,且二者的减小量随C2所传递扭矩M C2值的增大而增大。

设与M C1=0所对应的离合器C2的摩擦力矩

为M *C2,则有M *

C2=i 2M K M e 。设在扭矩相结束时

刻,C1、C2的传递扭矩分别为M C 1、M C2。文献[3]中明确提出了自动变速器升挡过程结合元件的换挡

搭接控制原则:M C 2=M *

C2,M C 1=0。

(3)惯性相

C1由结合进入分离状态,同时C2继续保持打滑状态,直至完全结合。涡轮轴转速开始减小,由结合元件的换挡搭接控制原则可知,在理想的搭接控

制下:M C 2=M *

C2,M C 2=0,因此,在惯性相阶段有

M C2= c p c S c r c z M s =i 2S M C2

在惯性相阶段,输出扭矩M s 与摩擦力矩M C2

成正比,因此,在这一阶段,对C2离合器的充油过程进行缓冲控制,使其摩擦力矩M C2缓慢上升,对提高换挡品质有实际意义。

(4)高挡阶段

升入高挡后,只有离合器C2结合,而离合器C1则保持分离,此时处于稳定行驶状态,在此阶段中

M C2=i 2M K M e M s =i 2S i 2M K M e =i 2K M e

2 换挡品质控制策略

评价换挡品质的常用指标是冲击度,冲击度是

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