液力自动变速器换挡电磁阀控制模型及试验验证

液力自动变速器换挡电磁阀控制模型及试验验证

0换挡品质的评价方法自动换能器（at）的换能质量是指在保证汽动传动系统的使用寿命之前迅速、稳定地换能率。在换能过程中，控制转换率的质量是自动换能器的主要技术之一，也是提高车辆动力性和舒适度的所必需的保证。换挡品质受多种因素的影响,有不同的评价方法和指标,一般采用车辆冲击度作为换挡品质的评价指标。车辆冲击度可以很好地反映换挡过程的动力学本质,通常驾驶人满意的换挡平稳性指标为车辆冲击度j低于31.9～37.3m·s-3,因此车辆冲击度只有保证在上述限值以下,才能获得良好的换挡品质。目前液力自动变速器对换挡冲击度的控制是通过控制离合器的搭接时序和油压变化规律实现的,且控制方式主要是事先根据试验和分析确定换挡离合器的搭接时序和油压变化,根据油门开度、车速等信号控制离合器,不能实现对换挡过程的实时控制。本文中基于MATLAB/Simulink软件平台建立电磁阀控制系统模型,对影响换挡品质的换挡电磁阀的开闭合曲线和工作逻辑控制等影响换挡品质的主要因素进行仿真研究,然后对自动变速器的换挡电磁阀控制系统进行基于dSPACE的快速控制原型试验。1自动换挡过程分析1.1平均耦合要求换挡是指由低挡向高挡或由高挡向低挡的挡位变换。以升挡过程为例,换挡过渡过程分为2个阶段:第1阶段为低挡转矩相,在此阶段,低挡离合器C1油压下降但仍然接合,高挡离合器C2油压上升、开始滑磨并已传递部分转矩,系统仍按低挡运行;第2阶段为高挡惯性相,此时离合器C1由接合进入分离状态,同时离合器C2继续保持打滑状态直至完全接合。在惯性相结束后,离合器C2保持接合状态,完成换挡过程。然而,在离合器C2接合的瞬间,接合元件传递的力矩、对应的变速器输出力矩会产生突变,形成换挡冲击。因此,变速器升挡过程离合器的搭接控制原则是:既要避免出现换挡过程中动力中断现象,又要减少由于部分功率循环造成的动力损失。1.2换能质量控制方法1.2.1换挡受试和搭接头头冲击注意换挡过程的转矩相中,2个离合器的接合与分离时序存在理想搭接,如若搭接不够或者搭接过头都容易造成换挡冲击。离合器的搭接时序控制即是对离合器接合与分离的油压进行协调控制,如图1所示。实际离合器搭接时序控制可以通过设置合理的电磁阀开闭合曲线进行调控,使2个离合器得到最佳的交替衔接。1.2.2分离器的接合与分离程度的关系离合器油压变化的控制受电磁阀开闭合规律的影响,不同电磁阀开度对应的油压值不同,离合器的接合与分离程度也不同。图2为离合器C1,C2油压变化曲线,由图2可知,转矩相结束时,应使待分离的离合器传递的转矩尽量小甚至为0;惯性相结束时,应使其结束点所对应的油压值与换挡结束后的油压值接近,以减小换挡冲击。1.2.3传动效率比较液力变矩器闭锁离合器的使用能提高自动变速器的传动效率。闭锁离合器的控制对改善换挡品质有很大帮助,控制闭锁离合器在换挡过程中解锁,能使液力变矩器起到柔性缓冲作用,吸收动力冲击。2更换电磁阀管理系统的模型2.1执行元件状态本文中通过建立电磁阀工作逻辑控制模型来实现接合元件油压变化规律的控制。该自动变速器有6个换挡执行元件,即3个离合器、2个制动器和1个单向离合器,所有执行元件共由5个独立的脉宽调制电磁阀来控制。不同挡位时各电磁阀动作及换挡执行元件的状态如表1所示,离合器K1,K2,K3分别由电磁阀SV1,SV2,SV3控制,制动器B1由电磁阀SV4控制,电磁阀SV5用来控制闭锁离合器工作。依据表1所示的不同挡位各电磁阀动作情况,建立换挡电磁阀控制模型,该模型可输出各挡位的传动比和闭锁离合器动作信号,如图3所示。2.2分离与接合搭接时序控制通过前述的搭接时序控制规则建立了电磁阀开闭合曲线控制模型,实现执行元件在换挡过程中的分离与接合的搭接时序控制,保证变速器自动换挡的平顺性和快速性。电磁阀开闭合曲线控制模型(图4)通过挡位信息进行触发,当挡位信息发生变化时,开闭合曲线控制模块选择不同的电磁阀开闭合曲线,从而控制换挡执行元件接合和分离的搭接时序。3在线模拟分析3.1自动变压器离线仿真及结果为了评价换挡电磁阀控制系统模型对换挡品质的影响,本文中基于Simulink软件平台采用前向建模的方法对整车动力系统进行建模,建立的模型包括发动机模型、自动换挡控制模型、传动系统模型及车辆等模型,如图5所示。应用上面的模型进行自动变速器离线仿真研究,验证换挡电磁阀控制系统模型以及设定的电磁阀开闭合曲线的正确性。对一油门开度为定值30%的连续换挡加速工况进行分析,仿真结果如图6所示。由图6可见,车辆速度连续上升,挡位从1挡连续变换到6挡,其中在2挡、3挡、4挡、5挡和6挡时出现了闭锁离合器闭锁情况。图7为各电磁阀在相应挡位的开启和闭合的情况(状态为1表示开启,为2表示闭合),结合表1和图7(b)可以看出:随着挡位的变化,电磁阀的开启和闭合符合电磁阀工作逻辑,且挡位切换时各电磁阀的工作能体现出搭接时序控制规律。3.2换挡冲击度曲线驾驶人的乘坐舒适性是一种主观感觉,不同驾驶人的感觉各不相同。但总的看来,车辆冲击度的峰值越小挡会越舒适。因此将换挡冲击度作为评价乘坐舒适性的指标,将换挡冲击度j表示为车辆行驶过程中加速度a的变化率,即j=dadt=d2vdt2j=dadt=d2vdt2由车速仿真结果图6(a)可以得出图8所示的换挡冲击度曲线。由图8可知,利用换挡电磁阀控制模型进行控制之后,冲击度由-50m·s-3降低到-30m·s-3,换挡品质明显改善,乘坐舒适性也得以提高。4基于dspace的快速控制原型离线仿真分析只是利用虚拟的模型对控制策略进行初步正确性的测试,并不能反映实时状况。为了进一步验证开发方向和控制策略的正确性,本文中采用基于dSPACE的快速控制原型方法,这种方法不利用嵌入式控制器,而是采用高性能实时仿真计算机系统,构成虚拟控制器代替真实控制器,对真实的驱动系统进行控制,控制真实的对象。快速控制原型方法能消除控制算法中的错误,减少工程设计费用和时间。4.1电磁阀占空比控制原理快速控制原型试验方案如图9所示,由电脑将模型编译下载到MicroAutoBox中;MicroAutoBox根据车速和油门等信号以及控制策略进行换挡、闭锁和电磁阀控制,MicroAutoBox输出电磁阀占空比控制信号给电磁阀驱动电路,驱动电路再按照表1所示的工作状态控制电磁阀开启和闭合,从而使得相应的离合器接合与分离,实现挡位切换。4.2实际台架控制试验本文在离线仿真模型中初步设定了一种搭接时序控制策略,对电磁阀的开闭合曲线进行控制,且控制效果良好。而在实际台架上进行快速控制原型试验时,该控制方法虽然能实现自动变速控制功能,但是由于设定的搭接时序控制策略实时性较差,因此换挡冲击仍然存在。为了进一步改善换挡品质,减少冲击,对电磁阀开闭合曲线进行了在线标定,标定结果如图10所示。4.3换挡冲击度仿真将标定后的电磁阀开闭合曲线输入整车动力系统模型中启动仿真,换挡冲击度仿真结果如图11所示。由图11可知,换挡冲击度减小到18m·s-3,换挡品质得到了进一步改善。同时表明修正后的电磁阀开闭合曲线更加准确、合理,且具有实时性。5快速控制原型试