CVT無級變速器試驗(yàn)臺的控制研究

袁金鵬，朱曉民，蘇錫年，田 闊，趙益輝

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

CVT無級變速器采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力,通過主動和從動帶輪的軸向移動來實(shí)現(xiàn)傳動比的連續(xù)改變, 從而得到傳動系與發(fā)動機(jī)工況的最佳匹配[1]。

在國外，關(guān)于汽車自動變速器試驗(yàn)方法和的研究進(jìn)行的比較早，也比較多。國內(nèi)研究汽車自動變速器的起步較晚,多為合資企業(yè)才有能力生產(chǎn)汽車自動變速器，比較完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法尚未被制定。目前僅制定了汽車機(jī)械式變速器臺架試驗(yàn)方法、汽車用液力變扭器技術(shù)條件和臺架試驗(yàn)方法等[2]。

1 CVT變速器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)

CVT變速器試驗(yàn)臺臺架的設(shè)計(jì)分兩部分，硬件部分和軟件部分。

1）硬件部分：

采用摩擦式輥道由PLC控制自動將變速器運(yùn)送至臺架中。

將制動踏板，換擋手柄安裝在臺階上，方便進(jìn)行換擋和制動等試驗(yàn)操作。

人界交互界面布置在吊箱內(nèi)，方便操作及觀察試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺。

2）軟件部分:

傳統(tǒng)的CVT試驗(yàn)臺通過ECU（電子控制單元）控制TCU（變速箱控制單元）進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對汽車變速箱的控制，但這樣做需要TCU開發(fā)商開放TCU，或?qū)ｉT為此編寫TCU驅(qū)動軟件，難度較大。本文采用比例放大器直接控制CVT的各個電液比例閥進(jìn)而控制CVT變速器，去達(dá)到變速換擋目的。

使用數(shù)據(jù)卡對信號進(jìn)行采集，用編程軟件LABVIEW，對整個軟件平臺進(jìn)行開發(fā)。

如圖1所示為軟件主界面。

圖1 LABVIEW主界面

2 電液比例閥結(jié)構(gòu)及控制器特點(diǎn)

CVT變速器試驗(yàn)臺的控制關(guān)鍵是對于變速器各個閥的控制。如圖2中所示,為比例閥的結(jié)構(gòu)圖，閥在兩個方向的運(yùn)動是由兩個比例大磁鐵控制的，位于兩端的彈簧起復(fù)位作用。根據(jù)電流的大小比例電磁鐵產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，從而能按比例的控制閥芯位移[3]。

圖2 比例閥結(jié)構(gòu)簡圖

采用PWM技術(shù),在輸出電路上產(chǎn)生可變的開關(guān)電壓，使功率放大管只處于飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，減少功耗，并且PWM常采用的是VMOS場效應(yīng)管，其特點(diǎn)是導(dǎo)通內(nèi)阻小，功耗小，具有功率低、節(jié)能，進(jìn)一步使功耗降低。

3 CTV試驗(yàn)臺電液比例閥控制原理

CVT試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)控制方式有以下三種：

1）屏蔽原TCU軟件中所有控制策略，計(jì)算機(jī)通過INCA（發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)）軟件平臺控制TCU繼而控制CVT電磁閥。

2）需要BOSCH協(xié)調(diào)，或者開放TCU，提供TCU軟件，或者專門為試驗(yàn)臺編寫一套TCU驅(qū)動軟件。

3）臺架電控系統(tǒng)直接控制CVT電磁閥，不使用TCU。

第一種和第三種方案本質(zhì)上和效果上是一樣的，都是通過外部分別給定，直接驅(qū)動CVT電磁閥，其區(qū)別在于第一種方案使用的是TCU內(nèi)部的比例放大器，第三種方案使用標(biāo)準(zhǔn)比例放大器。

第二種方案需要和BOSCH協(xié)調(diào)，或者開放TCU，提供TCU軟件，或者專門為試驗(yàn)臺編寫一套TCU驅(qū)動軟件。

本文采用第三種控制方案。

比例放大器工作原理圖如圖3所示（引用自PAISVC-D24型放大器說明書）。

圖3 工作原理圖

放大器由斜坡發(fā)生器、偏流調(diào)整、增益調(diào)整、PWM調(diào)制、使能控制以及保護(hù)電路組成。

內(nèi)部斜坡發(fā)生器電路將輸入階躍信號轉(zhuǎn)換為緩慢變化的輸出信號，使壓力或流量緩慢變化，減少對設(shè)備的沖擊。

震顫電路用于減少摩擦滯后響應(yīng)，能夠使閥芯可以更平滑的進(jìn)行位移。

4 數(shù)據(jù)的采集和分析

試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)

測試過程：

室溫環(huán)境下，占空比有低到高，電流逐漸增大，線圈升溫，當(dāng)測試完畢時溫度升到42℃，得到數(shù)據(jù)一，在此溫度下，占空比由高到底測量得到數(shù)據(jù)二。

表2 測量數(shù)據(jù)

圖4 占空比和線圈電流的關(guān)系曲線

5 結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果分析可知，線圈電流隨占空比的增大而線性增大，通過調(diào)節(jié)占空比，就可連續(xù)的控制比例線圈的平均電流，從而控制比例閥電磁鐵的電磁力，繼而控制開口的大小來控制流量，這樣CVT變速器的主、從帶輪就能在控制下進(jìn)行線性的移動，從而達(dá)到變速換擋的目的。

[1] 郭兆松.汽車無極變速器教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺架的研究與開發(fā)[D].南京理工大學(xué),2010.

[2] 汽車工程學(xué)會,汽車工程手冊(設(shè)計(jì)篇)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[3] 張洪民,方加寶,陳曉敏.基于PLC的電液比例閥脈寬調(diào)制技術(shù)研究[R].物流工程三十年技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展道路.TH137.52.2010.