基于CVT的液力變矩器起步滑摩控制研究

張益超　江銘　谷城　劉志軍　陸妍秋

摘 要：液力變矩器作為搭載無級變速器車型的重要動力傳遞部件。在分析當(dāng)前液力變矩器控制策略基礎(chǔ)上，增加一種新的適用于車輛起步時的液力變矩器滑摩狀態(tài);分析液力變矩器處于這種滑摩狀態(tài)時的動力傳遞，在保護(hù)液力變矩器的基礎(chǔ)上識別車輛起步工況并通過液壓控制使液力變矩器進(jìn)入起步滑摩狀態(tài)。該控制策略開發(fā)過程遵守ASPICE流程規(guī)范以保證軟件的開發(fā)質(zhì)量，以TCU（變速器控制器）為載體在實車上完成驗證。

關(guān)鍵詞：液力變矩器控制 ASPICE開發(fā)流程 起步滑摩控制 CVT控制

Research on Starting Slip Control of Hydraulic Torque Converter based on CVT

Zhang Yichao Jiang Ming Gu Cheng Liu Zhijun Lu Yanqiu

Abstract：Hydraulic torque converter is an important part of power transmission for CVT models， Based on the analysis of the current torque convertercontrol strategy， a new torque converter sliding state is proposed. The power transfer of the torque converter in this sliding state was analyzed. The vehicle starting condition was identified based on the protection of the torque converterand the torque converter was put into the starting sliding state by hydraulic control. The development process of the control strategy fully complies with the ASPICE process specification to ensure the quality of software development， and the TCU （transmission controller） is used as the carrier to complete the verification in the real vehicle.

Key words：hydraulic torque converter control， ASPICE， starting slip control， CVT control

1 前言

在無極變速器（CVT）中，液力變矩器作為核心部件之一，起了至關(guān)重要的作用。目前帶鎖止離合器的液力變矩器廣泛應(yīng)用在無級變速器（CVT）中。當(dāng)車輛的速度較低時，液力變矩器中的鎖止離合器打開，液力變矩器發(fā)揮起步增扭作用，保證車輛起步時的扭矩同時減小發(fā)動機狀態(tài)波動帶來的影響。當(dāng)車輛達(dá)到一定速度時，通過壓力控制鎖止離合器鎖止，此時動力傳遞處于剛性連接，提升了傳動效率，提高了燃油經(jīng)濟性。因此，在保證動力性、油耗經(jīng)濟型與駕駛舒適性的前提下，帶鎖止離合器的液力變矩器的鎖止過程控制方法研究成為重點。

本文從擴大液力變矩器鎖止區(qū)間及節(jié)省能耗的目的出發(fā)，在保證車輛駕駛性、動力性的前提下，挖掘液力變矩器的硬件特性，通過起步滑摩功能降低液力變矩器的鎖止車速。在車輛起步階段控制液力變矩器處于滑摩狀態(tài)，此時一部分扭矩通過液力傳遞，另一部分扭矩通過液力變矩器離合器摩擦片傳遞，達(dá)到在相同起步扭矩請求下降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速、提升車輛起步性能和駕駛舒適性的目的，對油耗經(jīng)濟性有一定貢獻(xiàn)。

2 需求分析

在起步階段液力變矩器進(jìn)入起步滑摩狀態(tài)，此時液力變矩器內(nèi)的離合器摩擦片傳遞部分扭矩，以達(dá)到在相同駕駛員請求扭矩下降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，進(jìn)而降低能耗。在保護(hù)硬件不受損壞的前提下實現(xiàn)液力變矩器起步滑摩功能，需要考慮到以下條件：在變速器油溫處于合適區(qū)間時允許進(jìn)入起步滑摩功能，在變速器油溫過高或者過低時立即退出起步滑摩功能，防止高溫下摩擦片燒蝕及低溫液力變矩器滑摩控制的抖動;在發(fā)動機扭矩處于合適區(qū)間時允許進(jìn)入起步滑摩功能，在發(fā)動機扭矩過低或過高時不允許進(jìn)入起步滑摩功能，防止扭矩過大導(dǎo)致摩擦片燒蝕;在大坡道時、液力變矩器輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速差過大是不允許進(jìn)入起步滑摩功能，防止液力變矩器離合器摩擦片燒蝕;在合適的車速區(qū)間才進(jìn)入起步滑摩功能，實現(xiàn)低速區(qū)域液力變矩器滑摩控制，高速區(qū)域液力變矩器鎖止控制。同時對液力變矩器的工作全過程發(fā)熱量進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)熱量過大時不進(jìn)入起步滑摩功能以保護(hù)液力變矩器。

3 液力變矩器動力傳遞分析

3.1 液力變矩器的安裝方式

當(dāng)前絕大多數(shù)液力變矩器輸入端（泵輪）與發(fā)動機飛輪通過螺栓聯(lián)接，輸出端（渦輪）與變速器聯(lián)接，為保證輸出軸與發(fā)動機飛輪的對中性，一般情況下采取渦輪靠近發(fā)動機、泵輪靠近變速器的反置安裝方法。鎖止離合器一端與泵輪聯(lián)接，一端與渦輪連接。

3.2 液力變矩器動力傳遞分析

（1）液力變矩器處于打開時，扭矩全部通過液力進(jìn)行傳遞，其動力傳遞方程如下：

（2）液力變矩器處于滑摩時，一部分扭矩由液力傳遞，另一部分扭矩由摩擦片傳遞，其動力傳遞方程如下：

（3）液力變矩器處于鎖止時為剛性連接，其動力傳遞方程如下：

式中

Te為發(fā)動機輸出扭矩信號（TCU從CAN總線接收）;

Tp為無級變速器中油泵扭矩（由TCU模塊中計算得到）;

Jpmp為液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)動慣量（硬件特性參數(shù)）;

Jtrb為液力變矩器渦輪轉(zhuǎn)動慣量（硬件特性參數(shù)）;

Jtc為液力變矩器轉(zhuǎn)動慣量（硬件特性參數(shù)）;

e為發(fā)動機轉(zhuǎn)速（TCU從CAN總線接收）;

Tpmp為液力變矩器泵輪輸入扭矩;

Ttrb為渦輪輸入扭矩;

Ttc為液力變矩器輸出扭矩;

Tfric為液力變矩器離合器摩擦片傳遞扭矩;

Ktc為泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)（硬件特性參數(shù)）;

Krat為液力變矩器變矩比。

4 起步滑摩控制模型

根據(jù)需求分析、設(shè)計以下起步滑摩控制模型（流程圖）

加入起步滑摩控制功能后，液力變矩器工作狀態(tài)流程圖如圖1所示：

液力變矩器進(jìn)入起步滑摩控制流程圖如圖2所示：

液力變矩器退出起步滑摩控制流程圖如圖3所示：

在進(jìn)入與退出起步滑摩控制條件標(biāo)定時，設(shè)置死區(qū)區(qū)間以防止液力變矩器狀態(tài)跳變。模型搭建完成后并生成代碼，待軟件單元測試、軟件集成測試、軟件合格性測試、系統(tǒng)集成測試、系統(tǒng)合格性測試全部通過后進(jìn)入實車測試。

5 實車測試

控制模型生成代碼后燒寫進(jìn)TCU（變速器控制器）中，通過INCA測量標(biāo)定工具在實車進(jìn)行標(biāo)定測試。

液力變矩器進(jìn)入起步滑摩狀態(tài)后，在充油階段時間內(nèi)給與一個較大數(shù)值油壓使油缸快速充滿;充油時間過后，根據(jù)起步滑摩過程中計算的摩擦片傳遞扭矩以及液力變矩器的扭矩容量進(jìn)行壓力標(biāo)定;控制發(fā)動機與渦輪轉(zhuǎn)速差值處于期望的區(qū)間內(nèi)，并以發(fā)動機和渦輪轉(zhuǎn)速差值作為偏差量進(jìn)行壓力反饋調(diào)節(jié)。經(jīng)實車驗證，

如圖4所示，進(jìn)入起步滑摩狀態(tài)時刻，進(jìn)行充油，充油時間0.5s，充油壓力1.5bar，充油完成后壓力隨扭矩動態(tài)變化且發(fā)動機與渦輪轉(zhuǎn)速差值在期望的區(qū)間內(nèi)，整個過程車輛動力傳遞平順、無沖擊、無頓挫。

如圖5所示，原液力變矩器控制方法會在車速15Km/h進(jìn)入鎖止，采用起步滑摩控制策略后，在0車速起步時即可實現(xiàn)液力變矩器進(jìn)入起步滑摩狀態(tài)且車輛起步平順。

如圖6（a）、圖6（b）所示，采用起步滑摩控制時，在駕駛員請求扭矩相同的情況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速較未采用起步滑摩控制的發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低約200rpm，對油耗經(jīng)濟性有一定貢獻(xiàn)。

6 結(jié)論

該起步滑摩控制策略實現(xiàn)了車輛起步工況下在駕駛員請求扭矩相同的情況下可有效降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，對節(jié)省能耗有一定貢獻(xiàn)，同時車輛起步動力性、駕駛舒適性不受影響。

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