AMT换挡过程的离合器控制.pdf

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1、设计 计算 研究 A M T换挡过程的离合器控制 金伦程秀生 葛安林佟静 ( 吉林大学) 【 摘要】 电控机械式 自动变速器( A M T ) 的离合器控制是 A M T开发中的一项关键技术。 系统地分析了换挡过程中 离合器接合特性及其对换挡品质评价指标的影响。 以冲击度最大值为约束条件， 以减少离合器滑摩功为原则， 提出了 离合器接合 的控制策略 。将该控制方法应用于某越野车上 ， 对车辆换挡过程进行 实时控制， 试验结果表 明该控制方 法有效地提 高了车辆 的换挡品质 ， 满足 了军用越 野车辆对行驶平顺性的要求 。 主题词 ： AMT离合器 换挡 冲击度 中图分类号 ： U 4 6 3

2、2 1 1 文献标识码 ： A文章编号 ： 1 0 0 0 3 7 0 3 ( 2 0 0 6 ) O 1 0 0 1 1 0 3 Cl u t c h Co n t r o l Du r i n g Ge a r S h i f t i n g o f AM T J i n L u n ， C h e n g Xi u s h e n g ， Ce An l i n ， T o n g J i n g ( J i l i n Un i v e r s i t y) 【 A b s t r a c t 】C l u t c h c o n t r o l i s a k e y t e c h

3、 n o l o g y f o r A M T d e v e l o p m e n t C l u t c h e n g a g e m e n t c h a r a c t e r i s t i c s d u ri n g g e a r s h i ft i n g a n d t h e i r i n fl u e n c e o n s h i ft i n g q u a l i t y a r e s y s t e m a t i c a l l y i n t r o d u c e d Wi t h t h e m a x i m u m d e g r e

4、e o f j e r k a s t h e c o n s t r a i n t c o n d i t i o n wi t h r e d u c i n g f ri e i t o n wo r k a s t h e r u l e t h e c o n t r o l s t r a t e g y f o r c l u t c h e n g a g e me n t i s p r e s e n t e d T c o n t rol me t h o d wa s a p p l i e d t o a o ff r o a d v e h i c l e a n

5、 d r e a l - t i me c o n t rol f o r g e a r s h i ft i n g p roc e s s e s w e r e c a r r i e d O u t T e s t r e s u l t s i n d i e a t e t h a t t h e c o n t r o l me t h o d c a n e f f e c t i v e l y i mp r o v e g e a r - s h i ft i n g q u a l i t y a n d c a n me e t t h e r e q u i r e

6、 me n t s o f ri d e p e r f o r - ma n c e o f mi l i t a r y o f f roa d v e h i c l e s Ke y w o r d s ： AMT ， C l u t c h ， Ge a r s h i f t i n g ， De g r e e o f j e r k 1 前 言 目前 ， 世界上汽车用 自动变速器基本上有三种， 即液力机械式 自动变速器 ( A u t o m a t i c T r a n s m i s s i o n ， 简称 A T ) 、 电控机械式 自动变速器( A u t o m

7、a t e d Me e h a n i e a l T r a n s m i s s i o n ， 简称 A MT ) 和无级机 械式 自 动变速器( C o n t i n u o u s l y V a r i a b l e T r a n s mi s s i o n ， 简称 C V T) 。电控机械式 自动变速器由于效率高 、 成本 低、 易于制造等优点得到了越来越广泛的应用 ， 其核 心和难点在于换挡过程中对离合器的控制。控制 目 标是 ， 不但要提高换挡过程 中离合器接合的平稳性 ， 减少离合器滑摩 ， 延长离合器使用寿命， 而且要保证 发动机稳定运转 ， 减小发动机转速

8、的波动。 如果离合 器接合过猛， 将大大增加传动系统 的动载荷 ， 造成换 挡冲击 ， 引起发动机转速较大的波动。反之， 为了改 善换挡品质而过分 降低离合器 的接合速度，滑摩功 将大大增加，从而降低了其使用寿命在换挡过程中 既要求换挡平稳 、 冲击小 ， 同时又要求滑摩功小 ， 这 两个指标是矛盾的，解决措施之一就是在容许 的冲 击度约束下尽量减小滑摩功。 这样 ， 离合器控制就是 以冲击度为约束的使滑摩功最小的最优控制问题。 2 换挡过程分析 A MT换挡过程包括 以下几个过程 ：离合器分 离 、 摘挡 、 选挡 、 换挡、 离合器接合。车辆的换挡品质 通 常用冲击度和离合器的滑摩 功这

9、两个指标来评 价 。 2 1 冲击度 车辆的冲击度以加速度的变化率来表示 ， 即： = ( 1 ) J L 在实际换挡过程中， 车辆冲击度 为： = = 船 ( 2 ) J d 2 一 占 l靠 r d 、 参 考 文 献 1 龚微寒 汽车现代设计制造 北京： 人民交通出版社 ， 1 9 9 5 2 张洪欣 汽车设计一E 京 ： 机械工业 出版社 ， 1 9 8 9 2 0 0 6年第 1 期 ( 责任编辑文楫 ) 修改稿收到日期为2 0 0 5年6月 1 0日。 维普资讯 http:/ 设计 计算 研究 式中， 。 为主减速 比； i e 为挡位减速 比； 为传动系效 率 ； 眠 为汽车 总

10、质量 ； 为旋转 质量换算系数 ； r为 驱动轮滚动半径 ； 为离合器实际传递扭矩。 式( 2 ) 表明， 离合器输 出扭矩变动越大， 则换挡冲 击越大， 故 较好地反映了换挡过程 的动力学本质。 因此， 以冲击度为约束条件： !， 1 ( 3 ) I l ( 4 ) 式中， 一为乘坐满意的冲击度最大值。 根据乘员的主观感觉 ，各国对冲击度采用 的标 准各有不同。德国推荐值为 1 0 m s ； 前苏联推荐值 为 3 2 g s ， 即 3 1 3 6m s 。 由式( 4 ) 可知 ， 在离合器传递扭矩相 同情况下 ， 挡位越高， 传动 比越小， 离合器的分离和接合速度可 以越快_2 】。图

11、 1 所示为升挡时离合器传递扭矩随时 间变化曲线 ， 显然， G ， 段将产生冲击。 为了提高汽车 动力性 ， C D、 D E、 E F 、 段应尽量缩短 f 是决定扭 矩 F H段斜率的主要因素。在 F H阶段 ， 离合器从滑 转至基本接合 ， 其摩擦转矩从零逐渐增大， 而离合器 接合的快慢 ， 直接影响离合器传递扭矩的变化率 ， 即 影响冲击度的大小 ， 因此 F H是要重点研究 的阶段。 在 阶段，换挡过程实际已结束，离合器完全接 合 ， 是扭矩增长阶段 ， 离合器容量可 以提供的摩擦转 矩大于实际离合器传递扭矩。 厂 7 卜、 _) ! 图 1 升挡时离台器传递扭矩变化 2 2 滑摩

12、功 离合器的滑摩功是离合器摩擦片间滑动摩擦力 做功的大小 。 假设换挡过程中， 滚动阻力 、 坡度阻力 、 空气阻力及车速不变 ， 则有下式成立 。 警 式 中 ， 。 为换 挡前传动 比 ； 为换挡后 传动 比； 为换挡前发动机转速 ； 0 9 为换挡后发动机转速 。 换挡过程 中离合器的滑摩功为： = ( l一 c ) d +I ( 2 一 c ) d t ( 6 ) 一 1 2一 式 中， 为离合器从动盘转速 ； t 为离合器刚开始 滑转时刻 ； t c 为离合器完全分离时刻 ； 如为离合器刚 开始接合时刻 ； 为离合器完全接合时刻。 3 离合器 接合控制策略 3 1 离合器接合速度的确

13、定 为了延长离合器的使用寿命 ，应尽量减小滑摩 功 。理想情况为离合器主 、 从动盘转速差 = 一 c = O ， 离合器无滑转地分离或接合 ， 但实际上这是 不可能的 ， 因此只能将转速差限制在一定范围内。 当 离合器主 、 从动片转速差小时 ， 较快接合离合器也不 会造成大的冲击 ，所 以 与接合速度的关系可 由 图 2给出。当 = O时， 即使 以最快速度接合离合 器也不会产生冲击 。 图 2主 、 从 动 片转 速 差 与 搓 台 速 度 的 关 系 在离合器半接合状态 ， 行程 与所传递力矩关 系可以近似取为 = L， 则从式 ( 2 ) 可知 ， 换挡过程 离合器接合时冲击度为 ：

14、 一 ： ： 旦： 墨 坐 ， 7 、 一 r d t 式 中 k为离合器膜片弹簧刚度 。 同样 ， 在保证 许可冲击度 的前提下( 即 j - ) 来控制离合器的接合速度 d L d t ， 即： 誓 ( 8 ) 3 2 离合器接合量的确定 离合器接合量应随油门开度的变化而变化 。由 于发动机转速相对于油门开度有较大 的滞后 ，其输 出功率相对于油 门开度也有较大的滞后，因此不官 将油门开度作为接合量主要的确定量 ，将它作为一 种辅助确定量是合适的。 在换挡过程中，发动机转速 的高低直接影响滑 摩功的大小 。 为了减少离合器从动片产生的滑摩功 ， 随着发动机转速的升高 ，离合器接合量也应相应

15、加 大 ， 即希望通过接合离合器使发动机转速降下来 ， 这 样也有利于减小噪声。 基于减少滑摩功的需要 ， 将发 动机转速作为接合量的主要确定量 。离合器控制 中 总位置接合量 为 ： A L c = L + ( 9 ) 汽车技术 或 维普资讯 http:/ 设计 计算 研究 式中， ， J 为当前油门 确定的离合器位置接合量 ； ， 为发动机转速 确定的离合器位置接合量。 发动机转速对离合器接合位置的调节关系如图 3所示 ， 发动机转速增大 ， 亦表征油门的增大。 L p “ 图3 离合器接合位置与发动机转速的关系 与油f - j 的关系也是正 比的关系 ， 其变化关 系 见 图 4所示 。

16、 ， _ 厶， l 图 4 离合器接合行程 油门开度关系 离合器的控制是通过高速开关 电磁阀完成的 ， 高速 电磁 阀的工作频率为 2 0 0 H z ， 以液压缸的速度 信号作 为反馈量 ，来调节高速电磁阀的占空比和工 作周期， 实现离合器的控制。 4 AMT换挡过程试验 基于上述分析和理论研究 ， 在换挡控制过程 中， 以冲击度为约束条件来控制离合器。在连续过程控 制系统 中， 采用 P I D控制器对闭环控制系统实行无 差凋解与超前校正和数字滤波相结合的方法进行控 制。利用星研 R F 2 1 4 8 P P R O G R A MME R 程序开发 器 ， 通过汇编和 B a s i

17、c语言所编的控制程序 ， 对发动 机转速 、 车辆速度 、 离合器位置 、 油门、 加速踏板及制 动器进行采样和控制。试验是在某越野军车上进行 的， 试验结果见图 5 。 ； 5o0 一 发 动 机 一 轴 = 三 。 舯 时问 f 。 油 门 一 加 速 踏 板 蕈 ： l 盘煎签 曼兰 。 时13 s 2 0 0 6年第 1 期 ( h ) 0。 稚L _ L _ J L _ ( c ) 薹 1816 f ， J ， 圭 J 1 4 L _ L L J 二 L 一 _ J 4 6 4 8 5 , 0 52 5 4 5 6 5 8 6 0 6 2 ( d ) 5 O r 戥 ， 套 4 6

18、4 8 5 0 5 2 盘 2 ( e ) 图 5 2挡升 3挡换挡过程 从试验 曲线可 以看 出 ， 在换挡过程 中，从离合 器分离开始， 采用减小油门方法使选挡后离合器再 次接合时，发动机与 中间轴 的转速差非常小 ， 产生 的冲击也小。随着油门的不断增大和离合器接合速 度的不断加快 ， 产生的冲击度也随之增大 ， 但由于在 控制程序中加入了约束条件 ，因而冲击度较 小 。从图中还可以看出， 在满足冲击度要求前提下 ， 离合器从分离到接合的时间不到 1 s ， 并具有 良好的 换挡品质。 5 结束语 a 以冲击度为约束条 件 ， 以减少离合器滑摩 功为原则 ， 以发动机和离合器最佳匹配为优

19、化 目标 ， 对换挡过程的离合器进行控制 ，提高了车辆的换档 品质 。 b 换挡过程 中离合器 的滑摩功小 ， 提高 了离 合器的使用寿命 。 c 此算法具有计算量少 、 逻辑判断简单等优 点，对离合器磨损以及环境温度变化有较强的适应 能力。 参 考 文 献 I 葛安林 车辆 自动变速理论与设计 M 北京 ： 机械 工业出 版 社 ， 1 9 9 3 2 T a k a h i d e a wa mu r a ， T o y o t a S Ne w S i n g l e - c h i p Mi c r o c o mp u t e r B a s e d En g i n e a n d T r a n s mi s s i o n C o n t r o l S y s t e m， S A E 8 5 0 2 8 9 3 Kn u t N o r d g a r d ， De v e l o p me n t i n Au t o ma t e d C l u t c h Ma n a g e m e n t S y s t e m， S AE 9 5 0 8 9 6 ( 责任编辑付蓉) 修改稿收到 13 期 为 2 0 0 6年 1月 3日。 一 l 3一 维普资讯 http:/