CVT无级变速器试验台的控制研究

袁金鹏，朱晓民，苏锡年，田 阔，赵益辉

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

CVT无级变速器采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力,通过主动和从动带轮的轴向移动来实现传动比的连续改变, 从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配[1]。

在国外，关于汽车自动变速器试验方法和的研究进行的比较早，也比较多。国内研究汽车自动变速器的起步较晚,多为合资企业才有能力生产汽车自动变速器，比较完整的技术标准和试验方法尚未被制定。目前仅制定了汽车机械式变速器台架试验方法、汽车用液力变扭器技术条件和台架试验方法等[2]。

1 CVT变速器试验台的设计

CVT变速器试验台台架的设计分两部分，硬件部分和软件部分。

1）硬件部分：

采用摩擦式辊道由PLC控制自动将变速器运送至台架中。

将制动踏板，换挡手柄安装在台阶上，方便进行换挡和制动等试验操作。

人界交互界面布置在吊箱内，方便操作及观察试验转台。

2）软件部分:

传统的CVT试验台通过ECU（电子控制单元）控制TCU（变速箱控制单元）进而实现对汽车变速箱的控制，但这样做需要TCU开发商开放TCU，或专门为此编写TCU驱动软件，难度较大。本文采用比例放大器直接控制CVT的各个电液比例阀进而控制CVT变速器，去达到变速换挡目的。

使用数据卡对信号进行采集，用编程软件LABVIEW，对整个软件平台进行开发。

如图1所示为软件主界面。

图1 LABVIEW主界面

2 电液比例阀结构及控制器特点

CVT变速器试验台的控制关键是对于变速器各个阀的控制。如图2中所示,为比例阀的结构图，阀在两个方向的运动是由两个比例大磁铁控制的，位于两端的弹簧起复位作用。根据电流的大小比例电磁铁产生相应的电磁力，从而能按比例的控制阀芯位移[3]。

图2 比例阀结构简图

采用PWM技术,在输出电路上产生可变的开关电压，使功率放大管只处于饱和导通和截止状态，减少功耗，并且PWM常采用的是VMOS场效应管，其特点是导通内阻小，功耗小，具有功率低、节能，进一步使功耗降低。

3 CTV试验台电液比例阀控制原理

CVT试验台液压系统控制方式有以下三种：

1）屏蔽原TCU软件中所有控制策略，计算机通过INCA（发动机标定系统）软件平台控制TCU继而控制CVT电磁阀。

2）需要BOSCH协调，或者开放TCU，提供TCU软件，或者专门为试验台编写一套TCU驱动软件。

3）台架电控系统直接控制CVT电磁阀，不使用TCU。

第一种和第三种方案本质上和效果上是一样的，都是通过外部分别给定，直接驱动CVT电磁阀，其区别在于第一种方案使用的是TCU内部的比例放大器，第三种方案使用标准比例放大器。

第二种方案需要和BOSCH协调，或者开放TCU，提供TCU软件，或者专门为试验台编写一套TCU驱动软件。

本文采用第三种控制方案。

比例放大器工作原理图如图3所示（引用自PAISVC-D24型放大器说明书）。

图3 工作原理图

放大器由斜坡发生器、偏流调整、增益调整、PWM调制、使能控制以及保护电路组成。

内部斜坡发生器电路将输入阶跃信号转换为缓慢变化的输出信号，使压力或流量缓慢变化，减少对设备的冲击。

震颤电路用于减少摩擦滞后响应，能够使阀芯可以更平滑的进行位移。

4 数据的采集和分析

试验参数如表1所示。

表1 试验参数

测试过程：

室温环境下，占空比有低到高，电流逐渐增大，线圈升温，当测试完毕时温度升到42℃，得到数据一，在此温度下，占空比由高到底测量得到数据二。

表2 测量数据

图4 占空比和线圈电流的关系曲线

5 结论

从试验结果分析可知，线圈电流随占空比的增大而线性增大，通过调节占空比，就可连续的控制比例线圈的平均电流，从而控制比例阀电磁铁的电磁力，继而控制开口的大小来控制流量，这样CVT变速器的主、从带轮就能在控制下进行线性的移动，从而达到变速换挡的目的。

[1] 郭兆松.汽车无极变速器教学实验台架的研究与开发[D].南京理工大学,2010.

[2] 汽车工程学会,汽车工程手册(设计篇)[M].北京:机械工业出版社,2001.

[3] 张洪民,方加宝,陈晓敏.基于PLC的电液比例阀脉宽调制技术研究[R].物流工程三十年技术创新发展道路.TH137.52.2010.