液力机械自动变速箱起步过程控制分析

李玉钊

摘要：液力机械自动变速箱在车辆中的应用比较广泛，这种变速装置自动化程度比较高，可对换挡离合器进行有效控制，使其满足起步要求，成功起步，顺利渡过起步过程。换挡离合器和液力变矩器参与起步过程，相关人员要基于其运行原理，对车辆起步进行控制，使其适应不同的起步档位和阻力条件要求。如此在变速箱等装置作用下，车辆起步变速运行都会保持正常状态。

关键词：液力机械；自动变速箱；起步；过程控制

液力机械自动变速箱是在传统自动变速箱基础上发展而来的，这种新型的自控装置对使用对象型号没有限制要求，其运行也不会受到传递功率影响，在换挡中也不容易出现失稳现象，转速变化以及起步都比较平缓，基于这些显著优势，完全可以将其应用在汽车起步中。本文主要针对液力机械自动变速箱起步过程控制进行分析。

一、车辆起步

对车辆起步过程进行研究分析，相关人员可通过实车实验获取数据信息，也可将相关的动力学模型作为研究对象。模型共有两种，一种为简化后的动力学模型，另一种则为气不过成换挡离合器动力学模型。在两种动力学模型中，相关人员要将所有涉及到的参数列出来，应用到模型中，并用字母表示，应用到相关计算中。这些参数有换挡离合器的传递力矩，一般以字母Tc表示，还有该装置的减速比，减速比分为前后兩种，另外还有各种构件的转动惯量参数，各种零部件的转矩等。相关人员要根据模型，利用这些参数建立相关的动力学方程。这些方程有：发动机转矩与泵轮转矩之间的关系方程，涡轮转矩与泵论转矩之间的关系方程。在后者中，还会涉及到液力变矩器的变距比，该参数与泵轮转矩乘积便是涡轮转矩。而泵轮转距与油液密度以及变矩器循环圆有关，后者直径是相关方程式中的重要参数，另外还有泵轮转速等参数。换挡离合器在运行中起着传输通道作用，主要在涡轮和输出轴之间建立通道，传递对象为前者的转矩。在换挡离合器接合过程中，传递力矩可表现为不同形式，如负载力矩，该参数数值会受到外界负载大小影响。这种力矩产生时，主被动摩擦片接合状态为整体，该种状态发生在换挡离合器非滑摩中。换挡离合器在接合时，主被动摩擦片两者之间如果不存在直接接触情况，则两者不会成为力矩传递介质[1]。在计算力矩时，相关人员需要以摩擦片的摩擦系数为参考数值，另外还要对液油油压进行研究，了解其特性，以正确计算力矩。

二、不同档位起步过程分析

不同档位起步，车辆起步面对的阻力和难以程度也不同，为了平稳起步，相关人员还要对速比大小进行研究，对驱动轮进行控制，使其根据速比大小，自动变化驱动力，以满足不同档位的起步要求。驱动力大小与速比大小呈正相关，与档位高低呈反相关。基于此，应对档位进行控制，使驱动力不至于小于道路阻力。只有车辆出于正常起步状态，其内部涡轮和输出轴才会正常转动，其转速也会大于零。

车辆从脱离静止状态到起步行驶，只需要轻踩油门，这种操作可以使发动机快速运转，进而影响泵轮，通过改善其转矩大小来使驱动轮的作用力变大，如此道路阻力便不会对车辆形成阻碍，起步成功。

涡轮以及泵轮转速大小会直接影响到变矩器作用功能发挥程度。当两者的数值过小时，车辆起步以及行驶过程中增加的车速会使两者数值发生变化，其中前者转速会快速增大，而变矩器的变距比以及力矩系数则会有减少的趋势。泵轮转矩主要来自发动机，该数值会小于涡轮转矩。在两者差值增大的过程中，车辆行驶速度会减缓，相关的涡轮与泵轮转速也会发生变化，对转速比进行计算，当该数值符合规定要求后，变矩器便无用武之地，车辆相关部件的扭矩并不会受其影响。

从涡轮及泵轮转速比前后大小变化，到变矩器功能表现变化等，都表现了平衡性特点，所以液力机械自动变速箱可以使起步过程中的驱动力与阻力平衡，可以消除阻力对驱动轮的影响，进而保证车辆起步成功[2]。

道路表面比较平整，起步阻力会减小，相关人员也应使驱动力处于低值状态。档位不应太高，在低档状态下，起步中的速比相对来说比较大，这会使换挡离合器的滑擦力矩较大，这种大力矩可以抵消道路阻力，所以车辆也可以成功起步。

换挡离合器摩擦力矩大小会直接影响到起步效果，相关人员应对这种摩擦力矩进行控制，对其变化规律进行了解，以使这些变化趋势受控。在控制摩擦参数时，相关人员可以从离合装置的油压控制入手，使充油过程顺利。充油过程直接关系到车辆起步平稳度，因为起步冲击就是充油失控引发的。这种失控现象主要发生在换挡离合器中，起步冲击主要由力矩传递形成的干扰造成。控制油压，则可有效控制充油过程。车辆在起步过程中，还可能出现提前起步行为，这种行为发生在离合器未完全发挥作用之前，虽然可以起步，但起步不平稳，甚至会造成熄火。所以相关人员应结合实际情况，选择合适的启动方式，如果道路平稳，相关人员可挂到抵挡，并利用制动器来牵引车辆制动，使车辆在不断制动过程中，起步行驶。

三、起步过程换挡离合器控制

换挡离合器在应用中，可能会面临崎岖不平或四平八稳的路面，这两种路面阻力不同，也可能会在起步高低档位选择中受到限制。所以相关人员要想使液力机械自动变速箱在起步过程中受控，还需要以实际情况为参考。在路面阻力条件良好情况下，相关人员可使用将档位挂到一档或二档，此时的离合器主被动滑摩片的滑摩功力以及冲击度也会成为起步必备因素，相关人员要从综合角度，来控制离合装置，使其自动完成起步换挡等工作[3]。滑摩功不适宜或起步冲击力太大，都会造成起步熄火，相关人员还要从充油控制方面来制定应急措施。充油控制应当采取实施闭环方式。如果需要在上下坡等路面条件不理想的情况下起步，相关人员还要对液力变矩器进行利用，使其发挥增扭作用，使车辆起步受到良好牵引，在起步中，还要对换挡离合器进行控制，使其结合速度变快，避免出现半结合起步现象，再结合油门，便可成功平稳起步。

换挡离合器主被动部分的转速与输出轴和涡轮轴转速有直接关联，这一点在模型中可以得到体现。基于这一点，相关人员在制定换挡离合器控制措施时，可通过调控两种轴转速来保证起步。在起步中，要对离合装置的作用状态进行判断时，也可将这两种参数作为参考，如果参数正常，则离合装置受控。涡轮轴转速参数不仅可以作为换挡离合器运行参数变化的判断依据，还可以作为发动机运行状态检查参考。输出轴转速参数则与冲击度有关，控制冲击度，可避免起步冲击。充油油压与电磁阀的占空比直接相关，相关人员可通过调整后者来控制前者，使充油过程受控，进而达到自动控制离合装置目的。

四、实车实验

动力模型反映的换挡离合器以及相关构件的参数等虽然可以成为离合装置以及自动变速箱起步控制的参考依据，但其于实际换挡控制的意义有限，所以相关人员还要利用实车起步过程作为研究对象，对其进行实验[4]。在实车实验中，单片机型号为MC68376式，这种零件在电控硬件系统中处于核心位置。按照信号处理任务，可将该系统分为三个子系统，分别对信号输入、输出以及处理起到控制作用。总系统对电磁阀控制效果显著，控制对象的PWM驱动有相应的控制算法，系统只要做好算法控制，便可对电磁阀的占空比进行调整，使其满足充油控制要求。电控系统硬件组成部分比较多，单片机的作用比较显著。相关的转速以及油压控制等最终皆由该构件完成。

相关人员可将模型中采取的起步控制措施实践到实车实验中，最终可获得一些实验参数，如涡轮轴转速、充油油压、占空比等，这些参数在实验起步的过程中都不会一成不变，相关人员在利用装置采集参数后，可以将其描绘在相關图纸中，最终获得参数曲线图。起步过程曲线图主要有两种，一种来源于高档状态，如图一，另一种则来源于低档状态，如图二，相关人员可根据曲线图，对实车实验进行分析。

在高档起步过程曲线图中，不同的时间段，各参数变化皆不同。对t1-t2时间段参数进行分析，发现离合装置充油过程比较顺畅，其状态也是处于完全阶段。充油状态良好，油压稳定，意味着相关的电磁占空比也处于完全状态，所以其参数表示为100%。离合装置的油缸的所有参数都会成为装置非运行阶段容积率数值确定的参考。从t2时间开始，各参数开始失稳，此时间点处，换挡离合器的滑阀逐渐闭合，虽然未完全闭合，但也起到节流作用，油压会逐渐增大，充油失稳后，电磁占空比有所下降，不再保持100%，离合装置的容积率也会变化。从t2时间到t3，离合装置的充油过程虽然还在继续，但非完全状态，所以涡轮轴的转速会降低，最终涡轮轴停止运行。在转速降低至零过程中，输出轴的转速比较稳定，因为输出轴一直处于静止状态[5]。电磁阀的占空比会从40%稳定上升，这些参数变化代表着车辆起步动力的增加，即使驱动力小于道路阻力，车辆也能成功启动。当时间到达t3后，离合装置的容积率又会变化，占空比会平稳上升到100%，换挡离合器正在逐渐闭合，之后到达t4时间段期间，离合装置会完全结合，电磁阀要处于开启状态，相关人员要利用高频来了控制电磁阀的开合状态，使其在t4时完全开启。t5时，所有结构都处于高速运转过程中，实验人员可以脚踩油门，使汽车有起步动力。

在低档起步过程曲线图中，可以看出其过程变化趋势与高档状态类似，在t1-t2时间段中，换挡离合器的控制状态比较良好，因为该种状态下的充油程度比较完全，油压也得到了有效控制，影响充油过程的电磁阀占空比数值也为100%。 这是首次变化种参数表现，第二次变化主要出现在t2-t3时间段中，t2、t3时刻，各参数都有明显变化。在t2时刻，占空比降低到40%，容积率以及油压都会有所变化。在t3时刻，容积率再次发生变化，此时应对占空比进行调控，使其上升至最初状态数值，t3-t4阶段与高档起步状态下的参数变化差不多，相关的离合装置以及电磁阀等反映也类似于高档状态。高低档状态的曲线差别主要表现在t5时刻，控制过程会发生变化，涡轮转速以及输出轴的转速都会发生突变，前者数值会减小，离合装置结合会处于闭环控制状态，相关人员应根据这些变化，描绘出换挡离合器另外一半程序框图。

针对高低档起步过程遇到的问题，相关人员应保证相关的控制措施对两种状态下的车辆起步都有效。涡轮轴以及输出轴对充油的闭环控制可达到此要求，相关人员还要对相关的参数变化进行研究控制。

结语

液力机械自动变速箱在起步过程中的控制应用还有发展和深度研究空间，相关人员要保证汽车起步和换挡运行更加安全可靠，还需要利用实车来获取实验数据，这些数据会直接反映装置控制过程状态。相关人员在对这些数据进行分析时，还需要从运动学分析基础和其他方面上入手，以制定出比较有效的控制策略，使变速箱自动化程度更高，使其在车辆运行系统中的应用优势更加显著。

参考文献：

[1]黄利广.液力机械自动变速箱起步过程的控制方法[J].科技创新与应用，2016，2（27）：134-135

[2]邹家柱.液力机械自动变速箱起步过程控制[J].科技风，2017，12（14）：15-16

[3]王娟，陈慧岩，丁华荣.液力机械自动变速箱起步过程控制[J].山东大学学报（工学版），2016，4（02）：23-27

[4]万国强，黄英，张福军.液力自动变速器换挡过程标定方法研究[J].兵工学报，2017，7（09）：89-90

[5]孙小男，赵薇.汽车液力自动变速器的性能[J].山东交通科技，2016，17（07）：78-79