液力自动变速器离合器闭环控制

李波，张建，穆勇勇

西安双特智能传动有限公司 陕西西安 710119

液力自动变速器（AT）通过电控液压机构来对换挡离合器或者制动器进行操控。换挡过程通常是一个离合器结合、另一个离合器脱开的过程[1]。如果离合器结合和分离的时间不当会造成换挡不平稳，过早结合会造成动力干涉，过晚会产生动力中断。本文通过对换挡过程理论分析与实车测试，对换挡过程的转速相进行闭环控制，并运用此策略得到良好的控制效果[2]。

自动变速器建模及理论分析

1.离合器的动力学分析模型

车辆的动力传动系统是一个连续、多自由度的复杂系统，为了方便分析将其转化为机械变速系统动力学分析模型，并且对其进行如下假设：

1）忽略发动机扭振、摆振等振动影响。

2）忽略齿轮啮合等其他运动副的间隙和阻尼。

3）忽略动力传动系统中轴承和轴承座的摩擦阻力。

4）忽略以上因素对整个换挡过程动力分析不会产生太大影响，因此基于以上假设将车辆动力传动系统简化为图1所示模型。

图1 车辆动力传动系统简化模型

图1中，Jin为变速器输入轴转动惯量，Jout为变速器输出轴转动惯量，CL为低挡位离合器，CH为高挡位离合器，iL为低挡位传动比，iH为高挡位传动比，Tin为变速器输入端转矩，Tout为变速器输出端转矩[3]。

2.换挡过程理论分析

（1）充油阶段的离合器动力学分析 在升挡的充油阶段，离合器CL处于压紧状态并且承担着传动系统的转矩而离合器CH处于完全分离状态，不承担任何转矩。

（2）转矩交换阶段的离合器动力学分析 在升挡的转矩交换阶段，离合器CL仍然处于接合状态并且承担的转矩逐渐转交到CH，此时离合器CH处于滑摩状态，传动系统仍然以iL工作。

（3）转速同步阶段的离合器动力学分析 在升挡的转速同步阶段，离合器CL完全分离，CH处于滑摩状态并且承担所有转矩，传动比从低挡位iL的向高挡位iH过渡。

换挡过程控制策略分析

1.转速相阶段转矩分析

文中策略只针对转速相进行调控，因此只分析转速相阶段转矩变化。在转速相阶段转矩变化CH离合器传递转矩TCH为

当在换挡过程中保持输入轴转矩不变的情况下，离合器CH的转矩大小为

因此，精准的控制dn/dt可以有效地降低换挡冲击。通过闭环控制使其实际发动机转速沿着参考速度变化曲线由当前挡位的转速值转换到目标挡位的转速值以降低换挡冲击，如图2和图3所示。

图2 闭环控制离合器曲线

图3 闭环逻辑控制流程

2.逻辑设计

逻辑设计分为两部分：进入闭环控制逻辑条件和闭环逻辑离合器控制。

（1）进入闭环控制逻辑条件 当检测到涡轮转速下降到速比的15%时，TCU开始进入离合器闭环控制。

（2）闭环控制逻辑 在进入闭环模式时，TCU会根据实际的涡轮转速与目标涡轮转速偏差来实时调节电磁阀压力，这样保证涡轮按照目标速率变化。当TCU检测到涡轮转速等于变速器输出轴转速与期望挡位速比之积时，此时TCU退出闭环控制同时命令待接合离合器进入压紧阶段（固定斜率将电磁阀开到最大）。

实车验证和分析

1.测试设备及过程介绍

测试在法士特试车场进行路试，测试环境及设备见表1。

表1 车辆测试环境

以2挡升3挡为例说明该控制策略在换挡过程中的应用。采用此策略之后，在进入转速相阶段时，TCU通过控制电磁阀命令使其实际涡轮转速按照目标转速进行跟随，在整个阶段变速器输出轴转速平稳无波动，实车感受无冲击。但未采用该策略的实车数据，在进入转速相阶段时，输出轴转速有明显波动，实车感受有明显冲击。

结语

在AT自动变速器换挡过程中，提出在转速相阶段通过采用带前馈PI的控制方法对动力升挡情况下接合离合器滑差进行闭环控制的策略。在实际车辆验证结果表明，整个动力升挡过程中，变速器输出轴转速平稳，无明显波动，因此该策略可以有效提高换挡的平顺性。