孫勇剛,趙長(zhǎng)祿,劉波瀾,張付軍

(北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院,北京 100081）

動(dòng)力裝置升擋過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制研究

孫勇剛,趙長(zhǎng)祿,劉波瀾,張付軍

(北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院,北京 100081）

發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制是改善換擋品質(zhì)的重要手段。以某輕型履帶車輛動(dòng)力裝置為平臺(tái),對(duì)升擋動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)研究,研究升擋過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制對(duì)車輛行駛平順性和加速性能的影響。研究結(jié)果表明,在升擋過(guò)程中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)采取主動(dòng)減油控制策略能能夠有效減小車輛的換擋沖擊度,而增加減油量和縮短減油時(shí)刻都會(huì)在提高換擋平順性的同時(shí)增加升擋過(guò)程的動(dòng)力損失。

動(dòng)力機(jī)械工程;動(dòng)力裝置;換擋品質(zhì);集成控制

0 引言

動(dòng)力裝置集成控制技術(shù)是現(xiàn)代動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。不斷提高車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱性和可靠性是動(dòng)力傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中所追求的目標(biāo),而實(shí)現(xiàn)上述要求不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱是否在最優(yōu)的控制參數(shù)下運(yùn)行,更為重要的是它們能否達(dá)到最佳的匹配[1]。

在換擋過(guò)程中,有級(jí)式變速系統(tǒng)的輸出軸轉(zhuǎn)矩會(huì)發(fā)生擾動(dòng),在車輛上表現(xiàn)為一定程度的換擋沖擊[2]。動(dòng)力裝置集成控制技術(shù)與自動(dòng)變速器技術(shù)的結(jié)合,對(duì)提高整車的輸出性能起到十分有益的作用。對(duì)于液力自動(dòng)變速器,由于液力系統(tǒng)具有緩沖作用,所以在換擋品質(zhì)上具有先天優(yōu)勢(shì),但大量的研究工作表明,換擋平順性與快速性的直接矛盾仍然是換擋控制的難點(diǎn)之一[3],動(dòng)力裝置集成控制技術(shù)發(fā)展為這一矛盾的解決提供了新途徑。在機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)技術(shù)中,換擋過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制或發(fā)動(dòng)機(jī)隨動(dòng)調(diào)速控制的應(yīng)用能夠有效地解決平順性和快速性的矛盾[4-5]。

本文以某輕型履帶車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象,其主要組成為:某型電子調(diào)速渦輪增壓V6柴油機(jī),帶閉鎖離合器的液力變矩器和由離合器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液力機(jī)械變速箱,開(kāi)展了動(dòng)力裝置升擋過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制的研究。

1 換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及研究方案

1.1 車輛沖擊度

動(dòng)力裝置換擋過(guò)程分為兩個(gè)階段:轉(zhuǎn)矩相和慣性相,圖1為典型動(dòng)力性換擋過(guò)程中變速器輸出軸轉(zhuǎn)矩的變化。在轉(zhuǎn)矩相的后期,由于當(dāng)前擋位離合器開(kāi)始脫開(kāi),目標(biāo)擋位離合器尚未鎖死,傳遞的轉(zhuǎn)矩將會(huì)降低,出現(xiàn)車輛動(dòng)力傳遞過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩陷阱,在這一階段主要由離合器的充放油特性決定。在轉(zhuǎn)矩相階段,伴隨目標(biāo)擋位離合器的結(jié)合,輸出軸轉(zhuǎn)矩將達(dá)到一個(gè)最大值Tmax.上述換擋過(guò)程反映到車輛端表現(xiàn)為一定程度的縱向沖擊,所以將換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取為縱向加速度的變化率。

車輛沖擊度的公式可由車輛縱向加速度對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得到:

式中:j為沖擊度(m/s3);a為車輛的加速度;ω為變速器輸出軸的角速度;ig、io分別為變速器及驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比;TC、Te分別為變速箱及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩;Iw為與變速器輸出軸相聯(lián)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[6]。

圖1 升擋過(guò)程變速器輸出軸轉(zhuǎn)矩變化Fig.1 Torque change of transmission output shaft during upshifting

1.2 研究方案

對(duì)于自動(dòng)變速器,通常采用基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的躍升或內(nèi)置一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器來(lái)判斷換擋過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩相和慣性相[7-8],并通過(guò)調(diào)節(jié)換擋離合器油壓,在轉(zhuǎn)矩相中適當(dāng)增加轉(zhuǎn)矩,減少動(dòng)力中斷,在慣性相減少轉(zhuǎn)矩,以降低轉(zhuǎn)矩相與換擋結(jié)束之間的轉(zhuǎn)矩差,降低變速器輸出轉(zhuǎn)矩突變。

本文中所采用的液力機(jī)械式變速箱,其換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)即電控?fù)Q擋閥均為開(kāi)關(guān)閥,只能通過(guò)改變液壓油的走向選擇目標(biāo)擋位,換擋離合器中油壓的建立和釋放過(guò)程完全取決于其油道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此,只能通過(guò)在升擋時(shí)主動(dòng)降低發(fā)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式,減少換擋過(guò)程中由于飛輪端突降載荷造成的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突變,從而減少液力變矩器兩端速差,以達(dá)到改善換擋沖擊的目的。

2 動(dòng)力裝置仿真模型的建立

以某輕型履帶車輛動(dòng)力傳動(dòng)裝置為對(duì)象,在分析控制對(duì)象的系統(tǒng)性能后,對(duì)動(dòng)力傳遞的過(guò)程進(jìn)行分析,建立面向控制的詳細(xì)仿真模型,為主動(dòng)控制研究奠定基礎(chǔ)。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型

本文試驗(yàn)平臺(tái)所用發(fā)動(dòng)機(jī)的電子調(diào)速系統(tǒng)為位置式油量調(diào)節(jié)系統(tǒng),控制器通過(guò)采集油門位置信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,并根據(jù)柴油機(jī)的調(diào)速方式和外界負(fù)載來(lái)計(jì)算當(dāng)前供油量,再驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制噴油泵的噴油量[9],從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使得發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出特性與負(fù)載特性相匹配。

對(duì)于整車換擋這一動(dòng)態(tài)過(guò)程而言,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程起著關(guān)鍵作用,因此,建模的目標(biāo)就是數(shù)學(xué)模型能夠反應(yīng)輸入的控制參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的影響;另一方面,在建模仿真技術(shù)中,模型的簡(jiǎn)單度和保真度是固有的矛盾,所以在建模過(guò)程中就需要抓住建模對(duì)象的本質(zhì),即具有一定的保真度,又便于應(yīng)用,本文所建發(fā)動(dòng)機(jī)模型是一個(gè)基于MAP圖的發(fā)動(dòng)機(jī)模型(見(jiàn)圖2)。

圖2 基于MAP圖的發(fā)動(dòng)機(jī)模型Fig.2 MAP-based Simulink model of engine

2.2 液力變矩器模型

本文所研究的液力變矩器主要由泵輪、渦輪、導(dǎo)輪、閉鎖離合器、單項(xiàng)聯(lián)軸器、輸入齒輪和輸出齒輪等組成。當(dāng)工作液體一定時(shí),液力變矩器泵輪上所受到的負(fù)載轉(zhuǎn)矩MP只與泵輪轉(zhuǎn)速和泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)有關(guān),即

式中:λP為泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù),是液力變矩器傳動(dòng)比i的函數(shù),即λP=f(i);ρ為工作液體密度;g為重力加速度;nP為泵輪轉(zhuǎn)速;D為液力變矩器有效直徑。

液力變矩器的變矩比等于輸出轉(zhuǎn)矩(渦輪轉(zhuǎn)矩MT)和泵輪轉(zhuǎn)矩之比,即

在臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)出液力變矩器的變矩比K與傳動(dòng)比i的對(duì)應(yīng)關(guān)系,則由函數(shù)關(guān)系可以建立出液力變矩器的仿真模型如圖3所示。

圖3 液力變矩器的仿真模型Fig.3 Simulink model of hydraulic torque converter

2.3 定軸式自動(dòng)變速器模型

在換擋動(dòng)態(tài)過(guò)程中,換擋離合器傳遞的是摩擦轉(zhuǎn)矩,其值[10]可表示為

式中:Tf為離合器滑磨過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩;μ為動(dòng)摩擦系數(shù),由離合器片的材料決定,受速差的影響;F為摩擦片正向壓緊力;re為摩擦力作用的等效半徑;Z為摩擦副數(shù)。

2.4 控制器模型

控制器模型包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制部分和變速箱控制部分,其中發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速規(guī)律又分為兩極調(diào)速和全程調(diào)速。而變速箱的控制主要有換擋邏輯和閉鎖邏輯,以防止掛雙擋和跳擋。

控制器的換擋邏輯模型如圖4所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功并且油門位置＞5%以后,輸出擋位為一擋,由當(dāng)前擋位和油門位置查出實(shí)時(shí)的升擋車速和降擋車速,將這兩個(gè)量和車速進(jìn)行對(duì)比,決定升擋、降擋或者保持,這樣就避免了跳擋。

3 升擋過(guò)程主動(dòng)控制仿真研究

圖4 換擋邏輯仿真模型Fig.4 State flow model of shift logic

發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制的過(guò)程中,控制時(shí)序和控制量都會(huì)對(duì)車輛的整體性能產(chǎn)生影響,下面從換擋品質(zhì)和車輛的加速性分別進(jìn)行研究。研究過(guò)程中保持其他影響參數(shù)不變,換擋規(guī)律為雙參數(shù)動(dòng)力性換擋,換擋預(yù)控時(shí)間t3=0.5 s(考慮到控制時(shí)的延遲作用),

整個(gè)換擋時(shí)間為t4=1.5 s(見(jiàn)圖5)。

圖5 換擋過(guò)程中的控制時(shí)序Fig.5 Controlling time-series during shifting

觸發(fā)信號(hào)(換擋信號(hào)):在雙參數(shù)換擋中,換擋信號(hào)是電子控制單元(ECU)根據(jù)當(dāng)前的車速和油門位置輸出的。

解鎖信號(hào):液力變矩器閉鎖時(shí)進(jìn)行換擋,沖擊一般比較大,但解鎖太早,傳動(dòng)系統(tǒng)效率會(huì)降低;而解鎖太遲,又會(huì)失去液力變矩器的緩沖效果。

減油信號(hào):發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩相之前減油,會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力下降,車速降低;減油太遲,不僅難以減少換擋沖擊,還會(huì)降低下一擋初始的平均車速。

換擋時(shí)間:從換擋信號(hào)到換擋執(zhí)行結(jié)束的時(shí)間。分為兩部分:1)換擋預(yù)控時(shí)間,從換擋信號(hào)發(fā)出到執(zhí)行換擋,主要是執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行的時(shí)間;2)換擋執(zhí)行到換擋結(jié)束的時(shí)間,主要由離合器的充放油特性決定。

3.1 升擋過(guò)程中減油時(shí)刻的影響研究

研究減油時(shí)刻的影響時(shí),保持升擋過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的減油量一定(減少為當(dāng)前油量的10%),以換擋離合器兩端的速差決定是否正常供油。由于在各擋位對(duì)應(yīng)的換擋點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同,即慣性相階段釋放的能量不同,所以應(yīng)針對(duì)各擋位分別進(jìn)行研究。

仿真選取了減油時(shí)刻t2分別為0 s、0.25 s、0.5 s進(jìn)行0～4擋升擋研究。圖6為t2=0 s時(shí)3～4擋的升擋仿真曲線。

圖6 減油時(shí)刻t2=0 s時(shí)3～4擋仿真曲線Fig.6 Simulation curves of 3 to 4 upshifts for time of fuel reduction t2=0 s

通過(guò)對(duì)仿真數(shù)據(jù)的分析可知減油時(shí)刻對(duì)車輛性能的影響如下:1)正常行駛時(shí)0～1升擋過(guò)程基本是在小油門下進(jìn)行的,所以減油至10%基本沒(méi)有影響。2)在1～2和2～3升擋時(shí),t2值越大,升擋點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高,換擋過(guò)程中的渦輪過(guò)沖量增大,升擋過(guò)程中扭矩陷阱更嚴(yán)重,換擋平順性變差。3)對(duì)于3～4升擋過(guò)程,液力變矩器提前解鎖,基本不會(huì)影響升擋點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。t2越大車輛升擋更快,動(dòng)力性增強(qiáng),因?yàn)榇藭r(shí)0～3升擋時(shí)各升擋點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速更高。

3.2 升擋過(guò)程中減油量的影響研究

研究減油量的影響時(shí),保持升擋過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的減油時(shí)刻一定(t2=0.5 s),依舊以換擋離合器兩端的速差來(lái)決定是否正常供油。選取了減油至當(dāng)前油量的0%、20%進(jìn)行對(duì)比。圖7為減油至20%時(shí)3～4擋的升擋仿真曲線。

圖7 減油量為20%時(shí)3～4擋仿真曲線Fig.7 Simulation curves of 3 to 4 upshifts when oil quantity is reduced to 20%

仿真結(jié)果表明:升擋過(guò)程中油量減少得越多,換擋過(guò)程越平緩,因?yàn)榇藭r(shí)渦輪轉(zhuǎn)速的突變量減小,動(dòng)載系數(shù)也更小;而對(duì)于高擋位,如果升擋過(guò)程中減少的油量太多,恢復(fù)供油將變慢,會(huì)出現(xiàn)換擋結(jié)束后的扭矩不足現(xiàn)象。

4 升擋過(guò)程控制策略研究

實(shí)車試驗(yàn)與仿真分析存在著一定的差別,因此需要對(duì)仿真結(jié)果做一定的適應(yīng)性修正。

4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的主動(dòng)控制策略

1)發(fā)動(dòng)機(jī)減油時(shí)刻:由上述仿真分析得知,升擋過(guò)程中減油過(guò)早和過(guò)晚都會(huì)影響車輛的性能。如果在扭矩相初期就開(kāi)始減油,此時(shí)低擋離合器還處在完全結(jié)合狀態(tài),減少發(fā)動(dòng)機(jī)油量只會(huì)導(dǎo)致車速降低;而減油太遲則無(wú)法改善換擋沖擊。所以理論上應(yīng)當(dāng)在低擋離合器主從動(dòng)摩擦片開(kāi)始滑磨時(shí)減油,但是從發(fā)動(dòng)機(jī)供油油量的變化到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的輸出存在著一定的時(shí)間延遲(延遲主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、供油油路等),因此在實(shí)車控制中,選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的減油時(shí)刻在低擋離合器滑磨之前。

2)恢復(fù)供油時(shí)刻:理論上應(yīng)在高擋離合器開(kāi)始傳遞滑磨轉(zhuǎn)矩時(shí),調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量,讓滑磨轉(zhuǎn)矩能平穩(wěn)過(guò)渡。但這種方式對(duì)供油的要求特別高,如果在高擋離合器剛開(kāi)始傳遞滑磨轉(zhuǎn)矩時(shí)就恢復(fù)大量供油,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將增加,導(dǎo)致?lián)Q擋離合器主從動(dòng)摩擦片轉(zhuǎn)速差增大,滑磨時(shí)間增長(zhǎng)。如果在離合器同步后才恢復(fù)供油,由于延遲作用的存在,會(huì)使得車輛出現(xiàn)結(jié)合后的動(dòng)力不足。所以實(shí)車試驗(yàn)中采用當(dāng)主從動(dòng)離合器轉(zhuǎn)速差下降到某一值時(shí)恢復(fù)供油,并與充放油規(guī)律相協(xié)調(diào),使輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)過(guò)渡,以保證換擋的平穩(wěn)性。

3)減油量:對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),減油量越多轉(zhuǎn)速降低越快,所以主從動(dòng)離合器速差越大的時(shí)候,需要增加減油量。但如果此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于大功率工況,減油量越大會(huì)使得功率恢復(fù)延遲加大,影響車輛動(dòng)力性。所以在實(shí)車試驗(yàn)時(shí)針對(duì)不同擋位選取了不同的減油量。

4.2 升擋定時(shí)控制控制策略

圖8為實(shí)車試驗(yàn)中用到的一個(gè)升擋定時(shí)策略。

將整個(gè)升擋過(guò)程定時(shí)為2.5 s,換擋計(jì)數(shù)S每隔2 ms加一次,升擋持續(xù)時(shí)間t由以下公式得出:

雖然0～750都是升擋的減油時(shí)間,但是實(shí)車試驗(yàn)中減油時(shí)間(換擋計(jì)數(shù))基本在500～750之間,與仿真相比,升擋定時(shí)延長(zhǎng)了,這是因?yàn)閷?shí)際中的油門延遲更大,升擋執(zhí)行時(shí)間主要由離合器的充放油特性決定,所以升擋時(shí)間固定不動(dòng)為1 s.

圖8 實(shí)車試驗(yàn)中的升擋定時(shí)策略Fig.8 Upshift timing strategy in actual driving test

4.3 液力變矩器解閉鎖的邏輯設(shè)計(jì)

液力變矩器傳動(dòng)的最高效率比較低,高效傳動(dòng)范圍不大,會(huì)導(dǎo)致車輛燃油經(jīng)濟(jì)性下降,同時(shí)由于液力變矩器的傳動(dòng)比不能達(dá)到1,所以希望在車輛高速行駛過(guò)程中通過(guò)液力變矩器閉鎖來(lái)提高傳動(dòng)效率,增加最高車速。液力變矩器的閉鎖有單參數(shù)和雙參數(shù)閉鎖等,實(shí)車試驗(yàn)采取基于車速和油門的雙參數(shù)閉鎖規(guī)律。

液力變矩器的閉鎖控制和換擋控制一樣,由閉鎖判斷和閉鎖執(zhí)行兩部分組成,其中閉鎖判斷中增加了駕駛員意圖。其控制邏輯如圖9所示。

換擋計(jì)數(shù)S為換擋解鎖時(shí)間,其值與控制策略有關(guān),實(shí)車S=500,表示換擋解鎖時(shí)間為1 s.

圖9 液力變矩器控制邏輯Fig.9 Lockout control logic of hydraulic torque converter

5 動(dòng)力裝置升擋過(guò)程試驗(yàn)研究

5.1 動(dòng)力裝置集成控制系統(tǒng)介紹

本文所設(shè)計(jì)動(dòng)力裝置集成控制系統(tǒng)為發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱共用ECU.這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高,可靠性好,發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱資源容易共享。但是ECU的任務(wù)增多意味著對(duì)處理能力及芯片資源的要求增加,因此處理器進(jìn)行了雙芯片外圍資源擴(kuò)展。

5.2 升擋過(guò)程主動(dòng)控制試驗(yàn)研究

為了進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,在發(fā)動(dòng)機(jī)處于兩級(jí)調(diào)速特性時(shí),首先采取發(fā)動(dòng)機(jī)不做主動(dòng)控制、駕駛員也不主動(dòng)收油門進(jìn)行升擋試驗(yàn);然后在駕駛員采用自動(dòng)擋時(shí),升擋過(guò)程中保持油門一定,并按照上述設(shè)計(jì)的控制時(shí)序,由ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行主動(dòng)控制直接將齒桿驅(qū)動(dòng)脈沖寬度調(diào)制(PWM)波占空比收零,快速將發(fā)動(dòng)機(jī)的油量減少為0.圖10和圖11分別為正常情況(不減油)以及采取發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制時(shí)2～3擋的升擋過(guò)程。

從圖11中可以看出,采用發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制后,齒桿位置在升擋前就收到零點(diǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不再大幅上升,這使得升擋過(guò)程中渦輪轉(zhuǎn)速的變化量減小而且變化趨于平順。

通過(guò)對(duì)監(jiān)控設(shè)備采集到的車輛縱向加速度按(1)式進(jìn)行計(jì)算,得出2～3擋升擋過(guò)程未采用主動(dòng)控制時(shí),車輛沖擊度的最大值為34.4 m/s3,而進(jìn)行主減油控制后,車輛沖擊度下降為10.3 m/s3(見(jiàn)圖12、圖13),僅為原來(lái)的29.9%,換擋沖擊大幅減小,換擋平順性得到很好的改善。在其他擋位進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)也得到了類似的結(jié)果,因此在升擋過(guò)程中采取發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制策略能夠有效減小換擋沖擊度,提高乘員的舒適性,實(shí)現(xiàn)了研究的目標(biāo)。

圖10 不采取主動(dòng)控制時(shí)2～3擋的試驗(yàn)結(jié)果Fig.10 Test results of 2 to 3 upshifts without active control

圖11 采取主動(dòng)控制時(shí)2～3擋的試驗(yàn)結(jié)果Fig.11 Test results of 2 to 3 upshifts with active control

圖12 不采取主動(dòng)控制時(shí)2～3擋的縱向加速度及沖擊度Fig.12 Longitudinal acceleration and vehicle jerk of 2 to 3 upshifts without active control

圖13 采取主動(dòng)控制時(shí)2～3擋的的縱向加速度及沖擊度Fig.13 Longitudinal acceleration and vehicle jerk of 2 to 3 upshifts with active control

6 結(jié)論

1)在整車上所做的升擋過(guò)程主動(dòng)控制試驗(yàn)表明,所開(kāi)發(fā)的動(dòng)力傳動(dòng)集成控制系統(tǒng)是成功的。

2)升擋過(guò)程的實(shí)車試驗(yàn)與仿真研究相比,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、渦輪和泵輪轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)基本一致,升擋過(guò)程中控制量對(duì)整車性能的影響相同,所以可以用仿真的方法對(duì)升擋控制進(jìn)行理論基礎(chǔ)研究,從而縮短控制器的開(kāi)發(fā)周期。

3)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制試驗(yàn)表明,對(duì)于由電控柴油機(jī)和電液式自動(dòng)變速器組成的動(dòng)力裝置,升擋過(guò)程采用發(fā)動(dòng)機(jī)的主動(dòng)控制能夠改善車輛的換擋平順性。

4)換擋預(yù)控時(shí)間是集成控制過(guò)程中必定存在的時(shí)間延遲,但是換擋預(yù)控時(shí)間的長(zhǎng)短影響著車輛的動(dòng)力性,換擋預(yù)控時(shí)間越長(zhǎng),車輛動(dòng)力性能越差。

5)主動(dòng)控制過(guò)程中的減油量越多,升擋過(guò)程中的沖擊度會(huì)越小,但是減油量的多少會(huì)直接影響車輛的動(dòng)力性能。

References)

[1] 趙長(zhǎng)祿,葛蘊(yùn)珊,黃英,等.車輛動(dòng)力傳動(dòng)集中控制—變速箱控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000,20(2):184-187.

ZHAO Chang-lu,GE Yun-shan,HUANG Ying,et al.Central control of vehicle powertrain—developing of transmission control system[J].Transactions of Beijing Institute of Technology,2000, 20(2):184-187.(in Chinese)

[2] Kondo T,Iwatsuki K,Taga Y,et al.Toyota“ECT-I”,a new automatic transmission with intelligent electronic control system[J]. SAE Transactions,1990,99(6):706-716.

[3] 王娟,陳慧巖,陶剛,等.液力機(jī)械自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)控制方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2008,39(2):38-42.

WANG Juan,CHEN Hui-yan,TAO Gang,et al.Research on shift quality of automatic transmission[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery,2008,39(2):38-42. (in Chinese)

[4] 何忠波,白鴻柏,李東偉,等.發(fā)動(dòng)機(jī)斷油控制改善AMT換擋品質(zhì)試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2005,36(10):16-19.

HE Zhong-bo,BAI Hong-bai,LI Dong-wei,et al.Research on improving shift quality of AMT with fuel stop valve of diesel engine [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery,2005,36(10):16-19.(in Chinese)

[5] SHEN S,YAN G,WU G.Study on intelligent shift strategy with the humachinetechnology[J].SAETransactions,1997, 106(2):665-670.

[6] 趙丁選,楊鏑,陳寧.工程車輛自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)試驗(yàn)研究[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2006,19(1):78-81.

ZHAO Ding-xuan,YANG Di,CHEN Ning.Testing and research for gearshifting quality of automatic transmission of construction truck[J].Construction Machinery Technology&Management, 2006,19(1):78-81.(in Chinese)

[7] Minowa T,Kimura H,Ishii J,et al.Smooth gear shift control system using estimated torque[J].SAE Transactions,1994, 103(6):1427-1434.

[8] Ibamoto M,Kuroiwa H,Minowa T,et al.Development of smooth shift control system with output torque estimation,SAE 950900 [R].Detroit,Michigan:SAE,1995.

[9] 廖承林,陳慧巖,孫業(yè)保,等.車輛動(dòng)力傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].汽車工程,2002,24(2):130-133.

LIAO Cheng-lin,CHEN Hui-yan,SUN Ye-bao,et al.The research and development of vehicle powertrain control system[J]. Automotive Engineering,2002,24(2):130-133.(in Chinese)

[10] SONG X,LIU J,Smedley D.Simulation study of dual clutch transmission for medium duty truck applications[J].SAE Transactions,2005,114(2):264-270.

Active Control Technology of Engine for Powertrain Plant During Upshifting

SUN Yong-gang,ZHAO Chang-lu,LIU Bo-lan,ZHANG Fu-jun
(School of Mechanical Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)

Active control technology of engine is an important means to improve shift quality.For a powertrain plant of light tracked vehicle,the upshift dynamic process of the tracked vehicle is simulated and studied,and the effect of active control strategy on riding comfort and acceleration is discussed.The results show that the active control strategy can be used to improve the riding comfort of vehicle during upshifting,but the increase in reducing the fuel quantity and the shortening in the time of fuel reduction can improve the shift-feel and increase the power loss during upshifting.

power machinery engineering;powertrain plant;shift quality;integrated powertrain control

U463.2

:A

1000-1093(2014)03-0312-06

10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.004

2013-03-19

國(guó)防科工局基礎(chǔ)研究創(chuàng)新項(xiàng)目(1004)

孫勇剛(1988—),男,碩士研究生。E-mail:syllyc@163.com;趙長(zhǎng)祿(1963—),男,教授,博士生導(dǎo)師。clzhao@bit.edu.cn