劉振杰, 李志偉, 王 葉, 衣 超, 韓宇石
(中國北方車輛研究所車輛傳動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100072)
商用車AMT換擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略
劉振杰, 李志偉, 王 葉, 衣 超, 韓宇石
(中國北方車輛研究所車輛傳動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100072)
為了提高商用車AMT換擋舒適性,根據(jù)離合器工作特性,將換擋過程分為5個(gè)階段,制定了每個(gè)階段發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模式.基于SAEJ1939通信協(xié)議,通過發(fā)送控制模式指令實(shí)現(xiàn)了AMT升擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)限速限扭控制策略和降擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速控制策略,并在南京依維柯AMT樣車上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明:所提出的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略能夠很好地控制換擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速同步的目的,提高了換擋舒適性.
商用車;發(fā)動(dòng)機(jī)控制;AMT;換擋
電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)具有結(jié)構(gòu)簡單,傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn),目前已被成功應(yīng)用于商用車領(lǐng)域.但由于AMT換擋時(shí)存在動(dòng)力中斷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速不同步等問題,影響了換擋舒適性[1].因此,AMT換擋過程中需要對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速、扭矩干預(yù)控制[2-5].本研究在對南京依維柯AMT樣車換擋過程分析的基礎(chǔ)上,制定了換擋控制策略,基于SAEJ1939協(xié)議,通過引入限速限扭控制模式,實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制,達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速同步的目的.
SAEJ1939協(xié)議是美國汽車工程師協(xié)會(huì)專門為重載卡車和客車制定的一種串行通訊和控制協(xié)議,目前已成為世界各大商用車制造廠的總線標(biāo)準(zhǔn)[6].SAEJ1939中規(guī)定電控發(fā)動(dòng)機(jī)有調(diào)速、調(diào)扭和限速限扭3種控制模式,通過發(fā)送相應(yīng)的代碼即可實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)的控制.
AMT換擋過程中首先要使離合器分開,離合器分開后選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成換擋,換擋完成后離合器結(jié)合,最終完成換擋.以離合器位移作為依據(jù),換擋過程階段劃分如圖1所示.
圖1 AMT換擋過程階段劃分
圖中abcdef線代表換擋過程離合器位移變化示意曲線.按照該曲線,將換擋過程分為5個(gè)階段:
1)在階段1,離合器閉合,車輛處于非換擋狀態(tài);
2)在階段2,離合器處于結(jié)合狀態(tài),但是開始逐漸分開到滑磨點(diǎn);
3)在階段3,離合器處于分離狀態(tài),此時(shí)AMT進(jìn)行摘擋、選擋、換擋動(dòng)作;
4)在階段4,離合器開始結(jié)合,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速差逐漸減??;
5)在階段5,離合器快速結(jié)合.
換擋過程中車速不會(huì)發(fā)生太大變化,但是當(dāng)擋位發(fā)生變化時(shí),AMT速比發(fā)生變化,此時(shí)輸入軸轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生較大變化.由于升擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需要降轉(zhuǎn)速、降擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需要升轉(zhuǎn)速,故分別制定升擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略和降擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略.對AMT來說,換擋舒適性取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào),基于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制的換擋最終也是反饋到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化.不管是有動(dòng)力換擋還是無動(dòng)力換擋,或者說車輛對發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的需求,均反映出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化,故在制定發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略時(shí),以發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo).
2.1 升擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略
在升擋過程中可以認(rèn)為車速幾乎無變化,而變速箱傳動(dòng)比變小,這導(dǎo)致車速折合到變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速減小.為了減小換擋沖擊,那么在升擋過程中需要降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速.
1)模塊構(gòu)建及工作流程.
AMT在升擋過程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、車速變化如圖2所示.
圖2 AMT升擋過程轉(zhuǎn)速變化曲線
當(dāng)AMT接收到升擋指令后,換擋過程從階段1進(jìn)入階段2.此時(shí)離合器逐漸分開,直到離合器滑磨點(diǎn).離合器分開的過程中可能出現(xiàn)因打滑而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速不同步.
當(dāng)離合器分離至滑磨點(diǎn)以后,換擋過程從階段2進(jìn)入階段3.該階段執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作進(jìn)行選擋換擋,由于發(fā)動(dòng)機(jī)無負(fù)載,轉(zhuǎn)速會(huì)突然上升,相反,由于失去動(dòng)力,與負(fù)載端相連的輸入軸轉(zhuǎn)速會(huì)直接下降.當(dāng)換擋完成后,輸入軸轉(zhuǎn)速變化與車速變化一致.
換擋完成后離合器開始結(jié)合,換擋過程從階段3進(jìn)入階段4.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速差逐漸減小.
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速差達(dá)到目標(biāo)同步轉(zhuǎn)速差時(shí),換擋過程從階段3進(jìn)入階段5.由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速差非常小,該階段離合器快速結(jié)合.
2)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略制定.
在階段1,離合器閉合,車輛處于非換擋狀態(tài),發(fā)動(dòng)機(jī)不控制.
在階段2,離合器處于結(jié)合狀態(tài),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速應(yīng)維持當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,但由于發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速響應(yīng)時(shí)間問題,該階段應(yīng)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行限速控制,以便于下一階段的發(fā)動(dòng)機(jī)控制.
在階段3,離合器處于分離狀態(tài),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)發(fā)生突變,不管是有動(dòng)力換擋還是無動(dòng)力換擋,發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速都是降低,并與下一擋位的當(dāng)前車速對應(yīng)的輸入軸轉(zhuǎn)速一致.由于動(dòng)力升擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)速控制模式效果不是特別理想,該階段發(fā)動(dòng)機(jī)控制采用限速限扭控制模式,即限制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速.
在階段4,離合器結(jié)合,與前一階段控制模式相同,此時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速接近相同,換擋舒適性會(huì)大大提高.
在階段5,離合器快速結(jié)合,此時(shí)車輛需要較大動(dòng)力,該階段需要發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩迅速增加,但由于離合器沒有完全結(jié)合,此時(shí)扭矩應(yīng)逐漸增長,提高舒適性.
2.2 AMT降擋發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略
在降擋過程中車速幾乎無變化,而由于發(fā)動(dòng)機(jī)降擋時(shí)變速箱速比變大,所以導(dǎo)致車速折合到變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速增大.為了減小換擋沖擊,在降擋過程中發(fā)動(dòng)機(jī)需要升轉(zhuǎn)速.
1)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略制定.
AMT降擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、車速變化如圖3所示.
圖3 AMT降擋過程轉(zhuǎn)速變化曲線
當(dāng)有降擋指令后,進(jìn)入階段2,此時(shí)離合器逐漸分開,直到滑磨點(diǎn),離合器分開的過程中可能出現(xiàn)因打滑而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速不同步.當(dāng)離合器分離至滑磨點(diǎn)以后進(jìn)入階段3,離合器完全分開,此時(shí)由于油門開度較小或?yàn)榈∷?,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)較低,所以動(dòng)力降擋時(shí)轉(zhuǎn)速會(huì)上升,輸入軸轉(zhuǎn)速會(huì)直接下降.由于該階段執(zhí)行選換擋動(dòng)作,換擋過程中,輸入軸轉(zhuǎn)速又會(huì)逐漸升高,換擋完成后,轉(zhuǎn)速變化與車速變化一致.換擋完成后離合器開始結(jié)合,進(jìn)入階段4,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速差達(dá)到目標(biāo)同步轉(zhuǎn)速差時(shí),進(jìn)入階段5,在階段5,由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速差非常小,該階段離合器快速結(jié)合.
2)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略制定.
在階段1,離合器閉合,車輛處于非換擋狀態(tài),發(fā)動(dòng)機(jī)不控制.
在階段2,離合器處于結(jié)合狀態(tài),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速應(yīng)維持當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,但由于發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速響應(yīng)時(shí)間問題,該階段應(yīng)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制,以便于下一階段的發(fā)動(dòng)機(jī)控制.
在階段3,離合器處于分離狀態(tài),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可能會(huì)下降也可能會(huì)上升,不管是有動(dòng)力降擋還是無動(dòng)力降擋,發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速都是逐漸升高.由于升速調(diào)速控制容易超調(diào),所以發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速逐漸增加.該階段油門較小,而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速又要提高,故該階段采用調(diào)速控制模式.
在階段4,離合器結(jié)合,與前一階段控制模式相同,此時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速接近相同,換擋舒適性會(huì)大大提高.
在階段5,離合器快速結(jié)合,此時(shí)車輛需要較大動(dòng)力,該階段需要發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩迅速增加,但由于離合器沒有完全結(jié)合,此時(shí)扭矩應(yīng)逐漸增長,以提高舒適性.
試驗(yàn)車輛為南京依維柯2064車型,具體參數(shù)見表1.
表1 2064車型實(shí)車參數(shù)
基于該車型開發(fā)了AMT樣車,采用文中控制策略在dsPACE快速原型控制平臺(tái)上完成了控制軟件開發(fā)和預(yù)標(biāo)定.
3.1 AMT升擋試驗(yàn)結(jié)果
2擋升3擋時(shí),基于一般發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.
圖4 AMT升擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速控制試驗(yàn)結(jié)果
現(xiàn)有AMT在換擋過程階段2~階段4,發(fā)動(dòng)機(jī)采用調(diào)速控制模式,在階段5采用限速限扭控制模式.在階段2,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速略高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速;在階段3,由于離合器分離,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載突然變小,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有一個(gè)小的快速升高,即飛車現(xiàn)象;在階段4,離合器開始結(jié)合,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增加,此時(shí)要維持目標(biāo)轉(zhuǎn)速不變,發(fā)動(dòng)機(jī)就需要增加輸出扭矩.發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩增加容易出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,即二次飛車.在階段5,此時(shí)離合器快速結(jié)合,為提高換擋舒適性,該階段進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)限速限扭控制.
2擋升3擋時(shí),基于發(fā)動(dòng)機(jī)限速限扭控制的試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.
圖5 AMT升擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)限速限扭控制試驗(yàn)結(jié)果
在換擋過程階段2~階段5,發(fā)動(dòng)機(jī)采用限速限扭控制模式.在階段2,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速略低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速;在階段3,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速剛開始有稍微上升后逐漸下降;在階段4,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也持續(xù)下降;在階段5,此時(shí)離合器快速結(jié)合,發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速稍高于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,防止出現(xiàn)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象.相比于發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速控制模式,在換擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)沒有出現(xiàn)超調(diào)、飛車等現(xiàn)象,大大地提高了換擋舒適性.
3.2 AMT降擋試驗(yàn)結(jié)果
在降擋過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)需要升轉(zhuǎn)速,故降擋過程需采用調(diào)速模式,4擋降3擋時(shí),試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.
在階段3,由于離合器分離,失去了車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,所以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有一定的下降,隨后由于調(diào)速控制,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升,換擋舒適性較好.
圖6 AMT降擋過程試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)離合器工作特性,將AMT換擋過程分為5個(gè)階段,制定了升擋過程和降擋過程發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速;基于SAEJ1939通信協(xié)議,通過發(fā)送控制模式指令實(shí)現(xiàn)了AMT升擋和降擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速和限速限扭控制;基于dsPACE快速原型控制平臺(tái),在NJ2064 AMT樣車上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明:所提出的升擋時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)限速限扭控制模式和降擋時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速控制模式能夠很好地控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,提高了換擋舒適性.
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Engine Control Strategy for AMT Shifting of Commercial Vehicle
LIU Zhen-jie, LI Zhi-wei, WANG Ye, YI Chao, HAN Yu-shi
(Science and Technology on Vehicle Transmission Laboratory, China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China)
In order to improve the shift quality of the automatic mechanical transmission(AMT) , the shifting process was divided into five stages and the engine target speed and control strategy of each stage were formulated based on the characteristics of clutch work. Based on SAEJ1939 protocol, engine speed and speed limit torque control by sending engine control mode were implemented. The results of test on NJ2046 vehicle showed that the engine control strategy realized effectively the engine control process, and the AMT shifting comfort was improved.
commercial vehicle; engine control; AMT; shifting
1009-4687(2017)01-0025-04
2016-11-21.
劉振杰(1986-),男,高級工程師,研究方向?yàn)閭鲃?dòng)信息與控制.
U270.1+1
A