汽車下長坡時發動機制動CVT 控制策略探究

狄振華

(陜西交通職業技術學院 汽車系，陜西 西安 710018）

1 發動機制動特性

1.1 發動機制動原理

發動機制動就是指抬起油門踏板，但并不脫開發動機，利用內摩擦力和進排氣阻力對驅動輪形成制動作用。

發動機制動有三個明顯的特點： 一是能夠使腳制動使用頻率減少，避免因為制動器長時間的使用，升高制動器摩擦片的溫度，從而導致制動力的下降，甚至失去作用；二是因為差速器的作用，可以把制動力矩平均的分配在左右車輪上，減少甩尾、側滑的發生；三是車速將一直被限定在一定的范圍內，能及時降速或停車，確保行車時的安全。

1.2 發動機制動的影響因素

汽車在行駛過程中， 道路坡度和車速會隨著環境的變化而變化，要平衡坡道的下滑力，需要不斷的調節發動機轉速來獲得合適的發動機力矩；需要通過輔助制動系統來平衡坡道的下滑力。由于CVT 的速比可以連續的變化，通過調節CVT 的速比可以實現所需發動機轉速和車速的最佳匹配，從而獲得理想的制動力力矩。

另外，發動機制動力還與空氣阻力、道路坡度、滾動阻力、變速器速比等參數的行車條件有關。 所以，我們只能通過試驗才能得知制動力力矩和發動機轉速的關系，才能進一步的研究汽車下長坡時發動機制動CVT 控制策略。

2 CVT 的相關介紹

2.1 CVT 的概念

CVT 即無級變速器， 它的英文全稱為Continuouslv VariableTransmission，簡稱CVT。 發明無級變速器的是荷蘭人，無級變速器與有級式的區別主要在于： 它的變速比是一系列連續的值，而不是間斷的點，譬如可以從3.455 一直變化到0.85。CVT 的結構要比傳統變速器更為簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復雜的行星齒輪組，主要就是靠主動輪、從動輪和金屬帶來實現速比的無級變化。

目前國內將CVT 技術應用于汽車的品牌及產品日趨增加，如奧迪、飛度、西耶那（帕力奧），帝豪EC7，比亞迪L3 等。

2.2 CVT 的工作原理

CVT 的部件主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。 主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側帶輪可以在軸上滑動，另一側則固定。 金屬帶由兩束金屬環和幾百個金屬片構成。 控制系統根據發動機車速控制主、從動帶輪沿軸向移動、氣門開度，在力的作用下，金屬帶在主、從動帶輪構成的V 型槽里沿徑向運動，從而完成速比在設計范圍內從最小到最大的變化，實現了無級變速。

2.3 CVT 的技術特性

(1)動力性。 汽車加速和爬坡的能力取決于汽車后備功率大小。汽車的后備功率越大，汽車的動力性就越好。而根據CVT的無級變速特性，可以得到后備功率最大的傳動比，所以CVT的動力性明顯比自動變速器(AT)和機械變速器(MT)要高。

(2) 經濟性。 在相當寬的范圍內，CVT 都可以實現無級變速，并且能夠獲得發動機工況和傳動系的最佳匹配，從而使整車的燃油經濟性有所提高。

(3)成本。 CVT 的系統結構非常簡單，零部件數目要比AT少很多(約少200 個左右)，當汽車制造商進行大規模生產開始后，CVT 的成本將低于AT。 隨著大規模生產及材料、系統的革新，CVT 零部件生產的成本將降低20%-30%。

(4)排放。 CVT 的速比工作范圍比較寬，要使發動機以最佳工況來工作，需要改善燃燒的過程，降低廢氣的排放。

3 發動機制動CVT 速比控制策略

CVT 是一種變速傳動裝置，在一定范圍內，它的速比可以連續的變化， 它能夠很好的平衡驅動輪與發動機之間的關系，這種平衡關系正是通過速比控制實現的。 發動機制動CVT 速比控制策略要解決的兩個問題：一是目標速比的確定；二是對目標速比的跟蹤。

3.1 目標速比的確定

汽車在下長坡行駛時車速既不能太快也不能太慢。 因此，若是想汽車在長坡行駛的時候能夠以合適的車速穩定行駛是關鍵的問題，研究表明，在一般的坡道上應該為30～40km/h。 要實現汽車穩定車速、勻速下坡，平衡汽車所受力矩顯得尤為重要。 根據發動機制動的力矩曲線，從而可以求出目標發動機的轉速。 再根據采樣時刻的實際車速和目標發動機的轉速就可以求出目標速比，便可以對CVT 進行速比控制。

3.2 CVT 速比控制策略

CVT 在速比控制過程中最重要的就是對CVT 速比變化率的控制。 假設直接控制無級變速系統的速比，對速比變化率所造成的影響不加以考慮，那么很難控制系統瞬態的特性。 所以，CVT 速比控制的關鍵在于合理的確定速比變化率。假設將速比控制系統作為一個理想的系統， 通過CVT 速比控制器具體參數的確定，來控制CVT 調節特性。 選擇合理的PID 參數，使實際速比對目標速比有良好的跟隨性， 使汽車實現穩定車速、勻速下坡。

4 總結

本文從發動機制動原理、CVT 的相關介紹著手，對汽車下長坡時發動機制動CVT 控制策略進行了系統的分析與研究，得出了以下的觀點： 調節CVT 的速比可以使發動機的有限制動力矩平衡下長坡汽車的行駛下滑力； 利用發動機制動力矩，提出了在制動過程中調節無級變速器速比的觀點，驗證了汽車下長坡時發動機制動CVT 控制策略的可行性。

[1]董偉等.汽車下長坡時發動機制動CVT 控制策略[J].吉林大學學報(工學版)，2006，5

[2]余強.汽車下坡持續制動性能研究[D].長安大學，2000