CVT無級變速器試驗臺的控制研究

袁金鵬，朱曉民，蘇錫年，田 闊，趙益輝

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

CVT無級變速器采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力,通過主動和從動帶輪的軸向移動來實現傳動比的連續改變, 從而得到傳動系與發動機工況的最佳匹配[1]。

在國外，關于汽車自動變速器試驗方法和的研究進行的比較早，也比較多。國內研究汽車自動變速器的起步較晚,多為合資企業才有能力生產汽車自動變速器，比較完整的技術標準和試驗方法尚未被制定。目前僅制定了汽車機械式變速器臺架試驗方法、汽車用液力變扭器技術條件和臺架試驗方法等[2]。

1 CVT變速器試驗臺的設計

CVT變速器試驗臺臺架的設計分兩部分，硬件部分和軟件部分。

1）硬件部分：

采用摩擦式輥道由PLC控制自動將變速器運送至臺架中。

將制動踏板，換擋手柄安裝在臺階上，方便進行換擋和制動等試驗操作。

人界交互界面布置在吊箱內，方便操作及觀察試驗轉臺。

2）軟件部分:

傳統的CVT試驗臺通過ECU（電子控制單元）控制TCU（變速箱控制單元）進而實現對汽車變速箱的控制，但這樣做需要TCU開發商開放TCU，或專門為此編寫TCU驅動軟件，難度較大。本文采用比例放大器直接控制CVT的各個電液比例閥進而控制CVT變速器，去達到變速換擋目的。

使用數據卡對信號進行采集，用編程軟件LABVIEW，對整個軟件平臺進行開發。

如圖1所示為軟件主界面。

圖1 LABVIEW主界面

2 電液比例閥結構及控制器特點

CVT變速器試驗臺的控制關鍵是對于變速器各個閥的控制。如圖2中所示,為比例閥的結構圖，閥在兩個方向的運動是由兩個比例大磁鐵控制的，位于兩端的彈簧起復位作用。根據電流的大小比例電磁鐵產生相應的電磁力，從而能按比例的控制閥芯位移[3]。

圖2 比例閥結構簡圖

采用PWM技術,在輸出電路上產生可變的開關電壓，使功率放大管只處于飽和導通和截止狀態，減少功耗，并且PWM常采用的是VMOS場效應管，其特點是導通內阻小，功耗小，具有功率低、節能，進一步使功耗降低。

3 CTV試驗臺電液比例閥控制原理

CVT試驗臺液壓系統控制方式有以下三種：

1）屏蔽原TCU軟件中所有控制策略，計算機通過INCA（發動機標定系統）軟件平臺控制TCU繼而控制CVT電磁閥。

2）需要BOSCH協調，或者開放TCU，提供TCU軟件，或者專門為試驗臺編寫一套TCU驅動軟件。

3）臺架電控系統直接控制CVT電磁閥，不使用TCU。

第一種和第三種方案本質上和效果上是一樣的，都是通過外部分別給定，直接驅動CVT電磁閥，其區別在于第一種方案使用的是TCU內部的比例放大器，第三種方案使用標準比例放大器。

第二種方案需要和BOSCH協調，或者開放TCU，提供TCU軟件，或者專門為試驗臺編寫一套TCU驅動軟件。

本文采用第三種控制方案。

比例放大器工作原理圖如圖3所示（引用自PAISVC-D24型放大器說明書）。

圖3 工作原理圖

放大器由斜坡發生器、偏流調整、增益調整、PWM調制、使能控制以及保護電路組成。

內部斜坡發生器電路將輸入階躍信號轉換為緩慢變化的輸出信號，使壓力或流量緩慢變化，減少對設備的沖擊。

震顫電路用于減少摩擦滯后響應，能夠使閥芯可以更平滑的進行位移。

4 數據的采集和分析

試驗參數如表1所示。

表1 試驗參數

測試過程：

室溫環境下，占空比有低到高，電流逐漸增大，線圈升溫，當測試完畢時溫度升到42℃，得到數據一，在此溫度下，占空比由高到底測量得到數據二。

表2 測量數據

圖4 占空比和線圈電流的關系曲線

5 結論

從試驗結果分析可知，線圈電流隨占空比的增大而線性增大，通過調節占空比，就可連續的控制比例線圈的平均電流，從而控制比例閥電磁鐵的電磁力，繼而控制開口的大小來控制流量，這樣CVT變速器的主、從帶輪就能在控制下進行線性的移動，從而達到變速換擋的目的。

[1] 郭兆松.汽車無極變速器教學實驗臺架的研究與開發[D].南京理工大學,2010.

[2] 汽車工程學會,汽車工程手冊(設計篇)[M].北京:機械工業出版社,2001.

[3] 張洪民,方加寶,陳曉敏.基于PLC的電液比例閥脈寬調制技術研究[R].物流工程三十年技術創新發展道路.TH137.52.2010.