液力機械自動變速箱起步過程控制分析

李玉釗

摘要：液力機械自動變速箱在車輛中的應用比較廣泛，這種變速裝置自動化程度比較高，可對換擋離合器進行有效控制，使其滿足起步要求，成功起步，順利渡過起步過程。換擋離合器和液力變矩器參與起步過程，相關人員要基于其運行原理，對車輛起步進行控制，使其適應不同的起步檔位和阻力條件要求。如此在變速箱等裝置作用下，車輛起步變速運行都會保持正常狀態。

關鍵詞：液力機械；自動變速箱；起步；過程控制

液力機械自動變速箱是在傳統自動變速箱基礎上發展而來的，這種新型的自控裝置對使用對象型號沒有限制要求，其運行也不會受到傳遞功率影響，在換擋中也不容易出現失穩現象，轉速變化以及起步都比較平緩，基于這些顯著優勢，完全可以將其應用在汽車起步中。本文主要針對液力機械自動變速箱起步過程控制進行分析。

一、車輛起步

對車輛起步過程進行研究分析，相關人員可通過實車實驗獲取數據信息，也可將相關的動力學模型作為研究對象。模型共有兩種，一種為簡化后的動力學模型，另一種則為氣不過成換擋離合器動力學模型。在兩種動力學模型中，相關人員要將所有涉及到的參數列出來，應用到模型中，并用字母表示，應用到相關計算中。這些參數有換擋離合器的傳遞力矩，一般以字母Tc表示，還有該裝置的減速比，減速比分為前后兩種，另外還有各種構件的轉動慣量參數，各種零部件的轉矩等。相關人員要根據模型，利用這些參數建立相關的動力學方程。這些方程有：發動機轉矩與泵輪轉矩之間的關系方程，渦輪轉矩與泵論轉矩之間的關系方程。在后者中，還會涉及到液力變矩器的變距比，該參數與泵輪轉矩乘積便是渦輪轉矩。而泵輪轉距與油液密度以及變矩器循環圓有關，后者直徑是相關方程式中的重要參數，另外還有泵輪轉速等參數。換擋離合器在運行中起著傳輸通道作用，主要在渦輪和輸出軸之間建立通道，傳遞對象為前者的轉矩。在換擋離合器接合過程中，傳遞力矩可表現為不同形式，如負載力矩，該參數數值會受到外界負載大小影響。這種力矩產生時，主被動摩擦片接合狀態為整體，該種狀態發生在換擋離合器非滑摩中。換擋離合器在接合時，主被動摩擦片兩者之間如果不存在直接接觸情況，則兩者不會成為力矩傳遞介質[1]。在計算力矩時，相關人員需要以摩擦片的摩擦系數為參考數值，另外還要對液油油壓進行研究，了解其特性，以正確計算力矩。

二、不同檔位起步過程分析

不同檔位起步，車輛起步面對的阻力和難以程度也不同，為了平穩起步，相關人員還要對速比大小進行研究，對驅動輪進行控制，使其根據速比大小，自動變化驅動力，以滿足不同檔位的起步要求。驅動力大小與速比大小呈正相關，與檔位高低呈反相關。基于此，應對檔位進行控制，使驅動力不至于小于道路阻力。只有車輛出于正常起步狀態，其內部渦輪和輸出軸才會正常轉動，其轉速也會大于零。

車輛從脫離靜止狀態到起步行駛，只需要輕踩油門，這種操作可以使發動機快速運轉，進而影響泵輪，通過改善其轉矩大小來使驅動輪的作用力變大，如此道路阻力便不會對車輛形成阻礙，起步成功。

渦輪以及泵輪轉速大小會直接影響到變矩器作用功能發揮程度。當兩者的數值過小時，車輛起步以及行駛過程中增加的車速會使兩者數值發生變化，其中前者轉速會快速增大，而變矩器的變距比以及力矩系數則會有減少的趨勢。泵輪轉矩主要來自發動機，該數值會小于渦輪轉矩。在兩者差值增大的過程中，車輛行駛速度會減緩，相關的渦輪與泵輪轉速也會發生變化，對轉速比進行計算，當該數值符合規定要求后，變矩器便無用武之地，車輛相關部件的扭矩并不會受其影響。

從渦輪及泵輪轉速比前后大小變化，到變矩器功能表現變化等，都表現了平衡性特點，所以液力機械自動變速箱可以使起步過程中的驅動力與阻力平衡，可以消除阻力對驅動輪的影響，進而保證車輛起步成功[2]。

道路表面比較平整，起步阻力會減小，相關人員也應使驅動力處于低值狀態。檔位不應太高，在低檔狀態下，起步中的速比相對來說比較大，這會使換擋離合器的滑擦力矩較大，這種大力矩可以抵消道路阻力，所以車輛也可以成功起步。

換擋離合器摩擦力矩大小會直接影響到起步效果，相關人員應對這種摩擦力矩進行控制，對其變化規律進行了解，以使這些變化趨勢受控。在控制摩擦參數時，相關人員可以從離合裝置的油壓控制入手，使充油過程順利。充油過程直接關系到車輛起步平穩度，因為起步沖擊就是充油失控引發的。這種失控現象主要發生在換擋離合器中，起步沖擊主要由力矩傳遞形成的干擾造成。控制油壓，則可有效控制充油過程。車輛在起步過程中，還可能出現提前起步行為，這種行為發生在離合器未完全發揮作用之前，雖然可以起步，但起步不平穩，甚至會造成熄火。所以相關人員應結合實際情況，選擇合適的啟動方式，如果道路平穩，相關人員可掛到抵擋，并利用制動器來牽引車輛制動，使車輛在不斷制動過程中，起步行駛。

三、起步過程換擋離合器控制

換擋離合器在應用中，可能會面臨崎嶇不平或四平八穩的路面，這兩種路面阻力不同，也可能會在起步高低檔位選擇中受到限制。所以相關人員要想使液力機械自動變速箱在起步過程中受控，還需要以實際情況為參考。在路面阻力條件良好情況下，相關人員可使用將檔位掛到一檔或二檔，此時的離合器主被動滑摩片的滑摩功力以及沖擊度也會成為起步必備因素，相關人員要從綜合角度，來控制離合裝置，使其自動完成起步換擋等工作[3]。滑摩功不適宜或起步沖擊力太大，都會造成起步熄火，相關人員還要從充油控制方面來制定應急措施。充油控制應當采取實施閉環方式。如果需要在上下坡等路面條件不理想的情況下起步，相關人員還要對液力變矩器進行利用，使其發揮增扭作用，使車輛起步受到良好牽引，在起步中，還要對換擋離合器進行控制，使其結合速度變快，避免出現半結合起步現象，再結合油門，便可成功平穩起步。

換擋離合器主被動部分的轉速與輸出軸和渦輪軸轉速有直接關聯，這一點在模型中可以得到體現。基于這一點，相關人員在制定換擋離合器控制措施時，可通過調控兩種軸轉速來保證起步。在起步中，要對離合裝置的作用狀態進行判斷時，也可將這兩種參數作為參考，如果參數正常，則離合裝置受控。渦輪軸轉速參數不僅可以作為換擋離合器運行參數變化的判斷依據，還可以作為發動機運行狀態檢查參考。輸出軸轉速參數則與沖擊度有關，控制沖擊度，可避免起步沖擊。充油油壓與電磁閥的占空比直接相關，相關人員可通過調整后者來控制前者，使充油過程受控，進而達到自動控制離合裝置目的。

四、實車實驗

動力模型反映的換擋離合器以及相關構件的參數等雖然可以成為離合裝置以及自動變速箱起步控制的參考依據，但其于實際換擋控制的意義有限，所以相關人員還要利用實車起步過程作為研究對象，對其進行實驗[4]。在實車實驗中，單片機型號為MC68376式，這種零件在電控硬件系統中處于核心位置。按照信號處理任務，可將該系統分為三個子系統，分別對信號輸入、輸出以及處理起到控制作用。總系統對電磁閥控制效果顯著，控制對象的PWM驅動有相應的控制算法，系統只要做好算法控制，便可對電磁閥的占空比進行調整，使其滿足充油控制要求。電控系統硬件組成部分比較多，單片機的作用比較顯著。相關的轉速以及油壓控制等最終皆由該構件完成。

相關人員可將模型中采取的起步控制措施實踐到實車實驗中，最終可獲得一些實驗參數，如渦輪軸轉速、充油油壓、占空比等，這些參數在實驗起步的過程中都不會一成不變，相關人員在利用裝置采集參數后，可以將其描繪在相關圖紙中，最終獲得參數曲線圖。起步過程曲線圖主要有兩種，一種來源于高檔狀態，如圖一，另一種則來源于低檔狀態，如圖二，相關人員可根據曲線圖，對實車實驗進行分析。

在高檔起步過程曲線圖中，不同的時間段，各參數變化皆不同。對t1-t2時間段參數進行分析，發現離合裝置充油過程比較順暢，其狀態也是處于完全階段。充油狀態良好，油壓穩定，意味著相關的電磁占空比也處于完全狀態，所以其參數表示為100%。離合裝置的油缸的所有參數都會成為裝置非運行階段容積率數值確定的參考。從t2時間開始，各參數開始失穩，此時間點處，換擋離合器的滑閥逐漸閉合，雖然未完全閉合，但也起到節流作用，油壓會逐漸增大，充油失穩后，電磁占空比有所下降，不再保持100%，離合裝置的容積率也會變化。從t2時間到t3，離合裝置的充油過程雖然還在繼續，但非完全狀態，所以渦輪軸的轉速會降低，最終渦輪軸停止運行。在轉速降低至零過程中，輸出軸的轉速比較穩定，因為輸出軸一直處于靜止狀態[5]。電磁閥的占空比會從40%穩定上升，這些參數變化代表著車輛起步動力的增加，即使驅動力小于道路阻力，車輛也能成功啟動。當時間到達t3后，離合裝置的容積率又會變化，占空比會平穩上升到100%，換擋離合器正在逐漸閉合，之后到達t4時間段期間，離合裝置會完全結合，電磁閥要處于開啟狀態，相關人員要利用高頻來了控制電磁閥的開合狀態，使其在t4時完全開啟。t5時，所有結構都處于高速運轉過程中，實驗人員可以腳踩油門，使汽車有起步動力。

在低檔起步過程曲線圖中，可以看出其過程變化趨勢與高檔狀態類似，在t1-t2時間段中，換擋離合器的控制狀態比較良好，因為該種狀態下的充油程度比較完全，油壓也得到了有效控制，影響充油過程的電磁閥占空比數值也為100%。 這是首次變化種參數表現，第二次變化主要出現在t2-t3時間段中，t2、t3時刻，各參數都有明顯變化。在t2時刻，占空比降低到40%，容積率以及油壓都會有所變化。在t3時刻，容積率再次發生變化，此時應對占空比進行調控，使其上升至最初狀態數值，t3-t4階段與高檔起步狀態下的參數變化差不多，相關的離合裝置以及電磁閥等反映也類似于高檔狀態。高低檔狀態的曲線差別主要表現在t5時刻，控制過程會發生變化，渦輪轉速以及輸出軸的轉速都會發生突變，前者數值會減小，離合裝置結合會處于閉環控制狀態，相關人員應根據這些變化，描繪出換擋離合器另外一半程序框圖。

針對高低檔起步過程遇到的問題，相關人員應保證相關的控制措施對兩種狀態下的車輛起步都有效。渦輪軸以及輸出軸對充油的閉環控制可達到此要求，相關人員還要對相關的參數變化進行研究控制。

結語

液力機械自動變速箱在起步過程中的控制應用還有發展和深度研究空間，相關人員要保證汽車起步和換擋運行更加安全可靠，還需要利用實車來獲取實驗數據，這些數據會直接反映裝置控制過程狀態。相關人員在對這些數據進行分析時，還需要從運動學分析基礎和其他方面上入手，以制定出比較有效的控制策略，使變速箱自動化程度更高，使其在車輛運行系統中的應用優勢更加顯著。

參考文獻：

[1]黃利廣.液力機械自動變速箱起步過程的控制方法[J].科技創新與應用，2016，2（27）：134-135

[2]鄒家柱.液力機械自動變速箱起步過程控制[J].科技風，2017，12（14）：15-16

[3]王娟，陳慧巖，丁華榮.液力機械自動變速箱起步過程控制[J].山東大學學報（工學版），2016，4（02）：23-27

[4]萬國強，黃英，張福軍.液力自動變速器換擋過程標定方法研究[J].兵工學報，2017，7（09）：89-90

[5]孫小男，趙薇.汽車液力自動變速器的性能[J].山東交通科技，2016，17（07）：78-79