基于CVT的液力變矩器起步滑摩控制研究

張益超　江銘　谷城　劉志軍　陸妍秋

摘 要：液力變矩器作為搭載無級變速器車型的重要動力傳遞部件。在分析當前液力變矩器控制策略基礎上，增加一種新的適用于車輛起步時的液力變矩器滑摩狀態;分析液力變矩器處于這種滑摩狀態時的動力傳遞，在保護液力變矩器的基礎上識別車輛起步工況并通過液壓控制使液力變矩器進入起步滑摩狀態。該控制策略開發過程遵守ASPICE流程規范以保證軟件的開發質量，以TCU（變速器控制器）為載體在實車上完成驗證。

關鍵詞：液力變矩器控制 ASPICE開發流程 起步滑摩控制 CVT控制

Research on Starting Slip Control of Hydraulic Torque Converter based on CVT

Zhang Yichao Jiang Ming Gu Cheng Liu Zhijun Lu Yanqiu

Abstract：Hydraulic torque converter is an important part of power transmission for CVT models， Based on the analysis of the current torque convertercontrol strategy， a new torque converter sliding state is proposed. The power transfer of the torque converter in this sliding state was analyzed. The vehicle starting condition was identified based on the protection of the torque converterand the torque converter was put into the starting sliding state by hydraulic control. The development process of the control strategy fully complies with the ASPICE process specification to ensure the quality of software development， and the TCU （transmission controller） is used as the carrier to complete the verification in the real vehicle.

Key words：hydraulic torque converter control， ASPICE， starting slip control， CVT control

1 前言

在無極變速器（CVT）中，液力變矩器作為核心部件之一，起了至關重要的作用。目前帶鎖止離合器的液力變矩器廣泛應用在無級變速器（CVT）中。當車輛的速度較低時，液力變矩器中的鎖止離合器打開，液力變矩器發揮起步增扭作用，保證車輛起步時的扭矩同時減小發動機狀態波動帶來的影響。當車輛達到一定速度時，通過壓力控制鎖止離合器鎖止，此時動力傳遞處于剛性連接，提升了傳動效率，提高了燃油經濟性。因此，在保證動力性、油耗經濟型與駕駛舒適性的前提下，帶鎖止離合器的液力變矩器的鎖止過程控制方法研究成為重點。

本文從擴大液力變矩器鎖止區間及節省能耗的目的出發，在保證車輛駕駛性、動力性的前提下，挖掘液力變矩器的硬件特性，通過起步滑摩功能降低液力變矩器的鎖止車速。在車輛起步階段控制液力變矩器處于滑摩狀態，此時一部分扭矩通過液力傳遞，另一部分扭矩通過液力變矩器離合器摩擦片傳遞，達到在相同起步扭矩請求下降低發動機轉速、提升車輛起步性能和駕駛舒適性的目的，對油耗經濟性有一定貢獻。

2 需求分析

在起步階段液力變矩器進入起步滑摩狀態，此時液力變矩器內的離合器摩擦片傳遞部分扭矩，以達到在相同駕駛員請求扭矩下降低發動機轉速，進而降低能耗。在保護硬件不受損壞的前提下實現液力變矩器起步滑摩功能，需要考慮到以下條件：在變速器油溫處于合適區間時允許進入起步滑摩功能，在變速器油溫過高或者過低時立即退出起步滑摩功能，防止高溫下摩擦片燒蝕及低溫液力變矩器滑摩控制的抖動;在發動機扭矩處于合適區間時允許進入起步滑摩功能，在發動機扭矩過低或過高時不允許進入起步滑摩功能，防止扭矩過大導致摩擦片燒蝕;在大坡道時、液力變矩器輸入軸與輸出軸轉速差過大是不允許進入起步滑摩功能，防止液力變矩器離合器摩擦片燒蝕;在合適的車速區間才進入起步滑摩功能，實現低速區域液力變矩器滑摩控制，高速區域液力變矩器鎖止控制。同時對液力變矩器的工作全過程發熱量進行監控，發熱量過大時不進入起步滑摩功能以保護液力變矩器。

3 液力變矩器動力傳遞分析

3.1 液力變矩器的安裝方式

當前絕大多數液力變矩器輸入端（泵輪）與發動機飛輪通過螺栓聯接，輸出端（渦輪）與變速器聯接，為保證輸出軸與發動機飛輪的對中性，一般情況下采取渦輪靠近發動機、泵輪靠近變速器的反置安裝方法。鎖止離合器一端與泵輪聯接，一端與渦輪連接。

3.2 液力變矩器動力傳遞分析

（1）液力變矩器處于打開時，扭矩全部通過液力進行傳遞，其動力傳遞方程如下：

（2）液力變矩器處于滑摩時，一部分扭矩由液力傳遞，另一部分扭矩由摩擦片傳遞，其動力傳遞方程如下：

（3）液力變矩器處于鎖止時為剛性連接，其動力傳遞方程如下：

式中

Te為發動機輸出扭矩信號（TCU從CAN總線接收）;

Tp為無級變速器中油泵扭矩（由TCU模塊中計算得到）;

Jpmp為液力變矩器泵輪轉動慣量（硬件特性參數）;

Jtrb為液力變矩器渦輪轉動慣量（硬件特性參數）;

Jtc為液力變矩器轉動慣量（硬件特性參數）;

e為發動機轉速（TCU從CAN總線接收）;

Tpmp為液力變矩器泵輪輸入扭矩;

Ttrb為渦輪輸入扭矩;

Ttc為液力變矩器輸出扭矩;

Tfric為液力變矩器離合器摩擦片傳遞扭矩;

Ktc為泵輪轉矩系數（硬件特性參數）;

Krat為液力變矩器變矩比。

4 起步滑摩控制模型

根據需求分析、設計以下起步滑摩控制模型（流程圖）

加入起步滑摩控制功能后，液力變矩器工作狀態流程圖如圖1所示：

液力變矩器進入起步滑摩控制流程圖如圖2所示：

液力變矩器退出起步滑摩控制流程圖如圖3所示：

在進入與退出起步滑摩控制條件標定時，設置死區區間以防止液力變矩器狀態跳變。模型搭建完成后并生成代碼，待軟件單元測試、軟件集成測試、軟件合格性測試、系統集成測試、系統合格性測試全部通過后進入實車測試。

5 實車測試

控制模型生成代碼后燒寫進TCU（變速器控制器）中，通過INCA測量標定工具在實車進行標定測試。

液力變矩器進入起步滑摩狀態后，在充油階段時間內給與一個較大數值油壓使油缸快速充滿;充油時間過后，根據起步滑摩過程中計算的摩擦片傳遞扭矩以及液力變矩器的扭矩容量進行壓力標定;控制發動機與渦輪轉速差值處于期望的區間內，并以發動機和渦輪轉速差值作為偏差量進行壓力反饋調節。經實車驗證，

如圖4所示，進入起步滑摩狀態時刻，進行充油，充油時間0.5s，充油壓力1.5bar，充油完成后壓力隨扭矩動態變化且發動機與渦輪轉速差值在期望的區間內，整個過程車輛動力傳遞平順、無沖擊、無頓挫。

如圖5所示，原液力變矩器控制方法會在車速15Km/h進入鎖止，采用起步滑摩控制策略后，在0車速起步時即可實現液力變矩器進入起步滑摩狀態且車輛起步平順。

如圖6（a）、圖6（b）所示，采用起步滑摩控制時，在駕駛員請求扭矩相同的情況下發動機轉速較未采用起步滑摩控制的發動機轉速降低約200rpm，對油耗經濟性有一定貢獻。

6 結論

該起步滑摩控制策略實現了車輛起步工況下在駕駛員請求扭矩相同的情況下可有效降低發動機轉速，對節省能耗有一定貢獻，同時車輛起步動力性、駕駛舒適性不受影響。

參考文獻：

[1]惠記莊，程順鵬，武琳琳，張金龍.裝載機液力變矩器閉鎖過程動態分析[J].中國機械工程，2017，28（16）：1899-1905+1913.

[2]徐秀華，陳勇，羅大國，劉曉弟，王瑞平. 汽車行業軟件開發流程研究[A]. 中國汽車工程學會.2015中國汽車工程學會年會論文集（Volume4）[C].中國汽車工程學會：中國汽車工程學會，2015：4.

[3]薛殿倫，常能，郭學凱.液力變矩器鎖止離合器的起步滑摩控制研究[J].機械傳動，2016，40（05）：38-42.

[4]賈玉哲. 液力變矩器閉鎖離合器起步滑差控制研究[D].吉林大學，2017.