液力自動變速器電磁閥自動標定及數據處理平臺開發

2023-03-03 00:51:56瓊WeiQiong

北京汽車 2023年1期

魏瓊Wei Qiong

魏瓊
Wei Qiong

（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安 710300）

液力自動變速器的電磁閥顫振（dither）標定對提升換擋質量有重要意義，通過MATLAB軟件編程實現dither標定自動化及數據處理自動化，既降低了人工成本，又提高了工作效率，同時提升了整車換擋質量，改善了乘坐舒適性。

液力自動變速器；電磁閥標定；數據處理

0 引言

液力自動變速器通常通過電磁閥對油路進行控制，實現離合器結合、換擋等動作。電磁閥的性能及控制精度直接影響整車的駕駛性及舒適性。其中，電磁閥顫振（dither）值為電磁閥的重要參數，使電磁閥快速響應驅動電流并達到期望狀態，提升整車換擋性能，設置合適的dither值是整車換擋標定的基礎。

P2C（Pressure to Current，壓力電流跟隨曲線）是評價電磁閥性能的關鍵指標，電磁閥標定中確定dither參數時，通常通過分析電磁閥P2C特性完成。最佳P2C要求離合器油壓相對于電磁閥驅動電流具有良好的跟隨性且壓力臺階平穩，實現電控的精準控制，最大限度地提升換擋質量。

液力自動變速器研發中需要花費大量時間用于電磁閥標定，人工標定程序繁瑣且無法對數據進行量化分析。本文通過編寫MATLAB程序，實現電磁閥標定過程自動化及數據處理自動化，降低人工成本，同時提高工作效率。

1 dither標定

1.1 dither介紹

比例電磁閥通過驅動電流產生不同大小的電磁力來改變閥芯位置，從而控制油路中油液的壓力和流量。由于加工精度以及油液中雜質等因素會導致電磁閥閥芯卡滯，此時電磁閥控制精度變差，引起離合器壓力波動和控制不穩定，為此，在電磁閥控制電流基礎上加入dither顫振電流[1]，如圖1所示。

圖1 dither工作原理

在顫振電流作用下，電磁閥閥芯始終處于抖動狀態，將閥芯運動的靜摩擦力轉化為動摩擦力，有效減少閥芯卡滯。

1.2 人工標定

VISION是用于ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）開發、標定、測量與數據分析的工程軟件，依賴硬件工具CAN記錄儀，如Kvaser或CANape等與TCU（Transmission Control Unit，自動變速箱控制單元）進行數據交互。本文采用VISION對dither參數進行測量，分為dither幅值和dither頻率，如圖2、圖3所示。

圖2 dither幅值map圖

圖3 dither頻率map圖

在圖2、圖3中，第1行X值表示控制電流的大小，第1列Y值表示不同溫度值，數據區域為Z值表示dither幅值或頻率。通常，不同控制電流和溫度下，dither的最優匹配值不同，標定時需要嘗試不同參數組合以確定dither最佳效果。

在不同dither參數組合下進行P2C測試，采用圖2、圖3中map圖數據進行測試，得到如圖4所示曲線。

圖4 不同dither參數組合的P2C測試

在圖4中，當離合器壓力處于600 kPa之前時，控制電流臺階為每20 mA為一個階躍，并在每個臺階處停留1 s；當離合器壓力超過600 kPa后，控制電流臺階為每50 mA為一個階躍。因為在600 kPa之前，尤其在KP（Kiss Point，半接合點）附近，更容易產生壓力波動，此時車輛換擋容易造成扭矩沖擊，對P2C曲線要求更高。在600 kPa之后，離合器摩擦片基本壓緊，此時扭矩波動小，對P2C曲線要求較低，此時控制電流曲線的跟隨性更好，曲線光滑性更優。

不同控制電流所匹配的dither參數值不同，需要反復嘗試各種dither參數組合，并對每個組合進行P2C測試，需花費不少時間，對一臺變速器進行精細化人工標定往往需要花費幾天時間。

1.3 自動化標定

為了節省人工成本，利用MATLAB軟件進行電磁閥參數自動化標定處理。通過MATLAB調用VISION接口函數，實現對VISION軟件的控制，進而實現對TCU標定量讀寫。MATLAB中主要接口函數如圖5所示，可通過methodsview函數調用VISION軟件的接口函數及查看使用方法[2]。

圖5 MATLAB中VISION接口函數示例

廠家在出廠的電磁閥中會給出dither參數推薦，以推薦參數為基準采用其0.5、0.75、1、1.25、1.5倍數值進行排列組合，共生成25組dither參數值。分別采用每組值對目標電磁閥進行P2C測試，如圖6所示。

注：Amp為dither幅值，Freq為dither頻率。

從圖6可以看出，同一離合器電磁閥在相同的顫振頻率下，改變dither幅值，P2C曲線會隨之變化。當dither幅值為300 mA時，壓力曲線波動幅度比較大；當dither幅值調整為100 mA時，壓力曲線波動幅度比較小，此時壓力曲線可以比較好地跟隨需求電流曲線。適當地調整顫振幅值，可以較好地消除離合器壓力曲線的波動。過大的顫振幅值可能會產生更大的波動，使閥芯受磨損。

測試中，調整顫振幅值的同時需要調整顫振頻率，使壓力曲線較好跟隨電流曲線，從而進一步優化P2C曲線。

經過測試，每標定一個電磁閥大概需要13 min，之前人工標定一個電磁閥大概需要一天時間。為了方便后續的數據處理，需要對每一個電磁閥的每一組dither參數所對應的P2C數據進行標識。以SS1開關閥為例進行說明，將其dither參數作為標識符：以幅值作為電磁閥的標識，假設基準幅值為100，首先取其0.5倍，即設置SS1的dither幅值為50，然后將所有可能的頻率值與幅值50進行組合，得到幅值50對應各頻率的dither組合數據；之后變換SS1的dither幅值為基準幅值的0.75倍，即取值為75，再將所有可能的頻率值與幅值75進行組合，得到幅值75對應各頻率的dither組合數據；……；通過不斷迭代，將幅值與頻率的所有可能取值進行組合測試。如此可以通過標識符來檢索各P2C數據，當所有電磁閥標定完成后，將測試數據保存并轉化為.mat文件。

2 數據處理

得到標定數據后進行處理得到每一個電磁閥匹配的最優dither參數。MATLAB利用標識符及循環語句對上述25組P2C數據進行批量處理，利用eval函數將各電流臺階下的壓力數據存儲到數組中，并對每一個壓力臺階計算方差，之后利用循環語句對25組P2C數據的每一個電流臺階所對應的壓力數據的方差進行橫向對比，如圖7所示。

注：Pn為各電流臺階對應的壓力方差的最小值。

通過對比，圖7中B曲線在前2個電流臺階處的壓力方差值最小，將方差最小的P2C數據所對應的dither組合作為該壓力臺階的最優解，得到所有電流臺階下dither的最優組合0（幅值）、1（頻率），對0、1進行4次多項式擬合，得到0=40×4+30×3+20×2+10×+00，1=41×4+31×3+21×2+11×+01，其中，為電流值。將圖2、圖3中電流值0、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1 000、1 500依次代入擬合式，得到所對應的幅值與頻率的擬合結果，如圖8所示，第2行為幅值擬合結果，第4行為頻率擬合結果。