無級變速器電液控制系統研究開發畢業論文(留存版)

　　

【正文】 9高速開關閥結構原理圖離合器執行機構的高頻響應性能很大程度上取決于高速開關閥的開關特性， 一般高速開關閥采用脈寬調制(PWM)信號控制，其控制參數為占空比。脈寬調制式數字閥控制系統的工作原理框圖如下圖3．8所示。用計算機控制必須進行數．模轉換，是整個系統復雜，成本提高，可靠性降低。實際速比與目標速比的偏差值，經過專家PID控制器的處理，輸出到PWM信號產生器形成速比控制閥的控制信號。在沒有試驗數據作為支持的情況下，則式(2．4)是較為可靠的估計。速比控制回路由速比控制閥給主動輪油缸充油或放油實現控制變速器的速比，使發動機的輸出功率和汽車的行駛阻力功率按經濟性、動力性和排放性要求，實現最佳的動態匹配。又通過增加工作模式選擇開關，可使汽車在不同行駛條件下把它的經濟性和動力性恰當的發揮到最佳狀態。但液力變矩器生產成本高，結構復雜，限制了它的使用。按汽車行駛要求，起步離合器應滿足下列功能： (1)接合動力平順，分離動力徹底； (2)接合時發動機不停車、不空轉； (3)接合速度能隨駕駛員意圖變化，并給成員的感覺保持不變； (4)上坡起步不滑坡，發動機不熄火； (5)具有可靠的低速爬行功能，幫助汽車平穩越障； (6)限制傳遞最大的轉矩。另一條則是最小轉速限制線。CVT 速比控制規律的基本思路就是當汽車的行駛阻力變化時，CVT變速器通過連續改變速比使發動機的工作點保持穩定。精確控制金屬帶傳遞轉矩比r，并使，趨近于l， 這就是金屬帶夾緊力控制的基本思想，式(2．4)即為金屬帶央緊力控制的最粗略依據。同時， 還會導致金屬帶的張力過大，縮短帶的使用壽命。主動帶輪圖2．4無級變速器的變速原理圖2．2無級變速器的控制技術CVT傳動器的主要任務是： (1)把發動機輸出功率可靠的傳遞到驅動輪，并盡可能減少功率損失。速比控制、夾緊力控制和起步離合器的控制是無級變速控制系統的關鍵。圖2．1 CVT結構簡圖CVT由以下關鍵部件組成‘1 5】： (1)起步離合器目前，用作汽車起步離合器的有下列三種： ①濕式多片離合器(Multi—disc wet clutch)：現在人們在多片濕式離合器上采用電子控制技術來模擬液力變矩器已取得很大進展。(3)針對日益廣泛應用的比例控制技術提出了改進的電液控制系統，從而將數字比例控制技術應用到CVT中。對于CVT變速器，可控制發動機經常處于經濟轉速區域內運轉，也就是在較小污染排放的轉速范圍內工作， 從而降低了排氣污染。AT的平均效率為86％，與MT的97％的傳動效率相去甚遠。結合Jetta轎車，對其連接裝置進行了改進設計，最后裝備了無級自動變速器的試驗車Jetta轎車一輛。所不同的是將起步離合器裝在了從動軸上，這不僅能夠在急剎車時使金屬帶回到最低檔， 而且還可最大效地保護金屬帶，如圖1．4所示。1935年，GM Buick發明了一種被稱為全圓環型(Full Toroidal)CVT，人們稱這種變速器為牽引傳動式(Traction Drive)CVT，它的變速原理如圖1．1所示“1。因此汽車的發展歷史，間接的記錄了科學技術的發展，社會背景的改變和人類不斷實現完美追求的歷史。(5)對數字調壓閥進行了特性試驗，并將數字調壓閥應用至IJCVT電液控制系統中，在現有的試驗條件下進行了臺架試驗，試驗結果表明，該電液控制系統效果良好，具有一定的可行性，但由于試驗條件的限制，未能進行實車試驗。金屬帶式CVT具有較大的功率傳遞容量、較高的傳動效率、較長的壽命等特點，是目前世界上應用最廣泛的無級變速器。垂堡竺童堊皇童壘!：i!絲墼壘至壘，一，一。如歐洲早已提出了限制排放的歐III標準。1958年，荷蘭DAF公司H．Van Doorne博士成功開發出了雙v型橡膠帶CVT(Variomatic)，并裝備在DAF公司的小型轎車上面。最早開發的用于轎車的CVT產品是KWGl5， 它的轉矩容量為130Nm；稍后又開發了幾種不同的樣機，如用于發動機前置前驅(FF)轎車的ZFCFTl3等系列CVT，以及用于發動機前置后驅(FR)轎車的ZFCRT20 和用于發動機縱向前置前驅的ZFCTT25。一些主要的汽車廠開始從液力機械自動變速器過渡到CVT系統，或者直接發展CVT系統，或兩者兼有之。HONDA公司Civic型汽車的對比試驗也驗證了以上結論：裝備傳統AT的Civic平均燃油消耗率為28／35mpg(城市／公路循環工況)，同一型號的汽車在裝CVT后為34／38mpg(城市／公路循環工況)。這主要包括瞬態情況下主從動帶輪的受力情況、傳動帶的滑轉和傳遞容量及傳遞效率、速比變化率的影響因素等，因為這些問題對改進帶的結構參數、延長帶的使用壽命及開發性能優良的變速控制系統都是至關重要的““。特別是從1997年荷蘭VDT公司和BOSCH公司合并后，CVT傳動技術正在以更快的速度在歐洲并向世界各國迅速擴展，引起越來越多的汽車制造廠家的關注。所以，在CVT 中常被采用，但成本較高。2．1．2無級變速器的傳動原理無級變速器的變速原理很簡單，但也很巧妙。②速比控制：在汽車的所有運行工況條件下，為滿足它的燃油經濟性和動力性的要求，應使傳動系的速比在汽車的阻力和發動機輸出功率之間，按駕駛員的意圖自動實現動態最佳匹配，把汽車經濟性、動力性發揮到最佳狀態，這就是CVT 傳動系的第二個控制目標。為使金屬帶維持在穩定的節圓位置上，必須在主動缸上作用一個推力，使它與從動缸的推力通過金屬帶在主動輪上產生的軸向負荷相平衡。2．2．2速比控制CVT的速比可以定義為主動輪和從動輪的轉速之比，即： f：墮：旦(2．6) 擰nⅣ 珂Ⅲ 式中：HDR～主動輪輸入轉速： l39。把這兩條曲線在兩維平面上繪制出來，就得到發動機最佳動力線s和最佳經濟線E(見圖2．6)。由于受傳動器最大結構尺寸的限制，最小速比越小就意味著金屬帶的工作半徑越小，過小的金屬帶工作半徑會在金屬帶中會產生極大的彎曲應力和張力，使金屬帶的使用壽命大大地降低。當主、從動盤達到同步轉速時，則被鎖定為一體，成為單自由度的力學系統。主動缸與回油路相通，主動輪的可動部分與固定部分的距離增大，使金屬帶沿帶輪表面滑動至最大速比處，以獲得最大的起步加速度。在設計液壓控制系統時，在實現系統的設計功能的前提下，應考慮系統的成本、可靠性等方面的限制。ECU輸入信號有壓力或位移模擬信號、轉速數字信號和I／O邏輯信號，其中模擬信號要經過A／D轉換才能被ECu接受。根據試驗驗證，數字調壓閥可以實現比較精確的開環控制，無需對從動輪油缸壓力進行實測反饋，因此直接發送脈沖信號控制步進電機就可以實現我們需要達到的控制油壓。已有的電磁比例閥靠電磁力推動調壓彈簧來調壓，由于閥心上的作用力有瞬態及穩念液動力、閥芯與閥套問的摩擦力和液壓卡緊力等不確定力，導致閥在往復工作過程中有較大的滯環，使得壓力控制精度較低，平穩性差。如下表3．1所示為幾種閥的性能比較““圳。.。用脈寬信號對連續信號進行調制，從而將連續信號調制成脈寬信號，以實現對目標壓力的跟蹤。●謦‘。(2)脈寬調制式數字閥脈寬調制式數字閥的控制信號是一系列幅值相等、而在每一周期內寬度不同的脈沖信號。但是傳統的電液比例閥只能接牧連續變化的電壓或電流模擬信號，而計算機只能輸出數字信號。CVT的實際速比通過測量發動機轉速和CVT輸出軸轉速可以得到。98“”’L] ．|驅筆毳L I動力，經濟模式選擇L_上I／0；路} 圖3．4 CVT控制系統硬件框圖尤級蹙遠器電液控制系統研咒開發3．2 CVT變速控制策略3．2．1夾緊力控制式(2．4)是用最簡單的解析表達式描述金屬帶夾緊力與最大傳遞轉矩的關系， 只是傳動效率偏低。主調壓閥和夾緊力控制閥共同調節油泵出口壓力，即從動輪油缸的壓力，使從動輪產生適當的夾緊力，確保金屬帶的夾緊力在合適的范圍內。利用精確測量的發動機與從動輪的轉速信號，可實現對CVT傳動器速比和夾緊力的精確控制。在各種條件下，它能保證汽車起步平順，發動機不熄火，因而在自動變速汽車以及手動變速汽車上都得到廣18泛的應用。由此可見，起步平穩和離無級變速器電液控制系統研究開發合器滑磨是兩個矛盾的指標，如何使這兩個指標都能達到令人滿意的效果是離合器控制的關鍵o”。=1500rpm，這樣發動機理想經濟工作線包括兩條線，一條線是真正的經濟工作線，其功率水平在發動機額定功率的20％以上。在不同的條件下，發動機的性能，如燃油消耗率、發動機輸出功率也存在著差異。但是過大的傳動余量，會使金屬帶過度張緊，結果不僅使金屬帶的壽命縮短，也會使CVT變速器的效率降低。而夾緊力過大，因為除帶的節圓層外，帶與輪之間必然存在滑動， 故夾緊力過大也將增加不必要的摩擦損失，同樣也會降低傳動系的效率。即：通過控制主被動輪的可動部分的軸向移動，來改變傳動帶的回轉半徑，從而得到連續的傳動比“’。它主要由油泵(齒輪泵和滾子葉片泵)、液壓調節閥(速比和帶與輪間壓緊力的調節)、傳感器(油門和發動機轉速)和主、從工作輪的液壓缸及管道組成，實現傳動無級變速的調節。為了提高汽車的起步性能和行使平順性，在CVT前面和發動機之間通常要加裝液力變矩器等。只有這三方面的控制都達到最佳狀態，才能充分發揮汽車的各項性能指標。所以，汽車排放中廢氣有害物含量高，污染環境嚴重。(2)提高燃油經濟性和動力性首先看下面兩個表，表1．1所示為一個典型的5檔自動變速器AT在各個檔位時的傳動效率，表1．2為幾種不同的無級變速器傳動效率的變化范圍。課題組基于引進樣品P81l無級變速器，設計了集成液壓控制模塊、電子控制裝置及發動機與無級自動變速器動態匹配的工程化軟件，成功地把原P81l 機械無級自動變速器改造成電子控制的無級自動變速器。1995年9月，Honda公司開發了新一代金屬帶式CVT即Honda Multi Matic，它實現了離合器、換擋和夾緊力的全電子控制“1。無級變速器電液控制系統研究開發1．2金屬帶式無級變速器發展和現狀1．2．1無級變速器發展歷史簡述無級變速的發展已經有很長的歷史，早在1886年，德國的Daimlar Benz公司就已經將其應用在汽車上了，只是它是摩擦式無級變速器，是靠皮革或纖維制的圓盤和金屬圓盤的摩擦力來工作的，因而磨損十分嚴重，壽命很低，但其原理為后來所采用，這就是帶傳動式(Belt Drive)或鏈傳動式(chainDrive)cVT的前身。汽車工業歷經百余年取得了巨大的發展，究其原因，主要有兩點：首先是科學技術的不斷進步，給汽車工業的發展提供了必要的物質條件；其次是汽車工業本身為了不斷適應各個時期的社會背景(能源危機和環境污染等)，滿足人們對汽車使用性能的更高要求，在技術上不斷改革、創新。(4)自主研制了步進式數字調壓閥，建立了數字調壓閥的數學模型并進行了仿真分析，锝到了各靜參數對系統壓力的影響規律。早期的CVT均采用電液伺服控制系統，該系統結構復雜，對油質要求十分嚴格， 控制損失較大，可移植性差，致使價格昂貴，限制了它的普及應用。：． Abstract From the appearance of the automobile，People have made great efforts to improve the performance of automotive transmission．The continuously variable transmission(CVT)can change speed ratio automatically and continuously，sarisfy the driver’S every driving purpose，propitious to achieve the optimal matching and control of power train，and it is regarded as the ideal automobile transmission with the advantages of easy operation，fortable and smooth driving，excellent performance．Metal V—belt type CVT has such merits as bigger power transferring capacity，transmission efficiency and longer life，SO it has been the most widely used． Early CVT was always controlled by the mechanical—hydraulic servo technology，its response is quick and its precision high，but its controlling module plicated and power loss big．Besides，it is sensible of oil pollution，and needs developing for a certain type as it can’t be applied to other CVT，the development of such controlling module is SO expensive that it hasn’t been widely used．It is inevitable for CVT to adopt digital controlling technology with the development of the puter．Digital con