CN107218389B - 一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法和温度保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，当发动机启动且汽车处于静止状态，驾驶员松开手刹，工况成立时，通过四个时间阶段完成控制操作，通过滑差控制干预起步过程，提高起步响应，改善传动系统效率，进而提高燃油经济性。本发明还提供了一种闭锁离合器的温度保护方法，设定闭锁离合器摩擦片保护的下限值T₁和上限值T₂，并计算阶段三和阶段四内的闭锁离合器摩擦片的温度T_pm；制定了闭锁离合器摩擦片温度保护方法，能够保护摩擦片工作在正常的温度范围，延长摩擦片的使用寿命。

Description

一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法和温度保护方法

技术领域

本发明涉及液力变矩器闭锁离合器控制领域，更具体的是，本发明涉及一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法和温度保护方法。

背景技术

液力变矩器作为起步装置广泛应用在金属带式无级变速器和液力机械式自动变速器中，它可实现稳定的低速行驶，且具有其他装置无法提供的扭矩放大能力，但是也存在液力变矩器液力传动效率低，传动系经液力变矩器柔性连接，发动机功率不能及时传递到变速箱，导致加速响应慢；且负载转矩不能直接作用在发动机，导致发动机转速偏高，引起发动机转速波动，工作噪声大，并造成额外的搅油损失等问题。

如果将滑差控制拓展到起步过程，通过液力变矩器闭锁离合器的滑摩补偿液力变矩器特性的不足，将部分负荷直接加载到发动机，可有效提高加速响应和液力变矩器的传动效率，同时减小闭锁时的冲击，缩短闭锁阶段时间，提高燃油经济性。而传统的液力变矩器闭锁离合器控制方法如图1所示，只分为t_c1-t₁、t₁-t₂和t₂-t₃三个阶段：t_c1-t₁阶段，t_c1-t_c2时间段是快速充油阶段，t_c2-t₁时间段是保压阶段，闭锁离合器处于半结合状态，t₁-t₂时间段是油压稳定增加阶段，t₂-t₃时间段是离合器压紧阶段。在t_c2-t₁时间段内没有进行发动机转速控制和闭锁离合器结合压力控制，t₁-t₂时间段只进了简单的滑磨控制，没有进行精确的滑差控制。

闭锁离合器的滑差控制必然陪伴有滑摩过程，摩擦副由于滑摩而生成大量热引起温度上升。温升不仅会引起摩擦副材料的物理性质的改变；而且会引起摩擦副发生形变，严重会引起诸如摩擦片的烧蚀、裂纹和胶合，使离合器的工作性能和使用寿命大大降低，因此有必要知道摩擦副的温度变化，但受限于车辆实际空间，不能在变速器中安装摩擦片温度传感器，所以只能采用估算的方式。温度是离合器控制过程中不可忽略的重要参数，因而建立准确的温度估算模型并对离合器进行温度保护尤为重要。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，以解决驾驶员定油门踏板开度下起步时液力变矩器液力传动时间长，传动系统效率低，发动机转速偏高和噪声大的问题，通过滑差控制干预起步过程，提高起步响应，改善传动系统效率，进而提高燃油经济性。

本发明的另一个目的是设计开发了一种闭锁离合器的温度保护方法，能够准确计算离合器摩擦片的温度，并基于此温度制定了离合器摩擦片温度保护方法，能够保护摩擦片工作在正常的温度范围，延长摩擦片的使用寿命。

本发明提供的技术方案为：

一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，包括：

阶段一：节气门开度开始增大，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比从初始值跳变至第一值，并逐渐增大第二值后保持一定时间后跳降第三值；使闭锁离合器保持在半结合状态，并一直保持到节气门开度达到目标值且发动机转速达到目标转速；

阶段二：维持节气门开度不变，发动机转速不变，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比逐渐增大到第四值，直到闭锁离合器主、从动端转速差小于转速差阈值；

阶段三：当发动机转速大于最低转速阈值且闭锁离合器主、从动端转速差小于转速差阈值时，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比逐渐增大到第五值，直至车速达到液力变矩器开始闭锁车速；

阶段四：达到闭锁车速后，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比继续增大到第六值后一直维持。

优选的是，所述第三值小于所述第一值，所述第二值维持的时间由油门踏板开度变化率决定。

优选的是，所述初始值为24.5％，第一值为26.5％，第二值为30.71％，第三值为25.68％。

优选的是，所述阶段一中，第一值至第二值的变化函数为：

其中，f_pwm(t)为阶段一中第一值至第二值过程中的控制占空比；为充油占空比变化率；α为油门踏板开度；为油门踏板开度变化率；x_c为闭锁离合器活塞位移。

优选的是，所述阶段二中，第三值至第四值的过程中，根据控制占空比和结合压力的数学关系得到该过程的控制占空比，所述结合压力的变化函数为：

其中，F_c,c为阶段二中，第三值至第四值的闭锁离合器的结合压力；为阶段二中，第三值至第四值的闭锁离合器的结合压力变化率；k_slip为滑差率；

所述滑差率为：

其中，ω_c为闭锁离合器从动端转速；ω_e为发动机转速。

优选的是，所述阶段三中：

根据结合压力F_c,c与控制占空比的关系得到第四值到第五值的过程中的反馈控制占空比，所述结合压力F_c,c通过控制滑差率变化率β_k计算得到；

所述滑差率变化率β_k为：

所述结合压力F_c,c为：

其中，ω_c为闭锁离合器从动端转速；ω_e为发动机转速；为闭锁离合器从动端转速对时间的一阶导数；为发动机转速对时间的一阶导数；J₁为液力变矩器输入端转动惯量；J₂为液力变矩器输出端转动惯量；T_e为发动机输出扭矩；T_f为等效到变速器输入端的阻力矩；T_p为泵轮输入转矩；T_t为涡轮输出转矩；c_e为发动机粘性阻尼系数；c_c为从动件等效阻尼系数；n为离合器摩擦片接触面数；R_c为摩擦片有效直径；μ_d为动摩擦系数。

优选的是，所述阶段三中，所述转速差阈值为480r/min，所述最低转速阈值为1000r/min。

优选的是，所述阶段四中，第五值按一次函数增大到第六值，所述一次函数为：

f_pwm(t)＝k_pwm(t_pwm-t₀)

其中，f_pwm(t)为阶段四中，第五值按一次函数增大到第六值的控制占空比；k_pwm为控制占空比变化率；t_pwm为阶段四开始后的某一时刻；t₀为阶段四的开始时刻。

相应地，本发明还提供一种闭锁离合器的温度保护方法，包括以下步骤：

当闭锁离合器摩擦片温度T₁<T_pm≤T₂时：

若车速小于闭锁车速，则减小滑差时间，目标滑差率变为快速闭锁目标滑差率；

若车速达到闭锁车速，直接闭锁，闭锁后第一设定时间内，若摩擦片温度T_pm未降至T₁以下，则执行分离程序，充分冷却摩擦片；

当闭锁离合器摩擦片温度T_pm>T₂时：

若单位面积摩擦功未超过许用值且未达到闭锁车速，则直接执行闭锁控制，闭锁后第二设定时间内，摩擦片温度未降至T₁以下，则执行分离程序；

若单位面积摩擦功超过许用值，则直接执行分离程序，充分冷却摩擦片；

其中，T₁为所述摩擦片保护设定的下限值，T₂为所述摩擦片保护设定的上限值，T_pm为所述摩擦片在所述阶段三和阶段四的温度。

优选的是，所述闭锁离合器摩擦片的温度T_pm为：

其中，其中t_m为单次滑摩时的采样时刻；Q_m为离合器结合过程中产生的摩擦热；Q_d为离合器片端面对流换热热量；Q_cao为离合器片径向矩形油槽对流换热热量；r、R、δ分别为摩擦片内半径、外半径和参与吸热的有效厚度；b为油槽的深度；S_cao为油槽在摩擦片上的投影面积；n_cao为径向油槽个数；C_p为摩擦片比热容；ρ_p为摩擦片密度；λ_y、λ_p为压盘和摩擦片的热导率；C_p为压盘比热容；ρ_p为压盘的密度；T₀为摩擦片初始温度。。

本发明至少具备以下有益效果：

(1)本发明提供的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，可以解决驾驶员定油门踏板开度下起步时液力变矩器液力传动时间长，传动系统效率低，发动机转速偏高和噪声大等问题，通过滑差控制干预起步过程，提高起步响应，改善传动系统效率，进而提高燃油经济性。

(2)本发明提供的闭锁离合器的温度保护方法，能够准确计算离合器摩擦片的温度，并基于此温度制定了离合器摩擦片温度保护方法，能够保护摩擦片工作在正常的温度范围，延长摩擦片的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述传统的液力变矩器闭锁离合器控制方法的示意图。

图2为本发明所述液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法的示意图。

图3为本发明所述液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法的控制流程图。

图4为本发明所述闭锁离合器控制占空比和结合压力的数学关系表。

图5为本发明所述闭锁离合器温度保护方法的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图2-5所示，本发明提供一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，当发动机启动且汽车处于静止状态，驾驶员松开手刹，检测到手刹信号标志位从1置0，且驾驶员松开制动踏板，检测到制动信号标志位从1置0，且前进D挡手柄在挡标志位从0置1后，工况成立标志位从0置1，工况成立，依次在以下时间阶段内完成控制操作：

阶段一：t_c1-t₁时间段，t_c1-t₁时间段分为t_c1-t_c2时间段和t_c2-t₁时间段；t_c1-t_c2时间段内，t_c1时刻驾驶员踩下油门踏板，节气门开度开始增大，闭锁离合器控制电磁脉宽调制电磁阀占空比从t_c1时刻初始占空比A跳变至一较大值B，并以一定趋势逐渐增大直至增大到C后保持直到t_c2时刻；t_c2时刻闭锁离合器控制电磁脉宽调制电磁阀占空比从C跳降到D，D<B，使闭锁离合器保持在半结合状态，并一直保持D直到节气门开度达到目标值且发动机转速达到目标转速，t₁时刻后节气门开度达到与油门踏板相同开度后保持稳定，进入阶段二；

阶段二：t₁-t₂时间段，t₁时刻节气门开度达到目标值，发动机转速达到目标值，油门踏板开度稳定，此阶段维持节气门开度不变，发动机转速不变，闭锁离合器控制电磁脉宽调制电磁阀占空比从D以一定趋势逐渐增大到E，当闭锁离合器主、从动端转速差小于转速差阈值Δn₁时进入阶段三；

阶段三：t₂-t₃时间段，t₂时刻发动机转速大于最低转速阈值Δn₂且闭锁离合器主、从动端转速差小于转速差阈值Δn₁，液力变矩器闭锁离合器控制电磁脉宽调制电磁阀占空比从E以一定变化趋势增大到F，直至车速达到液力变矩器开始闭锁车速，进入阶段四；

阶段四：t₃-t₄时间段，t₃时刻车速达到液力变矩器开始闭锁车速，液力变矩器闭锁离合器电磁脉宽调制电磁阀占空比从F继续增大到最大值G后一直维持。

阶段一中：B至C的过程，占空比变化的函数为：

其中，f_pwm(t)为阶段一中第一值至第二值过程中的控制占空比；为充油占空比变化率；α为油门踏板开度；为油门踏板开度变化率，所述油门踏板开度变化率为目标油门踏板开度(％)和达到目标油门踏板开度所用时间(s)的比值；x_c为闭锁离合器活塞位移。

本实施例中，A为24.5％，B为26.5％，C为30.71％，D为25.68％。所述油门踏板开度、油门踏板开度变化率下闭锁离合器活塞目标位移通过试验台架测试获得，见表一。

表一油门踏板开度、开度变化率、闭锁离合器活塞目标位移和占空比变化率

阶段二中：

当检测到油门开度变化率大于20％且油门开度大于20％时，工况成立，否则为纯液力工况；根据油门踏板开度变化率判断是否油门踏板已经稳定，当油门踏板开度变化率小于等于5％时，油门踏板开度已经稳定，否则一直执行油门踏板开度是否稳定的判断程序，经判断油门踏板开度已经稳定后，D以一定趋势逐渐增大到E；

D至E的过程中，根据控制占空比和结合压力的数学关系(见图4)得到该过程的控制占空比，所述结合压力的变化函数为：

其中，F_c,c为阶段二中，第三值至第四值的闭锁离合器的结合压力；为阶段二中，第三值至第四值的闭锁离合器的结合压力变化率；k_slip为滑差率；

所述滑差率k_slip为：

其中，ω_c为闭锁离合器从动端转速；ω_e为发动机转速。

阶段三中：

根据结合压力F_c,c与闭锁离合器液压系统占空比的关系(仍见图4)得到E到F的过程中的反馈控制占空比，所述结合压力F_c,c通过控制滑差率变化率β_k计算得到；

所述滑差率变化率β_k为：

所述结合压力F_c,c为：

其中，ω_c为闭锁离合器从动端转速；ω_e为发动机转速；为闭锁离合器从动端转速对时间的一阶导数；为发动机转速对时间的一阶导数；J₁为液力变矩器输入端转动惯量；J₂为液力变矩器输出端转动惯量；T_e为发动机输出扭矩；T_f为等效到变速器输入端的阻力矩；T_p为泵轮输入转矩；T_t为涡轮输出转矩；c_e为发动机粘性阻尼系数；c_c为从动件等效阻尼系数；n为离合器摩擦片接触面数；R_c为摩擦片有效直径；μ_d为动摩擦系数。

本实施例中，所述液力变矩器输入端转动惯量J₁包括发动机飞轮转动惯量J_e，液力变矩器泵轮转动惯量J_p，以及锁止离合器主动片部分转动惯量J_c1；所述液力变矩器输出端转动惯量J₂包括液力变矩器涡轮转动惯量J_t，闭锁离合器从动片部分转动惯量J_c2，车辆和车轮等效到变矩器输出轴的转动惯量J_in；Δn₁为480r/min，Δn₂为1000r/min；所述目标滑差率K_t根据油门开度和涡轮转速查表计算得到，所述目标滑差率K_t、油门开度和涡轮转速见表二。

表二目标滑差率K_t、油门开度和涡轮转速

阶段四中：t₃时刻车速达到油门踏板开度对应的液力变矩器开始闭锁车速，F按一次函数关系增大到最大值G，所述一次函数以时间为自变量，以液力变矩器闭锁离合器控制电磁脉宽调制电磁阀占空比变化率为因变量，对其进行积分得到该过程的控制占空比。

本发明所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，可以解决驾驶员定油门踏板开度下起步时液力变矩器液力传动时间长，传动系统效率低，发动机转速偏高和噪声大等问题，通过滑差控制干预起步过程，提高起步响应，改善传动系统效率，进而提高燃油经济性。

如图5所示，本发明还提供一种闭锁离合器的温度保护方法，包括以下步骤：

当闭锁离合器摩擦片温度T₁<T_pm≤T₂时：

若车速u_a小于闭锁车速υ_b，则减小滑差时间，目标滑差率变为快速闭锁目标滑差率，即输出液压系统的占空比PWM_out由目标占空比PWM₀变为快速闭锁目标占空比PWM_in；

若车速达到闭锁车速，直接闭锁，即输出液压系统的占空比PWM_out为100％，闭锁后设定时间t_b1内，若摩擦片温度T_pm未降至T₁以下，则执行分离程序，即输出液压系统的占空比PWM_out为24.5％，充分冷却摩擦片；

当闭锁离合器摩擦片温度T_pm>T₂时：

若单位面积摩擦功W_perx未超过许用值[W]且未达到闭锁车速，则直接执行闭锁控制，闭锁后设定时间t_b2内，摩擦片温度未降至T₁以下，则执行分离程序，即输出液压系统的占空比PWM_out为24.5％；

若单位面积摩擦功W_perx超过许用值[W]，则直接执行分离程序，即输出液压系统的占空比PWM_out为24.5％，充分冷却摩擦片；

其中，T₁为所述摩擦片保护设定的下限值，T₂为所述摩擦片保护设定的上限值，T_pm为所述摩擦片在所述阶段三和阶段四的温度。

所述闭锁离合器摩擦片的温度T_pm为：

其中，其中t_m为单次滑摩时的采样时刻；Q_m为离合器结合过程中产生的摩擦热；Q_d为离合器片端面对流换热热量；Q_cao为离合器片径向矩形油槽对流换热热量；r、R、δ分别为摩擦片内半径、外半径和参与吸热的有效厚度；b为油槽的深度；S_cao为油槽在摩擦片上的投影面积；n_cao为径向油槽个数；C_p为摩擦片比热容；ρ_p为摩擦片密度；λ_y、λ_p为压盘和摩擦片的热导率；C_p为压盘比热容；ρ_p为压盘的密度；T₀为摩擦片初始温度。

本实施例中，为了减小温升，快速闭锁和直接闭锁时，不考虑冲击度的大小，结合速度越快越好；快速闭锁目标滑差率根据油门开度和涡轮转速查表计算得到，所述快速闭锁目标滑差率、油门开度和涡轮转速见表三。

表三快速闭锁目标滑差率、油门开度和涡轮转速

本发明所述的闭锁离合器的温度保护方法，能够准确计算离合器摩擦片的温度，并基于此温度制定了离合器摩擦片温度保护方法，能够保护摩擦片工作在正常的温度范围，延长摩擦片的使用寿命。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，包括：

阶段一：节气门开度开始增大，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比从初始值跳变至第一值，并逐渐增大第二值后保持一定时间后跳降第三值；使闭锁离合器保持在半结合状态，并一直保持到节气门开度达到目标值且发动机转速达到目标转速；

阶段二：维持节气门开度不变，发动机转速不变，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比逐渐增大到第四值，直到闭锁离合器主、从动端转速差小于转速差阈值；

阶段三：当发动机转速大于最低转速阈值且闭锁离合器主、从动端转速差小于转速差阈值时，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比逐渐增大到第五值，直至车速达到液力变矩器开始闭锁车速；

阶段四：达到闭锁车速后，控制电磁脉宽调制电磁阀占空比继续增大到第六值后一直维持。

2.如权利要求1所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，所述第三值小于所述第一值，所述第二值维持的时间由油门踏板开度变化率决定。

3.如权利要求1所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，所述初始值为24.5％，第一值为26.5％，第二值为30.71％，第三值为25.68％。

4.如权利要求1所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，所述阶段一中，第一值至第二值的变化函数为：

其中，f_pwm(t)为阶段一中第一值至第二值过程中的控制占空比；为充油占空比变化率；α为油门踏板开度；为油门踏板开度变化率；x_c为闭锁离合器活塞位移。

5.如权利要求1所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，所述阶段二中，第三值至第四值的过程中，根据控制占空比和结合压力的数学关系得到该过程的控制占空比，所述结合压力的变化函数为：

其中，F_c,c为阶段二中，第三值至第四值的闭锁离合器的结合压力；为阶段二中，第三值至第四值的闭锁离合器的结合压力变化率；k_slip为滑差率；

所述滑差率为：

其中，ω_c为闭锁离合器从动端转速；ω_e为发动机转速。

6.如权利要求1所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，所述阶段三中：

根据结合压力F_c,c与控制占空比的关系得到第四值到第五值的过程中的反馈控制占空比，所述结合压力F_c,c通过控制滑差率变化率β_k计算得到；

所述滑差率变化率β_k为：

所述结合压力F_c,c为：

其中，ω_c为闭锁离合器从动端转速；ω_e为发动机转速；为闭锁离合器从动端转速对时间的一阶导数；为发动机转速对时间的一阶导数；J₁为液力变矩器输入端转动惯量；J₂为液力变矩器输出端转动惯量；T_e为发动机输出扭矩；T_f为等效到变速器输入端的阻力矩；T_p为泵轮输入转矩；T_t为涡轮输出转矩；c_e为发动机粘性阻尼系数；c_c为从动件等效阻尼系数；n为离合器摩擦片接触面数；R_c为摩擦片有效直径；μ_d为动摩擦系数。

7.如权利要求1所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，所述阶段三中，所述转速差阈值为480r/min，所述最低转速阈值为1000r/min。

8.如权利要求1所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，其特征在于，所述阶段四中，第五值按一次函数增大到第六值，所述一次函数为：

f_pwm(t)＝k_pwm(t_pwm-t₀)

其中，f_pwm(t)为阶段四中，第五值按一次函数增大到第六值的控制占空比；k_pwm为控制占空比变化率；t_pwm为阶段四开始后的某一时刻；t₀为阶段四的开始时刻。

9.一种闭锁离合器的温度保护方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任意一项所述的液力变矩器闭锁离合器滑差控制方法，包括以下步骤：

当闭锁离合器摩擦片温度T₁<T_pm≤T₂时：

若车速小于闭锁车速，则减小滑差时间，目标滑差率变为快速闭锁目标滑差率；

若车速达到闭锁车速，直接闭锁，闭锁后第一设定时间内，若摩擦片温度T_pm未降至T₁以下，则执行分离程序，充分冷却摩擦片；

当闭锁离合器摩擦片温度T_pm>T₂时：

若单位面积摩擦功未超过许用值且未达到闭锁车速，则直接执行闭锁控制，闭锁后第二设定时间内，摩擦片温度未降至T₁以下，则执行分离程序；

若单位面积摩擦功超过许用值，则直接执行分离程序，充分冷却摩擦片；

其中，T₁为所述摩擦片保护设定的下限值，T₂为所述摩擦片保护设定的上限值，T_pm为所述摩擦片在所述阶段三和阶段四的温度。

10.如权利要求9所述的闭锁离合器的温度保护方法，其特征在于，所述闭锁离合器摩擦片的温度T_pm为：

其中，其中t_m为单次滑摩时的采样时刻；Q_m为离合器结合过程中产生的摩擦热；Q_d为离合器片端面对流换热热量；Q_cao为离合器片径向矩形油槽对流换热热量；r、R、δ分别为摩擦片内半径、外半径和参与吸热的有效厚度；b为油槽的深度；S_cao为油槽在摩擦片上的投影面积；n_cao为径向油槽个数；C_p为摩擦片比热容；ρ_p为摩擦片密度；λ_y、λ_p为压盘和摩擦片的热导率；C_p为压盘比热容；ρ_p为压盘的密度；T₀为摩擦片初始温度。