CN111412274B - Cvt控制器钢带防打滑控制方法 - Google Patents

Abstract

一种CVT控制器钢带防打滑控制方法，首先根据发动机转速和油门踏板对发动机的输出扭矩进行预测，并通过发动机实际有效扭矩对预测的扭矩进行优化调整，得到发动机的预估扭矩；根据发动机的预估扭矩计算钢带的夹紧扭矩，进得到钢带压紧压力以及目标油压；根据不同工况对目标油压进行限制处理，实现对目标油压的综合控制。本发明通过在目标油压变化时通过考虑静和动平衡力及速度差别等各种工况因素，对目标油压进行综合调节，避免从动带轮油压突变导致钢带打滑造成CVT变速器硬件损伤。

Description

CVT控制器钢带防打滑控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种变速器控制领域的技术，具体是一种CVT控制器钢带防打滑控制方法。

背景技术

无级变速器(CVT)核心技术是夹紧力控制和速比控制，夹紧力太大会导致钢带中金属环与带轮摩擦力过大，直接缩短钢带的使用寿命；夹紧力太小会导致带轮与金属带之间发生相对滑动，会导致传递扭矩一侧的钢带及带轮发生磨损，导致钢带发生破坏，不能安全的传递扭矩。

发明内容

本发明针对现有钢带防打滑控制方法通常先计算发动机的输出扭矩，根据输出扭矩的大小计算钢带夹紧带轮所需要的油压，没有考虑到静和动平衡力及车轮滑动等因素对油压的综合影响，导致夹紧力计算不能根据实际工况动态调整到恰当值，引起钢带打滑导致变速器损伤的不足，提出一种CVT控制器钢带防打滑控制方法，通过在目标油压变化时通过考虑静和动平衡力及速度差别等各种工况因素，对目标油压进行综合调节，避免从动带轮油压突变导致钢带打滑造成CVT变速器硬件损伤。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明首先根据发动机转速和油门踏板对发动机的输出扭矩进行预测，并通过发动机实际有效扭矩对预测的扭矩对应的目标油压进行优化调整，得到发动机的预估扭矩；根据发动机的预估扭矩计算钢带的夹紧扭矩，进得到钢带压紧压力以及目标油压；根据不同工况对目标油压进行限制处理，实现对目标油压的综合控制。

所述的预估是指：对发动机扭矩进行预估，发动机的预估扭矩Tq＝T_a+T_b，其中：T_a为发动机输出扭矩与未限扭的发动机扭矩中绝对值较大的一个；T_b为根据油门和发动机转速表得到的发动机扭矩减去T_a得到的差经滤波处理后得到的值。

所述的油门和发动机转速表得到的发动机扭矩对应不同发动机特性，该二维表可进行适应性更改。

所述的优化调整是指：在不同工况下对目标油压进行限制，设定其不同工况下的最大值或最小值，并在目标油压下降时进行滤波，避免从动轮压力突降导致钢带打滑。

所述的钢带的夹紧扭矩Tp＝(Tq-Teng-Tpump)*K-Tpri，其中：Tq为发动机的预估扭矩，Teng为发动机因转速改变消耗的扭矩，Tpump为油泵消耗的扭矩，K为液力变矩器系数，Tpri为主动轮机械部分消耗的扭矩。

所述的根据不同工况对目标油压进行限制处理，即设定目标油压在不同工况下的最大值或最小值，并在目标油压突变时进行滤波处理，具体包括：

1)基于车速变化查表获得基于车速的最小目标油压，该限制油压根据CVT变速器台架测试实际特性曲线查表获得。

2)基于静和动平衡力：

其中：

为速比改变速率；i为当前速比；Npri为主动轮转速；Fpri为主动轮夹紧力；Fsec为从动轮夹紧力；MAP(i)为一定速比下使变速器运转下来的力平衡关系；KpKs(i，Usec)为在一种稳定状态下的力平衡关系，它是速比和扭矩能力占用率的函数；Usec为扭矩能力占用率。

通过提高从动轮油压进而提高主动轮的油压协助主动轮实现目标速比，防止在速比变化过程中油压突变的从动轮最小油压。

3)为保护主动轮需要加大的从动轮油压，在速比变化过程中，主动轮进入油压保护状态会增加从动轮油压来加大主动轮油压，加大的值为主动轮安全油压与其实际油压的差值，乘以主动轮受压面积与从动轮受压面积之比，然后再增加一个常量。

所述的主动轮进入油压保护状态计算油压需要增加的常量为0.25bar。

4)刹车踏板踩下时从动轮需要的最小油压，即当刹车开关激活时，根据从动轮转速查表得到最小油压作为从动轮需要的最小油压。

所述的刹车开关未激活，最小油压设置为0。

5)离合器结合时从动轮所需要的最小油压：根据离合器结合时充油速度快慢，查表得到最小油压值作为离合器结合时从动轮需要的最小油压。

6)车辆滑动时从动轮待增油压：将车轮状态进行划分为：正常行驶、车轮打滑、车轮抱死三种状态，根据车辆状态，确定待增油压的大小，具体为：

所述的车辆处于正常行驶状态时，设置待增油压为0bar；

所述的车辆处于车辆打滑状态时，设置待增油压为15bar；

所述的车辆处于车轮抱死状态时，设置待增油压为20bar；

7)液力变矩器结合时从动轮待增油压，即根据液力变矩器反馈的控制电流查表得到。

8)根据多因素需要增加的从动轮油压，即每个考虑因素都会产生一个补偿油压，最后确定的补偿油压取其中最大值作为最终补偿油压。

技术效果

与现有技术相比，本发明技术效果包括：

1、稳态工况下，即发动机扭矩波动较小且速比波动较小时，可以精确地计算带轮夹紧力，从而达到在精确控制速比的同时，保证能够提供足够的带轮夹紧力，防止钢带打滑。

2、减小发动机扭矩波动对夹紧力的影响，避免扭矩波动导致夹紧力突变引起的钢带打滑状况；

3、在动态工况下，同时考虑多种工况变化可能对钢带夹紧力的影响，在保证精确实现速比变化基础上，避免的钢带发生打滑状况。

4、引入冗余保护机制，考虑多种工况下通过油压对钢带夹紧力进行补偿，在不影响传递效率的基础上，减少钢带发生打滑的可能性。

附图说明

图1为本发明发动机扭矩与转速、油门开度的关系图；

图2为本发明钢带安全夹紧力计算过程中钢带拉伸力、锥轮表面压力等量的示意图；

图3为本发明安全系数与实际速比、钢带夹紧扭矩的关系图；

图4为本发明不同工况下对目标从动轮压力的处理的流程图；

图5为本发明KpKs与速比和扭矩能力占用率的关系图；

图6为本发明根据多因素需要增加的从动轮补偿油压示意图；

图7为实施例评测设备示意图；

图8为实施例效果示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种CVT控制器钢带防打滑控制方法，其中包含以下步骤：

步骤1、对发动机扭矩进行预估，发动机的预估扭矩Tq＝T_a+T_b，其中：T_a为发动机输出扭矩与未限扭的发动机扭矩中绝对值较大的一个；T_b为根据油门和发动机转速表得到的发动机扭矩减去T_a得到的差经滤波处理后得到的值。

所述的滤波器在满足以下任一条件时的油门迅速变动时生效，否则输出为0：

1、油门变化速率每10ms增大1％，并且查油门和发动机转速表得到的额发动机扭矩的绝对值大于变量A的值；

表1油门和发动机转速表：

2、油门开度变化速率超过5％之后的200ms。

钢带夹紧扭矩为：Tp＝(Tq-Teng-Tpump)*K-Tpri，其中：Tp为钢带夹紧扭矩；Tq 为预估的发动机扭矩；Teng为发动机因转速改变消耗的扭矩；Tpump为油泵消耗的扭矩；K 为液力变矩器系数；Tpri为主动轮机械部分消耗的扭矩。

所述的发动机消耗的扭矩Teng通过发动机转速经过滤波变换，即发动机转速变化梯度乘以转化系数0.1047并乘以发动机转动惯量得到。

所述的主动轮机械部分消耗的扭矩Tpri为在当主动轮不转时或主动轮转速接近零时设为0；

所述的油泵消耗的扭矩Tpump为从动轮油压乘以液压泵每转的排量；

所述的液力变矩器增扭系数K通过涡轮转速除以发动机转速得到转速比I，然后查转速比I与增扭系数表得到。

表2转速比I与增扭系数表：

转速比	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.55	0.6	0.65	0.7	0.75	0.8	0.85	0.9
															增扭系数	1.93	1.85	1.75	1.64	1.52	1.42	1.36	1.30	1.25	1.19	1.12	1.08	1.01	0.98

如图2所示，作用在钢带上的拉伸力Ft＝Tp/Rpri，其中：Tp为钢带夹紧扭矩；Rpri为主动轮半径。

作用在钢带上与锥轮表面垂直的压力Fn为：Fn＝Ft/u，其中：u为摩擦系数。

钢带夹紧压力为轴向力，钢带夹紧压力F_Ax为：F_Ax＝F_n*cos A，其中：A为锥轮表面的角度。综上，并考虑到有两个摩擦表面，即钢带夹紧力

其中：主动轮工作半径通过实际速比查实际速比与主动轮工作半径表可得，摩擦系数通过实际速比查实际速比与摩擦系数表可得。

表3实际速比与主动轮工作半径表：

表4实际速比与摩擦系数表：

实际速比	0.450	0.600	2.470
				摩擦系数	0.090	0.089	0.080

如图3所示，所述的钢带安全夹紧力

其中：α为安全系数，通过实际速比和钢带夹紧扭矩查实际速比、钢带夹紧扭矩与安全系数表可得。

表5实际速比、钢带夹紧扭矩与安全系数表：

所述的弹簧力F_k＝[Max(R_sec)-i_act*R_pri]*k*tan(A)+F_{k min}，其中：常量Max(R_sec)为从动轮最大工作半径，i_act为实际速比，R_pri为主动轮工作半径，随速比变化而变化，常量k为弹簧力系数，常量F_{k min}为最小弹簧力。

如图4所示，从动轮目标油压的限制处理是指：在不同工况下对目标油压进行限制，设定其不同工况下的最大值或最小值，并在从动轮目标油压下降时进行滤波，避免从动轮压力突降导致钢带打滑。

所述的从动轮目标油压P_sec＝(F_sf-F_k)/S_sec，其中：S_sec为从动轮液压缸面积，为常量；弹簧力F_k＝[Max(R_sec)-i_act*R_pri]*k*tan(A)+F_{k min}，其中：Max(R_sec)为从动轮最大工作半径，为常量；i_act为实际速比；R_pri为主动轮工作半径，随速比变化而变化；k为弹簧力系数，为常量；F_{k min}为最小弹簧力，为常量。

所述的对目标油压进行限制具体包括：

1)基于车速的从动轮最小油压通过查车速压力表可得基于车速的最小目标油压：

表6车速压力表：

车速v/kph	0	5	10	15	20	25
							压力P/bar	8	8	8	8	8	8

2)基于静和动平衡力，通过提高从动轮油压进而提高主动轮的油压协助主动轮实现目标速比，防止在速比变化过程中油压突变的从动轮最小油压。

如图5所示，所述的从动轮最小油压通过提高从动轮油压来提高主动轮的流量以协助主动轮实现目标速比，速比改变速率

其中：

为速比改变速率，i为当前速比，N_pri为主动轮转速，F_pri为主动轮夹紧力，F_sec为从动轮夹紧力，MAP(i)为一定速比下使变速器运转下来的力平衡关系，KpKs(i,U_sec)为在一种稳定状态下的力平衡关系，它是速比和扭矩能力占用率的函数，U_sec为扭矩能力占用率。

如图4所示，计算基于静和动平衡力的从动轮最小油压步骤如下：

一、除从动轮夹紧力F_sec外，先确定在静和动平衡力的方程中各项的值；

二、根据静和动平衡力的方程，计算从动轮夹紧力F_sec；

三、用从动轮夹紧力F_sec除以从动轮活塞受力面积。

3)为保护主动轮需要加大的从动轮油压：当主动轮进入油压保护状态时，增加从动轮油压来加大主动轮油压，从动轮油压的增加量

4)当刹车踏板踩下时从动轮需要的最小油压：当刹车开关激活时，根据从动轮转速表得到最小油压，作为刹车开关激活时从动轮需要的最小油压；否则这个需要的最小油压设置为零。

表7从动轮转速表：

从动轮转速n/rpm	100	120	200	300	380	500	600
								油压P/bar	8	8.83	13.63	19.63	24.43	8	8

5)离合器结合时从动轮所需要的最小油压：根据离合器结合时充油速度快慢，查表得到最小油压值作为离合器结合时从动轮需要的最小油压。

6)当车轮滑动时从动轮需要增加的油压：根据车轮滑动状态，确定从动轮待增油压大小，具体为：根据车轮状态，确定需要增加的油压大小，当车轮处于打滑状态时，设置需要增加的油压等于一个标定量，比如15bar；当车轮状态为抱死状态时，设置需要增加的油压等于另一个标定量，比如20bar；当车轮状态为正常行驶时，设置需要增加的油压等于另一个标定量，比如0bar。

7)当油压下降时进行滤波处理：当从动轮油压下降时，通过积分处理使从动轮油压缓慢下降，避免油压突降。

8)根据多因素判断需要增加的从动轮油压：如图6所示，每个因素产生对应的补偿油压，最后确定的补偿油压取其中最大值作为最终补偿油压，具体包括：

a)速度差别(Slip)因素：将实际车速减去由从动轮转速转换来的车速得到的差值大于标定量，则以该差值查速度差油压表得到对应的补偿油压，否则补偿油压设置为零。

表8速度差油压表：

速度差△V/kph	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
											油压P/bar	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45

b)颠簸道路因素：首先判断一个采样周期的车速变化值除以一个采样周期的时间，即车速的变化率，当变化率的绝对值大于速度标定量即认定颠簸，相应以标定量作为在道路颠簸时的补偿油压，否则补偿油压设置为零。

c)非驱动档位因素：当换挡操作杆的位置处在P或者N时，以PN标定量作为在P、N档时的补偿油压；否则P、N档时的补偿油压设置为零。

d)SBC因素：当SBC系统激活时，以SBC标定量作为SBC激活时的补偿油压；否则 SBC激活时的补偿油压设置为零。

e)刹车因素：当刹车开关激活时，以刹车标定量作为刹车开关激活时的补偿油压；否则刹车开关激活时的补偿油压设置为零。

f)ABS因素：当ABS系统激活时，以ABS标定量作为ABS激活时的补偿油压；否则 ABS激活时的补偿油压设置为零。

本实施例通过如图7所示的试验装置进行效果评测，该实验装置包括：驱动电机、负载电机、升速箱、转矩转速传感器、激光位移传感器、CVT、TCU控制单元、数据采集系统等。驱动电机作为驱动源用来模拟发动机，负载电机作为加载单元对变速机构进行转矩加载，同时驱动电机和负载电机端都装有转矩转速传感器，驱动端测试驱动电机转速n_p和驱动电机转矩T_p，负载端测试负载电机转速n_p和负载电机转矩T_s；数据采集系统采集的信息包括：变速机构主动轮转速w_p从动轮转速w_s、主动缸压力P_p、从动缸压力P_s、主动可移动缸位移X_p等。

所述的驱动电机采用YTSP-4型号变频电机，额定功率110KW、4极、基频为50Hz，它用来模拟发动机，对传动系输入动力，通过1：3升速箱，其输出转速为1000--6000rpm，输出转矩0～236Nm(4500rpm时)；两台负载变频电机采用YTSP-6型号110kW、6极、基频为27.5Hz的变频电机，用来模拟道路负荷，最高转速2400rpm，加载转矩范围0～ 1900Nm(550rpm以下)，那么两台负载电机可最大加载3800Nm。

所述的效果评测按照以下步骤进行：

a)定驱动电机目标转速为1000rpm；

b)设定负载电机转矩，使得驱动电机转矩为40Nm；

c)CVT几何速比采用机械限位的方法，固定在速比2.432位置，然后，调整从动带轮油缸压力从4.0Mpa开始下降，下降间隔为0.1Mpa，并同时记录实际速比，几何速比、传动效率以及计算出滑转率S等，另外TCU为了保证变速机构金属带不出现大的打滑情况，TCU软件严格监视滑转率大小，一旦检测到滑转率S超过5％，立即进入保护程序试验，即夹紧力快速提升，防止金属带严重打滑，损坏变速器；

d)调整固定几何速比从2.432到0.442，并以0.2为间隔，重复步骤c；

e)调整驱动电机目标转速，并以500rpm为间隔，从1000rpm到6000rpm，重复上述试验步骤a至d；

f)调整负载电机转矩，使得驱动电机转矩以20Nm为间隔，从40Nm-120Nm为间隔，重复试验步骤a至e。

结果分析：CVT传动过程中，若发生宏观打滑，滑移率越大，则传动效率越低，所以本实验通过在相同速比及驱动电机转速下，对比本发明所涉及的通过在目标油压变化时通过考虑静和动平衡力及速度差别等各种工况因素，对目标油压进行综合调节的方法，与传统乘以安全系数控制夹紧力的方法进行传动效率对比，如图8所示。

由图可以看出，对于测试使用本发明涉及的夹紧力控制方法与采用传统夹紧力控制的传动效率η，在目标速比为1.0，驱动电机转速为3000rpm时的传动效率，通过可以结果可以看出，在相同驱动电机扭矩下，基于本发明调整的CVT夹紧力控制的传动效率相对于传统夹紧力控制要提高8％-10％，有效的防止了钢带发生打滑。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种CVT控制器钢带防打滑控制方法，其特征在于，首先根据发动机转速和油门踏板对发动机的输出扭矩进行预测，并通过发动机实际有效扭矩对预测的扭矩进行优化调整，得到发动机的预估扭矩；根据发动机的预估扭矩计算钢带的夹紧扭矩，进得到钢带压紧压力以及目标油压；根据不同工况对目标油压进行限制处理，实现对目标油压的综合控制；

所述的预估扭矩，通过以下方式得到：对发动机扭矩进行预估，发动机的预估扭矩Tq＝T_a+T_b，其中：T_a为发动机实际有效扭矩与未限扭的发动机扭矩中绝对值较大的一个；T_b为根据油门和发动机转速表得到的发动机预测扭矩减去T_a得到的差经滤波处理后得到的值；

所述的钢带的夹紧扭矩Tp＝(Tq-Teng-Tpump)*K-Tpri，其中：Tq为发动机的预估扭矩，Teng为发动机因转速改变消耗的扭矩，Tpump为油泵消耗的扭矩，K为液力变矩器系数，Tpri为主动轮机械部分消耗的扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的根据不同工况对目标油压进行限制处理，即设定目标油压在不同工况下的最大值或最小值，并在目标油压突变时进行滤波处理，具体包括以下步骤：

1)基于车速变化查表获得基于车速的最小目标油压；

2)基于静和动平衡力：

其中：

为速比改变速率；i为当前速比；Npri为主动轮转速；Fpri为主动轮夹紧力；Fsec为从动轮夹紧力；MAP(i)为一定速比下使变速器运转下来的力平衡关系；KpKs(i，Usec)为在一种稳定状态下的力平衡关系，它是速比和扭矩能力占用率的函数；Usec为扭矩能力占用率；

通过提高从动轮油压进而提高主动轮的油压协助主动轮实现目标速比，防止在速比变化过程中油压突变的从动轮最小油压；

3)为保护主动轮需要加大的从动轮油压，在速比变化过程中，主动轮进入油压保护状态会增加从动轮油压来加大主动轮油压，加大的值为主动轮安全油压与其实际油压的差值，乘以主动轮受压面积与从动轮受压面积之比，然后再增加一个常量；

4)刹车踏板踩下时从动轮需要的最小油压，即当刹车开关激活时，根据从动轮转速查表得到最小油压作为从动轮需要的最小油压；

5)离合器结合时从动轮所需要的最小油压：根据离合器结合时充油速度快慢，查表得到最小油压值作为离合器结合时从动轮需要的最小油压；

6)车辆滑动时从动轮待增油压：将车轮状态进行划分为：正常行驶、车轮打滑、车轮抱死三种状态，根据车辆状态，确定待增油压的大小；

7)液力变矩器结合时从动轮待增油压，即根据液力变矩器反馈的控制电流查表得到；

8)根据多因素需要增加的从动轮油压，即每个考虑因素都会产生一个补偿油压，最后确定的补偿油压取其中最大值作为最终补偿油压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的待增油压具体为：

所述的车辆处于正常行驶状态时，设置待增油压为0bar；

所述的车辆处于车辆打滑状态时，设置待增油压为15bar；

所述的车辆处于车轮抱死状态时，设置待增油压为20bar。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的步骤8，具体包括：

a)速度差别(Slip)因素：将实际车速减去由从动轮转速转换来的车速得到的差值大于标定量，则以该差值查表得到对应的补偿油压，否则补偿油压设置为零；

b)颠簸道路因素：首先判断一个采样周期的车速变化值除以一个采样周期的时间，即车速的变化率，当变化率的绝对值大于速度标定量即认定颠簸，相应以标定量作为在道路颠簸时的补偿油压，否则补偿油压设置为零；

c)非驱动档位因素：当换挡操作杆的位置处在P或者N时，以PN标定量作为在P、N档时的补偿油压；否则P、N档时的补偿油压设置为零；

d)SBC因素：当SBC系统激活时，以SBC标定量作为SBC激活时的补偿油压；否则SBC激活时的补偿油压设置为零；

e)刹车因素：当刹车开关激活时，以刹车标定量作为刹车开关激活时的补偿油压；否则刹车开关激活时的补偿油压设置为零；

f)ABS因素：当ABS系统激活时，以ABS标定量作为ABS激活时的补偿油压；否则ABS激活时的补偿油压设置为零。

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