基于CVT的液力变矩器起步滑摩控制研究

张益超　江铭　谷城　刘志军　陆妍秋

摘 要：液力变矩器作为搭载无级变速器车型的重要动力传递部件。在分析当前液力变矩器控制策略基础上，增加一种新的适用于车辆起步时的液力变矩器滑摩状态;分析液力变矩器处于这种滑摩状态时的动力传递，在保护液力变矩器的基础上识别车辆起步工况并通过液压控制使液力变矩器进入起步滑摩状态。该控制策略开发过程遵守ASPICE流程规范以保证软件的开发质量，以TCU（变速器控制器）为载体在实车上完成验证。

关键词：液力变矩器控制 ASPICE开发流程 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

在無极变速器（CVT）中，液力变矩器作为核心部件之一，起了至关重要的作用。目前带锁止离合器的液力变矩器广泛应用在无级变速器（CVT）中。当车辆的速度较低时，液力变矩器中的锁止离合器打开，液力变矩器发挥起步增扭作用，保证车辆起步时的扭矩同时减小发动机状态波动带来的影响。当车辆达到一定速度时，通过压力控制锁止离合器锁止，此时动力传递处于刚性连接，提升了传动效率，提高了燃油经济性。因此，在保证动力性、油耗经济型与驾驶舒适性的前提下，带锁止离合器的液力变矩器的锁止过程控制方法研究成为重点。

本文从扩大液力变矩器锁止区间及节省能耗的目的出发，在保证车辆驾驶性、动力性的前提下，挖掘液力变矩器的硬件特性，通过起步滑摩功能降低液力变矩器的锁止车速。在车辆起步阶段控制液力变矩器处于滑摩状态，此时一部分扭矩通过液力传递，另一部分扭矩通过液力变矩器离合器摩擦片传递，达到在相同起步扭矩请求下降低发动机转速、提升车辆起步性能和驾驶舒适性的目的，对油耗经济性有一定贡献。

2 需求分析

在起步阶段液力变矩器进入起步滑摩状态，此时液力变矩器内的离合器摩擦片传递部分扭矩，以达到在相同驾驶员请求扭矩下降低发动机转速，进而降低能耗。在保护硬件不受损坏的前提下实现液力变矩器起步滑摩功能，需要考虑到以下条件：在变速器油温处于合适区间时允许进入起步滑摩功能，在变速器油温过高或者过低时立即退出起步滑摩功能，防止高温下摩擦片烧蚀及低温液力变矩器滑摩控制的抖动;在发动机扭矩处于合适区间时允许进入起步滑摩功能，在发动机扭矩过低或过高时不允许进入起步滑摩功能，防止扭矩过大导致摩擦片烧蚀;在大坡道时、液力变矩器输入轴与输出轴转速差过大是不允许进入起步滑摩功能，防止液力变矩器离合器摩擦片烧蚀;在合适的车速区间才进入起步滑摩功能，实现低速区域液力变矩器滑摩控制，高速区域液力变矩器锁止控制。同时对液力变矩器的工作全过程发热量进行监控，发热量过大时不进入起步滑摩功能以保护液力变矩器。

3 液力变矩器动力传递分析

3.1 液力变矩器的安装方式

当前绝大多数液力变矩器输入端（泵轮）与发动机飞轮通过螺栓联接，输出端（涡轮）与变速器联接，为保证输出轴与发动机飞轮的对中性，一般情况下采取涡轮靠近发动机、泵轮靠近变速器的反置安装方法。锁止离合器一端与泵轮联接，一端与涡轮连接。

3.2 液力变矩器动力传递分析

（1）液力变矩器处于打开时，扭矩全部通过液力进行传递，其动力传递方程如下：

（2）液力变矩器处于滑摩时，一部分扭矩由液力传递，另一部分扭矩由摩擦片传递，其动力传递方程如下：

（3）液力变矩器处于锁止时为刚性连接，其动力传递方程如下：

式中

Te为发动机输出扭矩信号（TCU从CAN总线接收）;

Tp为无级变速器中油泵扭矩（由TCU模块中计算得到）;

Jpmp为液力变矩器泵轮转动惯量（硬件特性参数）;

Jtrb为液力变矩器涡轮转动惯量（硬件特性参数）;

Jtc为液力变矩器转动惯量（硬件特性参数）;

e为发动机转速（TCU从CAN总线接收）;

Tpmp为液力变矩器泵轮输入扭矩;

Ttrb为涡轮输入扭矩;

Ttc为液力变矩器输出扭矩;

Tfric为液力变矩器离合器摩擦片传递扭矩;

Ktc为泵轮转矩系数（硬件特性参数）;

Krat为液力变矩器变矩比。

4 起步滑摩控制模型

根据需求分析、设计以下起步滑摩控制模型（流程图）

加入起步滑摩控制功能后，液力变矩器工作状态流程图如图1所示：

液力变矩器进入起步滑摩控制流程图如图2所示：

液力变矩器退出起步滑摩控制流程图如图3所示：

在进入与退出起步滑摩控制条件标定时，设置死区区间以防止液力变矩器状态跳变。模型搭建完成后并生成代码，待软件单元测试、软件集成测试、软件合格性测试、系统集成测试、系统合格性测试全部通过后进入实车测试。

5 实车测试

控制模型生成代码后烧写进TCU（变速器控制器）中，通过INCA测量标定工具在实车进行标定测试。

液力变矩器进入起步滑摩状态后，在充油阶段时间内给与一个较大数值油压使油缸快速充满;充油时间过后，根据起步滑摩过程中计算的摩擦片传递扭矩以及液力变矩器的扭矩容量进行压力标定;控制发动机与涡轮转速差值处于期望的区间内，并以发动机和涡轮转速差值作为偏差量进行压力反馈调节。经实车验证，

如图4所示，进入起步滑摩状态时刻，进行充油，充油时间0.5s，充油压力1.5bar，充油完成后压力随扭矩动态变化且发动机与涡轮转速差值在期望的区间内，整个过程车辆动力传递平顺、无冲击、無顿挫。

如图5所示，原液力变矩器控制方法会在车速15Km/h进入锁止，采用起步滑摩控制策略后，在0车速起步时即可实现液力变矩器进入起步滑摩状态且车辆起步平顺。

如图6（a）、图6（b）所示，采用起步滑摩控制时，在驾驶员请求扭矩相同的情况下发动机转速较未采用起步滑摩控制的发动机转速降低约200rpm，对油耗经济性有一定贡献。

6 结论

该起步滑摩控制策略实现了车辆起步工况下在驾驶员请求扭矩相同的情况下可有效降低发动机转速，对节省能耗有一定贡献，同时车辆起步动力性、驾驶舒适性不受影响。

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