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机械式自动变速器换挡过程标定系统设计

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.设计.计算・研究・ 机械式自动变速器换挡过程标定系统设计★ 孙 鲁1 吴光强1,2王雷雷 温东生 (1.同济大学;2.东京大学) 【摘要】分析了某款液力机械式自动变速器液压系统的工作原理及其电磁阀特性,设计制作了变速器电控单元 (TCU),制定上下位机CAN通信协议,编写下位机flash控制代码,开发了基于LabVIEW的标定系统上位机软件,并 以15%油门开度下1挡升2挡标定为例进行了实车试验。结果表明,该变速器换挡最大冲击度降到了8.34 ngs,相 对标定前降低了约63%.从而验证了标定系统的正确性。 主题词:自动变速器换挡品质标定系统设计 中图分类号:U463.212文献标识码:A文章编号:1000—3703(2012)05—0005—04 Design of Calibration System for AMT Shifting Process Sun Lu ,Wu Guangqiang ,Wang Leilei ,Wen Dongsheng (1.Tongji University;2.Tokyo University) 【Abstract]Operating principle and its solenoid valve characteristic of a hydraulic AMT hydraulic system are analyzed,and a TCU iS designed.Then,based on the communication protocol of CAN,a flash operation code of the lower computer is made and an upper computer calibration program is edited in LabVIEW.Finally,an onboard test is conducted to 1-2 shifting with 15%throttle opening.The test results show that the maximum shifting impact strength of this transmission drops to 8.34m/s,approx.63%lower than that before calibration,thus proving correctness of the calibration system. Key words:Automatic transmission,Shifting quality,Calibration system,Design 1 前言 变速器换挡过程标定系统。 换挡过程控制是自动变速器的关键技术.它要 2自动变速器液压系统分析 求换挡迅速、平稳、无冲击。在液力机械式自动变 该变速器的液压系统油路如图1所示.主油路油 速器中.电磁阀工作频率约300 Hz.所以微小的 压由主油压调节阀和主油路安全阀控制.液压油经过 控制误差也会导致明显的换挡冲击_l 1为了实现 换挡杆后流向比例电磁阀和开关电磁阀.比例电磁阀 对换挡过程的精确控制,满足动力性、经济性和换 对最后控制换挡制动器和换挡离合器的油压进行精确 挡平顺性的要求.必须对变速器电磁阀控制电流 调节。而开关电磁阀则控制换向阀的工作位置.决定 进行精确的实车在线匹配标定.以确定各项控制 各个换挡离合器和换挡制动器的充放油『3一 参数。传统的标定系统往往无法有效监控软件的 执行状况并对反馈信息进行协同处理来定位关键 参数。所以标定时常带有较大的盲目性.且操作繁 琐,效率低下。为提高标定效率.可在不停车情况 下通过具有良好人机交互界面的上位机实时监控 车辆状态.并对换挡过程中开关电磁阀的动作时 动器 序、比例电磁阀工作电流变化规律等参数进行在 合器 线修正。本文以某5速AT作为研究对象.开发自动 图1液压油路示意 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51175379) 2012年第5期 一5一 ・设计.计算.研究. 开关电磁阀的动态特性是指电磁阀由开启到闭 滤波,C2、R2和R3构成RC滤波电路。 合或者由闭合到开启所需要的响应时间.图2为试 验测得的开关电磁阀动态响应特性曲线。从图中可 3标定系统软硬件设计 以看出,开关电磁阀由闭合到开启的时间约为2.5 所设计的标定系统结构如图5所示 由于CAN ms,由开启到闭合的时间约为2.8 ms。 总线通讯具有良好的实时性、稳定性和通用性.故采 用高速USB—CAN卡作为上位机和TCU间的通讯 1 0 O 0 0 O 8 6 4 2 0 设备,使上位机成为CAN网络上的一个节点与 H TCU进行实时通讯 将修改后的电磁阀目标电流信 屡 桓 号通过CAN总线传输至TCU.TCU在接收到信号 脚 后修改相应寄存器数值 同时上位机还接受其他节 o 5 lo l5 2U 25 3U 点的信号,如油门开度、车速等信号,从而高效、实时 时间/ms 地监控车辆的运行状态 图2开关电磁阀动态响应特性 E位机 试验车辆 比例电磁阀的工作电流通过调节PWM信号的 占空比来控制.如图3为当主油路油压为1 MPa时 测得的比例电磁阀输出油压与其工作电流间关系 从图中可知.在正常工作区域.该变速器中比例电磁 阀输出油压与其工作电流近似成线性关系 1 日兰0 百0 曩0 CAN卡TCU 委o 图5标定系统结构 0 0.5 l_0 1.5 2.O 2.5 3.0 3,1 TCU硬件设计 工作电流,A 图3 比例电磁阀工作特性曲线 TCU系统的整体结构如图6所示。 比例电磁阀驱动电路原理如图4所示.比例电 电源l V GN OU1D 圆 匦I/0 0 0uT0 DEN0U IS输出轴转速 L— 匦 。sE 。 IN1 NC oOUuTT: 采样电骝阻  lJ 图4驱动电路原理 为了得到比例电磁阀的工作电流.在比例电磁 图6 TCU系统结构 阀和地之间串联一个值为0.11)采样电阻.该电阻 TCU由最小系统模块、微控制器、输入信号调理模 远小于比例电磁阀电阻 因为比例电磁阀与采样电 块、模拟信号滤波模块、CAN通信模块和电磁阀驱动模 阻串联.且采样电阻的阻值几乎不受温度等外界因 块组成园。图7是在实车上装备的自主设计的TCU。 素的影响.所以,对电磁阀工作电流的研究可以转化 为对采样电阻两端电压的研究。但由于采样电阻两 端电压较小.不能由微处理器模拟采样口直接处理, 故本文采用固定增益为20倍的差分放大器 AD8200对其进行放大.同时为了降低高频噪声的 干扰.设计低通滤波电路。AD8200和C1构成1阶 图7实车试验中的TCU ——6—— 汽车技术 .设计・计算・研究・ 标定程序的操作系统主要有2个模块,分别为 电磁阀标定模块和加速度模块。在电磁阀标定模块 3.2标定系统上、下位机软件设计 标定系统上、下位机程序结构分别如图8和图9 所示。 开始 初始化设备==[二== l ll  ———广—一启动设备 l  ll  否 ———j—垄 一 初始化变量 l竺堕重茎堑塞塑兰墼l 亟壅匦囹] < T 西再 1 忘 l是 — 数据校验 l]< 至多  、墨 < ≥ 互逮 巫画-通知Tcu修改内部参数l- f  ● <至垂》> 臣 开始 检测CAN网络中上位机发给TCU的指 i墨 根据CAN协议对接收到的信号进行解码 将解码后的信号发到接收数组中 否 i墨 将接收到的数据发回上位机 否 到参数修改指令! 将接收数组中数据写入F1ash中指定位置 将写入F1ash中的数据与接收数组中数据校验 I是 l 通知E位杌修改成功I l 返回 图9下位机程序结构 2012年第5期 中.显示开关电磁阀的动作时序和比例电磁阀的目 标电流:在加速度模块中,可实时显示整车纵向加速 度信号和采样电阻电压信号,并将采样电阻电压信 号转换为电磁阀的电流进行存储。 系统有良好的人机交互界面.通过加速度信号 可直观地显示换挡冲击产生的时刻。由此便可迅速 定位电磁阀标定模块中产生冲击的电磁阀相应位 置.然后只须使用十字游标点击目标点,拖动相应的 圆点即可直接修改下位机的比例电磁阀目标电流和 发动机限扭参数。从数据采集、数据定位、数据修改、 数据保存到进行下一次测试平均只需要15~20 s.而 且是在不停车的条件下进行 此外.系统使用了 LabVIEW的Report Generation Toolkit模块自动生成 试验报表,使得标定效率进一步得到提高。 4实车试验 试验以车辆在15%油门开度、平直柏油路面下 的1升2挡为例.对换挡过程进行实车在线标定。 图10为车辆标定前的一次1升2挡中SLU 阀、SLT阀和SLS阀的电流信号和整车纵向加速 度信号。从图中可知,该次1升2挡中最大冲击度 为22.59 m/s,.且冲击出现在换挡过程前半段 由换 挡过程分析可知.造成该次冲击的主要原因是变速 器制动器接合过早 SLU阀控制1升2挡中制动器 的减压调节阀.而减压调节阀控制输出油压与SLU 阀工作电流成反比.所以冲击是由于SLU阀工作 电流过小而导致的。SLS阀控制换挡支路的油压. 且SLS阀的油压与工作电流成反比.所以可以认为 预充油阶段SLS阀的工作电流较小造成制动器接 合过快。因此。应适当提高换挡前阶段SLU阀的工 作电流以降低制动器的结合油压.适当提高SLS阀 在制动器预充油阶段的工作电流以降低制动器的预 充油油压 1 京1 0 113.6 114.O 114.4 114.8 115_2 1l5.6 时间/s fa)SLU阀 1.5 O 时间/s (b)S 阀 ——1—— ・设计.计算.研究. ≤ 堪 锄 时间/s (C)SLS阀 越 景 时间/s (d)JJll速度 图l0标定前1升2挡实车试验数据 建立控制参数和换挡品质问的Map图以进行 定量综合分析, 、y坐标分别对应标定系统控制点 横坐标(时间)和纵坐标(比例电磁阀占空比)相对于 原始控制参数的调整量.Z坐标为控制参数对应的 最大冲击度,将该最大冲击度作为换挡品质评价指 标 为提高效率.标定初期先整体调整关键点的参 数,后期再对单个控制点进行微调 故先选取冲击 点对应的SLU阀位置的3个关键点(图11)进行整 体标定.即在标定界面整体选中3点上下左右移动 以调整控制参数 图11整体调整的3个关键点 时间、占空比的调整范围分别为『一5ms,+5mslY[一 5%,+5 ,调整步长分别为lms和l%。将对应的加速 度信号进行低通滤波消除高频噪声干扰【q.然后求导 得到冲击度并取绝对值.选出最大冲击度.作为该参 数下换挡品质评价指标.汇总121组试验数据并插 值后得到图12 相 最小冲 (一I,3, 点 .87) (0,0,22.59) 图12参数调整量与冲击度间的关系 分析结果表明,原先定性分析的结果是正确的, 一8一 应该适当增加SLU阀的控制量。而定量分析精确地找 出了最优控制点,且得知调整后冲击度降低了约52% 同理,对SLS阀进行标定,并对个别点进行微调 经过多次测试标定,最后得到了最优调整参数. 为进一步降低换挡冲击在冲击区域加人了发动机限 扭信号。 采用最优控制参数得到的实车试验数据如图13 所示。从图中可知.变速器换挡最大冲击度为8.34m/s3. 德国的冲击度推荐值为不超过10m/s3.我国的冲击度 推荐值为不超过17.63m/s3tTl。所以本文中对15%油门、 1升2挡的变速器标定过程是符合标准的 1 鄯 92.0 92.4 92.8 93.2 93.6 94.O 时间,s (a)SLU阀 1.5 0 92.4 92.8 93.2 93.6 94.0 时间/s fb)SLT阀 姨 脚 时间/s (c)SIS阀 薯 暑 92.O 92.4 92.8 93.2 93.6 94.0 时间/s fd)JJIl速度 图13标定后1升2挡实车试验数据 5结束语 分析了液压系统的结构和电磁阀工作特性,进 而设计了标定系统软硬件的各个模块.制定了上、下 位机通信协议.最后在实车试验中建立换挡品质和 控制参数之间的Map图进行综合调整分析。经过标 定,1—2挡、15%油门开度的最大冲击度降到了 8.34m/s .相对标定前降低了约63%,并达到了相应 的国家标准、国际标准,从而验证了这套系统的有效 性和高效性。此外。该标定系统可以作为一个开发 平台.逐步完善集成其他功能.如驾驶环境模拟、智 能换挡测试等 汽车技术 .设计.计算.研究・ 汽车乘员约束系统快速求解与评价程序开发应用 ★ 安月 张君媛 张忠元 万薇薇 (吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室) 【摘要】针对汽车乘员约束系统参数匹配与优化设计仿真分析过程中需要多次手动修改计算模型源文件和处理 计算结果文件等影响分析效率的问题.应用DELPHI程序设计平台和FORTRAN语句开发了针对MADYMO软件的 自动循环求解程序和基于C—NCAP正面碰撞试验规程的计算结果快速评价程序模块。通过使用该两款程序进行某 A级轿车乘员约束系统参数的优化设计.证明了两个程序模块的有效性和实用性。 主题词:乘员约束系统程序开发参数优化MADYM0 中图分类号:U461.91文献标识码:A文章编号:1000—3703(2012)05—0009—04 Development and Application of Vehicle Occupant Restraint System Rapid Solving and Rating Procedure An Yue,Zhang Junyuan,Zhang Zhongyuan,Wan Weiwei (State Key Laboratory of Automobile Simulation and Control,Jilin University) 【Abstract]In the process of parameter match。and optimization design simulation and analysis for vehicle occupant restraint system,analysis efficiency is affected negatively by modifying simulation model repeatedly and processing computed resuh files manually,to solve this problem,Auto-run procedure which is related to MADYMO and rapid—rating procedure which is based on C-NCAP management regulation are developed with DELPHI procedure design platform and FORTRAN.The paper uses Auto—run procedure and rapid—rating procedure in the process of the parameters optimization of the A-class vehicle occupant restraint system,which proves that two procedures are effective and practica1. Key words:Vehicle occupant restraint system,Procedure development,Parameter optimization。MADYM0 1前言 动能从而降低乘员伤害 汽车乘员约束系统参数匹 配与优化设计时使用CAE仿真分析技术.可避免反 汽车乘员约束系统由多个子系统部件构成.一 复物理试验I1卅 般包含安全带、安全气囊、吸能式转向柱、座椅、护膝 目前.在汽车碰撞中进行乘员响应和约束系统仿 板等.其主要作用是在汽车发生碰撞时减小乘员因 真分析应用最广泛的是MADYMO软件 MADYMO 惯性产生的与车体的相对运动.避免乘员与车内部 软件由荷兰TNO道路设计车辆研究院开发.同时提 件发生碰撞.并通过约束系统自身变形来吸收乘员 供多体模型及有限元模型 多体模型用于模拟整体响 {基金项目:国家自然基金(51075180);教育部博士点基金项目(2010006111oo82)。 参 考 文 献 5濮阳煌,吴光强,黄蒙.王雷雷.自动变速器主从结构电控单 1 黄宗益.现代轿车自动变速器原理和设计.上海:同济大学 元设计.汽车科技.201 1.1:66 69. 出版社.2006. 6金辉.李磊.陈慧岩.汽车纵向加速度滤波算法.北京理工 2 Sun W T。Chen H Y.Research on Control Strategy of Shift— 大学学报,2009,29(1):14~17,22. ing Progress.SAE Paper 2008—01~1684.2008. 7王天华,毛恩荣,朱忠祥,宋正河,谢斌.拖拉机机械式 3张崇信.沃尔沃55—51SN自动变速器油路分析f一1.汽车维 自动变速器动力性换挡试验.农业机械学报.2009.40 修技师,2009,(5):45~46. (1):5~8. 4张崇信.沃尔沃55—51SN自动变速器油路分析(二).汽车维 (责任编辑学林) 修技师,2009,(6):42~43. 修改稿收到日期为2012年5月3 13。 2012年第5期 一9一 

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