大功率機械液壓無級變速器整車標定研究

摘要：通過對裝配有大功率機械液壓無級變速器的整車進行換擋數據采集及分析，發現在未標定換擋參數的前提下，車輛換擋平順性不好，整體駕駛體驗感較差。因此，通過在不同油液溫度節點下對離合器的預充油高度、KP壓力和預充油時間換擋參數進行標定，對比參數標定前、后離合器升擋和降擋時的變速器輸出軸轉速波動大小，發現經過修正不同油液溫度節點下的離合器參數，能夠迅速有效地提升換擋的平順性。

關鍵詞：機械液壓無級變速器；換擋參數；標定

變速器是車輛傳動系的核心部件，近年來，高端智能大功率傳動系的應用越來越廣泛。其中，機械液壓無級變速器作為大功率傳動系的幾種主流產品之一，能夠通過機械流和液壓流在雙行星排處進行功率耦合來實現無級變速，整體速比調控范圍更大、切換更穩定。

但由于此類變速器機械結構設計和軟件控制邏輯較為復雜，在進行機械擋位切換時，通過機械流和液壓流功率耦合所得的實際傳動比通常容易與實現無級變速的期望傳動比存在較大偏差，導致換擋時產生一定的沖擊。由于無級變速過程中輸出軸轉速會在短時間內發生劇烈變化，且上述的傳動比偏差也會帶來較大的沖擊振動，因此需要制定詳細的控制策略并采用合理的標定方法來降低機械擋位換擋時的沖擊，從而提升整車換擋的平順性及駕駛體驗。

何亞楠等[1]通過P2C跟隨性測試、KP壓力測試和充油測試等進行離合器專項標定可以有效地降低換擋沖擊。其中，充油測試過程中，發動機轉速和油液溫度[2，3]將直接影響離合器結合過程。同時，在整車標定測試時，考慮到大功率機械液壓無級變速器在初始工作時和重載工作一段時間后，油液溫度會發生較大變化，對換擋平順性也有較大的影響，即單一參數控制可能導致離合器過充或欠充現象[4]，故還需要對離合器預控制階段充油時間和壓力進行精準控制[5]。因此，本文將通過對離合器預充油溫度、KP壓力和預充油時間等換擋參數在不同油液溫度節點下進行標定，來提升整車換擋的平順性。

換擋數據采集

通過整車OBD線束，使上位機中的ATI標定軟件與整車TCU通信，采集整車未標定前的換擋數據，后續將通過對比變速器輸出軸轉速的波動大小作為評價換擋平順性的考核指標。整車所采集的數據主要包括：換擋控制時序、靜液壓單元控制曲線、各機械擋位壓力曲線和各轉速傳感器轉速曲線。

換擋控制時序如圖1所示。換擋時序LV1為整體換擋進程，描述擋位切換的順序，而換擋時序LV2為細節補充，描述離合器充油過程和放油過程。

靜液壓單元控制曲線如圖2所示，由靜壓單元請求速比1、靜壓單元請求速比2、靜壓單元實際速比、靜壓單元速比變化率1、靜壓單元速比變化率2、主箱請求速比、主箱實際速比和主箱速比變化率幾部分組成。整車電控系統會根據駕駛人意圖，不斷地調整靜液壓單元和主箱的速比以及速比的變化率，以此來協調各機械擋位的換擋時機。

車輛各擋位壓力曲線如圖3所示，所在工況經過3次擋位切換，即1擋－2擋－1擋－H擋。

車輛各轉速傳感器轉速曲線如圖4所示，由輸入軸轉速、太陽輪轉速、齒圈轉速、行星架轉速和輸出軸轉速幾部分組成。整車通過設定車速的不斷變化，當速比達到擋位切換時機時自動進行機械擋位換擋。從轉速曲線中可以看出，在機械擋位切換過程中，輸出軸轉速波動較大，致使整車換擋時的平順性不好。

換擋參數標定

大功率機械液壓無級變速器中的離合器為濕式離合器，通過充油控制邏輯可以實現離合器的閉合與打開。離合器充油控制曲線如圖5所示，其中，1段表示離合器預充油高度，2段表示離合器KP壓力，3段表示預充油時間，4段表示離合器充油準備總時間。通過對H擋離合器（齒圈離合器）、1擋離合器和2擋離合器，分別在5個溫度節點下進行離合器預充油高度、KP壓力和預充油時間進行標定，最后將離合器預充油高度、KP壓力、預充油時間標定參數以及油液溫度都存儲在EEPROM的標定部分。

通過對離合器換擋參數多次標定，得出各參數隨油液溫度變化的數據曲線。其中，離合器預充油高度隨油液溫度變化曲線如圖6所示。由圖可見，各離合器在不同溫度下的預充油高度有所不同，數值隨著油液溫度的升高而降低，在80℃時，預充油高度為0bar（1bar=105Pa）。

離合器KP壓力隨油液溫度變化曲線如圖7所示。由圖可見，各離合器在不同溫度下的KP壓力有所不同，但整體趨勢變化不大。

離合器預充油時間隨油液溫度變化曲線如圖8所示。由圖可見，各離合器在不同溫度下的預充油時間有所不同，數值隨著油液溫度的升高而降低，在80℃時，預充油時間為0s。同時，上述參數在其他溫度點下的數值可以通過線性插值計算得到。

結果與分析

本文通過對比整車標定前、后的換擋數據，并結合變速器的輸出軸轉速波動大小來進行換擋平順性的評價。

對比分析H擋和1擋之間的升擋和降擋數據（見圖9a），發現換擋參數未標定前的H擋升1擋時輸出軸轉速波動較為明顯。標定換擋參數后，發現輸出軸轉速波動較小，有明顯改善（見圖9b）。

同時，換擋參數未標定前的1擋降H擋時輸出軸轉速有波動（見圖10a），如圖11所示。標定換擋參數后，如圖12所示，輸出軸轉速波動較小，平順性有改善（見圖10b）。

對比分析1擋和2擋之間的升擋和降擋數據。換擋參數未標定前的1擋升2擋時輸出軸轉速有波動，如圖11a所示，而標定換擋參數后，輸出軸轉速波動較小，如圖11b所示，平順性有改善。

同樣，換擋參數未標定前的2擋降1擋時輸出軸轉速有波動（見圖12a），而標定換擋參數后，輸出軸轉速波動較小，平順性有改善（見圖12b）。

結語

本文通過反復標定大功率機械液壓無級變速離合器的預充油高度、預充油時間和KP點壓力換擋參數來改善換擋的平順性。結果表明，在標定換擋參數后，整車換擋沖擊明顯降低，駕駛體驗顯著提高，后續還會不斷優化控制軟件功能并標定其他相關參數，以進一步滿足整車控制需求，不斷提升整車換擋平順性。

參考文獻：

[1] 何亞楠，郝海洋，馮浩成，等. AT混動變速箱臺架標定研究. 重型汽車，2022（4）：16-17.

[2] 李春芾，席軍強，劉春穎. 多片濕式離合器快充油過程影響因素分析與控制. 中國機械工程，2019，30（5）：513-518.

[3] 關萬俊，馬彪，陳漫，等. 油液溫度對濕式離合器充油特性的影響研究. 液壓與氣動，2015（2）：17-19.

[4] 孫曉鵬，王國棟，劉中秀，等. 基于機械液壓無級變速器濕式離合器欠充油智能識別及修正方法研究. 內燃機與配件，2023（10）：53-55.

[5] 王永，王建華，付田志，等. 一種拖拉機濕式離合器預控制及離合器自動標定策略研究. 拖拉機與農用運輸車. 2023，50（6）：23-28.