基于dSPACE的液力机械式自动变速器电磁阀控制方法研究.pdf

设计开发 基于 d S P A C E的液力机械式 自动变速器 电磁 阀控制方法研究 蔡文文鞠妍庞学文 中国第一汽车股份有限公司技术 中心 【 摘要】 为了研究液力机械式 自 动变速器换挡时电磁阀的控制特性， 实现对离合器油压的控制， 以某液力机械式自动 变速器试验台架为基础， 利用d S P A C E 快速原型平 台， 采用试验方法获得了电磁阀的电流压力特性， 并利用电磁 阀电流闭 环控制实现了对离合器压力的控制。试验结果表明， 该方法可以实现电磁阀实际电流对 目标电流 的快速准确跟随， 有效 控制离合器油压， 为下一步液力机械式 自动变速器换挡控制创造基础条件 。 主题词 液力机械式自动变速器 电磁 阀控制 d S P A CE 快速原型 中图分类号 U 4 6 3 ． 2 1 2 文献标识码 A文章编号 1 0 0 0 3 7 0 3 2 0 1 5 0 1 0 0 1 8 0 3 S t u d y o f S o l e n o i d Va l v e Co n t r o l M e t h o d f o r Hy d r a u l i c Au t o ma t i c M e c ha ni c a l Tr a ns m i s s i o n ba s e d o n dSPACE C a i We n we n ， J u Ya n ， P a n g Xu e we n C h i n a F A W C o ． ， L t d R D C e n t e r 【 Ab s t r a c t 】 I n o r d e r t o s t u d y t h e c o n t r o l c h a r a c t e r i s t i c s o f s o l e n o i d v a l v e w h e n t h e h y d r a u l i c a u t o ma t i c m e c h a n i c a l t r a n s mi s s i o n i n s h i ft p r o g r e s s a n d c o n t r o l t h e o i l p r e s s u r e o f t h e c l u t c h e f f e c t i v e l y ，we a c q u i r e t h e c u r r e n t p r e s s u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s o l e n o i d v a l v e wi t h e x p e r i me n t a l me t h o d b a s e d o n t h e t e s t b e n c h o f t h i s t r a n s mi s s i o n a n d b y u s i n g t h e r a p i d p r o t o t y p i n g p l a t f o r m o f d S P ACE ，a n d t h e n t h e c l u t c h p r e s s u r e i s c o n t r o l l e d b y u s i n g c u r r e n t c l o s e d l o o p c o n t r o l l e r ．T e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h i s me t h o d e n a b l e s t h e a c t u a l c u rre n t f o l l o w t h e t a r g e t c u r r e n t o f t h e s o l e n o i d v a l v e r a pi dl y a nd a c c ur a t e l y t o c o nt r o l t he o i l p r e s s o f t h e c l u t c h e f f e c t i v e l y，whi c h c r e a t e s t he b a s i c c o nd i t i o n s f o r s h i f t c o n t r o l o f t h e hy d r a ul i c a u t o ma t i c me c ha n i c a l t r a n s mi s s i o n． Ke y wor ds Hy dr a ul i c a ut o m a t i c m e c ha ni c al t r a ns m i s s i on，So l e no i d va l v e c on t r o l ，dSPACE， Ra pi d pr o t ot y pi ng l 液力机械式 自动变速器简介 液力机 械式 自动变 速器n 主要 由液 力变矩 器 、 行 星齿 轮变 速器 、 液 压控 制 系统 3 部 分组 成 ， 基本 结 构 如图1 所示 。液压控制系统对行星齿轮变速器进行 换 挡 操 纵与 换 挡 品质 控制 ， 同时对 液力 变矩 器 进行 闭锁和打滑控制 ， 使变速器 自动变矩和变速， 提高车 辆 的起 步性 能和通 过性 ， 并有 效减 少换 挡冲击 ， 降 低 传 动 系统 的动载荷 。 一 1 8 图 1 液力机械式 自动变速器基本结构 电磁阀 ， 是液压控制系统 的关键控制元件 ， 主 要依靠控制电磁铁的通、 断电来改变阀孔开闭状态， 进 而改 变油 液流量 和压 力来控 制离 合器 的分 离和结 合 ， 达到起步和换挡 目的。高频电磁阀控制主要通 过改变 P WM波的 占空 比和控制频率来改变加在电 磁 阀两 端 的电压 ， 进而改 变 阀孔 大小 来调 节油量 ， 同 时对 电磁 阀施加 小 幅 的颤 振信 号 ， 使 电磁 阀 阀芯始 终 处于运 动状态 ， 改善其 响应速度 ， 减小 滞后一 1 。 M i c r o A u t o b o x R a p i d P r o 是德 国 d S P A C D t 公 司提 供的基于 MA T L A B ／ s i m u l i n k 【7 ’ 。 控制系统 的实时环境 开发 和测试 平 台 ， 其作 为控 制算法 的硬件 运行 环境 ， 将控制算法和控制对象连接起来 ， 可以快速高效地 完成对控制系统的设计 、 仿真和测试 ， 从而达到缩短 开发周期和降低开发费用的作用 。 汽车技术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计开发 本文以液力机械式 自动变速器为控制对象 ， 在 d S P A C E快 速原 型 和 M a t l a b ／ S i m u l i n k 相结 合 的试 验平 台 上 ， 研 究 高 速 电 磁 阀 的 控 制 特 性 ， 主 要 包 括 d S P A C E快 速 原 型 的建立 和 电磁 阀电流 压 力 控 制两 部分 内容 。 2 基于d S P AC E快速原型平台的建立 本 文 采 用 快 速 原 型 系 统 Mi c r o A u t o b o x和 R a p i d P r o 。 M i c r o A u t o b o x相 当 于 一 个 微 控 制 器 ， R a p i d P r o 是信 号调 理与功 率驱动 单元 ， 可 以实时采 集 控制 对象 的各种 有用 信号 ， 如 发动机 转速 、 电磁 阀电 流和离合器油压等信号 ； 也可以输出控制信号 ， 如对 电磁 阀 的占空 比和频 率控 制信号 。 如 图 2所示 ， 利用 Ma t l a b ／ S i mu l i n k建立 电磁 阀控 制模 型 ， 根据快 速原 型硬 件信 息配 置代码 生成 菜单 ， 确认 无误 后 编译 生成 目标 代 码经 C o n t r o l D e s k 软件 将 代码 下 载 到 Mi c r o A u t o b o x 上 ， R a p i d P r o 实 时 采集 电磁 阀的电流信 号并将 电流信号传送 给 Mi c r o A u t o b o x ， M i c r o A u t o b o x 根 据 电流 信 号计 算 出 P WM波 占空 比和 频率信号 ， 通过 R a p i d P r o 实现对 电磁阀的控制 。试 验 台架 动 力 源采 用 A B B电机 ， 试验 对象 为 液 力机 械 式 自动变 速器 。 图 2 d S P A C E快速 原 型结构 框 图 3 基于d S P A C E快速原型的电磁 阀控制研究 试 验 平 台建好 后 ， 将 电磁 阀 和油 压传 感 器 信号 线 分 别 连 接 到 R a p i d P r o 低 端 驱 动 P s L S D 6 ／ 1 模 块 的 通 道 1 、 通 道 2 、 通 道 3 和 S C A I 1 0 ／ 1 模块 的通道 1 、 通 道 2 、 通道 3 。电磁 阀特 性 如下 常 开 电磁 阀 ， 主频率 2 0 k H z ， 颤振信号幅值 0 ． 0 4 A。 3 ． 1 多通 道 高频 电磁 阀 电流 采集 在 Ma t l a b ／ S i m u l i n k中搭 建 控 制 模 型 ， P S L S D模 块将控制模块计算得 出的P WM占空 比和频率信号 2 0 1 5 年第 1 期 输出到电磁阀信号端 ， 实现对电磁阀的控制。 对电磁阀进行开环控制 ， 占空比为2 5％， 控制频 率为 2 0 k H z ， 利用 C o n t r o l D e s k 模块 采集 到的电流如 图 3 所示 。由图3 可知 ， C o n t r o l D e s k 采集到的电流信号 出现 0 ． 4 A的周期 性振 动 ， 电流失真 。产 生这 种错误 的主要原因是电磁阀电流采样频率低于驱动频率。 7 ． 7 ． 4 7． 5 7 ． 6 7．7 7 ． 7．9 8 ． 0 8 ． 1 8 ．2 时 间／ s 图3 s i n g l e 模式下采集到的电流曲线 重新 设 置 电流 采集 模 块 。R a p i d P r o 对 电流 的采 集方式分 为 s i n g l e 模式 和 b u r s t 模 式 2 种 ， s i n g l e 模 式下 采样频率和模型运行周期一致 ； b u r s t 模式可在一次 运行 周期 进 行 多次 采样 ， 典 型值 为 4 u s 的 间隔 采样 ， 连续进行 6 4 或 1 2 8 次采样 ， 这种方式下采集的电流 相对 更准 确 。为 此 ， 采用 b u r s t 模式 ， 在一 次运行周期 连续 进行 6 4 次采样 ， 并 对采集 到 的电流 取平均值 ， 修 改模型后利用 C o n t r o I D e s k 采集到 的波形如 图4 所示 。 1 4 0 0 1 3 9 5 1 3 9 0 1 3 8 5 1 3 8 0 菩 1 3 7 5 1 3 7 0 1 3 6 5 1 3 6 0 1 3 5 5 5 ． 6 9 5．7 0 5．71 5 ． 7 2 5 ． 7 3 5 ． 7 4 时间／ s 图4 b u r s t 模式下采集到的电流曲线 由采 集 到 的 电 流 信 号 可 知 ， 在 b u r s t 模 式 下 ， R a p i d P r o 可以正 确采 集 到电磁 阀的电流 。 3 ． 2电磁 阀电流一 压力特 性 液力机械式 自动变速器离合器液压控制系统结 构 原理 图 如 图 5 所示 。通 过 控制 电磁 阀 的 占空 比 调节 输 出端 压 力 ， 然 后经 压 力 调节 阀 输 出到离 合 器 活塞上 ， 推动离合器活塞前进 ， 压紧摩擦片使离合器 接合 。由离合器液压系统工作过程可知 ， 加在离合 器摩 擦 片上 的压力 与 电磁 阀 占空 比有关 ， 占空 比 的 一 】 9 0 O O 0 O O 0 0 O 0 舳 ∞ ∞ 抑 ∞ ∞ 印 加 Ⅲ／ 脚 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计开 发 大小直接影响离合器两端 的压力大小。 比例 电磁 阀 压力调节 阀 离合器摩擦片 ⋯‘ ⋯’ 一一 离合器液压缸 图 5 离合器液压控制系统结构原理 图 为 获得 电磁 阀 的电 流压 力特 性 ， 在试 验 台架 上 做 以下试验 确认控制程序在空挡位置 ， 主油路油压 稳 定 在 2 ． 1 M P a ， 手 动调 节 电磁 阀 占空 比 ， 使 占空 比 由0 逐渐上升到 1 ， 步长为0 ． 1 ， 再 由 1 逐步下降到 0 ， 电流 和压 力数 据 ， 多 次试 验后取 平 均值 ， 获 得表 1 的 电磁 阀 占空 比一 电流 一 压 力数 据 。图 5和图 7为 电磁 阀占空 比一 压力 特性和 电磁 阀电流一 压力特性 。 1 8 1 6 1 _4 ∞ 1 2 室 1 ．0 o ． 8 0 6 0 4 O 2 0 0 0 ． 1 O．2 0 _ 3 0 ．4 0．5 0．5 0．7 0 ． 8 0 ． 9 1 ． O 占空 比 利 用 C o n t r o l D e s k 软 件记 录 电磁 阀在不 同 占空 比下 的 图5 电磁阀占空比一 压力特性 ． 表 1 电磁 阀占空比一 电流一 压 力数据 占空比 O 0 ． 1 O ． 2 0 ． 3 0 ． 4 O ． 5 0 ．6 0 ． 7 0 ． 8 O ． 9 1 电流， A 2 ． 9 2 ． 4 2 ． 1 l _ 8 1 ． 6 1 _ 3 1 0 ． 8 O ． 6 0 ．4 0 占空 比上升时 0 ．0 2 O ． O 3 0 ． 0 4 0 ． 0 4 0 ． 0 4 0 ． 1 6 0 _ 3 7 0 ． 5 9 1 ． 2 6 1 ． 5 7 1 ． 7 3 压力／ M P a 占空比下降时 0 ．0 1 0 ．0 1 0 ．0 1 0 ． 0 2 0 ． 0 4 0 ． 1 2 0 _ 3 2 0 ． 6 1 l - 3 1 1 ． 7 l 1 ． 7 4 图 7电磁 阀电流一 压力 特性 由电磁 阀 占空 比一 压力 和 电流一 压 力特性 曲线 可 知 ， 电流 和压 力 关 系存 在 死 区 ， 在 电 流大 于 1 ． 5 A时 出 口压 力 基本 未 发生 变化 ， 接 近 为 0 ； 在 电流 O ．4 ～ 1 ． 5 A范 围内 ， 压力 与 电流 近似为 比例关 系。 3 ． 3电磁 阀电流压 力控 制 根据 电 磁 阀 电流压 力 特性 ， 在 试验 台架 上 对 电 磁 阀进行 闭环控 制 ， 目标 电流如 图 8 a 中虚线所 示 ， 对 应 离合器 接合 4 个 阶段 快速 充油 、 充油 补偿 、 斜率控 制 、 同步接合 ； 实线 为 电磁 阀实际 电流 ； 图 8 b 为离 合 器 油 压 。 由试 验结 果 可知 ， 电磁 阀实 际 电流可 以很 好 的跟 踪 目标 电流 ， 离合 器 油压 在 电磁 阀可调 范 围 内可控 ， 为下 一步变速 器换挡 提供 了试 验基础 。 一 2 0 2 ．4 6 2 ． 4 8 2 ． 5 0 2 ． 5 2 2 ．5 4 2 ． 5 6 2．5 8 2 ． 6 0 2 ． 6 2 2 ． 6 4 2 ． 6 6 2 ． 6 8 时间， s a 电流控 制 1 ．5 董 1 ．0 1 j 题 0．5 O 2 ．4 6 2 ． 4 8 2．5 0 2 ． 5 2 2． 5 4 2 ． 5 6 2． 5 8 2 ． 6 0 2 ． 6 2 2 ． 6 4 2．6 6 2 ． 6 8 时间／ s b 油 压 图8 电磁阀电流压力实验曲线 4 结束语 本 文 以液 力机 械 式 自动 变速 器试 验 台架 为 基 础 ， 利用 d S P A C E快 速 原 型 建立 电 磁 阀 控 制试 验 平 台 ， 主要解决 了高频 电磁 阀电流采集 失真 问题 ； 根 据 试 验 结 果建 立起 电磁 阀 电流压 力 特性 ， 最后 利 用 电 磁 阀闭环控 制实 现 了对 离合 器压力 的控 制 。试验 结 果表 明 ， d S P A C E快 速原 型平 台可 以在项 目开 发初 期 下转第2 6页 汽车技术 ▲ T l ●● ■■■■l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 开发 表 4 车身弯曲刚度计算 结果 方案号 门槛最大变形平均值／ m m 弯曲刚度／ 5 ／ m m 1 0 ． 3 02 6 l 3 2l 9 2 O ． 28 O 4 1 4 2 68 3 0 ． 28 0 2 1 4 2 7 3 4 O-28 O6 1 4 2 5 5 5 0．28 0 5 1 4 2 6 0 6 0．28 0 7 1 4 2 5 0 7 0．28 O 5 1 4 2 6 0 6结束 语 a ． 用 P MM A玻璃替 代无 机 夹层 玻璃 时 ， 车身 扭转刚度略有降低 ， 但相对于 白车身增加 了3 0 ％以 上 ， 可 以满足车身扭转刚度对风挡玻璃 的要求 ； 车 身 局 部 刚度 分 布变 化 不 大 ； 门框对 角 线变 形量 变化 不大 ， 窗框对角线变形量略有增加 ， 但未超过0 ． 1 ％， 可 以满 足工程 要求 。 b ． 与无机 玻璃 相 比 ， 采用 P M MA玻璃 可 以使风 挡 玻璃 质量减 轻 到原来 的 6 0 ％， 符合 轻量 化趋势 。 P M MA玻璃 满足 风挡 玻璃 基 本 的光学 性 能 、 耐磨性和抗冲击性 ， 故用 P MM A玻璃替换传统无机 玻 璃具有 现实意义 和广 泛 的应用 前景 。 参考文 献 l 高云凯， 邱娜， 栾大齐， 等． P MMA材料在车身轻量化方 面的应用． 汽车技术， 2 0 1 3 3 5 5 ～ 5 9 ． 2 Ka t h a w a t e G， L i W ． A F i n i t e El e me n t Ap p r o a c h t o S t u d y t h e E f f e c t o f H J g h Mo d u l u s Ur e tha n e o n Bo d y S t i f f n e s s ．S AE T e c h n i c a l P a p e r ， 1 9 9 8 ． 3 2 0 0 6 G B T ． 塑料拉伸性能的测定． 第三部分 薄膜和薄片 的测试条件． 4 DI N EN I SO 5 2 72 1 99 6 _2 ， De t e r mi n a t i o n o f t e n s i l e p r o p e r t i e s P a 2 t e s t c o n d i t i o n s f o r mo u l d i n g a n d e x t r u s i o n p l a s t i c s 5 EN 1 46 5 1 9 94，Adh e s i v e s De t e rm i na t i o n o f t e ns i l e l a p s h e a r s t r e n g t h o f b o n d e d a s s e n b l i e s ． 6 L u b o w i e c k a I ，R o d r i g u e z M， Ro d g u e z E ，e t a 1 ． Ex p e fi me n t a t i o n ， ma t e r i a l mo d e l l i n g a n d s i mu l a t i o n o f b o n d e d i o i n t s w i t h a fl e x i b l e a d h e s i v e ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ad he s i o n a nd Adh e s i v e s ， 201 2 ，3 7 5 6-6 4． 7 Re n a u d C ， C r o s J M， F e n g Z Q ， e t a 1 ． T h e Y e o h m o d e l a p p l i e d t o t h e mo d e l i n g o f l a r g e d e f o r ma t i o n c o n t a c t ／ i mp a c t p r o b l e ms ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I mp a c t E n g i n e e rin g ， 2 0 0 9 ， 3 6 5 6 5 9 6 6 6 ． 8 臧孟炎， 宋子林， 杨忠高． 行人保护分析用风挡玻璃的有限 元模型．华南理工大学学报， 2 0 1 4 ， 4 2 4 1 4 3 ～ 1 4 8 ． 9 朱天军， 孔现伟， 索乾， 等． 某轿车 白车身静态刚度试验 方法研究． 汽车技术， 2 0 1 3 1 1 4 3 4 7 ． 1 0 邵建旺， 彭为， 靳晓雄， 等． S U V白车身静态刚度试验研 究． 汽车技术， 2 0 0 9 4 4 1 ～ 4 4 ． 1 1 程志伟 ， 叶志刚 ， 宋俊． 轿车 白车身弯扭 刚度试验和 仿真对比． 汽车工程师 ， 2 0 1 1 2 3 6 ～ 3 9 ． 1 2 高云凯， 田林雳， 汪翼， 等． 大型客车门窗口变形分析与 优化． 汽车技术， 2 0 1 2 6 7 ～ 1 O ． 1 3 赵雪梅， 刘波， 陈海波， 等． 基于应变能分析的白车身结 构胶布置优化． 汽车技术，2 0 1 3 3 5 9 ～ 6 2 ． 责任编辑帘青 修改稿收到日期为2 0 1 4 年 1 1 月 1日。 上接 第 2 0页 代替微控制器 ， 具有实时仿真 、 在线参数调整 、 控制 精 度高 、 缩短试 验开发 周期等优 点 。 参考 文 献 1 张友皇． 4 A T控制系统关键技术的研究 【 学位论文] ． 合 肥 合肥工业大学， 2 0 1 0 ． 2 牛铭奎 ， 葛安林 ， 张洪坤． 高速开关电磁 阀的特性与应 用． 汽车技术， 1 9 9 9 ， 7 1 3 1 6 ． 3 李春芾 ， 李艳琴 ， 韩慧芝 ， 纪云飞． 液力机械 自动变速 器换档 电磁 阀工作逻辑试验研究． 内蒙古大学学报 自然科学版 ， M a r ． 2 0 1 2， 4 3 2 2 1 9 2 2 4 ． 4 朱玉 田， 唐兴华． 脉宽调制 中的颤振算法． 机械工程学 报 ， A p r ． 2 0 0 9， 4 5 4 2 1 4 2 1 7 ． 5 d S P AC E Us e r G u i d e I mp l e me n t a t i o n Gu i d e ． d S P ACE 一 2 6一 I nc ． 2O 03 ． 6 d S P ACE C o n t r o l De s k e x p e r i me n t g u i d e ． d S P AC E Gmb H ， 2 0 03． 7 薛定宇 ， 陈阳泉． 基于Ma t l a b ／ S i m u l i n k的系统仿真技术 与应用． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 2 ． 8 雷 叶 红 ， 张 记 华 ， 张 春 明． 基 于 d S P A C E ／ MA T L A B ／ S i m u l i n k平 台的实时仿真技术研究． 系统仿真技术 ， O c t ．2 0 0 5 ， 1 3 1 3 1 ～ 1 3 5 ． 9 S h u s h a n B a i，J o e l Ma g u i r e，Hu e i Pe n g ． Dy n a mi c An a l y s i s An d Co n t r o l Sy s t e m De s i g n Of Au t oma t i c Tr a ns mi s s i o n s ． S AE I n t e rn a t i o n a l ， R - 41 3 ． 责任编辑帘青 修改稿收到 E t 期为 2 0 1 4 年 1 0月 1日。 汽车技术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m