一种金属带式无级变速器目标速比变化率计算方法

摘要

本发明公开了一种金属带式无级变速器目标速比变化率计算方法，包括：步骤一、根据驾驶员驾驶意图得出输入轴目标转速，同时监测输出轴实际转速，计算输入轴目标转速变化率和输出轴实际转速变化率，计算目标速比及其变化率并进行预控；步骤二、通过对实际速比和所述目标速比进行闭环控制后对目标速比变化率进行反馈控制；步骤三、对所述目标速比变化率进行限制控制，得到最终目标速比变化率。

说明书

技术领域

本发明涉及无级变速器领域，具体涉及一种金属带式无级变速器目标速比变化率计算方法。

背景技术

金属带式无级变速器能够不间断地连续改变系统速比，使得与其匹配的发动机可以平稳地维持在经济性或者动力性工作区域，从而得到了循序的发展。目前大部分关于CVT的研究都集中在速比控制策略，对于速比变化率的研究较少。随着机电控制的CVT液压控制系统，汽车变速器所能达到的速比变化率越来越大，对汽车的驾驶感受影响也越来越大，但对速比变化率的研究主要停留在对汽车的加速度影响上，而对目标速比变化率的计算及优化等较少。

发明内容

基于上述问题，本发明设计开发了一种金属带式无级变速器目标速比变化率计算方法，对能够对目标速比变化率进行有效计算及优化。

本发明提供的技术方案为：

一种金属带式无级变速器目标速比变化率计算方法，包括如下步骤：

步骤一、根据驾驶员驾驶意图得出输入轴目标转速，同时监测输出轴实际转速，计算输入轴目标转速变化率和输出轴实际转速变化率，计算目标速比及其变化率并进行预控；

步骤二、通过对实际速比和所述目标速比进行闭环控制后对目标速比变化率进行反馈控制；

步骤三、对所述目标速比变化率进行限制控制，得到最终目标速比变化率。

优选的是，在所述步骤一中，所述目标速比计算过程为：

i_target＝n_{pri_target}/n_{sec_fact}；

式中，i_target为目标速比，n_{pri_target}为主动轮目标转速，n_{sec_fact}为从动轮实际转速。

优选的是，在所述步骤一中，所述目标速比变化率计算过程为

优选的是，在所述步骤二中，所述闭环控制采用PI控制环节，包括控制参数k_p和控制参数k_i；

其中，k_p为k_p1与k_p2的乘积得出，k_p1为与目标速比和主动轮转速的相关参数，k_p2与目标速比与实际速比偏差值的相关参数；以及

k_i为与目标速比和主动轮转速的相关参数。

优选的是，在所述步骤三中，所述对所述目标速比变化率进行限制控制包括：当实际速比接近带轮速比边界时进行限制、驾驶平顺性限制和压力保护限制。

优选的是，所述当实际速比接近带轮速比边界时进行限制过程包括：

在实际速比接近带轮速比边界时，设定最大速比变化率，与所述目标速比变化率进行对比，取较小值。

优选的是，在设定最大速比变化率时，包括目标速比变化率的最大值。

优选的是，所述驾驶平顺性限制过程包括：

当遇到特殊工况时，将所述目标速比变化率赋值为0；

当急加速时，对所述目标速比变化率进行限制，计算过程为：

式中，m为汽车总质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，C_D为风阻系数，A迎风面积，v为汽车实际车速，T_e为发动机输出扭矩，i_cvt为带轮实际速比，η为传动系传动效率，r_ω为车轮滚动半径，I_e为整个传动系换算后的转动惯量，i₀为主减。

优选的是，所述压力保护限制过程包括：

使所述目标速比变化率满足条件i_{CVT_tar}≤i_CVT；

式中，i_CVT为根据系统提供的流量计算得到的带轮可实现的最大速比变化率；其中，i_CVT＝R_se/R_pr，式中，R_pr为主动轮工作半径，R_se为从动轮工作半径。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、由实际速比变化率和目标速比变化率进行闭环控制，控制精度高；

2、闭环控制参数充分考虑转速、速比及速比差值对闭环系统的影响，控制器的稳定性好；

3、对最终的目标速比变化率进行双重限制，对系统起到保护作用，同时提高了驾驶感受。

附图说明

图1为本发明所述的计算方法示意图。

图2为本发明所述的目标速比变化率控制图。

图3为实施例1中的k_p1的标定实例参数。

图4为实施例1中的k_p2的标定实例参数。

图5为实施例1中的k_i的标定实例参数。

图6为本发明所述的实施例中变速器的目标速比变化率限制逻辑框图。

图7为某实车目标速比变化率的最大值与目标速比和实际速比差值之间的标定实例参数

图8为本发明所述的变速器主动带轮工作半径变化率与速比和速比变化率之间的关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供一种金属带式无级变速器(以下简称金属带式CVT)的目标速比变化率计算方法，首先根据驾驶员意图得出发动机目标转速，从而得到输入轴目标转速，经求导计算出输入轴目标转速变化率，同时根据输出轴转速传感器测出输出轴转速，经过滤波、求导等计算，求出输出轴实际转速及其变化率，求解输入轴目标转速变化率和输出轴实际转速变化率的主要目的在于对目标速比变化率进行预控，通过目标速比与实际速比进行闭环，采用PI控制方法，对目标速比变化率进行反馈控制，同时根据驾驶舒适性和动力性，对目标速比变化率进行特殊处理和限制，获得最终的目标速比变化率。

如图2所示，在本发明中，目标速比变化率控制分为两个部分：预控和PI控制。

在计算预控部分时，目标速比计算公式如式(1)所示；

i_target＝n_{pri_target}/n_{sec_fact}>

式中，i_target为目标速比，n_{pri_target}为主动轮目标转速，n_{sec_fact}为从动轮实际转速。

对式(1)两边进行求导得：

式中，即为预控最终输出结果。

其中，PI控制环节的控制参数均由目标速比决策出，主要参照实际车辆的运行工况，标定得出；在本实施例中，控制参数k_p由两部分组成，即k_p1与k_p2的乘积得出，其中k_p1与目标速比和主动轮转速的相关，k_p2与目标速比与实际速比偏差值的相关；控制参数k_i与目标速比和主动轮转速的相关；控制参数的具体数值根据车型不同，经过标定工程完成。

实施例1

某金属带式CVT变速器k_p1、k_p2、k_i实车标定参数分别如表1、表2、表3所示；P控制环节的限制运算主要是对输出结果进行限制，以免P控制环节的控制输出量太大，即目标速比变化率太大，造成系统不稳定；I控制环节中，积分运算后为限值运算，主要分为两个部分完成，一是当实际速比接近最大速比或者最小速比时，对积分控制环节进行清零操作，提高控制系统的控制精度，二是对积分环节的输出值进行限制，避免积分控制环节的输出量过大，达到积分饱和，失去积分环节的控制作用；某变速器其P控制环节的上下限分别为1.2和-1.2；I控制环节的上下限分别为-0.8和0.8；在本实施例中，表1的第一横行为转速，单位rpm，第一竖列为目标速比，其它的数值均为k_p1的值，以转速为x轴，目标速比为y轴，k_p1为z轴，作图，如图3所示；以目标速比与实际速比的差值为x轴，k_p2为y轴，作图，如图4所示；表3的第一横行为转速，单位，rpm，第一竖列为目标速比，其它的数值均为控制参数k_i值，以转速为x轴，目标速比为y轴，k_i为z轴，作图，如图5所示。

表1 k_p1实车标定参数

100015002000250030003500400045005000550060000.41.21.21.21.21.21.21.31.31.31.31.30.61.11.11.11.11.11.11.11.11.11.11.20.811111111111.11111111111111.2111111111111.4111111111111.6111111111111.8111111111112111111111112.21.11.11.11.111111112.41.11.11.11.11.11111112.61.11.11.11.11.11.111111

表2 k_p2实车标定参数

目标速比与实际速比差值-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.10.20.30.40.5k_p21.11.11.11.11.10.70.70.60.60.6

表3 k_i实车标定参数

如图6所示，本发明的目标速比变化率限制主要分为三个部分，当实际速比接近带轮速比边界时进行限制、驾驶平顺性限制和压力保护限制，经过三个限制条件，即可求得最终的目标速比变化率。

当实际速比接近带轮速比边界时，即实际速比与带轮最大速比或者最小速比的差值的绝对值为δ时，对目标速比变化率进行平滑过度处理，主要目的是使带轮平稳达到最大速比或最小速比，速比过渡平缓，避免因速比变化率过大而造成冲击，影响驾驶感受和损坏带轮。某款变速器的处理流程如图6所示，具体的实施方法为，在判定实际速比接近速比边界时，设定其根据实际速比与速比边界差值的绝对值，设定最大速比变化率，与目标速比变化率进行对比，取较小值，为了防止最终目标速比变化率突变，在设定最大速比变化率时，应该包含目标速比变化率的最大值，其数据依据如表4和图7所示。

表4

驾驶平顺性限制主要包括两个方面：

当遇到特殊工况，譬如猛踩油门、快松油门输出轴转速突变等，此时目标速比变化率会急剧增大，为了防止实际速比波动，此时将速比变化率赋值为0，保持实际速比不变，提高驾驶平顺性和动力性。

另一方面为急加速过程中，由于飞轮等传动系器件转动惯量的存在，速比变化率过大会消耗掉大量的能量，甚至会产生负加速的情况，为了改善驾驶感受，必须对速比变化率进行限制，其限值由公式(3)计算可得：

式中，m为汽车总质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，C_D为风阻系数，A迎风面积，v为汽车实际车速，T_e为发动机输出扭矩，i_cvt为带轮实际速比，η为传动系传动效率，r_ω为车轮滚动半径，I_e为整个传动系换算后的转动惯量，i₀为传动系主减速比。

压力保护限制的功能主要在于，对系统的流量所能达到的最大速比变化率进行计算，对目标速比变化率进行限制，以防止目标速比变化率过大，超过系统负荷。以升档过程为例，具体计算流程如下：

由金属带式CVT变速器的结构可知，在升档过程中，主动轮两个半锥轮处于压紧过程，液压缸容积变大，从动轮两个半锥轮处于分离过程，液压缸容积变小，因此，用于变速的流量只需要满足主动轮液压缸的要求即可。用于带轮变速的最大流量Q_cvt可由式(4)求得：

Q_cvt＝Q_pump-Q_cool-Q_lu-Q_le-Q_clu-Q_oth>

式中：Q_cvt为用于带轮变速的流量，Q_pump为泵轮输出的总流量，Q_cool为用于冷却润滑的流量，Q_lu为用于系统润滑的流量，Q_le为系统泄露的流量，Q_clu为离合器系统所需的流量，Q_oth为其他系统所需的流量。

金属带式CVT速比与半径的关系：

i_CVT＝R_se/R_pr>

式中，i_CVT为带轮速比，R_pr为主动轮工作半径，R_se为从动轮工作半径。

主动轮变速液压缸所需要的流量：

式中，Q_pr为主动轮变速所需流量，S_pr为主动轮液压缸工作面积，α为带轮半锥角；为主动轮工作半径的倒数，v_pr为主动带轮沿轴向移动的速度。

由式(5)可得，当金属带式CVT变速器的物理结构确定之后，其速比与主动带轮工作半径的关系也随之确定，带轮速比变化率与主动带轮工作半径变化率的关系也随之确定，某变速器速比变化率与主动带轮工作半径变化率之间的关系如图8所示。

由式(6)得，目标主动带轮工作半径变化率应不大于理论计算的主动带轮工作半径变化率：

式中：为目标主动带轮工作半径变化率。

结合图6和式(5)，便可得：

式中，为目标速比变化率，为根据系统提供的流量计算得到的带轮可实现的最大速比变化率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。