一种液力变矩器的起步控制方法与流程

1.本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种装备在车辆上的液力变矩器的起步控制方法，液力变矩器带有锁止离合器，且锁止腔和解锁腔的两侧压力可控。


背景技术：

2.液力变矩器是一种借助于液体的高速运动来传递功率的元件。液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮组成。泵轮同发动机的输出轴连接，能把发动机输出轴的机械能通过离心力的作用转换成液体的动能，液体动能冲击涡轮作用于叶片，推动涡轮一起旋转，涡轮获得一定转矩，另外导轮单向锁止，由于导轮进出口叶片面积不同，液流速度和方向发生变化，其动量矩发生改变，最终达到变矩的作用。
3.由于液力变矩器具有无级变速、变扭且缓冲减震的功能，因此它广泛被用作于车辆的发动机与变速器之间的传动装置。
4.液力变矩器的工作状态通常划分为三种状态：释放状态、滑磨状态、闭合状态。所述释放状态为锁止离合器不传递扭矩，发动机和变速器之间完全通过液力变矩的形式来传递扭矩；滑磨状态为锁止离合器处于半接合的状态来维持一定的滑差的状态；闭合状态即为锁止离合器完全闭合，发动机扭矩直接将自身扭矩传递给变速器的状态。上述三种状态，通过改变解锁腔压力和锁止腔压力来实现。
5.在cn108603592b cn101109441b cn100375855c cn1002235498b等专利文献中，主要申明了液力变矩器基于目标滑磨差执行滑磨控制及其使能条件以及滑磨控制过程中采用开环或者闭环控制来适应车辆负荷变化，同时也阐述了基于发动机扭矩变化来控制滑磨状态以及闭合状态时锁止离合器两侧的压差。
6.在车辆起步过程中，通常对锁止离合器进行滑磨状态控制从而提高传递效率，以改善车辆的燃油消耗。所述滑磨控制指基于目标滑磨控制量通过pi算法控制锁止离合器两侧油压，使离合器两侧实际滑磨差朝目标滑磨控制量靠近。由于目标滑磨差只强调锁止离合器接合两侧的转速差，未对接合两侧的转速变化率做较为深入的研究，故锁止离合器闭合时仍然存在冲击振动的可能，同时pi控制器只进行比例、积分控制的反馈控制，因此存在当发动机扭矩发生较大变化或者车辆负载发生较大变化时涡轮转速变化率就会有明显变化，此时实际滑磨差会与目标滑磨控制量存在偏差变大的问题。
7.基于此，亟需设计一种液力变矩器的起步控制方法，以克服在涡轮转速变化率超出设定区间时实际滑磨差与目标滑磨控制量存在偏差变大的问题，从而提高起步动力响应性。


技术实现要素：

8.(一)要解决的技术问题
9.基于此，本发明公开了一种液力变矩器的起步控制方法，该方法在能克服在涡轮转速变化率超出设定区间时实际滑磨差与目标滑磨控制量存在偏差变大的问题，从而提高
起步动力响应性和舒适性，无需增加多余的硬件成本。
10.(二)技术方案
11.本发明公开了一种液力变矩器的起步控制方法，所述起步控制方法在整车识别到起步工况时即进入液力变矩器起步控制过程，所述液力变矩器起步控制过程中液力变矩器依次包含三种工作状态：释放状态、滑磨状态、闭合状态，当检测到所述液力变矩器从释放状态进入滑磨状态时，锁定液力变矩器从释放状态进入滑磨状态时的发动机目标转速值n1、涡轮转速值n
tu1
以及涡轮转速变化率g
tu
，以计算得到整个滑磨状态中随时间t变化的发动机目标转速的抛物线函数n
des
；所述抛物线函数n
des
以进入滑磨状态控制时的发动机目标转速值n1为顶点起算。
12.进一步的，所述滑磨状态的发动机目标转速的抛物线函数n
des
通过抛物线顶点和与涡轮转速相切点这两个点计算得来，n
des
的函数关系式为：
[0013][0014]
进一步的，所述起步工况的起步条件包括：
[0015]
1)加速踏板开度是否不低于第一设定阈值；
[0016]
2)涡轮转速不高于第二设定阈值；
[0017]
3)当前挡位处于起步挡位。
[0018]
以上三个条件同时成立才能判断整车处于起步工况。
[0019]
进一步的，在滑磨状态时，判断涡轮转速变化率相对于刚进入滑磨状态控制时锁定的涡轮转速变化率g
tu
的偏离程度是否大于第三设定阈值，若是，则对所述发动机目标转速的抛物线函数n
des
进行基于涡轮转速变化率的二次修正后再输出，若否，则仍按所述发动机目标转速的抛物线函数n
des
进行输出。
[0020]
进一步的，所述液力变矩器起步控制过程中还包括：
[0021]
在释放状态时，判断液力变矩器速比大于设定阈值且保持一定时间，若是则判断液力变矩器进入滑磨状态，并计算和输出所述发动机目标转速的抛物线函数n
des
，若否则液力变矩器仍处于释放状态；
[0022]
在滑磨状态时，判断发动机转速与涡轮转速之差小于设定阈值并保持一定时间，若是则液力变矩器进入闭合状态控制，此时发动机目标转速由涡轮转速直接赋值；若否则液力变矩器仍处于滑磨状态控制。
[0023]
进一步的，所述释放状态的发动机目标转速基于加速踏板开度设定，同时被环境条件因素修正。
[0024]
在另外一方面，本发明还公开了一种液力变矩器的起步控制装置，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一项所述的液力变矩器的起步控制方法。
[0025]
在另外一方面，本发明还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述任一项所述的液力变矩器的起步控制方法。
[0026]
(三)有益效果
[0027]
相对于现有技术，本发明具备如下的有益效果：
[0028]
(1)本发明的起步控制方法能提高车辆的起步动态转速控制性能，液力变矩器的工作状态首先是释放状态，通过控制锁止离合器两侧油压，让锁止离合器处于完全释放状态，这样有助于快速提高发动机转速至目标转速位置；其次就是滑磨状态控制，该状态下发动机目标转速随时间输出形态为开口向上的抛物线，通过pi算法闭环控制锁止离合器两侧油压，控制发动机转速跟随目标转速，最终该抛物线将与涡轮转速随时间的变化趋势线相切，切点的特征为发动机转速与涡轮转速不仅转速相等，而且两者变化率也相等，因此目标发动机转速形态为开口向上的抛物线可以有效解决锁止离合器在闭合时所产生的冲击或者震动；最后即为闭合状态，控制锁止离合器两端油压，使锁止离合器处于压紧状态。
[0029]
(2)本发明的方法能通过轻易获得的发动机目标转速值n1、涡轮转速值n
tu1
以及涡轮转速变化率等参数快速计算得到滑磨阶段发动机目标转速的抛物线，从而基于发动机目标转速来控制发动机实际转速变化来优化接合冲击，该发动机目标转速的转速变化率在锁止离合器闭合时与输出轴转速变化率相等，另外基于涡轮转速实时变化率来修正目标转速以适应发动机扭矩以及整车负荷的变化，大大提高了起步动力响应性，且无需增加多余的硬件成本。
附图说明
[0030]
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0031]
图1是本发明中带锁止离合器的液力变矩器的起步控制方法所适用的系统结构示意图；
[0032]
图2是本发明起步控制过程中相关信号示意图；
[0033]
图3是本发明起步控制过程中滑磨状态阶段计算发动机目标转速初始化情况示意图；
[0034]
图4是本发明起步控制过程中发动机目标转速抛物线计算方式的逻辑流程图；
[0035]
图5是本发明起步工况判断逻辑流程图；
[0036]
图6是本发明滑磨状态阶段发动机目标转速修正逻辑流程图。
[0037]
图1中各个标记为：
[0038]
11—发动机；12—涡轮；13—泵轮；14—变速器；15—锁止离合器；16—导轮；17—电磁阀；18—控制器。
具体实施方式
[0039]
下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0040]
本发明的控制方法具体应用在图1所示的经典整车传动系统中，
[0041]
该液力变矩器带有锁止离合器，锁止离合器由锁止腔和解锁腔压力联合控制其工作状态，发动机曲轴输出与液力变矩器输入轴机械连接，发动机11转动带动液力变矩器整个壳体转动，泵轮13与液力变矩器壳体固连，液力变矩器内部油液通过泵轮13的离心力作
用，经过导轮16的液体冲击涡轮12从而将泵轮机械能转换成液体动能，再将液体动能转换成涡轮机械能，涡轮输出轴与变速器输入轴固连，最终将动力传递给变速器14。控制器18控制电磁阀17对锁止离合器15的锁止腔和解锁腔的压力输出，通过调节解锁腔压力和锁止腔压力，实现液力变矩器起步阶段中的释放、滑磨、闭合的三个工作状态。在释放状态时，解锁腔压力大于锁止腔压力，将发动机转速迅速拉升至指定目标转速；在滑磨状态时，主要调节解锁腔压力来实现锁止离合器半接合滑磨，以控制发动机实际转速随发动机目标转速变化；在闭合状态时，提升锁止腔压力使锁止离合器闭合，最终实现发动机转速与涡轮转速相同，此时完成整个起步控制过程。
[0042]
液力变矩器的变距比、转矩系数以及效率等特性参数随液力变矩器速比发生变化的，起步工况控制过程中通常在液力变矩器不能再提供变矩性能时，采取将锁止离合器闭合的方式来提高传动效率并减少能量损失。但是，由于发动机转动惯量较大，当锁止离合器控制不好的时候，很容易在锁止离合器闭合的时候产生明显的冲击和震动，因此液力变矩器闭合的过程成为液力变矩器控制的重点和难点，闭合过程也就是上述所说液力变矩器的滑磨状态控制过程，因此液力变矩器起步控制方法成为本发明重点解决的核心问题。
[0043]
为了实现本发明液力变矩器的起步控制方法，系统中需具备：锁止离合器以及锁止离合器两侧解锁腔和锁止腔压力可控；控制锁止腔油压和解锁腔油压的电磁阀；以及液力变矩器控制单元。所述起步控制方法在整车识别到起步工况时即进入液力变矩器起步控制过程。
[0044]
如图2所示为起步控制过程中相关信号示意图。图中说明了液力变矩器起步控制过程的三个工作状态：释放状态、滑磨状态、闭合状态。在释放状态控制过程中，通过提高解锁腔压力使解锁腔压力高于锁止腔压力，使液力变矩器处于完全液力偶合，这样不仅可以快速提升发动机转速，也可以利用变矩器的变距性能，提高起步动力响应性。当检测到液力变矩器不能再提供有效的变距性能时则进入滑磨状态控制，快速提高锁止腔压力至能传递当前发动机扭矩所能对应的压力值，同时也将解锁压力提高至该压力值，然后基于滑磨状态控制的闭环算法，通过调节解锁压力，使发动机实际转速跟随发动机目标转速运行，最终达到发动机转速与涡轮转速同步的目的。当监测到发动机转速与涡轮转速同步后，提高锁止压力，完成锁止离合器闭合，该状态即为液力变矩器的闭合状态。
[0045]
在车辆起步过程中，液力变矩器的工作状态首先是释放状态，通过控制锁止离合器两侧油压，让锁止离合器处于完全释放状态，这样有助于快速提高发动机转速至目标转速位置；其次就是滑磨状态控制，该状态下发动机目标转速随时间输出形态为开口向上的抛物线，通过pi算法闭环控制锁止离合器两侧油压，控制发动机实际转速跟随发动机目标转速，最终该抛物线将与涡轮转速随时间的变化趋势线相切，切点的特征为发动机转速与涡轮转速不仅转速相等，而且两者变化率也相等，因此目标发动机转速形态为开口向上的抛物线可以有效解决锁止离合器在闭合时所产生的冲击或者震动；最后即为闭合状态，控制锁止离合器两端油压，使锁止离合器处于压紧状态。
[0046]
起步过程中的目标发动机转速值设定根据液力变矩器三个工作状态而设定。在释放状态阶段，发动机目标转速基础值基于油门踏板开度来设定，发动机怠速值加一个偏移量作为目标转速的下限值，输出的目标基础值再由各种环境条件等因素进行修正，所述环境条件为发动机水温、海拔高度等。在滑磨状态阶段，发动机目标转速随时间变化趋势为一
个开口向上的抛物线，抛物线顶点即为进入滑磨状态控制瞬间固定的发动机目标转速值，抛物线与预测涡轮转速随时间变化趋势线相切，切点和顶点两点确定抛物线的参数。在滑磨状态控制过程中，最终的发动机转速目标值为抛物线随时间的计算值与修正值的结果。所述修正值为基于发动机扭矩变化以及整车负荷变化带来的涡轮转速变化得到的修正系数。所述进入滑磨状态控制的条件为液力变矩器器在起步过程中，其速比达到一定值时，变距性能不再具有优势且进入高效区域，此时则执行滑磨状态控制。在闭合状态阶段，发动机目标转速值由涡轮转速替代，当监测到发动机转速与涡轮转速差小于一定值并持续一定时间后，加大锁止腔油压，使锁止离合器完全锁止。
[0047]
滑磨状态阶段的抛物线函数计算而来的发动机目标转速，是在液力变矩器自释放阶段进入滑磨状态后，锁定瞬间的发动机目标转速值、涡轮转速以及涡轮转速变化率；所述抛物线函数从进入滑磨状态控制时即开始计时起算，且将进入滑磨状态时发动机目标转速对应的点作为抛物线的顶点；抛物线函数由以上发动机目标转速值、涡轮转速以及涡轮转速变化率的三个锁定值计算而来。需要指出的是，本发明以上的抛物线函数计算方式作为最优的方式之一，其并非抛物线唯一的计算方式。
[0048]
如图3所示为滑磨状态阶段计算发动机目标转速初始化过程，以说明发动机目标转速随时间变化趋势为一个开口向上的抛物线的形状的具体计算方式：
[0049]
当检测到液力变矩器速比大于设定阈值并维持一定时间，则进入滑磨状态控制。由于此时液力变矩器不能再变矩，如果发动机扭矩和发动机负荷不发生明显变化的情况下，可以认为涡轮转速变化率为一个恒定值。对于抛物线函数计算方式，只要确定抛物线顶点和其中一点位置就可以确定抛物线形状。当系统检测到液力变矩器进入滑模控制过程，即锁定液力变矩器从释放状态进入滑磨状态时的发动机目标转速值n1、从释放状态进入滑磨状态时的涡轮转速值n
tu1
以及涡轮转速变化率g
tu
，并开始计时，如果以时间为横轴，转速为纵轴，则抛物线顶点坐标为(0，n1)。涡轮转速升至n1所用时间为t1，则取抛物线和涡轮转速曲线的切点(2t1,n
tu2
)为抛物线另外一个点，其中n
tu2
＝2n1‑
n
tu1
，由此可以确定在滑磨状态阶段发动机目标转速n
des
随时间t变化的函数关系式为由此可见只需要知道进入滑磨控制时n1、n
tu1
、g
tu
就可以确定整个抛物线随时间的变化趋势。
[0050]
整个起步控制策略如图4所示，首先判断车辆是否进入起步工况控制，如果车辆进入起步控制，即进入液力变矩器释放状态阶段控制，该阶段发动机目标转速主要基于加速踏板开度设定，如果上述判断条件不成立，则控制器不计算起步过程中发动机目标转速。在释放状态阶段控制时，如果判断液力变矩器速比大于设定阈值且保持一定时间，则判断液力变矩器进入滑磨状态控制，即进入上述图2
‑
3所说的抛物线计算方式控制计算发动机目标转速，如果上述判断条件不成立，则液力变矩器仍处于释放状态阶段控制，由加速踏板开度决定发动机目标转速。在滑磨状态控制时(即滑磨状态阶段的发动机目标转速为抛物线函数)，如果判断发动机转速与涡轮转速之差小于设定阈值并保持一定时间，则液力变矩器进入闭合状态控制，该状态下发动机目标转速由涡轮转速直接赋值即可，如果上述判断条件不成立，则液力变矩器仍处于滑磨状态控制。
[0051]
在上述起步控制策略中，需要判断整车是否进入起步工况，该模块判断逻辑如图5所示，需要判断如下三个条件：第一条件加速踏板开度是否不低于第一设定阈值一，第二条件涡轮转速不高于第二设定阈值，第三条件当前挡位处于起步挡位，上述三个条件同时成立才能判断整车处处于起步工况。
[0052]
如图6所示，以上基于抛物线的发动机目标转速的抛物线计算都是基于发动机扭矩以及整车负荷不发生较大的变化的前提下设计和输出的，如果发动机扭矩和整车负荷发生较大变化，在滑磨状态控制阶段，涡轮转速变化率势必发生明显的变化。对于此种情况，可以通过图6中给出的判断逻辑修正n
des
，在滑磨状态时第一次计算完n
des
后，还会持续判断涡轮转速变化率相对于刚进入滑磨状态控制时锁定的涡轮转速变化率的偏离程度是否大于第三设定阈值(或者是否不在设定区间内变化)，若是，则按所述发动机目标转速的抛物线函数n
des
进行基于涡轮转速变化率的二次修正再输出，若否，则仍按之前的所述发动机目标转速的抛物线函数n
des
进行输出。所述抛物线函数n
des
进行基于涡轮转速变化率的二次修正是通过重新获取不在预设的设定区间内变化的涡轮转速变化率g
tu
来二次计算抛物线函数n
des
，以保证在整车负荷发生较大变化时抛物线函数的有效性。
[0053]
值得一提的是，本发明液力变矩器的控制方法设计了滑磨状态阶段的发动机目标转速随时间变化的抛物线函数曲线，抛物线最终与涡轮转速曲线相切，不仅保证了锁止离合器闭合时两者转速相同，而且也保证了两者变化率相同，有效地避免了液力变矩器在闭合时极容易产生的冲击和震动，提高了车辆的舒适性，且计算方式简单可靠，无需增加硬件成本。
[0054]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的控制方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0055]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0056]
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以
对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。