【正文】 、tofr是可變的，如圖3．10所示。由于作用于閥上的信號(hào)為一系列脈沖，因此液壓閥只有與之相對(duì)應(yīng)的快速切換的開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，而以開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制流量或壓力。電液數(shù)字控制閥是用數(shù)字信號(hào)直接控制液流的壓力、流量和方向的閥類(lèi)。由于CVT速比可以連續(xù)無(wú)級(jí)地變化，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠始終處于選定的工作線上工作，從而達(dá)到選定的駕駛模式。在實(shí)際應(yīng)用中，由于所采用的控制閥的不同，其實(shí)現(xiàn)也有所不同。主調(diào)壓閥的作用是保證系統(tǒng)的安全，防止系統(tǒng)的壓力過(guò)大陋3’州。本文設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)由動(dòng)力源、控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和輔助機(jī)構(gòu)組成。19第3章金屬帶式CVT電液系統(tǒng)分析3．1 CVT電液控制系統(tǒng)3．1．1 CvT機(jī)一液控制系統(tǒng)特點(diǎn)早期的金屬帶式無(wú)級(jí)變速器控制系統(tǒng)為機(jī)一液控制方案，如圖3．1所示“”。離合器工作時(shí)，主動(dòng)盤(pán)通過(guò)摩擦力(與主、從動(dòng)盤(pán)之間施加的正壓力成正比)驅(qū)動(dòng)從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。由發(fā)動(dòng)機(jī)的最低最高轉(zhuǎn)速，CVT傳動(dòng)系統(tǒng)的最大最小速比及汽車(chē)的最高限速得到CVT變速器的工作范圍，如圖2．8所160 140 一{120 莖孚100 80 60 40 209 ne L‘pm J 圖2．7發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖0 1500 30。如果希望在每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下發(fā)動(dòng)機(jī)均能在發(fā)出最大功率的轉(zhuǎn)速下工作，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系則為最佳動(dòng)力性轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性。為了精確控制金屬帶的傳遞能力恰好與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一致，最直接最有效的方法是在各種條件下，通過(guò)試驗(yàn)精確標(biāo)定CVT變速器的傳動(dòng)效率與金屬帶夾無(wú)級(jí)變速器也液控制系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)緊力之間的關(guān)系，并把試驗(yàn)結(jié)果整理成數(shù)據(jù)MAP圖。由于金屬帶的長(zhǎng)度為一定值，夾緊力控制和速比控制是相互耦合的，即夾緊力變化必然要引起速比的變化。(3)根據(jù)駕駛員的要求在不同的使用條件下均能使汽車(chē)平穩(wěn)起步，并且能在必要時(shí)切斷動(dòng)力的傳遞。常用的液壓油泵有兩種形式，即齒輪泵和葉片泵。②電磁離合器(E1ectromagnetic clutch)：反應(yīng)動(dòng)作較快，壽命較長(zhǎng)。(4)自主研制了步進(jìn)式數(shù)字式調(diào)壓閥，建立了數(shù)學(xué)調(diào)壓閥的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了仿真分析，得到了各種參數(shù)對(duì)系統(tǒng)壓力的的影響規(guī)律。1．3．2尚待解決的問(wèn)題盡管CVT有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但還有很多值得研究的問(wèn)題，致使CVT的潛能還沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，限制了它的應(yīng)用。1，比同類(lèi)型的AT汽車(chē)可提高10～15％。雖然通過(guò)各方努力，國(guó)內(nèi)無(wú)級(jí)變速器水平不斷4碩士學(xué)位論文提高，但產(chǎn)業(yè)化還需要一定時(shí)間。與此同時(shí)，歐美的通用(GM)、福特(Ford)、菲亞特(Fiat)、大眾(VW)、圖1．4裝在Honda Ci ViC轎車(chē)上的MuItiMati C CVT無(wú)級(jí)變速器電液控制系統(tǒng)研，Z開(kāi)發(fā)奧迪及ZF等公司也在致力于CVT的開(kāi)發(fā)。由于在技術(shù)上要開(kāi)發(fā)能夠承受這樣大滾壓力的軸承及能C2’磐薅扶荔(b)升這技杰圖I．1 ToroidaI OVT的工作原理夠承受這樣大面壓的材料和特殊液體，包括通用在內(nèi)的許多公司最終放棄了這種CVT的開(kāi)發(fā)。節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類(lèi)發(fā)展的主題。試驗(yàn)表明，數(shù)字調(diào)壓閥有較高的控制精度和可靠性，數(shù)字比例控制技術(shù)能降低CVT 電液控制系統(tǒng)的成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高CVT的競(jìng)爭(zhēng)力，因而數(shù)字比例控制的發(fā)展前景十分廣闊。碩士學(xué)位論文無(wú)級(jí)變速器電液控制系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)摘要自第一輛汽車(chē)問(wèn)世以來(lái)，人們就致力于改善汽車(chē)變速器的性能。關(guān)鍵詞：金屬帶式無(wú)級(jí)變速器；cvr；電液控制系統(tǒng)：數(shù)字比例控制；數(shù)字閥。而全球數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的汽車(chē)已經(jīng)成為能源消耗和環(huán)境污染的一個(gè)主要的因素。但在這同時(shí)，帶傳動(dòng)式CVT也取得了很大的發(fā)展，包括金屬鏈?zhǔn)紺VT如圖1．2和金屬帶式CVT如圖1．3。繼Subaru后，歐洲的Ford和Fiat也將VDTCVT(P811型1裝備于排量1．1～1．6L轎車(chē)上，并投入市場(chǎng)。1．2．2無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展前景隨著電子技術(shù)、材料及加工技術(shù)的發(fā)展，CvT正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展： (1)向3升以上排量的汽車(chē)上發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用； (2)更加優(yōu)越的控制及快捷的反應(yīng)； (3)更低廉的價(jià)格。表1．1不同檔位^T的傳動(dòng)效率表1．2不同類(lèi)型OVT的傳動(dòng)效率檔位傳動(dòng)效率1 60～85％ 2 60～90％ 3 85～95％ 4 90～95％ 5 85～94％ CVT類(lèi)型傳動(dòng)效率Rubber Belts 85～95％ Steel Belts 90～97％ Toroidal Traction 70～94％ Nutating Traction 75～96％ Variable Geometry 85～93％ 在動(dòng)力性方面，CVT汽車(chē)加速性能(0100 Km／h)比AT汽車(chē)的加速性能最少提高7．5～11．5％，速度較高時(shí)加速性?xún)?yōu)于MT汽車(chē)。主要是： (1)CVT變速傳動(dòng)機(jī)理問(wèn)題。(5)對(duì)數(shù)字調(diào)壓閥進(jìn)行了特性試驗(yàn)，并將數(shù)字調(diào)壓閥應(yīng)用到CVT電液控制系統(tǒng)中，在現(xiàn)有的試驗(yàn)條件下進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該電液控制系統(tǒng)效果良好，具有一定的可行性，但由于試驗(yàn)條件的限制，未能進(jìn)行實(shí)車(chē)試驗(yàn)。③液力變矩器(Hydraulic torque converter)：液力變矩器與CVT系統(tǒng)的合理匹配， 可使汽車(chē)以足夠大的牽引力平順起步，提高駕駛舒適性。為了提高油泵的工作效率，近年來(lái)多采用葉片泵。由此決定了CVT控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括三個(gè)方面： ①夾緊力控制：為了提高傳動(dòng)效率，必須合理控制金屬帶的夾緊力。當(dāng)在從動(dòng)缸施加的夾緊力為QDⅣ，則在楔面的楔力作用下，使帶向外移動(dòng)，于是在帶內(nèi)產(chǎn)生張緊力。式(2．4)雖然簡(jiǎn)單地給出了金屬帶夾緊力的計(jì)算依據(jù)，但精度較低。對(duì)應(yīng)每一個(gè)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，都存在發(fā)動(dòng)機(jī)在該條件下的最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)(最低耗油率點(diǎn))和最大功率點(diǎn)。0 4500 A最大速比線； B最小速比線； C最高車(chē)速限制． 圖2．8無(wú)級(jí)變透透比工作范圍理論上，無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)最小速比越小，發(fā)動(dòng)機(jī)的最經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)的使用范圍越寬。因此，在離合器剛剛接合階段，主、從動(dòng)盤(pán)之間存在滑轉(zhuǎn)，此時(shí)離合器是一個(gè)兩自由度的力學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)駕駛員控制加速踏板的位移大小來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，汽車(chē)的行駛狀態(tài)由駕駛員來(lái)控制，汽車(chē)的加速踏板的位移固定在控制凸輪的形狀上。在該CVT電液控制系統(tǒng)中，為了避免系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)成本，動(dòng)力源為一個(gè)齒輪泵，控制機(jī)構(gòu)為各種液壓控制閥，如用于夾緊力控制的數(shù)字調(diào)壓閥、用于速比控制和離合器控制的高速開(kāi)關(guān)閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓缸和活塞，輔助機(jī)構(gòu)有油箱、濾油器、儲(chǔ)能器等。疊窘疆幅tl 鬟絮力擰麟一圖3．3 CVT數(shù)字電液控制系統(tǒng)碩士學(xué)位論文3．1．3 CVT電控系統(tǒng)CVT控制系統(tǒng)硬件框圖如圖3．4所示。本文設(shè)計(jì)的CVT夾緊力控制系統(tǒng)框圖如圖3．5所示，本系統(tǒng)采用了數(shù)字式調(diào)壓閥作為夾緊力控制閥。圖3．6速比專(zhuān)家PID控制系統(tǒng)3．3數(shù)字比例控制技術(shù)CVT的使用要求是傳動(dòng)效率高、改善汽車(chē)排放、減少?gòu)U氣污染、運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)沖擊，能使汽車(chē)有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性以及低的使用維護(hù)成本。與電液伺服閥和比例閥相比，數(shù)字閥的突出特點(diǎn)是，可直接與計(jì)算機(jī)接口，不需D／A轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 功耗小，控制靈活可靠。高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥中液壓閥的結(jié)構(gòu)與其他閥不同，它是一個(gè)快速切換的開(kāi)關(guān)，只有全開(kāi)和全閉兩種工作狀態(tài)：電氣一機(jī)械轉(zhuǎn)換器主要是各種電磁鐵。一般取高電平信號(hào)作為有效開(kāi)通信號(hào)，通常將每個(gè)周期內(nèi)高電平寬度t。PWM控制信號(hào)的脈沖周期T是一個(gè)固定的常數(shù)值，而每個(gè)周期內(nèi)高、低電平的寬度大小t。計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)脈寬調(diào)制放大器調(diào)制放大后使電氣一機(jī)械轉(zhuǎn)換器工作，從而驅(qū)動(dòng)液壓閥工作。在這種技術(shù)要求下，20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)了電液數(shù)字控制閥。速比控制閥根據(jù)控制信號(hào)的變化，調(diào)節(jié)主動(dòng)帶輪油缸內(nèi)的壓力， 實(shí)現(xiàn)速比的變化。當(dāng)目標(biāo)夾緊力確定以后，剩下的問(wèn)題是通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)夾緊力的變化規(guī)律。離合器控制回路由離合器調(diào)壓閥(高速開(kāi)關(guān)閥)控制離合器油缸壓力，經(jīng)過(guò)離合器控制閥，進(jìn)入到前進(jìn)離合器或倒檔離合器，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的起步。所以電液控制系統(tǒng)比機(jī)液控制系統(tǒng)在汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、舒適性、和操縱性等方面都得到明顯的改善。2．3本章小結(jié)本章對(duì)CVT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，簡(jiǎn)單介紹TCVT的主要組成零部件以及如何實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化；詳細(xì)分析了CVT的核心控制問(wèn)題即速比控制和夾緊力控制的原理以及起步離合器控制的關(guān)鍵點(diǎn)，包括了目標(biāo)速比的確定，根據(jù)受力分析得出了目標(biāo)夾緊力的計(jì)算公式，這為CVT電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和速比及夾緊力的控制奠定了理論基礎(chǔ)。離合器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但它們的工作原理可由示意圖2．11表示。發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳動(dòng)力性曲線也標(biāo)在圖2．7中。如要求將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率都保持在最低油耗的轉(zhuǎn)速下工作，則可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)按最小燃油消耗工況運(yùn)行，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)14開(kāi)度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系即為發(fā)動(dòng)機(jī)最佳經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性。實(shí)際上，當(dāng)被動(dòng)缸的壓力給定以后，金屬帶能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩取決于許多因素。根據(jù)汽車(chē)的運(yùn)行條件，始終把夾緊力控制在目標(biāo)值的最小范圍內(nèi)是CVT傳動(dòng)系的另一個(gè)控制問(wèn)題““。(2)根據(jù)汽車(chē)的運(yùn)行條件，按駕駛員選定的工作模式自動(dòng)改變傳動(dòng)比使發(fā)動(dòng)機(jī)維持在理想工作點(diǎn)。(5)液壓泵為CVT傳動(dòng)系提供控制、冷卻和潤(rùn)滑的液壓油源。鑒于其更高的效率和更低的價(jià)格，已漸漸被使用(如Honda Civic)，預(yù)期有較好的前景。并且介紹了高速開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)和工作原理。據(jù)資料介紹，在裝備有CVT汽車(chē)與5檔手動(dòng)變速箱的汽車(chē)道路上作對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，裝有CVT車(chē)的燃油消耗少11．5％，碳?xì)浠衔锏呐帕可?3％， CO的排放量少20％““。在幾種無(wú)級(jí)變速器中，金屬帶式無(wú)級(jí)變速器效率最高，平均效率達(dá)到了90％以上，略低于MT，但是由于采用無(wú)級(jí)變速器的汽車(chē)能夠控制發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最經(jīng)濟(jì)工作區(qū)工作，因此燃油經(jīng)濟(jì)性方面有了很大的提高。臺(tái)架與路面試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，所設(shè)計(jì)的電子控制系統(tǒng)、液壓模塊及工程化軟件完全滿足汽車(chē)的各項(xiàng)使用性能要求”1。該變速器裝在了帶有1．6升發(fā)動(dòng)機(jī)96款的Honda Civic系列轎車(chē)上，并取得了成功。當(dāng)可移動(dòng)的圓環(huán)面沿軸向移動(dòng)時(shí)，兩環(huán)面問(wèn)的輥?zhàn)友厍婊瑒?dòng)，改變與傳動(dòng)軸的夾角，實(shí)現(xiàn)速比的變化。汽車(chē)是人類(lèi)文明發(fā)展的標(biāo)志，它的發(fā)展必須符合人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展要求。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了適用于CVT電液控制系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)壓閥，從而將數(shù)字比例控制技術(shù)應(yīng)用于CVT電液控制系統(tǒng)中。CVT變速器能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)速比的自動(dòng)連續(xù)變化，滿足駕駛者的各種駕駛意圖，有利于實(shí)現(xiàn)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳匹配與控制，具有操縱簡(jiǎn)便、駕駛舒適、平順、性能良好等特點(diǎn)，是理想的汽車(chē)變速裝置。!。迫于能源危機(jī)和環(huán)境污染的壓力， 世界許多國(guó)家或地區(qū)都制定了嚴(yán)格的法規(guī)，力圖降低汽車(chē)的排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。V型橡膠帶式CVT最早出現(xiàn)在德國(guó)Daimlar Benz公司的汽油機(jī)汽車(chē)上。早在七十年代， ZF公司就潛心從事CVT的開(kāi)發(fā)。由于采用CVT可以達(dá)到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最好匹配，提高整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)型和動(dòng)力性，并可以提高操縱方便性和舒適性，有效地降低了排放污染，且綜合性能優(yōu)于AT、AMT系統(tǒng)。幾年前，zF公司進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：在美國(guó)環(huán)境保護(hù)局城市和公路循環(huán)工況下，裝備CVT的汽車(chē)比4 檔AT汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性提高10％；O～60 mph加速試驗(yàn)中，裝備CVT的汽車(chē)比AT 汽車(chē)少用1秒多。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者在這方面做的研究成果大都是在穩(wěn)態(tài)情況下取得的，而會(huì)屬帶絕大多數(shù)情況是工作在瞬態(tài)情況下。1．4．2課題的意義無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)技術(shù)在汽車(chē)變速傳動(dòng)裝置發(fā)展史上具有變革意義，無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)技術(shù)作為21世紀(jì)汽車(chē)的主要研究方向之一，在當(dāng)前倍受各國(guó)汽車(chē)制造廠商的重視。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，閉9無(wú)級(jí)變速器I乜液控制系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)鎖離合器將泵輪與渦輪鎖住，成為整機(jī)傳動(dòng)，提高了傳動(dòng)效率。齒10輪泵由于適用轉(zhuǎn)速范圍寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因而也有廣泛的使用。始終把夾緊力控制在目標(biāo)值的小范圍內(nèi)，是CVT傳動(dòng)系的第一個(gè)控制問(wèn)題。在主動(dòng)輪上，被張緊的金屬帶產(chǎn)生向里運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。最大限度地提高CVT變速器的傳動(dòng)效率是現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)不斷追求的目標(biāo)，所以CVT產(chǎn)品一般是基于精確標(biāo)定的數(shù)據(jù)MAP 圖來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬帶夾緊力控制“”。從大到小連續(xù)改變節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，就得到發(fā)動(dòng)機(jī)一條最佳經(jīng)濟(jì)線和一條最大功率線。但研究表明，汽車(chē)在一定的道路循環(huán)工況下，最小速比小到一定程度后對(duì)汽車(chē)平均百公里油耗的進(jìn)一步降低起的作用不大。隨著主、從動(dòng)盤(pán)之間的正壓力增加，從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速和傳遞的轉(zhuǎn)矩增加。當(dāng)汽車(chē)起步時(shí)，控制凸輪繞固定的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)速比控制杠桿繞可動(dòng)支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)杠桿使速比閥移動(dòng)。其中液壓閥的作用是控制液壓系統(tǒng)的油流方向、流量和壓力，從而控制整個(gè)液壓系統(tǒng)的全部功能。系統(tǒng)主要是由電控單元(ECU)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及各種接口電路構(gòu)成。數(shù)字調(diào)壓閥功率大，抗污染，滯環(huán)小，直接可以接受數(shù)字脈沖信號(hào)，所以使用方便。根據(jù)CVT 的工作要求，CVT電液控制系統(tǒng)需要高效率、運(yùn)行平穩(wěn)、小尺寸和低價(jià)格的液壓控制閥。其缺點(diǎn)是頻寬及響應(yīng)速度不如模擬式的比例控制元件。計(jì)算機(jī)發(fā)出需要的脈沖序列進(jìn)入到脈寬調(diào)制放大器，然后信號(hào)到達(dá)高速開(kāi)關(guān)閥，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制油液壓力或流量。占整個(gè)脈沖周期寬度T的百分比稱(chēng)為占空比，即； ， T=乞+toy，f(％)=等x100％ (3，2) 電平圖3．10脈沖信號(hào)盡管這樣做會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一個(gè)與PWM信號(hào)頻率相同的壓力脈沖干擾，但通過(guò)低通濾波可以消弱此壓力脈動(dòng)。aJttfl 圖3．