汽車下長坡時發(fā)動機制動CVT 控制策略探究

狄振華

(陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車系，陜西 西安 710018）

1 發(fā)動機制動特性

1.1 發(fā)動機制動原理

發(fā)動機制動就是指抬起油門踏板，但并不脫開發(fā)動機，利用內(nèi)摩擦力和進排氣阻力對驅(qū)動輪形成制動作用。

發(fā)動機制動有三個明顯的特點： 一是能夠使腳制動使用頻率減少，避免因為制動器長時間的使用，升高制動器摩擦片的溫度，從而導(dǎo)致制動力的下降，甚至失去作用；二是因為差速器的作用，可以把制動力矩平均的分配在左右車輪上，減少甩尾、側(cè)滑的發(fā)生；三是車速將一直被限定在一定的范圍內(nèi)，能及時降速或停車，確保行車時的安全。

1.2 發(fā)動機制動的影響因素

汽車在行駛過程中， 道路坡度和車速會隨著環(huán)境的變化而變化，要平衡坡道的下滑力，需要不斷的調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速來獲得合適的發(fā)動機力矩；需要通過輔助制動系統(tǒng)來平衡坡道的下滑力。由于CVT 的速比可以連續(xù)的變化，通過調(diào)節(jié)CVT 的速比可以實現(xiàn)所需發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速的最佳匹配，從而獲得理想的制動力力矩。

另外，發(fā)動機制動力還與空氣阻力、道路坡度、滾動阻力、變速器速比等參數(shù)的行車條件有關(guān)。 所以，我們只能通過試驗才能得知制動力力矩和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系，才能進一步的研究汽車下長坡時發(fā)動機制動CVT 控制策略。

2 CVT 的相關(guān)介紹

2.1 CVT 的概念

CVT 即無級變速器， 它的英文全稱為Continuouslv VariableTransmission，簡稱CVT。 發(fā)明無級變速器的是荷蘭人，無級變速器與有級式的區(qū)別主要在于： 它的變速比是一系列連續(xù)的值，而不是間斷的點，譬如可以從3.455 一直變化到0.85。CVT 的結(jié)構(gòu)要比傳統(tǒng)變速器更為簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復(fù)雜的行星齒輪組，主要就是靠主動輪、從動輪和金屬帶來實現(xiàn)速比的無級變化。

目前國內(nèi)將CVT 技術(shù)應(yīng)用于汽車的品牌及產(chǎn)品日趨增加，如奧迪、飛度、西耶那（帕力奧），帝豪EC7，比亞迪L3 等。

2.2 CVT 的工作原理

CVT 的部件主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。 主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動，另一側(cè)則固定。 金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個金屬片構(gòu)成。 控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機車速控制主、從動帶輪沿軸向移動、氣門開度，在力的作用下，金屬帶在主、從動帶輪構(gòu)成的V 型槽里沿徑向運動，從而完成速比在設(shè)計范圍內(nèi)從最小到最大的變化，實現(xiàn)了無級變速。

2.3 CVT 的技術(shù)特性

(1)動力性。 汽車加速和爬坡的能力取決于汽車后備功率大小。汽車的后備功率越大，汽車的動力性就越好。而根據(jù)CVT的無級變速特性，可以得到后備功率最大的傳動比，所以CVT的動力性明顯比自動變速器(AT)和機械變速器(MT)要高。

(2) 經(jīng)濟性。 在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)，CVT 都可以實現(xiàn)無級變速，并且能夠獲得發(fā)動機工況和傳動系的最佳匹配，從而使整車的燃油經(jīng)濟性有所提高。

(3)成本。 CVT 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，零部件數(shù)目要比AT少很多(約少200 個左右)，當(dāng)汽車制造商進行大規(guī)模生產(chǎn)開始后，CVT 的成本將低于AT。 隨著大規(guī)模生產(chǎn)及材料、系統(tǒng)的革新，CVT 零部件生產(chǎn)的成本將降低20%-30%。

(4)排放。 CVT 的速比工作范圍比較寬，要使發(fā)動機以最佳工況來工作，需要改善燃燒的過程，降低廢氣的排放。

3 發(fā)動機制動CVT 速比控制策略

CVT 是一種變速傳動裝置，在一定范圍內(nèi)，它的速比可以連續(xù)的變化， 它能夠很好的平衡驅(qū)動輪與發(fā)動機之間的關(guān)系，這種平衡關(guān)系正是通過速比控制實現(xiàn)的。 發(fā)動機制動CVT 速比控制策略要解決的兩個問題：一是目標(biāo)速比的確定；二是對目標(biāo)速比的跟蹤。

3.1 目標(biāo)速比的確定

汽車在下長坡行駛時車速既不能太快也不能太慢。 因此，若是想汽車在長坡行駛的時候能夠以合適的車速穩(wěn)定行駛是關(guān)鍵的問題，研究表明，在一般的坡道上應(yīng)該為30～40km/h。 要實現(xiàn)汽車穩(wěn)定車速、勻速下坡，平衡汽車所受力矩顯得尤為重要。 根據(jù)發(fā)動機制動的力矩曲線，從而可以求出目標(biāo)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。 再根據(jù)采樣時刻的實際車速和目標(biāo)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速就可以求出目標(biāo)速比，便可以對CVT 進行速比控制。

3.2 CVT 速比控制策略

CVT 在速比控制過程中最重要的就是對CVT 速比變化率的控制。 假設(shè)直接控制無級變速系統(tǒng)的速比，對速比變化率所造成的影響不加以考慮，那么很難控制系統(tǒng)瞬態(tài)的特性。 所以，CVT 速比控制的關(guān)鍵在于合理的確定速比變化率。假設(shè)將速比控制系統(tǒng)作為一個理想的系統(tǒng)， 通過CVT 速比控制器具體參數(shù)的確定，來控制CVT 調(diào)節(jié)特性。 選擇合理的PID 參數(shù)，使實際速比對目標(biāo)速比有良好的跟隨性， 使汽車實現(xiàn)穩(wěn)定車速、勻速下坡。

4 總結(jié)

本文從發(fā)動機制動原理、CVT 的相關(guān)介紹著手，對汽車下長坡時發(fā)動機制動CVT 控制策略進行了系統(tǒng)的分析與研究，得出了以下的觀點： 調(diào)節(jié)CVT 的速比可以使發(fā)動機的有限制動力矩平衡下長坡汽車的行駛下滑力； 利用發(fā)動機制動力矩，提出了在制動過程中調(diào)節(jié)無級變速器速比的觀點，驗證了汽車下長坡時發(fā)動機制動CVT 控制策略的可行性。

[1]董偉等.汽車下長坡時發(fā)動機制動CVT 控制策略[J].吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2006，5

[2]余強.汽車下坡持續(xù)制動性能研究[D].長安大學(xué)，2000