Recherche sur le contrôle du processus de changement de vitesse de la transmission automatique

Dec 14, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13054 (2022) Citer cet article

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La qualité des changements de vitesse d'une transmission automatique affecte directement le confort perçu par l'homme et la durabilité de la transmission automatique. En général, l'incohérence causée par des erreurs de fabrication, des changements de cycle de vie ou d'autres changements dans les caractéristiques hydrauliques est la principale raison affectant la qualité du changement de vitesse, qui doit être compensée par un contrôle adaptatif dans le processus de changement de vitesse. Dans cet article, nous fournissons d'abord une analyse approfondie de la relation entre le courant de solénoïde proportionnel, la pression d'embrayage, la vitesse et le couple dans le contrôle du processus de changement de vitesse. Ensuite, nous proposons deux stratégies de contrôle adaptatif efficaces pour la phase de couple et la phase d'inertie, respectivement. Les deux algorithmes sont testés et vérifiés sur un véhicule utilitaire anti-émeute. Les résultats expérimentaux indiquent que les stratégies de contrôle adaptatif proposées dans cet article peuvent compenser efficacement l'évasement du moteur et l'embrayage de la phase de couple, et maintenir la phase d'inertie dans une plage de temps appropriée.

Ces dernières années, avec les progrès de la science et de la technologie, les véhicules équipés de transmissions automatiques sont privilégiés par les consommateurs pour leurs avantages de fonctionnement simple et de couple élevé. Afin d'améliorer l'économie de carburant des véhicules, la demande en nombre de rapports de transmission automatique augmente également, ce qui rend le contrôle logiciel plus complexe et augmente la charge de travail d'étalonnage. Lors du passage d'un rapport de vitesse à l'autre, l'unité de commande de transmission (TCU) doit synchroniser l'engagement de l'embrayage entrant et le désengagement de l'embrayage sortant, ce processus est appelé commande de changement d'embrayage à embrayage1. Dans un changement d'embrayage à embrayage2,3, la fluidité du changement de vitesse nécessite une coordination temporelle entre les actions de commande impliquant les embrayages entrants et sortants4. Lorsque la pression hydraulique n'est pas correctement contrôlée, l'embrayage peut être engagé si rapidement que le conducteur et les passagers peuvent ressentir un choc, ou si lentement qu'il faut beaucoup de temps pour terminer le changement de vitesse5. La qualité des changements de vitesse est directement liée au confort de la perception humaine et à la durabilité des transmissions automatiques. En général, les incohérences causées par des erreurs de fabrication, des changements de cycle de vie ou d'autres changements dans les caractéristiques hydrauliques sont la principale raison affectant la qualité du changement de vitesse. Cependant, s'appuyer sur un calibrage manuel6 pour assurer une bonne qualité de quart de travail demande beaucoup de main-d'œuvre et coûte cher, et ne répond pas aux exigences des lois du marché7.

Autour de la question centrale de l'amélioration de la qualité des changements de vitesse des transmissions automatiques, de nombreux chercheurs se sont concentrés sur l'application du contrôle adaptatif. Le contrôle adaptatif peut ajuster les paramètres de contrôle pour se synchroniser avec les variations des caractéristiques physiques, de sorte qu'il peut améliorer en permanence la qualité du changement de vitesse. Deok-Ho Kim et al.8 utilisent le système d'inférence neuro-floue adaptatif en tant que superviseur et conçoivent le schéma de compensation adaptatif basé sur l'enquête sur les caractéristiques de quart de travail, alors que cette méthode prend beaucoup de temps pour former des superviseurs intelligents en utilisant des données expérimentales sélectionnées et l'algorithme est sensible aux données de formation. La littérature 9 se concentre sur la mise en place de la stratégie de contrôle itératif flou adaptatif, qui contient un contrôleur logique flou à double entrée et double sortie et une méthode itérative discrète, pour le processus de remplissage des embrayages humides dans AT. La mise en œuvre de cet algorithme est complexe et nécessite un matériel de contrôleur élevé, de nombreux paramètres impliqués dans l'algorithme dépendent principalement de l'empirisme. Jinrank et Seibum10 ont proposé une méthode d'estimation du couple utilisant le modèle de friction d'embrayage pour réaliser le contrôle adaptatif du processus de changement de vitesse, mais dans l'application réelle du véhicule, le processus d'établissement du modèle via les données de retour du capteur est compliqué et le modèle établi n'est pas assez précis. La littérature11 propose trois stratégies de compensation adaptative basées sur les paramètres liés au coefficient de frottement de la surface d'embrayage, qui sont essentiellement les mêmes que la littérature10. Ils se concentrent sur l'analyse théorique et ne décrivent pas les méthodes appliquées aux véhicules réels. Les publications12,13,14 sont consacrées à compenser l'influence des variations de construction à construction et des variations du cycle de vie sur le processus de changement de vitesse en analysant la variation des caractéristiques de pression d'embrayage et en ajustant quantitativement la pression d'embrayage, mais elles décrivent à peine le processus de contrôle actuel. Dans le processus de contrôle réel, le courant de l'électrovanne est la partie la plus critique en tant que variable de sortie directe du contrôleur, et la pression d'embrayage en tant que variable d'observation intermédiaire est affectée par le facteur de couplage variable, qui est difficile à contrôler quantitativement.

La plupart des algorithmes de contrôle adaptatif proposés dans la littérature sont essentiellement basés sur l'angle de régulation de la pression et l'identification du modèle de frottement de l'embrayage pour contrôler la sortie de la courbe de vitesse souhaitée. Cependant, limité par la précision des données collectées et les caractéristiques du système lui-même, l'algorithme de contrôle adaptatif basé sur l'identification du modèle de friction d'embrayage a de mauvaises performances. De plus, le système hydraulique est un système de couplage non linéaire temporisé typique, et la stratégie de commande adaptative basée sur l'ajustement quantitatif de la pression est souvent difficile à réaliser dans une application pratique. Dans les applications pratiques, le système de contrôle électronique de la transmission automatique contrôle directement l'électrovanne et réalise le contrôle indirect de paramètres tels que la pression, le couple et la vitesse. Compte tenu du coût du véhicule et de la complexité structurelle, les véhicules sur le marché ne sont généralement pas équipés de couplemètres et de capteurs de pression, mais uniquement des capteurs de vitesse nécessaires. Par conséquent, cet article commence par le courant de commande de l'électrovanne produit par le contrôleur et analyse directement la relation entre le courant de l'actionneur et la vitesse de sortie, tandis que la pression d'embrayage n'est utilisée que comme variable d'observation intermédiaire pour l'analyse auxiliaire. Nous intégrons l'écart entre la vitesse réelle et la vitesse attendue dans le système d'évaluation de la qualité des équipes. Ensuite, le courant de commande de l'électrovanne est ajusté de manière adaptative en fonction de l'écart de la qualité de changement de vitesse, de manière à réaliser la compensation automatique de l'évasement du moteur et de l'accouplement de l'embrayage de la phase de couple et à maintenir la phase d'inertie dans une plage de temps appropriée.

Dans cet article, notre motivation est de compenser aussi efficacement que possible les effets des erreurs de fabrication, des changements de cycle de vie ou d'autres changements dans les caractéristiques hydrauliques sur la qualité de changement de vitesse de la transmission automatique avec un coût de contrôleur limité, afin qu'il puisse être largement utilisé sur le marché. Les principales contributions de cet article peuvent être résumées comme suit.

Pour la première fois, nous fournissons une analyse approfondie de la relation entre le courant de l'électrovanne proportionnelle, la pression d'embrayage, la vitesse et le couple lors du changement de vitesse en utilisant une transmission automatique à 7 vitesses développée en interne comme modèle.

Nous proposons deux stratégies de contrôle adaptatif efficaces pour la phase de couple et la phase d'inertie du processus de changement de vitesse. Ces deux stratégies de commande sont des procédés pour ajuster de manière adaptative la courbe de courant de sortie du TCU en calculant l'écart de la qualité de décalage.

Les deux stratégies de contrôle adaptatif sont à la fois testées et vérifiées sur un véhicule utilitaire anti-émeute. Les résultats expérimentaux montrent que les stratégies de contrôle adaptatif proposées dans cet article peuvent compenser efficacement l'évasement du moteur et l'embrayage de la phase de couple, et maintenir la phase d'inertie dans une plage de temps appropriée.

La structure organisationnelle suivante de cet article est la suivante : premièrement, nous effectuons une analyse détaillée du processus de changement de vitesse, puis les stratégies de contrôle adaptatif correspondantes sont proposées pour la phase de couple et la phase d'inertie dans le processus de changement de vitesse. Dans la partie expérimentale, nous testons et validons notre algorithme de contrôle adaptatif proposé avec un véhicule utilitaire anti-émeute comme objet expérimental. Enfin, nous donnons nos conclusions dans la dernière section.

Afin d'analyser les caractéristiques dynamiques du processus de changement de vitesse, nous devons d'abord discuter de la structure de base d'une transmission automatique et de sa cinématique. Dans cet article, une transmission automatique HPT 2006P entièrement domestique conçue par le China North Vehicle Research Institute est sélectionnée comme objet de recherche. La figure 1 montre le schéma de la transmission automatique à 7 vitesses, où Input représente l'arbre d'entrée, Output représente l'arbre de sortie, DA est l'amortisseur, TC est le convertisseur de couple, PTO est la prise de force, P est la pompe à huile, CLU est l'embrayage de verrouillage, C1 et C2 sont les embrayages rotatifs, C3, C4 et C5 sont les freins.

Schéma de transmission automatique à 7 vitesses.

Comme nous pouvons le voir, la transmission automatique peut être divisée en module d'entrée de puissance, module de convertisseur de couple, module de trains planétaires et module de sortie de puissance. L'énergie générée par le moteur est transmise du module d'entrée de puissance au module convertisseur de couple, puis au module de sortie via le module trains épicycloïdaux. Parmi eux, le rapport d'engrenage planétaire de différents engrenages est la partie centrale de la transmission automatique pour réaliser l'opération de changement de vitesse, qui est réalisée par le système hydraulique contrôlant les pièces d'actionnement de l'embrayage et du frein.

Le système hydraulique se compose d'une pompe à huile, d'un carter d'huile et d'un groupe de vannes. La pompe à huile est entraînée par la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée et constitue la source d'alimentation de l'ensemble du système hydraulique. Le carter d'huile est recouvert de passages d'huile denses, et la direction d'écoulement, l'ouverture et la fermeture et la pression de l'huile dans les passages d'huile sont contrôlées par le groupe de soupapes. Le groupe de vannes est l'objet de contrôle direct du contrôleur de transmission automatique, y compris la vanne de fermeture et de déverrouillage du convertisseur de couple CLU, la vanne de régulation de pression principale, la vanne proportionnelle et la vanne de commutation pour le contrôle des vitesses. Étant donné que le système hydraulique est un système très complexe, afin d'expliquer brièvement la commande de processus de changement de vitesse de transmission automatique concernée dans cet article, l'article suivant se concentre principalement sur la soupape proportionnelle et la soupape de commutation de la commande de changement de vitesse.

Considérant que le convertisseur de couple est relativement indépendant de la commande du processus de changement de vitesse, on peut supposer que la roue de la pompe et la turbine du convertisseur de couple sont mécaniquement connectées pendant le processus de commande de changement de vitesse, c'est-à-dire que l'influence des conditions hydrauliques sur le processus de commande de changement de vitesse peut être ignorée. Le contrôle du rapport de transmission automatique est réalisé par le système hydraulique contrôlant la pression des 5 embrayages (c'est-à-dire C1, C2, C3, C4, C5), qui à son tour est déterminée par la combinaison des différents états des 2 vannes proportionnelles (c'est-à-dire PCS1, PCS2) et des 3 vannes de commutation (c'est-à-dire SS1, SS2, SS3). Le schéma de la relation correspondante entre l'action de l'électrovanne et la pression d'embrayage de chaque rapport de la transmission automatique à 7 vitesses est indiqué dans le tableau 1. Le "Y" dans le tableau indique qu'il y a une sortie de courant vers la vanne correspondante, et la zone blanche indique que la vanne n'a pas de courant. "●" indique que l'embrayage correspondant a une pression d'huile, tandis que la zone blanche indique qu'il n'y a pas de pression d'huile.

Pendant le processus de changement de vitesse, un embrayage est désengagé et l'autre est combiné. Par conséquent, les calculs d'équilibre de moment de force du modèle dynamique peuvent être exprimés comme suit.

La fonction du modèle moteur-pompe comprend : l'inertie équivalente du moteur \({I}_{e}\), la vitesse du moteur \({W}_{e}\), le couple moteur \({T}_{e}\) et le couple de la pompe \({T}_{p}\).

La fonction du modèle turbine-arbre de transmission-embrayage sortant comprend : l'inertie équivalente de la turbine \({I}_{t}\), la vitesse de l'arbre turbine \({W}_{t}\), le couple turbine \({T}_{t}\), le rapport de démultiplication d'entrée \({i}_{in}\), le couple transmis de l'embrayage entrant \({T}_{CL}\) et le couple transmis de l'embrayage sortant \({T}_{CH}\).

La fonction du modèle d'arbre de sortie d'embrayage entrant comprend : l'inertie équivalente de la charge \({I}_{v}\), la vitesse de l'arbre de sortie \({\omega }_{0}\), le couple de sortie \({T}_{O}\), le couple équivalent de charge \({T}_{v}\), le rapport de démultiplication avant l'embrayage entrant \({i}_{ao}\) et le rapport de démultiplication avant l'embrayage relâché \({i}_{bo}\).

Un processus de changement de vitesse parfait n'a pas de perturbations de puissance et l'énergie de transmission se transfère en douceur entre l'embrayage entrant et l'embrayage sortant15,16. La recherche et les tests montrent que le couple d'entrée, la vitesse, la température de l'huile et certains facteurs qui affectent les caractéristiques du système hydraulique sont les principales raisons qui affectent le processus de changement de vitesse9,17. Des lois de contrôle spécifiques peuvent être formulées pour différentes conditions de travail, et les courbes de contrôle de différents modes de fonctionnement auront également des différences évidentes. Par conséquent, afin de répondre aux exigences de contrôle de diverses conditions de travail, il est nécessaire de classer les types de processus de changement de vitesse.

En général, il existe quatre principaux types de changement de vitesse, c'est-à-dire la montée en puissance, la rétrogradation en marche, la montée en vitesse hors tension, la rétrogradation hors tension. Sur la base de ce qui précède, dans l'application réelle, le processus de commande de changement de vitesse sera divisé en plusieurs branches en fonction de nombreux facteurs affectant les caractéristiques du processus de changement de vitesse, tels que la température de l'huile, la position de la pédale d'accélérateur, la vitesse de glissement, le couple moteur et les conditions routières. Plus il y a de branches, plus la gamme d'applications de véhicules est large, mais cela augmentera également la complexité des paramètres d'étalonnage et du système de contrôle. De plus, le changement de caractéristiques dans le processus de changement de vitesse causé par la production de masse et l'usure du cycle de vie ne peut pas être éliminé en ajoutant des branches. Dans l'ensemble, il est très important d'établir un nombre approprié de succursales, puis de prendre des stratégies de contrôle correspondantes en fonction des différentes succursales. Brièvement, nous introduisons les principaux types de décalage. Étant donné que la rétrogradation à l'arrêt peut en principe être contrôlée comme la montée à la montée et la montée à la montée comme la rétrogradation13, nous analyserons la montée à la montée et la rétrogradation à titre d'exemple.

Le passage à la vitesse supérieure se produit lorsque le conducteur conduit le véhicule et la vitesse augmente continuellement pour atteindre la vitesse du point de changement de vitesse lorsque vous appuyez sur l'accélérateur. La figure 2a montre un processus de changement de puissance lors du passage à la vitesse supérieure18. D'après la figure, nous pouvons voir que le rapport de transmission du rapport cible dans la puissance lors du passage au rapport supérieur est inférieur à celui du rapport actuel. Ainsi, afin de maintenir une vitesse de sortie stable avant et après changement de rapport, la vitesse d'entrée doit logiquement décroître régulièrement. La puissance lors de la rétrogradation se produit généralement lors de la montée d'une pente ou de l'augmentation de la résistance19, les changements de vitesse et de rapport de transmission sont illustrés à la Fig. 2b. Différent de la puissance lors du passage à la vitesse supérieure, le régime moteur augmente pendant la puissance lors de la rétrogradation pour maintenir la vitesse de sortie stable.

Processus de changement de puissance lors du passage à la vitesse supérieure et de puissance lors de la rétrogradation.

Essentiellement, le contrôle du processus de changement de vitesse de la transmission automatique consiste à contrôler sa vitesse pour changer en fonction de la piste attendue. En fait, le principe de contrôle de la vitesse de la transmission automatique est étroitement lié à la phase du processus de changement de vitesse, qui sera introduite dans la section suivante.

Le processus de déplacement ne prend qu'une petite partie de l'ensemble du processus de travail, mais c'est la partie la plus importante. Le contrôle du processus de changement de vitesse de la transmission automatique dépend du système de contrôle électro-hydraulique, qui est composé de deux parties : le système de contrôle électronique et le système d'actionnement hydraulique. Par conséquent, nous analyserons le processus de déplacement sous ces deux aspects20.

Par exemple, la loi de variation des paramètres dans un processus de commande de passage à la vitesse supérieure typique est illustrée à la Fig. 3, qui comprend les courbes de variation de 4 paramètres (c'est-à-dire le courant de l'électrovanne proportionnelle, la pression d'embrayage, le régime moteur et la vitesse de sortie, et le couple de sortie) qui nous préoccupent principalement dans le processus de changement de vitesse. Le courant de l'électrovanne proportionnelle est directement émis par le TCU, et la pression d'embrayage est une variable de processus intermédiaire clé dans le processus de commande de changement de vitesse. En raison de l'influence de la taille de l'étape de fonctionnement du contrôleur et des caractéristiques physiques du système hydraulique, le délai entre la sortie du courant de commande et la réponse de la pression d'embrayage est d'environ 30 ms. La qualité d'un processus de changement de vitesse se reflète dans les lois changeantes de la vitesse de rotation et du couple, mais il est généralement difficile de mesurer le couple dans les véhicules réels, nous ne présentons donc que la courbe de couple de sortie théorique comme connaissance auxiliaire. Dans le processus de changement de contrôle, nous le divisons généralement en quatre étapes de contrôle. Ces quatre étapes sont étroitement liées et sont également appelées quatre phases (c'est-à-dire la phase de remplissage, la phase de couple, la phase d'inertie et la phase finale). Ensuite, nous présenterons respectivement ces quatre phases.

Phase du processus de changement.

Comme le montre la Fig. 3, au moment \({t}_{0}\) lorsque la commande de changement de vitesse est générée, la phase de remplissage se produit en premier, ce qui ouvre d'abord l'électrovanne de remplissage (PCS2) à une grande ouverture pour que la chambre d'embrayage entrante se remplisse rapidement d'huile avant que la pression d'embrayage ne commence à augmenter, c'est ce que l'on appelle le point de baiser. Si la durée de la phase de remplissage est trop longue ou si l'électrovanne de remplissage s'ouvre trop, la transmission sera endommagée par un engagement prématuré de l'embrayage venant en sens inverse, appelé double vitesse.

Au temps \({t}_{1}\), le couple moteur \({T}_{e}\) est transformé de l'embrayage relâché à l'embrayage venant. Pendant cette phase, le régime moteur reste stable, le courant de l'électrovanne de vidange (PCS1, vanne normalement fermée) augmente rapidement et le courant de l'électrovanne de remplissage est réduit à une certaine valeur pour maintenir l'embrayage engagé dans l'état de mode glissement. Le glissement de l'embrayage entrant et de l'embrayage sortant consommera l'énergie du moteur avec une augmentation de la température de l'huile. En conséquence, le couple de sortie diminue jusqu'au moment \({t}_{2}\) où le couple transformé de l'embrayage sortant \({T}_{CH}\) est réduit à zéro et le couple transformé de l'embrayage entrant \({T}_{CL}\) est égal au couple moteur \({T}_{e}\). Le phénomène dans lequel le couple de sortie chute puis augmente en raison du chevauchement du couple pendant cette période est également connu sous le nom de trou de couple. Étant donné que le changement du couple de sortie \({T}_{0}\) reflétera directement le changement de l'accélération de la vitesse de sortie, il est nécessaire d'optimiser le gradient de la courbe des trous de couple. Les méthodes de commande proposées dans certaines littératures14, afin d'obtenir un meilleur confort de changement de vitesse, réduisent d'abord la pression de l'embrayage de vidange jusqu'à un certain point pour le préparer à amorcer le patinage. Cependant, cela entraîne également un patinage prolongé, une usure accrue de l'embrayage et une durée de vie réduite. Dans cet article, nous réduisons rapidement la pression de l'embrayage qui sort sans pause et nous nous concentrons sur le contrôle de la pression de l'embrayage qui arrive pour obtenir le point approprié.

Au temps \({t}_{3}\), la vitesse de la turbine \({N}_{t}\) commence à diminuer, marquant la fin de la phase de couple et le début de la phase d'inertie comme le montre la Fig. 3. La force exercée sur l'embrayage entrant augmente avec la pression continue d'augmenter. Cela correspond à une augmentation de la charge. Par conséquent, lorsque la vitesse de la turbine \({N}_{t}\) diminue, le couple moteur \({T}_{e}\) augmente. Si la pression de l'embrayage entrant augmente trop rapidement, la vitesse de la turbine \({N}_{t}\) et le couple de sortie \({T}_{0}\) auront une pente plus importante et provoqueront une conduite inconfortable. Au contraire, si la pression de l'embrayage entrant augmente trop lentement, cela entraînera un temps de changement de vitesse plus long.

Au temps \({t}_{4}\), la vitesse de la turbine \({N}_{t}\) atteint la vitesse correspondant au rapport cible, marquant la fin de la phase d'inertie et le début de la phase finale. Étant donné que l'embrayage entrant ne patine plus à ce point, le couple de sortie est réduit à une position équivalente à l'original \(\mathrm{T}2\), puis la phase finale se produit. Pendant cette phase, le courant de l'électrovanne de remplissage est rapidement augmenté pour atteindre la valeur maximale, de sorte que l'embrayage venant en sens inverse est complètement engagé, le patinage est arrêté et l'ensemble du processus de changement de vitesse est terminé.

Le passage d'un rapport de vitesse d'avancement courant à un rapport de vitesse d'avancement souhaité nécessite que le dispositif d'embrayage associé au rapport de vitesse courant soit débrayé et que le dispositif d'embrayage associé au rapport de vitesse souhaité soit engagé. Dans sa forme de base, le système de commande oriente l'alimentation en pression de fluide vers les dispositifs d'embrayage de transmission conformément au tableau de loi de commande dérivé de l'empirisme. Cependant, les caractéristiques de fonctionnement du moteur et de la transmission changent avec le temps, et les tolérances d'assemblage de production peuvent entraîner une variabilité importante d'un véhicule à l'autre. Par conséquent, les programmes de commande qui produisent un changement de rapport acceptable dans un véhicule peuvent produire un changement de rapport inacceptable dans un autre véhicule. Par conséquent, le contrôleur doit développer des corrections pour les programmes dérivés de manière empirique impliqués dans le processus de décalage de sorte que lorsque le processus de décalage est répété à un point ultérieur, il sera exécuté d'une manière plus proche de l'optimum.

Comme expliqué ci-dessous, la synchronisation d'un tel désengagement de l'embrayage sortant et de l'engagement de l'embrayage entrant est essentielle pour obtenir un processus de changement de vitesse de haute qualité. Si l'embrayage entrant commence à développer une capacité de couple avec un temps de remplissage inapproprié, l'échange de capacité de couple entre l'embrayage sortant et l'embrayage entrant ne se déroulera pas comme prévu. À cet égard, le graphique des erreurs de sous-remplissage et des erreurs de sur-remplissage peut être illustré par les figures 4a, b, respectivement. De même, le graphique des erreurs de durée de phase d'inertie qui est trop courte ou trop longue est illustré sur les figures 5a, b respectivement.

Décalage des erreurs de sous-remplissage et de surremplissage.

Décalage des erreurs basse pression et haute pression.

La figure 4a est une puissance de 60 pour cent de la vitesse 4 à la vitesse 5 lors du passage à la vitesse supérieure avec des erreurs de surremplissage. La figure 4b est une puissance de 50% des gaz 3–4 lors du passage à la vitesse supérieure avec des erreurs de sous-remplissage. Les figures 5a, b illustrent la puissance de la vitesse 3 à la vitesse 4 lors des passages à la vitesse supérieure à 30 et 80 % des gaz avec des erreurs de haute pression et de basse pression, respectivement.

Afin d'évaluer la qualité d'un processus de changement de vitesse et de décider d'adopter ou non une stratégie de compensation21, la littérature22 résume tous les paramètres indicateurs de la qualité de changement de vitesse, les expressions sont les suivantes.

où \({Q}_{s}\) est la qualité de changement, \({J}_{s}\) est le taux de changement du couple de sortie de transmission qui peut être exprimé comme Eq. (5), \({T}_{s}\) est le temps de transmission entre deux vitesses, \({\omega }_{s}\) est l'écart de vitesse angulaire de sortie de transmission, \({\delta }_{s}\) est le taux de changement d'accélération angulaire.

\({\delta }_{s}\) peut être exprimé comme Eq. (6)

où \(\theta (t)\) est l'accélération angulaire de l'arbre de sortie de transmission, \({r}_{w}\) est le rayon du pneu, \(s\) est le glissement constant du pneu, \(a(t)\) est l'accélération linéaire du véhicule.

L'équation de la dynamique de conduite du véhicule est exprimée sous la forme Eq. (7).

\({F}_{t}\) représente la force de réaction tangentielle du sol agissant sur la roue motrice, son expression est montrée dans l'Eq. (8). Où \({T}_{0}\) est le couple de sortie de la transmission, \({i}_{0}\) est le rapport de démultiplication principal, \({\eta }_{0}\) est le rendement mécanique de la transmission de la sortie de la transmission aux roues.

\({F}_{f}\) représente la résistance au roulement et son expression est indiquée dans l'équation. (9). Où \(m\) est le poids du véhicule, \(g\) est l'accélération de la gravité, \(f\) est le coefficient de résistance au roulement, \(\alpha\) est l'angle de rampe.

\({F}_{w}\) représente la résistance au vent, son expression est montrée dans l'Eq. (dix). Où \({C}_{D}\) est le coefficient de traînée aérodynamique, \(A\) est la zone au vent de la direction de conduite du véhicule, \(u\) est la vitesse de l'air par rapport au véhicule.

\({F}_{i}\) représente la résistance de rampe, son expression est montrée dans l'Eq. (11).

\({F}_{j}\) représente la résistance à l'accélération du véhicule, son expression est indiquée dans l'équation. (12). \(\delta\) est le facteur de conversion de la masse en rotation de la voiture après prise en compte du moment d'inertie de la masse en rotation.

Substitution d'éqs. (8), (9), (10), (11), (12) dans l'équation. (7).

Différenciation Eq. (13), nous pouvons obtenir l'équation. (14).

De l'éq. (14), nous pouvons voir que lorsque la vitesse du véhicule et l'accélération longitudinale sont relativement faibles, le taux de changement de \({T}_{0}(t)\) est presque linéairement lié au taux de changement de \(a(t)\), tandis que le taux de changement de \({T}_{0}(t)\) a plus d'effet sur le taux de changement de \(a(t)\) lorsque la vitesse du véhicule et l'accélération longitudinale augmentent. Ceci est cohérent avec la secousse du véhicule perçue par les passagers sur le véhicule réel.

En utilisant les résultats ci-dessus, et en ignorant l'influence du sous-élément de résistance au vent sur la qualité de changement de vitesse, les expressions de la qualité de changement définie comme Eq. (15).

où \({q}_{1}\), \({q}_{2}\), \({q}_{3}\), représentent les coefficients de pondération des sous-éléments, \(\omega (t)\) représente la vitesse réelle, \({\omega }_{0}(t)\) représente la vitesse souhaitée, \({T}_{best}\) désigne le temps optimal déterminé par l'empirisme.

La figure 4 montre la courbe de liaison de l'embrayage et la courbe d'évasement du moteur, qui, bien que se produisant pendant la phase de couple, sont causées par un temps de remplissage inapproprié. Le temps de remplissage n'est généralement pas constant en raison des caractéristiques de fonctionnement du moteur et de la transmission qui changent avec la variabilité d'un véhicule à l'autre et l'usure de l'embrayage au cours du cycle de vie. L'utilisation de méthodes d'étalonnage manuel du temps de remplissage pour compenser cette variation n'est pas applicable sur le marché.

Afin d'ajuster de manière adaptative le temps de remplissage, nous devons calculer l'écart de vitesse de la phase de couple et déterminer s'il s'agit d'une poussée du moteur ou d'un blocage de l'embrayage. La figure 6 montre le principe de calcul du degré d'écart de vitesse d'entrée avec le couplage de l'embrayage et l'évasement du moteur.

Principe d'écart de vitesse pour la phase de couple.

Comme le montre la figure 6, le principe de calcul de l'écart de vitesse de l'embrayage et de l'évasement du moteur est fondamentalement le même, et la clé est l'établissement de la courbe de vitesse souhaitée. La courbe de vitesse attendue se compose de deux courbes d'ajustement linéaires L1 et L2. L1 est une courbe ajustée linéairement par le régime moteur entre T1 et T2, et L2 est une courbe ajustée linéairement par le régime moteur entre T3 et T4. En tenant compte des caractéristiques de temporisation de la commande de commande de l'électrovanne réelle et de la réponse du système hydraulique, les règles de sélection des points temporels de la période de montage sont les suivantes : T1 est le moment où une demande de changement de vitesse est générée et le changement de vitesse commence ; T2 est le moment où l'électrovanne de vidange d'huile est complètement ouverte ; T3 est égal à T2 plus le temps de phase de couple (dans cet article, le temps de phase de couple \(\Delta {T}_{torque}\) est de 0,2 s) comme indiqué dans l'équation. (16); T4 est le moment où la vitesse d'entrée de la transmission atteint la vitesse de vitesse cible.

En supposant que la courbe de vitesse souhaitée \({X}_{L}\) composée de L1 et L2 est L, son expression discrète est montrée dans l'Eq. (17). L'expression discrète du segment de ligne représentant la vitesse d'acquisition réelle est indiquée dans l'équation. (18). L'expression discrète du segment de ligne représentant la vitesse de sortie est indiquée dans l'équation. (19).

À partir des éqs. (17), (18) et (19), les expressions discrètes de l'intégrale de la zone d'écart de vitesse \({A}_{rea}\) et du taux d'accélération du changement \({B}_{acce}\) peuvent être écrites sous la forme d'équations. (20) et (21). \(\Delta \mathrm{t}\) est l'intervalle de temps d'échantillonnage.

La figure 7 montre l'organigramme de l'adaptation du déphasage du couple. Afin d'ajuster rapidement et efficacement le temps de remplissage d'huile de manière adaptative, il est nécessaire de juger d'abord du type de processus de changement de vitesse, de calculer la zone d'écart de vitesse, puis de déterminer la valeur du gain adaptatif en fonction de la zone d'écart de vitesse. Le gain adaptatif corrigera la valeur initiale du temps de remplissage. La nouvelle valeur mise à jour sera stockée dans la mémoire pour les paramètres de commande de changement de vitesse correspondants dans les mêmes conditions de travail si sa qualité de changement de vitesse est meilleure qu'avant. De plus, \({\mathrm{G}}_{h}\) et \({\mathrm{G}}_{s}\) sur la Fig. 7 sont positifs lorsque le changement de vitesse est lié à l'embrayage, alors qu'ils sont négatifs lorsque le changement de vitesse est une poussée du moteur. \({Q}_{ss}\) est un indicateur différent du \({\mathrm{Q}}_{s}\) calculé à l'origine, et sa méthode de calcul est la même que celle de \({\mathrm{Q}}_{s}\). \({\mathrm{A}}_{max}\) et \({\mathrm{A}}_{min}\) sont respectivement les valeurs maximale et minimale du seuil de zone d'écart de vitesse de phase de couple. Leurs valeurs sont obtenues par des expériences et une expérience manuelle, et l'amplitude des valeurs est étroitement liée au rapport d'ordre du processus de changement de vitesse. Concernant les paramètres \({G}_{h}\) et \({\mathrm{G}}_{s}\), dans l'adaptation du déphasage du couple, \({\mathrm{G}}_{h}\) représente la valeur de gain maximum du temps de remplissage d'huile, qui est 3 fois la période de contrôle dans cet article, tandis que \({\mathrm{G}}_{s}\) représente la valeur de gain minimum du réglage du temps de remplissage d'huile, et sa valeur est le temps de période de contrôle 10 ms .

Organigramme de l'adaptation du déphasage du couple.

Le système de commande électro-hydraulique de la transmission est un système non linéaire temporisé typique. Afin d'éviter que le système ne devienne incontrôlable, un seul paramètre est ajusté à la fois. Compte tenu du rôle important de la phase de couple, dans l'application pratique de la stratégie adaptative, le temps de remplissage d'huile qui affecte la phase de couple est d'abord ajusté, puis la phase d'inertie est ajustée de manière adaptative lorsque le temps de remplissage d'huile est ajusté à un meilleur état.

Comme le montre la figure 8, la stratégie adaptative de phase d'inertie diffère de la stratégie adaptative de phase de couple dans le choix du profil de vitesse souhaité pour le calcul de l'écart de vitesse. Dans cette section, les paramètres \({\mathrm{T}}_{1}\), \({\mathrm{T}}_{2}\), \({\mathrm{T}}_{3}\), \({\mathrm{T}}_{4}\) sont obtenus de la même manière que la stratégie de contrôle adaptatif pour la phase de couple, la méthode de calcul de \({\mathrm{T}}_{5}\) est illustrée dans l'équation. (22). \({\Delta T}_{inertie}\) est la durée optimale de la phase d'inertie, et sa valeur est obtenue expérimentalement et empiriquement. \({T}_{6}\) est l'heure à laquelle la phase finale est terminée.

Principe d'écart de vitesse pour la phase d'inertie.

Alors L1 peut être obtenu par ajustement linéaire à travers les données de vitesse entre \({\mathrm{T}}_{1}\) et \({\mathrm{T}}_{2}\) ; L2 peut être obtenu par ajustement linéaire à travers les données de vitesse entre \({\mathrm{T}}_{3}\) et \({\mathrm{T}}_{4}\) ; L3 peut être obtenu par ajustement linéaire à travers les données de vitesse entre \({\mathrm{T}}_{4}\) et \({\mathrm{T}}_{6}\) ; le point P est l'intersection des lignes L1 et L2 ; le point M qui peut former L4 avec le point P peut être déterminé par \({\mathrm{T}}_{5}\) et L3. Enfin, nous obtenons la courbe de vitesse souhaitée \({\mathrm{X}}_{L}\) composée de L1, L4, L3. La méthode de calcul des paramètres \({\mathrm{Q}}_{s}\), \({\mathrm{A}}_{rea}\) et \({\mathrm{B}}_{acce}\) est la même que celle de la phase de couple. Il convient de noter que le point P est le point clé qui détermine la précision de l'ensemble de l'algorithme adaptatif de phase d'inertie, et il représente le point de travail théorique où la phase de couple se termine.

La figure 9 montre l'organigramme de l'adaptation du déphasage d'inertie. Avant d'exécuter l'algorithme de commande adaptative de phase d'inertie, déterminez d'abord si la commande adaptative de phase de couple est actuellement exécutée. Ceci afin d'éviter que le système de processus de contrôle ne soit hors de contrôle ou instable en raison de l'ajustement simultané des paramètres de phase de couple et de phase d'inertie. Dans le processus de contrôle adaptatif de la phase d'inertie, le courant de l'électrovanne est ajusté de manière adaptative en calculant l'écart entre la vitesse réelle et la vitesse attendue pour ajuster la pression dans une certaine plage. Enfin, la qualité de décalage est utilisée pour évaluer si le processus de décalage est optimisé et décider de mettre à jour ou non les paramètres actuels en mémoire. Où \({P}_{c}\) est le courant d'origine de l'électrovanne et \({P}_{a}\) représente le courant de l'électrovanne après réglage adaptatif.

Organigramme de l'adaptation du déphasage d'inertie.

De plus, il convient de noter que dans l'adaptation du déphasage inertiel, \({\mathrm{G}}_{h}\) représente la valeur de gain maximale de l'ajustement de la valeur actuelle, qui est définie sur 30 dans cet article, et \({\mathrm{G}}_{s}\) représente la valeur de gain minimale de l'ajustement de la valeur actuelle, qui est définie sur 10 dans cet article. Si la valeur de \({G}_{h}\) est trop grande, l'algorithme ne convergera pas et deviendra instable ; si la valeur de \({\mathrm{G}}_{s}\) est trop grande, la précision de l'algorithme se détériorera ; et si les valeurs de \({\mathrm{G}}_{h}\) et \({\mathrm{G}}_{s}\) sont trop petites, l'algorithme convergera lentement et ne pourra pas répondre aux exigences de haute efficacité.

Les stratégies de commande adaptative en phase de couple et en phase d'inertie sont testées et vérifiées sur un véhicule utilitaire anti-émeute. La figure 10 est une image de l'expérience de véhicule réel, dans laquelle le système d'acquisition et d'enregistrement de données en temps réel est implémenté par un logiciel auto-développé programmé par LabVIEW, et le logiciel de contrôle de transmission automatique incorporant la stratégie de contrôle proposée dans cet article est implémenté dans le TCU.

Expérience sur véhicule utilitaire anti-émeute.

Le processeur principal de l'unité de contrôle de transmission (TCU) est une puce Freescale 16 bits hautes performances. De plus, afin de faciliter l'analyse des données de changement de vitesse pendant tout le processus de conduite, en plus d'installer les capteurs de vitesse nécessaires (y compris la vitesse de la pompe, la vitesse de la turbine et la vitesse de sortie), 6 transducteurs de pression d'embrayage sont également installés. Le temps d'échantillonnage du TCU et du système d'acquisition et d'enregistrement des données sont tous deux réglés sur 10 ms. De plus, les paramètres détaillés du véhicule et les conditions de travail du véhicule expérimental utilisé pour les tests de stratégie de contrôle adaptatif sont présentés dans le tableau 2.

La figure 11a montre les résultats expérimentaux du contrôle adaptatif du surremplissage pour la phase de couple. Dans la figure, nous pouvons voir que 3 ensembles de données expérimentales de véhicules réels sont présentés, correspondant respectivement à 3 ajustements adaptatifs pour le temps de remplissage. La courbe rouge est la courbe de contrôle de décalage initial. La courbe bleue est la deuxième donnée de test après une compensation adaptative. La courbe verte est la courbe de commande de changement de vitesse finale, représentant la courbe de commande de changement de vitesse optimale après deux stratégies de compensation adaptative. D'après le graphique actuel et le graphique de pression, nous pouvons observer que le temps de remplissage de l'électrovanne PCS1 pour le tour 3 est réduit de 60 ms par rapport au tour 1, et la pression de pointe de l'embrayage engagé C3 pendant la phase de couple est réduite de 2,57 à 2,25 bar.

Contrôle adaptatif du sur-remplissage et du sous-remplissage.

La figure 11b montre les résultats expérimentaux du contrôle adaptatif du sous-remplissage pour la phase de couple. La courbe rouge est la courbe du processus de décalage avant l'ajustement adaptatif. On constate sur la courbe de régime moteur qu'un phénomène de flare se produit en phase de couple. Alors qu'un processus de changement de vitesse en douceur se produit après le réglage adaptatif, dans lequel le temps de remplissage de l'électrovanne PCS2 est augmenté de 30 ms par rapport à celui avant le réglage adaptatif, la valeur de vallée correspondante de la pression d'embrayage engagée C2 augmente de 2,35 à 2,66 bar pendant la phase de couple.

La figure 12 montre les résultats expérimentaux du véhicule de la puissance du rapport 3 au rapport 4 lors du passage au rapport supérieur avec une stratégie de commande adaptative de pression de phase d'inertie différente. La figure 12a est le résultat expérimental de la commande adaptative C2 de la pression d'embrayage engagée en phase d'inertie sous un régime de 30 pour cent. On peut voir sur la courbe de régime moteur rouge que la pression C2 pendant la phase d'inertie est élevée, cela signifie que l'embrayage d'embrayage reçoit plus de force et s'enclenche plus tôt, donc la pente du régime moteur est plus grande. La stratégie de contrôle adaptatif réduira la pression de l'embrayage engagé dans la phase d'inertie, comme le montrent les courbes bleue et verte de la Fig. 12a. La durée de la phase d'inertie de la courbe de commande de décalage optimal après ajustement adaptatif est augmentée de 141 à 458 ms.

Contrôle adaptatif de la haute pression et de la basse pression.

La figure 12b est le résultat expérimental de la commande adaptative de la pression d'embrayage d'engagement de phase d'inertie C2 à 80 % d'accélération. Différent de l'erreur de temps d'inertie court, lorsque l'erreur de temps d'inertie long se produit, le courant de l'électrovanne d'embrayage engagé PCS2 est ajusté de manière adaptative pour augmenter la pression de la phase d'inertie C3 et faire en sorte que l'embrayage collectif s'engage plus tôt. Comme le montre la courbe de régime moteur de la Fig. 12b, la durée de la phase d'inertie du changement de vitesse après l'optimisation de la stratégie adaptative est réduite par rapport aux 736 à 409 ms d'origine.

Grâce aux résultats expérimentaux du véhicule utilitaire anti-émeute discutés ci-dessus, les paramètres de contrôle du processus de changement de vitesse peuvent être ajustés de manière adaptative à la plage optimale au troisième tour dans des circonstances normales, et peuvent être adaptés à une bonne valeur au deuxième tour pour quelques petites déviations. Par conséquent, l'efficacité de la stratégie de contrôle adaptatif est suffisamment élevée pour être appliquée à des véhicules réels.

Dans cet article, nous utilisons d'abord une transmission automatique à 7 vitesses auto-développée comme modèle pour révéler la relation entre le courant de l'électrovanne proportionnelle, la pression d'embrayage, la vitesse et le couple dans son processus de commande de changement de vitesse. Compte tenu des impératifs de maîtrise des coûts des applications du marché, la transmission automatique du véhicule n'installe généralement que le capteur de vitesse nécessaire. Par conséquent, sur la base du courant de commande de l'électrovanne, deux stratégies de commande adaptative sont proposées pour la phase de couple et la phase d'inertie dans le but d'améliorer le confort perçu par les passagers et la durabilité des composants. Le logiciel TCU incorporant la stratégie de contrôle adaptatif a été développé et mis en œuvre sur un véhicule utilitaire anti-émeute équipé d'une transmission automatique à 7 rapports. Les résultats expérimentaux indiquent que la stratégie de contrôle adaptatif proposée dans cet article peut compenser efficacement l'évasement du moteur et l'embrayage de la phase de couple, et maintenir la phase d'inertie dans une plage de temps appropriée. La stratégie de contrôle adaptatif du processus de changement de vitesse proposée peut également être appliquée à d'autres types de transmissions automatiques pour améliorer l'influence des erreurs de fabrication, des changements de cycle de vie ou d'autres changements des caractéristiques hydrauliques sur la qualité du changement de vitesse.

Les ensembles de données générés et analysés au cours de l'étude actuelle ne sont pas accessibles au public en raison de l'implication des paramètres de base de nos produits de transmission automatique développés par nos soins, mais sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Nous remercions le China North Vehicle Research Institute, le Tank Transmission National Defense Science and Technology Key Laboratory et le membre de l'équipe de contrôle électronique AT du département des technologies de transmission pour leur soutien à ce travail.

Tank Transmission National Defence Science and Technology Key Laboratory, China North Vehicle Research Institute, Beijing, 100072, Chine

Wujun Zou, Ye Wang, Chaojie Zhong, Zhenchuan Song et Shenlong Li

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WZ : écriture et révision du manuscrit. YW : analyse des données. CZ : collecte de données. ZS : préparé Fig. 1 et Tableau 1. SL : revu le manuscrit. Tous les auteurs ont contribué à l'article et ont approuvé la version soumise.

Correspondance à Wujun Zou.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Zou, W., Wang, Y., Zhong, C. et al. Recherche sur le contrôle du processus de changement de vitesse de la transmission automatique. Sci Rep 12, 13054 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17413-7

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Reçu : 19 avril 2022

Accepté : 25 juillet 2022

Publié: 29 juillet 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-17413-7

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