Влияние управления крутящим моментом на ведущем валу автоматической ступенчатой трансмиссии на процессы переключения передач

Введение (постановка задачи и актуальность). При создании систем управления для автоматических коробок передач (АКП) одним из ключевых вопросов является выбор алгоритмов переключения передач. Их структура и рабочие параметры оказывают влияние на такие характеристики процессов переключения, как нагрузки в трансмиссии и работа буксования фрикционных элементов, которые, в свою очередь, определяют комфорт автомобиля и долговечность элементов АКП. Одним из факторов, определяющих эти характеристики, является управление крутящим моментом двигателя в процессе переключения передач. В случае гибридной энергоустановки наличие тягового электродвигателя на входе АКП расширяет возможности управления крутящим моментом на её ведущем валу. Исследование процессов переключения передач в этих аспектах является актуальной задачей совершенствования систем управления АКП.

Цель исследования – провести сравнительный анализ влияния различных способов управления крутящим моментом на ведущем валу АКП на динамические показатели процессов переключения передач, работу буксования фрикционных элементов АКП и факторы комфортабельности автомобиля.

Методология и методы. Исследование проведено посредством математического моделирования. Разработана модель движения автомобиля с АКП, учитывающая возможность установки электродвигателя на ведущем валу. Проведены вычислительные эксперименты, воспроизводящие повышающие и понижающие переключения передач в процессе разгона автомобиля с созданием корректирующего крутящего момента в инерционных фазах переключений. Выполнен анализ результатов моделирования с определением основных показателей динамики автомобиля и работы буксования фрикционных элементов АКП.

Результаты и научная новизна. Установлено существенное снижение (в среднем на 40%) рывков («джерков») при создании корректирующего момента с помощью электродвигателя в инерционных фазах как повышающих, так и понижающих переключений передач. Также установлено, что создание корректирующего момента при повышающих переключениях позволяет снизить работу буксования фрикционов на 16–24% в случае управления топливоподачей двигателя внутреннего сгорания и на 28–34% в случае использования электродвигателя. Вместе с тем коррекция момента с помощью электродвигателя при понижающих переключениях увеличивает работу буксования в 1,4–2,4 раза.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при разработке систем управления для АКП как для традиционных автомобилей, так и для автомобилей с электрическим приводом в составе энергоустановки.

1. Fischer R., Küçükay F., Jürgens G., Najork R., Pollak B. The Automotive Transmission Book. – Springer International Publishing Switzerland, 2015. – P. 12, 49, 54–59.

2. Genta G., Morello L. The Automotive Chassis. Vol. 1: Components Design. – Springer Science+Business Media B.V., 2009. – P. 544–546.

3. Фисенко И.А., Гируцкий О.И. К вопросу выбора параметров процесса переключения ступеней автоматических коробок передач с фрикционными элементами // Труды НАМИ. – 2019. – № 2 (277). – С. 6–13.

4. Crowther A., Zhang N., Liu D. K., Jeyakumaran J.K. Analysis and simulation of clutch engagement judder and stick–slip in automotive powertrain systems // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D Journal of Automobile Engineering. – 2004. – No. 218 (12). – P. 1427–1446.

5. Liu Y., Qin D., Jiang H., Zhang Y. A Systematic Model for Dynamics and Control of Dual Clutch Transmissions // ASME Journal of Mechanical Design. – 2009. – 131(6): 061012.

6. Haj-Fraj A., Pfeiffer F. A model based approach for the optimisation of gearshifting in automatic transmissions // International Journal of Vehicle Design. – 2002. – Vol. 28, no. 1-3. – P. 171–188.

7. Тарасик В.П. Математическая модель теплопередачи в дисковых фрикционах переключения передач трансмиссии // Автомобильная промышленность. – 2016. – № 9. – С. 15–21.

8. Гируцкий О.И., Тарасик В.П. Создание электронных систем управления и диагностирования гидромеханических передач мобильных машин: этапы, пути и перспективы // Журнал автомобильных инженеров. – 2013. – № 4 (81). – С. 18–23.

9. Shi G., Dong P., Sun H.Q., Liu Y, Cheng Y. J., Xu X.Y. Adaptive control of the shifting process in automatic transmissions // International Journal of Automotive Technology. – 2017. – Vol. 18. – P. 179–194.

10. Jo H.-S., Lim W.-S., Park Y.-I, Lee J.-M. A study of the shifting transients of a torque converter equipped vehicle // International Journal of Heavy Vehicle Systems. – 2000. – Vol. 7, no. 4. – P. 264–280.

11. Baltusis P.A., Lee T., Palansky B.J. Automatic transmission torque converter clutch control / Ford Motor Company Ltd. – 1994. – Patent EP 0 366 284 B1. – P. 53.

12. Sanada K., Gao B., Kado N., Takamatsu H., Toriya K. Design of a robust controller for shift control of an automatic transmission // Proc IMechE Part D: J Automobile Engineering. – 2012. – No. 226 (12). – P. 1577–1584.

13. Vornehm M. Functional Description and Design Aspects of Hybrid Transmissions. Proceedings of CONAT 2016 International Congress of Automotive and Transport Engineering. – Springer International Publishing Switzerland, 2017. – P. 36–47.

14. Into the Future – with E-Mobility. ZF products for hybrid and electric vehicles. ZF Friedrichshafen AG. URL: https://www.zf.com/master/media/en/corporate/m_zf_com/company/download_center/products/passen-ger_cars/zf_pkw_e_mobility_2015_de_5c_low.pdf (дата обращения: 15.10.2022).

15. Reitz D., Ruder W., Dilzer M., Blaes C. P2 High-Voltage Drives. Efficient Hybridization for all Transmissions // Proceedings of Schaeffler Symposium. – 2018. – P. 305–313.

16. BorgWarner P2 Module for Hybrid Vehicles. URL: https://www.borgwarner.com/technologies/p2-hybrid-architecture (дата обращения: 15.10.2022).

17. Pacejka H.B., Besselink I. Tire and vehicle dynamics. Third Edition. – Elsevier Ltd., 2012. – P. 165–183.

18. Гришкевич А.И. Автомобили: теория. – Минск: Выш. шк., 1986. – С. 42.

19. Курочкин Ф.Ф., Нагайцев М.В., Полунгян А.А. Метод определения закона управления фрикционными элементами при переключении в автоматической планетарной коробке передач транспортной машины // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. – 2008. – № 2. – С. 52–62.

20. Isermann R. Engine Modeling and Control. Modeling and Electronic Management of Internal Combustion Engines. – Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014. – P. 439.

21. Isermann R. Mechatronic Systems. Fun da mentals. – Springer-Verlag London Limited, 2005. – P. 200.

22. Hori Y., Toyoda Y., Tsuruoka Y. Traction Control of Electric Vehicle: Basic Experimental Results Using the Test EV “UOT Electric March” // IEEE Transactions on Industry Applications. – 1998. – Vol. 34, no. 5. – P. 1131–1138.

23. Фисенко И.А., Есеновский-Лашков Ю.K., Скоков Е.М. Оценка плавности переключений гидромеханических передач легковых автомобилей // Автомобильная промышленность. – 1982. – № 5. – С. 17–18.

24. Куликов И.А., Фисенко И.А. Моделирование движения автомобиля с автоматической трансмиссией средствами программного пакета Simulink // Труды НАМИ. – 2008. – № 239. – С. 80–98.