唐瑩　張曄平

【摘要】根據(jù)濕式雙離合器自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)特性，提出了濕式雙離合器的扭矩控制方法。并制定了具體的急加速降檔控制策略和控制邏輯。在實(shí)車測(cè)試中，急加速的狀態(tài)下得到了理想的降檔效果。從而驗(yàn)證了濕式雙離合器的扭矩控制方法正確性以及換擋控制策略合理性。

【關(guān)鍵詞】濕式雙離合器自動(dòng)變速器；降檔策略；扭矩控制

1、引言

換檔過(guò)程控制是雙離合器自動(dòng)變速器（Duel Clutch Transmission， DCT）的控制重點(diǎn)之一。為了提高換檔品質(zhì)，必須在換檔過(guò)程中精確控制兩個(gè)離合器的動(dòng)作。根據(jù)DCT的結(jié)構(gòu)，對(duì)于急加速降檔時(shí)，離合器的控制更為復(fù)雜。因此，針對(duì)DCT的急加速降檔工況，本文提出了濕式雙離合器的扭矩控制方法并且制定了換檔控制策略。最后將控制策略應(yīng)運(yùn)用實(shí)車測(cè)試中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2、離合器的控制原理

本文所研究的雙離合器由兩組濕式多片離合器組成，奇數(shù)離合器控制1、3、5檔，偶數(shù)離合器控制2、4、6檔。當(dāng)車輛在行駛過(guò)程中，雙離合器進(jìn)行交替工作來(lái)完成升降檔。根據(jù)扭矩平衡原理，得到離合器傳遞扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和輸出軸扭矩之間的關(guān)系式為

式（1）中，Te為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，Tl為輸出軸扭矩，Tcl為奇數(shù)離合器傳遞扭矩，Tc2為偶數(shù)離合器傳遞扭矩；為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角加速度，為輸出軸轉(zhuǎn)角加速度；J1為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J2為輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；i1為奇數(shù)輸入軸上同步檔位的傳動(dòng)比，i2為偶數(shù)輸入軸上同步檔位的傳動(dòng)比；μ1，μ2為離合器摩擦片的摩擦系數(shù)；A1，A2為離合器活塞面積；R1，R2為離合器摩擦片有效半徑；Pc1，Pc2為作用在離合器摩擦片上的油壓。

3、急加速降檔控制算法

根據(jù)DCT的機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)行急加速降檔換擋時(shí)，換擋過(guò)程分為兩種情況，即為降奇數(shù)檔和降偶數(shù)檔。當(dāng)降奇數(shù)檔時(shí)，離合器只要進(jìn)行一次交替；當(dāng)降偶數(shù)檔時(shí)，離合器需要進(jìn)行兩次交替。

3.1降奇數(shù)檔控制算法?？紤]到換擋的平順性和快捷性，降奇數(shù)檔換擋過(guò)程分為5個(gè)階段，如圖1所示，以五檔降二檔為例。

a.t0-t1-t2階段：在該階段，由于油門開(kāi)度增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著增加，動(dòng)態(tài)扭矩增加，使得奇數(shù)離合器傳遞扭矩有所下降，此時(shí)偶數(shù)離合器還處于打開(kāi)狀態(tài)，奇數(shù)離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。當(dāng)偶數(shù)輸入軸同步二檔之后，偶數(shù)離合器開(kāi)始預(yù)充到達(dá)Touchpoint點(diǎn)所傳遞的扭矩。

式（2）中：Δ為進(jìn)行PI調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)扭矩的調(diào)節(jié)量，PI調(diào)節(jié)的輸入量為設(shè)定的動(dòng)態(tài)扭矩與實(shí)際動(dòng)態(tài)扭矩的差值。其中，設(shè)定動(dòng)態(tài)扭矩由油門開(kāi)度決定，實(shí)際動(dòng)態(tài)扭矩有當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速換算得到。通過(guò)PI調(diào)節(jié)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速上升斜率按照油門開(kāi)度對(duì)應(yīng)的理論值變化而變化，同時(shí)保證奇數(shù)離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。TTouchpoint為Touchpoint點(diǎn)離合器傳遞扭矩。

b.t2-t3-t4階段：在該階段為轉(zhuǎn)矩相階段，雙離合器都進(jìn)行扭矩控制。為了保證不斷動(dòng)力傳遞，由于處于急加速狀態(tài)，在偶數(shù)離合器傳遞扭矩上升達(dá)到傳遞大部分發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩之前，奇數(shù)離合器必須跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，在一定時(shí)間T1內(nèi)雙離合器的扭矩按不同的斜率上升到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。在雙離合器傳遞扭矩上升過(guò)程中，當(dāng)雙離合器傳遞扭矩相同時(shí)，奇數(shù)離合器傳遞扭矩在一定時(shí)間T2以一定斜率下降到Touchpoint點(diǎn)，而偶數(shù)離合器扭矩繼續(xù)沿先前斜率上升，逐漸到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出扭矩。

式（3）中：Tcl?0為奇數(shù)離合器傳遞扭矩初始值；Tc2?0為偶數(shù)離合器傳遞扭矩初始值；β為扭矩上升調(diào)整系數(shù)，0≤β≤1，該值與離合器扭矩上升時(shí)間相關(guān)，在T時(shí)間內(nèi)，從0線性變化到1。奇數(shù)離合器扭矩上升時(shí)間T1對(duì)應(yīng)扭矩上升調(diào)整系數(shù)為β1，扭矩下降時(shí)間T2對(duì)應(yīng)扭矩下降調(diào)整系數(shù)為β2。奇數(shù)離合器扭矩上升時(shí)間T1與扭矩下降時(shí)間T2之和為偶數(shù)離合器扭矩上升時(shí)間T。從理論角度講，只要確定好離合器傳遞扭矩的變化率，就能很好的控制離合器的傳遞扭矩，多快的結(jié)合速度都不會(huì)產(chǎn)生沖擊。

c.t4-t5階段：在該階段為慣性相階段，離合器閉合速度放緩，防止離合器閉合的沖擊感。這一階段進(jìn)行偶數(shù)離合器的調(diào)速，使得離合器慢慢閉合。因而偶數(shù)離合器會(huì)從滑磨狀態(tài)進(jìn)入完全同步狀態(tài)（微滑磨），而奇數(shù)離合器為打開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)完成離合器交替。

式（4）中：δ為經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)的扭矩調(diào)節(jié)量，該P(yáng)I調(diào)節(jié)器對(duì)偶數(shù)輸入軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得偶數(shù)輸入軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在微滑磨狀態(tài)。同時(shí)保證偶數(shù)離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。以上為急加速降奇數(shù)檔換擋控制策略。經(jīng)過(guò)5個(gè)階段完成高品質(zhì)換擋控制。

3.2降偶數(shù)檔控制算法

因?yàn)镈CT的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以在降偶數(shù)檔的控制中必須進(jìn)行兩次離合器交替。以三檔降一檔為例，三檔必須降到二檔，然后離合器再交替一次降到一檔?？紤]到換擋的平順性和快捷性，降偶數(shù)檔換擋過(guò)程分為7個(gè)階段，如圖2所示。

a.t0-t1-t2階段：此階段離合器控制策略與降奇數(shù)檔控制策略相同。由于是急加速狀態(tài)，在該狀態(tài)保證奇數(shù)離合器傳遞扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨油門開(kāi)度來(lái)確定的轉(zhuǎn)速變化量設(shè)定值變化，同時(shí)對(duì)偶數(shù)離合器進(jìn)行預(yù)充，使得偶數(shù)離合器傳遞扭矩達(dá)到。

b.t2-t3-t4階段：在該階段，考慮到換檔快捷性，同步二檔的偶數(shù)離合器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩相和慣性相的合作控制策略，對(duì)偶數(shù)離合器傳遞扭矩從以一定斜率上升到Te'，同時(shí)通過(guò)PI調(diào)節(jié)器調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)扭矩，使實(shí)際的動(dòng)態(tài)扭矩隨油門開(kāi)度確定的設(shè)定值變化。對(duì)奇數(shù)離合器而言，在該階段又分為同步三檔的奇數(shù)離合器打開(kāi)（t2-t3）與同步一檔之后對(duì)奇數(shù)離合器進(jìn)行預(yù)充（t3-t4）兩個(gè)階段。

式（5）中：Te′為在一定時(shí)間T內(nèi)偶數(shù)離合器需要傳遞的扭矩，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)油門開(kāi)度變化而變化。在該階段，當(dāng)前檔位從三檔交替為二檔，同時(shí)，一檔檔位已經(jīng)與奇數(shù)輸入軸同步，準(zhǔn)備進(jìn)行第二次的離合器交替。在第一次離合器交替過(guò)程中，二檔只是過(guò)渡檔位，偶數(shù)離合器不必完全閉合，只要偶數(shù)離合器傳遞大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，奇數(shù)離合器就可以打開(kāi)，同步器就可以進(jìn)行退三檔同步一檔的操作。

c.t4-t5-t6-t7階段：

該階段與降奇數(shù)檔換擋時(shí)t2-t3-t4-t5階段相同，在該階段，首先調(diào)整雙離合器的傳遞扭矩，使得奇數(shù)離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，同時(shí)下降偶數(shù)離合器傳遞的扭矩到Touchpoint點(diǎn)。然后調(diào)整奇數(shù)離合器的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持微滑磨狀態(tài)，完成離合器的第二次交替。以上為急加速降偶數(shù)檔換擋控制策略。經(jīng)過(guò)7個(gè)階段完成高品質(zhì)換擋控制。其中當(dāng)前檔位為二檔時(shí)只是個(gè)過(guò)渡階段，因此偶數(shù)離合器沒(méi)有完全閉合，離合器處于滑磨狀態(tài)。其作用就是保證奇數(shù)離合器可以打開(kāi)，進(jìn)行奇數(shù)輸入軸嚙合檔位切換，同時(shí)又保證不斷動(dòng)力的扭矩傳遞。

4、急加速降檔控制邏輯

使得車輛行駛過(guò)程中，有較高的換擋品質(zhì)，除了需要好的離合器傳遞扭矩控制算法外，必須要有一個(gè)合理的控制時(shí)序，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻使用恰當(dāng)?shù)目刂扑惴?。圖3為急加速降檔的控制流程圖。state_CluOff為當(dāng)前檔位對(duì)應(yīng)離合器的扭矩控制狀態(tài)，state_CluOn為目標(biāo)檔位對(duì)應(yīng)離合器的扭矩控制狀態(tài)。

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

采用CANape對(duì)試驗(yàn)車進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。試驗(yàn)在水平瀝青路面上進(jìn)行，這里給出了三檔換一檔急加速降檔的換擋過(guò)程。在上文中已經(jīng)提過(guò)，離合器傳遞扭矩與離合器摩擦片上所受油壓成線性關(guān)系，由于試驗(yàn)車上未安裝離合器扭矩傳感器，所以采用離合器摩擦片上所受油壓來(lái)反映離合器傳遞扭矩情況。圖4為急加速三檔換一檔信號(hào)采集曲線?？煽闯鲈囼?yàn)曲線完全符合本文介紹控制策略的要求。

圖4 急加速三檔換一檔降檔曲線

6、結(jié)論

急加速降檔控制是一個(gè)復(fù)雜的非線性控制問(wèn)題，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文論述的基于扭矩的濕式雙離合器自動(dòng)變速器急加速降檔控制策略取得了較好的效果，很好的控制了離合器的閉合、分離速度，減小了換擋時(shí)的沖擊，提高了DCT的換擋品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]陸中華，程秀生，馮巍.濕式雙離合器自動(dòng)變速器的升檔控制[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010.Vol.26（5）：132-136.

作者簡(jiǎn)介

唐瑩.上海汽車變速器有限公司.軟件工程師.

張曄平.上海汽車變速器有限公司.標(biāo)定工程師.