張友皇

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

濕式雙離合器自動變速器蠕動控制及性能分析

張友皇

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章首先提出對蠕動控制的需求，基于此需求進行基于目標車速的PI蠕動控制策略的設(shè)計和蠕動切換策略的設(shè)計，然后對蠕動控制性能指標進行了識別和定義，最后通過實車調(diào)試對軟件策略進行驗證，驗證結(jié)果表明蠕動控制策略能夠滿足需求也能達到性能指標的要求。

雙離合器自動變速器；蠕動；性能

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-159-03

引言

典型的濕式雙離合器自動變速器(dual clutchtrans mission，DCT)由兩個同軸嵌套或平行布置的離合器，同軸且內(nèi)外嵌套布置的兩根輸入軸，兩根平行布置的輸出軸，布置在輸出軸上的多個同步器裝置、多個換擋撥叉以及1個差速器組成。變速器奇、偶數(shù)檔輸入齒輪分別布置在兩根輸入軸上，通過兩個離合器的切換以及不同同步器動作，經(jīng)由不同輸出軸實現(xiàn)扭矩變換和輸出。

濕式雙離合器自動變速器的蠕動控制功能是指駕駛員將換擋桿從駐車檔（P檔）移動到倒檔（R檔）或者前進擋（D檔、M檔、S檔）模式后，松開制動踏板且油門踏板開度不超過一定門限值時（一般小于5%），控制相應(yīng)的離合器壓力在Kisspoint點（半聯(lián)動點）附近使得車輛能平穩(wěn)啟動且達到車輛最低穩(wěn)定車速的過程。

本文主要闡述了一種可以應(yīng)用于濕式雙離合器自動變速器的基于車速的蠕動PI控制策略，并制定蠕動性能指標，通過實車調(diào)試驗證，策略可行有效，且性能達標，滿足駕駛需求。

1 蠕動控制策略設(shè)計

1.1 蠕動控制需求分析

1）考慮到行駛檔位都需要有蠕動控制，因此蠕動功能應(yīng)該具備前進擋蠕動、R檔蠕動，其中前進擋除具備1檔蠕動外，還需要考慮跛行模式下的蠕動，因此需要具備2檔蠕動功能；

2）考慮駕駛員的操作習慣和誤操作，可能會出現(xiàn)蠕動過程切換換擋桿的情況，因此需要考慮前進蠕動與R檔蠕動切換控制；

3）蠕動過程中因離合器的結(jié)合增加了發(fā)動機的怠速負荷，會導致發(fā)動機怠速不穩(wěn)情況，因此需要發(fā)動機提供足夠的儲備扭矩提高其能力，因此需要有怠速控制；

4）蠕動作為一種駕駛工況，是駕駛過程中必須要經(jīng)歷的，因此存在從蠕動到其他駕駛工況或從其他駕駛工況到蠕動的過渡控制。

1.2 蠕動控制策略設(shè)計

依據(jù)2.1中的需求，開發(fā)滿足需求的策略，主要分為以下幾部分：

1）蠕動激活控制

按照蠕動定義，考慮換擋桿位置信號、車速信號、油門信號、制動信號作為判定蠕動是否激活的條件。同時考慮離合器狀態(tài)、離合器傳扭狀態(tài)、故障狀態(tài)等確定是否開始蠕動可控制。

圖1 蠕動激活控制邏輯

上述條件適用于從靜止到蠕動、也適用于從其他駕駛模式到蠕動，若有任何一個不滿足都不能進入正常蠕動控制過程。

2）正常蠕動控制

蠕動正?？刂剖紫雀鶕?jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速狀態(tài)和制動狀態(tài)確定目標車速，然后基于目標車速進行PI控制輸出蠕動控制扭矩，過程中結(jié)合發(fā)動機怠速控制提供足夠的動力。

圖2 目標車速計算邏輯

根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、期望怠速和制動踏板信號分別計算出期望車速。兩者綜合考慮，計算出最終期望車速。首先，制動壓力對期望車速的影響體現(xiàn)在完全松開制動時，期望車速最大，蠕動以較大扭矩達到期望車速；部分制動存在時，車輛能以較低車速緩慢行駛，因此需要降低期望車速。其次，發(fā)動機轉(zhuǎn)速狀態(tài)對期望車速的影響體現(xiàn)在發(fā)動機轉(zhuǎn)速與怠速偏離越大，期望車速越大；偏離越小，期望車速越小。

圖3 蠕動控制邏輯

根據(jù)實際車速和期望車速經(jīng)自適應(yīng)的PI控制器計算出蠕動過程中離合器傳遞的期望扭矩。為了使得蠕動控制具備良好的自適應(yīng)性，PI控制器的kp和ki參數(shù)會根據(jù)實際車速的變化而改變。在平坦路面，車輛從靜止狀態(tài)開始進入蠕動，為了保證起動及低車速具備良好加速性，kp和ki值會較大；車輛在蠕動情況下逐漸達到穩(wěn)定車速時，kp和ki值會逐漸減?。辉谏掀侣访?，要充分考慮積分系數(shù)Ki的大小，防止上坡時車輛車速下降太多；在下坡路面，要考慮實際車速超過期望車速的部分，同時要充分利用發(fā)動機制動效果，來設(shè)置Kp和Ki；蠕動切換時，要考慮車輛的減速并往期望方向行駛來設(shè)置Kp和Ki。比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)計算的扭矩相加形成蠕動過程離合器期望的扭矩值。

蠕動過程控制需要考慮發(fā)動機防熄火保護和制動突然介入產(chǎn)生阻力對蠕動的影響，因此當發(fā)動機轉(zhuǎn)速小于限值或制動大于限值，則進行離合器分離控制，需要在規(guī)定時間內(nèi)以一定斜率進行降扭控制。

同時蠕動工況因為是在發(fā)動機怠速情況下工作，不可能無限制的增加扭矩使車輛蠕動，需要對蠕動扭矩進行限制，達到最大或最小限值后，則將積分控制器輸入設(shè)為零，即積分環(huán)節(jié)輸出扭矩保持不變。

蠕動控制過程中需要協(xié)調(diào)發(fā)動機怠速控制，怠速控制主要依據(jù)溫度、大氣壓確定目標怠速值，并考慮對油耗和排放的影響只有制動條件滿足時才進行怠速控制，防止高怠速。

3）蠕動切換控制

若當前處在離合器1蠕動工況，此時移動換擋桿到R檔且滿足R檔蠕動激活條件，則觸發(fā)進行蠕動切換，切換采用積分方式進行，當離合器1扭矩小于某一限值時切換結(jié)束，離合器2進入正常蠕動控制，而離合器1則進行泄油控制。

圖4 蠕動切換邏輯

2 蠕動性能指標定義

2.1 蠕動響應(yīng)時間

蠕動響應(yīng)時間是指駕駛員從松開制動踏板到車輛開始有車速的時間Tr，表征駕駛員對于車輛動作的期望時間，該值越大，表明響應(yīng)越慢，駕駛員會認為車輛反應(yīng)慢；越小，表明響應(yīng)越快，過快會給駕駛員太突然的感覺，感覺車輛不受控。因此，該值最好控制在[0.5s,1s]范圍內(nèi)。

2.2 蠕動車速穩(wěn)定時間

蠕動車速穩(wěn)定時間是指車輛開始有車速到達到穩(wěn)定車速的時間Ts，表征蠕動過程車輛的加速情況，該值越大，表明蠕動加速性差，駕駛員認為車輛沒有動力；該值越小，表明蠕動加速性強，太強會給駕駛員較為突然的感覺，感覺車輛不受控。因此，該值也需要在合理范圍內(nèi)，一般在[5s,7s]范圍內(nèi)。

2.3 蠕動最高穩(wěn)定車速

蠕動最高穩(wěn)定車速是指蠕動控制所能達到的最高的穩(wěn)定的車速，其表征蠕動最快的行駛速度，該值越大，表明蠕動速度越快，駕駛員也會有車輛不受控的感覺；越小，表明蠕動速度越慢，駕駛員會認為車輛沒有動力。因此，該值需要在合理范圍內(nèi)，一般在[5kph,7kph]范圍內(nèi)。

2.4 蠕動過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化

蠕動過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化是指蠕動響應(yīng)時間和蠕動車速穩(wěn)定時間內(nèi)發(fā)動機轉(zhuǎn)速下跌量，用于表征蠕動過程是否出現(xiàn)拖拽發(fā)動機情況，該值越大，表明拖拽嚴重，駕駛員認為發(fā)動機能力差；越小，表明蠕動控制較為平穩(wěn)，因此，該值需要小于100rpm為宜。

3 蠕動調(diào)試驗證

基于設(shè)計的蠕動控制策略，基于模型化開發(fā)搭建控制模型、完成仿真測試、代碼生成與編譯，最終到實車環(huán)境中進行調(diào)試驗證。因為蠕動是駕駛工況中不可避免的工況，因此其所工作的路況多種多樣，包括：平直路面、上坡、下坡、彎道、砂石路面、泥濘路面、低附著路面等，同時還需要考慮外界環(huán)境等因素：車輛載重、高溫、高原、高寒等情況。本文選取半載、常溫、平直路面進行調(diào)試驗證，調(diào)試之前必須保證基礎(chǔ)標定已經(jīng)完成、發(fā)動機怠速請求工作正常。

基于本文策略設(shè)定調(diào)試過程為：①確定發(fā)動機怠速請求期望值，根據(jù)實際怠速值、發(fā)動機水溫、進氣壓力確定請求怠速值；②確定目標車速，先設(shè)定蠕動最高穩(wěn)定車速目標值，依據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速差值和制動情況，設(shè)置目標蠕動車速；③調(diào)整蠕動PI控制，根據(jù)目標車速與實際車速的差值，通過調(diào)整PI控制參數(shù)（先調(diào)整比例項，再調(diào)整積分項）控制離合器扭矩，保證實際車速能夠跟隨并達到目標車速。

蠕動調(diào)試分為兩個階段，第一階段是按照上述調(diào)試過程使車輛能夠?qū)崿F(xiàn)蠕動，第二個階段時結(jié)合蠕動性能指標和上述調(diào)試過程使車輛蠕動表現(xiàn)滿足指標要求。經(jīng)過調(diào)試后蠕動表現(xiàn)如下圖所示：

圖5 蠕動控制測試結(jié)果

如圖所示，車輛靜止狀態(tài)、踩制動，換擋桿從N檔移動至D檔，然后松開制動，滿足蠕動控制激活條件，進入蠕動控制，同時發(fā)動機怠速控制也滿足條件，發(fā)送怠速請求以提高發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速，車輛因離合器扭矩的增加而開始蠕動，過程中因PI控制平穩(wěn)達到并維持在目標車速附近，在踩下制動后，車輛因負載增加而減速，檔制動超過一定限值后，離合器回到kisspoint點，退出蠕動控制，車輛繼續(xù)減速，此時發(fā)動機怠速請求關(guān)閉，發(fā)動機回歸正常怠速值，最后車輛停車。

在單個離合器的蠕動調(diào)試完成后，進行蠕動切換調(diào)試，其調(diào)試重點在于對PI參數(shù)的調(diào)節(jié)上，經(jīng)調(diào)試后，蠕動切換變現(xiàn)如下：

圖6 蠕動切換控制測試結(jié)果

如圖所示：從靜止狀態(tài)、踩制動，換擋桿從N檔移動到D檔，松開制動車輛按照離合器1蠕動調(diào)試情況蠕動，在前進行駛一段時間后，不踩制動的情況下，將換擋桿從D檔移動到R檔，此時離合器2充油，其他條件均滿足離合器2蠕動條件，因此可以進行蠕動切換控制，離合 器1的扭矩按照一定斜率下降到設(shè)定限值后，離合器2開始進行蠕動控制，因為車輛先是離合器1蠕動向前進方向行駛，后切到R檔方向需要向后行駛，因此在進入離合器2蠕動控制后，因離合器2的扭矩增加，車輛會先減速至0kph，然后再正常向后蠕動。隨后，R檔蠕動時切換到D檔蠕動與上述過程類似。

通過蠕動調(diào)試證明兩點：一是設(shè)計的蠕動控制策略可行，能夠?qū)崿F(xiàn)蠕動控制，滿足功能需求；二是設(shè)計的蠕動控制策略有效，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)蠕動功能，更能夠滿足性能指標要求。

4 結(jié)論

本文從系統(tǒng)角度分析了蠕動功能所需的需求，并據(jù)此需求設(shè)計開發(fā)了一套蠕動控制策略，包括蠕動激活控制、基于車速差的PI蠕動過程控制和蠕動切換控制，并據(jù)此策略設(shè)計調(diào)試驗證方法，同時結(jié)合蠕動性能指標進行試車調(diào)試驗證，證明蠕動控制策略不僅能夠?qū)崿F(xiàn)功能而且能夠滿足性能要求。因此，本文能夠為雙離合器自動變速器蠕動控制提供參考。

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Wet dual clutch transmission creeping control and performance analysis

Zhang Youhuang
( Anhui Jianghuai Automobile CO, LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601 )

This paper first propose the requirements of creeping control, and based on the requirements develop a creeping control strategy based on target vehicle speed PI control and also develop a fading strategy of creeping, then identify and define control performance index of creeping, finally verify the strategy through vehicle debugging, the results show that the control strategy can meet the requirements and also can achieve the performance index demand.

dual clutch automatic transmission; creeping; performance

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-159-03

張友皇(1985-)，男，碩士，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司，主要從事自動變速箱電控系統(tǒng)技術(shù)研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.058