李 育

(上海汽車變速器有限公司 上海 201807)

DCT升檔過程中ChangeMind策略研究

李 育

(上海汽車變速器有限公司 上海 201807)

本文研究雙離合自動(dòng)變速器在升檔過程中的Change Mind策略。該方法以駕駛意圖為輸入，根據(jù)升檔過程處于充油、轉(zhuǎn)速同步和扭矩交換等不同階段，設(shè)計(jì)快速、可行且符合駕駛意圖的change mind策略。該方法應(yīng)用于實(shí)車測(cè)試，結(jié)果表明該方法適用性好，穩(wěn)定性高，可以有效改善車輛的駕駛性能。

雙離合 Change Mind 策略研究

自動(dòng)變速系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，濕式自動(dòng)變速器是汽車自動(dòng)變速系統(tǒng)中的重要部件，對(duì)汽車行駛過程中的駕駛性能和效率傳遞有重要影響。在車輛的行駛過程中，換檔需要一定的時(shí)間來完成，在這段時(shí)間中，不可避免地駕駛員會(huì)基于周圍的環(huán)境和實(shí)時(shí)的路況更改意向。如無油門升檔過程中猛踩油門，需要立刻執(zhí)行降檔增加動(dòng)力使車輛加速。本文主要研究自動(dòng)雙離合變速器在升擋過程中的Change Mind策略，快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)駕駛員的操作意圖，使車輛保持最佳的動(dòng)力性和最佳的經(jīng)濟(jì)性。

目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中均提出過基本的升檔控制策略[1][2]，對(duì)于升檔過程中的change mind策略沒有提到，本文從這一角度進(jìn)行分析，研究和實(shí)驗(yàn)。以6檔濕式雙離合變速箱為例進(jìn)行研究和分析，1/3/5/N檔與輸入軸1相連，2/4/6/R檔位與輸入軸2相連，兩個(gè)輸入軸分別與兩個(gè)離合器相連。本文主要包括三個(gè)部分：正常升檔策略介紹，升檔過程中的change mind策略，change mind策略的驗(yàn)證和結(jié)果分析。

1 正常升檔策略介紹

對(duì)于雙離合的自動(dòng)變速箱來說，正常的自動(dòng)升檔策略包含兩種：Power on升檔，Power off升檔。每個(gè)升檔過程包含三個(gè)階段：目標(biāo)離合器預(yù)充階段，轉(zhuǎn)速同步階段和扭矩交換階段。要開始一個(gè)升檔或降檔過程，首先有預(yù)充階段，把推動(dòng)目標(biāo)離合器移動(dòng)的活塞油腔充滿。扭矩交換階段交換兩個(gè)離合器的扭矩，正在工作的離合器逐漸打開，目標(biāo)離合器逐漸結(jié)合；同步階段把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和目標(biāo)離合器轉(zhuǎn)速保持一致扭。離合器交換結(jié)束后，目標(biāo)離合器轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一致，目標(biāo)離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的全部扭矩。

1.1Poweron升檔策略

Power on升檔是指駕駛員踩油門工況下的自動(dòng)升檔。目標(biāo)離合器預(yù)充過程完成后，通常先進(jìn)行扭矩交換，然后是轉(zhuǎn)速同步，如圖Figure1所示。這種策略的好處是先用目標(biāo)的離合器扭矩傳遞大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，然后通過請(qǐng)求發(fā)動(dòng)機(jī)降扭甚至請(qǐng)求發(fā)動(dòng)機(jī)斷油等方式使轉(zhuǎn)速同步，整個(gè)離合器交換過程中，輸出端扭矩相對(duì)比較平順。換擋過程比較舒適。

圖1 Power on升檔過程圖示Fig.1 Power on upshift process

其中：

Ne: 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

Non: 目標(biāo)離合器的轉(zhuǎn)速

Noff: 即將打開的離合器的轉(zhuǎn)速

Tcon: 目標(biāo)離合器的扭矩

Tcoff: 即將打開的離合器的扭矩

1.2Poweroff升檔策略

Power off升檔是指駕駛員不踩油門工況下的自動(dòng)升檔。目標(biāo)離合器預(yù)充完成后，通常先進(jìn)行轉(zhuǎn)速同步，然后是扭矩交換，如圖Figure2所示。先把兩個(gè)離合器都打開，讓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自由下落，在轉(zhuǎn)速接近同步的時(shí)候，進(jìn)行扭矩交換。這種策略的好處是靠發(fā)動(dòng)機(jī)自由下落，無任何制動(dòng)感，升檔過程比較平順。

圖2 Power off降檔過程圖示Fig.2 Power off downshift process

2 升檔過程中的change mind策略

升檔過程中如果駕駛員突然踩中、大油門或者踩剎車使目標(biāo)檔位發(fā)生變化，為了使車子更具動(dòng)力性或者加快響應(yīng)速度，需要快速轉(zhuǎn)降檔。否則車子會(huì)出現(xiàn)無力感或者容易產(chǎn)生沖擊感或制動(dòng)感，換擋過程會(huì)不平順。以下分不同的工況來分析change mind策略。

2.1升檔過程中踩油門changemind轉(zhuǎn)降檔

升檔過程分power on升檔和power off升檔，分工況進(jìn)行分析。

2.1.1 Power on升檔過程中踩油門change mind轉(zhuǎn)降檔

以power on 5升6為例，如果駕駛員在升檔過程中加大油門，目標(biāo)檔位可以返回5檔甚至更低的檔位4/3/2/1?；谏龣n的不同階段來分析change mind。

如果在目標(biāo)離合器的預(yù)充過程中返5檔，則立刻中斷預(yù)充過程，目標(biāo)離合器完全打開，回到5檔；如果在目標(biāo)離合器的預(yù)充過程中轉(zhuǎn)1/2/3/4檔，則立刻轉(zhuǎn)入降檔邏輯5-1/2/3/4，因?yàn)榇藭r(shí)5檔依然是傳遞扭矩的檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也和5檔所連接的離合器轉(zhuǎn)速同步。然后按照前面描述的power on降檔策略執(zhí)行離合器交換至目標(biāo)檔位。

如果在扭矩交換階段目標(biāo)檔位返回5檔，則立刻再次執(zhí)行扭矩交換把全部的目標(biāo)扭矩用5檔所在的離合器傳遞，6檔所連接的離合器完全打開，回到5檔。如果目標(biāo)檔位為1/2/3/4檔，則立刻轉(zhuǎn)入5降1/2/3/4的降檔，按照前面描述的power on降檔策略執(zhí)行離合器交換至目標(biāo)檔位。

如果在轉(zhuǎn)速同步階段目標(biāo)檔位為1/2/3/4/5檔，則需要考慮當(dāng)前升檔的實(shí)際轉(zhuǎn)速差。如果升檔的實(shí)際轉(zhuǎn)速差已經(jīng)很接近，則把本次升檔結(jié)束再執(zhí)行降檔；如果升檔的實(shí)際轉(zhuǎn)速差沒有很接近，則立刻轉(zhuǎn)入6降1/2/3/4/5的降檔。因?yàn)樵谵D(zhuǎn)速同步階段，6檔離合器已經(jīng)在傳遞幾乎全部的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在目標(biāo)轉(zhuǎn)速上方，可以認(rèn)為實(shí)際檔位是6檔。然后按照前面描述的power on降檔策略執(zhí)行離合器交換至目標(biāo)檔位。

本文以下地方提到轉(zhuǎn)速同步階段的change mind，均指實(shí)際目標(biāo)轉(zhuǎn)速還沒有很接近的階段。

圖3 Power on升檔過程中加大油門轉(zhuǎn)降檔Fig.3 Increase the throttle to downshift during power on upshift

2.1.2 Power off升檔過程中踩油門change mind轉(zhuǎn)降檔

以Power off 5升6為例，如果駕駛員在升檔過程中加大油門，目標(biāo)檔位可以返回5檔甚至更低的檔位1/2/3/4?；谏龣n的不同階段來分析change mind。

如果在目標(biāo)離合器的預(yù)充過程中返回5檔，同樣地，立刻中斷預(yù)充過程?；氐?檔。如果目標(biāo)檔位為1/2/3/4，則執(zhí)行降檔5降1/2/3/4。

如果在轉(zhuǎn)速同步階段回1/2/3/4/5檔，則立刻執(zhí)行6檔降1/2/3/4/5。此處認(rèn)為實(shí)際檔位已經(jīng)是6檔是考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)在往下調(diào)，而且兩個(gè)離合器扭矩都是打開的狀態(tài)。然后按照前面描述的power on降檔策略執(zhí)行離合器交換至目標(biāo)檔位。

如果在扭矩交換階段回1/2/3/4/5檔，則把本次升檔執(zhí)行完，然后執(zhí)行降檔。這樣做的好處是避免離合器長(zhǎng)時(shí)間滑膜調(diào)速導(dǎo)致溫升過快。而且扭矩交換的時(shí)間也比較短。

圖4 Power off升檔過程中加大油門轉(zhuǎn)降檔Fig.4 Increase the throttle to downshift during power off upshift

2.2升檔過程中踩剎車changemind轉(zhuǎn)降檔

在升檔過程中踩剎車，容易造成轉(zhuǎn)速無法同步。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和兩個(gè)離合器的轉(zhuǎn)速都在下降。如果目標(biāo)離合器壓力過大，還有可能把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速拉至怠速以下，造成熄火風(fēng)險(xiǎn)，所以升檔過程中踩剎車change mind轉(zhuǎn)降檔只在轉(zhuǎn)速同步階段考慮，基于目標(biāo)檔位change mind轉(zhuǎn)降檔。

2.2.1 power on升檔過程中踩剎車change mind轉(zhuǎn)降檔

以Power on 5升6為例，如果在目標(biāo)離合器預(yù)充階段回5檔，立刻中斷預(yù)充過程回5檔。預(yù)充階段回1/2/3/4檔或者扭矩交換階段回1/2/3/4/5檔則不響應(yīng)change mind降檔需求。在轉(zhuǎn)速同步階段響應(yīng)change mind降檔需求。按照前面描述的power off 降檔策略執(zhí)行離合器交換至目標(biāo)檔位。

2.2.2 power off升檔過程中踩剎車change mind轉(zhuǎn)降檔

以power off 5升6為例, 如果在目標(biāo)離合器預(yù)充階段回5檔，立刻中斷預(yù)充過程回5檔。預(yù)充階段回1/2/3/4/5檔則不響應(yīng)change mind降檔需求。在轉(zhuǎn)速同步階段響應(yīng)change mind降檔需求。按照前面描述的power off降檔策略執(zhí)行離合器交換至目標(biāo)檔位。如果在扭矩交換階段回1/2/3/4/5檔，則把本次升檔執(zhí)行完，然后執(zhí)行降檔。

3 Change mind策略的驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析

基于Matlab建立上述change mind策略模型，并通過DSPACE生成代碼并編譯后進(jìn)行實(shí)車測(cè)試，試驗(yàn)車型為上汽榮威550 1.8L，變速箱型號(hào)DCT360。在正常水平路面下，利用CANape進(jìn)行實(shí)車數(shù)據(jù)采集分析。

圖5 Power on升檔過程中踩剎車轉(zhuǎn)降檔Fig.5 vehicle braking to downshift during power on upshift

圖6 Power off升檔過程中踩剎車轉(zhuǎn)降檔Fig.6 vehicle braking to downshift during power off upshift

以無油門升檔轉(zhuǎn)速同步過程中駕駛員踩油門工況為例。Figure 7為無change mind控制邏輯的行駛工況，當(dāng)駕駛員踩下100%的油門，變速箱會(huì)繼續(xù)把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速往下調(diào)節(jié)，先完成本次升檔，然后執(zhí)行大油門降檔，車輛動(dòng)力響應(yīng)較慢；實(shí)車測(cè)試過程中感覺到明顯的不平順感，車速加速度有震蕩；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間滑磨，滑磨功增加，容易造成離合器表面升溫過快并出現(xiàn)過熱。Figure 8為加入change mind控制邏輯的行駛工況，當(dāng)駕駛員踩下100%的油門，變速箱會(huì)立刻響應(yīng)駕駛需求轉(zhuǎn)為大油門降檔，提高動(dòng)力響應(yīng)，快速調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速停止下降，反向上升到達(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，待發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)輸入軸轉(zhuǎn)速一致后，目標(biāo)輸入軸完全傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離合器接合和鎖止；實(shí)車測(cè)試過程中車輛加速度比較平穩(wěn)，換擋舒適性較好；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠及時(shí)停止下降反向上升，離合器滑磨時(shí)間較短，有效減少了滑磨功，避免離合器表面溫升過快。

圖7 升檔過程中踩油門繼續(xù)升檔

圖8 升檔過程中踩油門轉(zhuǎn)降檔Fig.8 Increase the throttle to offshift during the upshif

以上分析內(nèi)容總結(jié)如下：

表1 升檔過程中踩油門工況對(duì)比

本文所研究的升檔過程中的change mind策略優(yōu)點(diǎn)明顯，適用性較好。能夠快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)駕駛員的操作意圖，車速加速度也相對(duì)比較平順，車輛更具有動(dòng)力感和經(jīng)濟(jì)性。整體上有效改善車輛在行駛過程中的駕駛性能，且多次實(shí)車測(cè)試后證明該策略性能比較穩(wěn)定。

[1] 劉永剛. 轎車雙離合器自動(dòng)變速系統(tǒng)綜合匹配控制研究[D]. 重慶大學(xué). 2010年

[2] 吳光強(qiáng),楊偉斌,秦大同. 雙離合器式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2007年02期

[3] 何曉鵬. 車輛自動(dòng)換擋規(guī)律研究[D]. 河北工業(yè)大學(xué). 2007年

TheresearchofChangeMindStrategyinupshiftprocessofDoubleClutchTransmission

LiYu

(ShangHaiAutomobileGearWorksShanghai201807)

Change Mind Method in upshift process is researched in this paper based on the mechanical structure, features of hydraulic system and electronic control system of double clutch transmission. The method considering the driver’s intention, the dynamic performance and economy, based on different phase of current upshift, performs fast and accurate shift strategy by both clutches. Then apply the new method to vehicle test, and the test results shows that it has good applicability and stability. It can effectively improve the vehicle driving performance.

Double clutch Change Mind Strategy research

U463.212

B

1006-8244(2017)03-038-05