徐瑞雪，尹良杰，陳加超，黃偉，張友皇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230009）

DCT自動(dòng)變速箱在升檔過(guò)程中的離合器油壓控制

徐瑞雪，尹良杰，陳加超，黃偉，張友皇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230009）

雙離合器自動(dòng)變速箱（Double Clutch Transmission，簡(jiǎn)稱DCT）。雙離合器是 DCT 的主要部件，對(duì)其油壓的精確控制是 DCT 電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。文章基于江淮某款雙離合器自動(dòng)變速箱的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，用Simulink/StateFlow建立升檔過(guò)程中的雙離合器油壓控制模型并進(jìn)行仿真。

雙離合器自動(dòng)變速箱；換擋；雙離合器油壓控制；模型

引言

隨著人們生活水平的提高和汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的駕駛舒適性的要求越來(lái)越高。雙離合器自動(dòng)變速器（DCT）是在手動(dòng)變速器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)變速器，不僅繼承了AMT 傳動(dòng)效率高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而且與AT、CVT和AMT相比具有燃油經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)緊湊、所需安裝空間小，無(wú)動(dòng)力中斷等優(yōu)點(diǎn)。DCT以其卓越的性能成為汽車企業(yè)爭(zhēng)相研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

1 DCT工作原理

DCT實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)變速箱的自動(dòng)化。DCT主要由內(nèi)外兩個(gè)離合器（C1、C2）、外輸入軸、內(nèi)輸入軸、同步器、換擋撥叉、從動(dòng)軸1、從動(dòng)軸2和輸出軸構(gòu)成。外離合器和外輸入軸相連，控制著偶數(shù)檔位；內(nèi)離合器和內(nèi)輸入軸相連，控制著奇數(shù)檔位。通過(guò)離合器的交替工作實(shí)現(xiàn)換擋過(guò)程。對(duì)于濕式雙離合自動(dòng)變速器，通過(guò)施加在離合器上油壓的變化實(shí)現(xiàn)在檔行駛、起步、蠕動(dòng)、換擋等功能。DCT機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2 DCT升檔過(guò)程中的離合器油壓控制

DCT換擋有四種形式，分別為：有油門升檔、有油門降檔、無(wú)油門升檔和無(wú)油門降檔。對(duì)于不同的換擋形式，對(duì)應(yīng)于不同的離合器油壓控制。本文將注重闡述DCT在升檔過(guò)程中的離合器油壓控制。

圖1 機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

2.1 有油門升檔離合器油壓控制

有油門升檔是指當(dāng)油門開(kāi)度大于零的情況下的升檔過(guò)程。該情況下對(duì)應(yīng)的離合器控制如圖2所示。

圖2 有油門升檔控制示意圖

由圖2可知有油門升檔控制分為六個(gè)階段。本文以1檔升2檔為例，進(jìn)行分析。

第一階段：當(dāng)車輛在檔行駛時(shí)，離合器1完全結(jié)合，離合器2脫開(kāi)。離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。由于拖曳扭矩離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。即

其中ω1為離合器1從動(dòng)盤角速度，ω2為離合器1從動(dòng)盤角速度，ωe為發(fā)動(dòng)機(jī)角速度。

當(dāng)駕駛策略決定要從1檔升為2檔時(shí)， 2檔同步器開(kāi)始結(jié)合。離合器2從動(dòng)盤由于2檔同步器的結(jié)合轉(zhuǎn)速下降。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系為：

其中i1為1檔速比；i2為2檔速比。

離合器1和離合器2的壓力分別為：

其中Pc1為離合器1的壓力；Pc2為離合器2的壓力；Te為發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的扭矩；μs為離合器1的主動(dòng)盤與從動(dòng)盤的靜摩擦系數(shù)；n1為離合器1的摩擦片數(shù)；s1為離合器1的有效摩擦面積；Rz1為離合器1的有效摩擦半徑。

第二階段：離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速依然等于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系同式(2)。離合器2開(kāi)始預(yù)沖壓直到壓力達(dá)到離合器2的kissPoint點(diǎn)。離合器1的壓力開(kāi)始緩慢下降。

離合器1和離合器2的壓力分別為：

Pkisspoint2為離合器2在Kiss Point點(diǎn)的壓力。Kiss Point點(diǎn)是離合器開(kāi)始傳遞扭矩的臨界壓力。

第三階段：離合器1和離合器2的油壓開(kāi)始交替。離合器1的油壓繼續(xù)下降直到降為Kiss Point點(diǎn)，而離合器2的油壓從Kiss Point點(diǎn)繼續(xù)上升。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系同式(2)。離合器1和離合器2的壓力關(guān)系為：

其中μd1、μd2分別為離合器1和離合器2的動(dòng)摩擦系數(shù)；Rz2為離合器2的有效摩擦半徑；n2為離合器2的摩擦片數(shù)；s2為離合器2的有效摩擦面積。

第四個(gè)階段：將發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的扭矩降低。根據(jù)如下公式：

其中T2=0；T1，T2表示離合器1和離合器2傳遞的扭矩。利用發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降為和離合器2從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速一致。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系如下：

離合器2此時(shí)可以傳遞的扭矩值為：

利用發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制，將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩值提高使其等于離合器2此時(shí)可以傳遞的扭矩，關(guān)系式如下：

第五個(gè)階段將1檔所在的同步器脫開(kāi)，此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降。

第六個(gè)階段離合器1從動(dòng)盤由于拖曳扭矩其轉(zhuǎn)速和離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速相同。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系同式（1）。離合器1和離合器2的壓力分別為：

2.2 無(wú)油門升檔離合器油壓控制

無(wú)油門升檔是指當(dāng)油門開(kāi)度等于零的情況下的升檔過(guò)程。該情況下對(duì)應(yīng)的離合器控制如圖3所示。

圖3 無(wú)油門升檔控制示意圖

由圖3可知無(wú)油門升檔控制分為四個(gè)階段。本文以1檔升2檔為例，進(jìn)行分析。

第一階段：當(dāng)車輛在1檔行駛時(shí)，離合器1完全結(jié)合，離合器2脫開(kāi)。由于拖曳扭矩離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系同式(1)。當(dāng)駕駛策略決定1檔升2檔時(shí)，2檔同步器開(kāi)始結(jié)合。離合器2從動(dòng)盤由于2檔同步器的結(jié)合轉(zhuǎn)速下降。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系同式(2)。離合器1和離合器2的壓力分別同式（3）和（4）。

第二階段：離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速依然等于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系同式（2）。利用發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降為和離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速一致。由公式(7)可知，若發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩基本上無(wú)變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減低。就要求離合器 1的傳遞的扭矩下降。離合器1傳遞的扭矩下降，要靠油壓的降低來(lái)實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)離合器2開(kāi)始預(yù)沖壓直到壓力達(dá)到離合器2的kissPoint點(diǎn)。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系同式（8）。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速相同時(shí)，根據(jù)式(7),離合器1傳遞的扭矩要等于發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的扭矩。離合器1和離合器2的壓力分別同式(4)和(5)。

第三階段：離合器1和離合器2的油壓開(kāi)始交替。離合器1的油壓繼續(xù)下降直到降為Kiss Point點(diǎn)，而離合器2的油壓從Kiss Point點(diǎn)繼續(xù)上升。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系同式（8）。離合器1和離合器2的壓力關(guān)系同式(6)。

第四個(gè)階段：將1檔所在的同步器脫開(kāi)，此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速由于拖曳扭矩其轉(zhuǎn)速和離合器 2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速相同。此時(shí)離合器1從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、離合器2從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系同式（1）。離合器1和離合器2的壓力同式(11)和式(4)。

3 DCT升檔過(guò)程的仿真

根據(jù)對(duì) DCT升檔過(guò)程中的離合器油壓控制的分析，用Matlab/Simulink建立DCT有油門升檔和無(wú)油門升檔的模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果和分析一致。仿真結(jié)果分別如圖4、圖5、圖6和圖7所示。

圖4 有油門升檔工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)速度、輸入1軸速度、輸入2軸速度

圖5 有油門升檔工況下的離合器油壓

圖7 無(wú)油門升檔工況下的離合器油壓

4 結(jié)束語(yǔ)

DCT是基于平行軸式手動(dòng)變速器發(fā)展而來(lái)的，它繼承了手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、安裝空間緊湊、重量輕、價(jià)格便宜等許多優(yōu)點(diǎn)。而且，它與 AMT一樣，可以盡量保護(hù)現(xiàn)有手動(dòng)變速器的生產(chǎn)設(shè)備投資。另外，DCT實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力換擋，使換擋過(guò)程不再產(chǎn)生動(dòng)力中斷，這也吸收了 AT動(dòng)力換擋品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)展對(duì)DCT的深入研究，不但可以直接開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)自動(dòng)變速器，而且它的一些結(jié)構(gòu)也是目前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究的混合動(dòng)力車輛項(xiàng)目中傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成部分。因此，研究這種雙離合器的工作過(guò)程和控制規(guī)律，對(duì)于開(kāi)發(fā)新型的自動(dòng)變速器和促進(jìn)車輛混合動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)的研究，既有實(shí)用價(jià)值，又有理論意義。

[1] 譚勇. DCT離合器分離接合規(guī)律的仿真研究[D].華中科技大學(xué)車輛工程,2007.

[2] 牛銘奎.雙離合器式自動(dòng)變速器換擋特性研究[D]. 吉林大學(xué)車輛工程,2004.

[3] Thomas Zurawka 汽車軟件工程——原理-過(guò)程-方法-工具電子工業(yè)出版社.

[4] 陳偉.雙離合自動(dòng)變速器順序換擋控制過(guò)程研究[D].東北大學(xué)車輛工程,2009.

The DCT automatic gearbox is controlled by the clutch oil pressure during the promotion process

Xu Ruixue, Yin Liangjie, Chen Jiachao, Huang Wei, Zhang Youhuang
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Double Clutch Transmission which is called DCT for short. Double Clutch is central parts for DCT. The oil precise control of clutches is key point and difficulty for the control system of DCT. This essay is back grounded on the experience of DCT for the project of JAC. By using the tool of Simulink/StateFlow, creating the models to simulate the oil control of double clutch in the process of up shifting.

DCT; up shifting; oil control of double clutch; model

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-214-03

U463.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-214-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.070

徐瑞雪，女（1982-），軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)理，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心變速箱研究院。