王小飛

摘 要：本文以濕式DCT為研究對(duì)象，在分析同步器同步過(guò)程的基礎(chǔ)上，結(jié)合同步器液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)制定分階段式壓力閥+流量閥的掛檔控制策略，并應(yīng)用到臺(tái)架和實(shí)車(chē)測(cè)試中，并與市場(chǎng)上最新DCT競(jìng)品進(jìn)行對(duì)標(biāo)，掛檔時(shí)間達(dá)到同級(jí)水平，取得較好的控制效果。同時(shí)，為了提高同步器掛檔控制的穩(wěn)定性和一致性，提出同步點(diǎn)自適應(yīng)的方法，并通過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試，驗(yàn)證控制策略的正確性和合理性。

關(guān)鍵詞：掛檔控制;同步點(diǎn);自適應(yīng);同步器;DCT

1 前言

同步器作為DCT換擋性能的關(guān)鍵部件[1]，其不但可以減小換擋時(shí)的齒輪嚙合沖擊，延長(zhǎng)齒輪使用壽命，而且能減小換擋時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的噪音，使換擋更加平順，從而提高車(chē)輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和換擋舒適性。因此，在DCT的換擋過(guò)程中，合理的掛檔控制策略是提高換擋品質(zhì)的關(guān)鍵[2-3]，但由于同步器的零部件較多，動(dòng)力學(xué)特性復(fù)雜，同步器的控制方法也是DCT控制的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 同步器結(jié)構(gòu)及液壓控制系統(tǒng)

同步器主要由齒套、定位銷(xiāo)、花鍵轂、同步環(huán)、結(jié)合齒等部件組成，如圖1所示。其作用是使齒套和待結(jié)合齒圈迅速完成嚙合同步，縮短換擋時(shí)間，并減小待結(jié)合齒圈達(dá)到同步之前的嚙合沖擊。液壓控制系統(tǒng)如圖2所示。機(jī)械泵提供的系統(tǒng)油壓，通過(guò)壓力閥和流量閥進(jìn)入撥叉相連的液壓缸，通過(guò)控制壓力閥和流量閥的壓力和流量大小，以及流量閥的方向，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檔位同步器的進(jìn)檔和退檔控制。

3 同步器掛檔控制策略

根據(jù)同步器不同部件之間的相互作用，制定分階段式控制策略：

3.1 消除空行程階段

根據(jù)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，該階段首先需要對(duì)同步器活塞缸內(nèi)進(jìn)行充油，并消除齒套、同步環(huán)和待結(jié)合齒圈之間的間隙，齒套鎖止面接觸同步環(huán)鎖止面。從空檔位置到轉(zhuǎn)速同步點(diǎn)起始的距離較短，且此階段阻力較小，如果進(jìn)入液壓缸內(nèi)的壓力過(guò)大或流量過(guò)大，很容易造成第一次接觸噪音，因此，本階段壓力閥控制采用開(kāi)環(huán)控制的方式，流量閥采用前饋+閉環(huán)控制的方式控制齒套的移動(dòng)速度。前饋控制的對(duì)象為目標(biāo)移動(dòng)速度，其通過(guò)目標(biāo)位置和目標(biāo)時(shí)間計(jì)算得出。閉環(huán)控制的對(duì)象為目標(biāo)位置和實(shí)際位置的位移差值，調(diào)節(jié)流量閥的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)撥叉位置控制，如圖3所示。

3.2 轉(zhuǎn)速同步階段

此階段用于完成齒套和結(jié)合齒轉(zhuǎn)速同步，為實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步，為了避免在同步時(shí)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生沖擊，可以設(shè)置一個(gè)合理的目標(biāo)同步轉(zhuǎn)速變化率。因此，流量閥控制采用開(kāi)環(huán)控制的方式，設(shè)定同步過(guò)程中所需目標(biāo)流量。壓力閥控制采用前饋+閉環(huán)控制方式控制同步壓力，控制的對(duì)象為目標(biāo)同步的轉(zhuǎn)速變化率和實(shí)際變化率的差值，調(diào)節(jié)壓力閥控制壓力的大小，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步，如圖4所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速差小于某值時(shí)，如50rpm，則定義為轉(zhuǎn)速同步完成，進(jìn)入下一控制階段。

3.3 齒套與待結(jié)合齒圈嚙合階段

此階段齒套與待結(jié)合齒圈接觸，齒套與待結(jié)合齒圈的齒端作用分力波撥動(dòng)待結(jié)合齒圈，使齒套與待結(jié)合齒圈嚙合?？刂撇呗酝瑯硬捎们梆?閉環(huán)控制方式，如圖5所示。該階段一般需要相對(duì)較高的壓力，壓力閥目標(biāo)控制值通常采用相對(duì)較高的值，但同時(shí)需要兼顧考慮換擋品質(zhì)。流量閥控制以目標(biāo)位置和實(shí)際位置差值為控制對(duì)象，調(diào)節(jié)流量閥輸出大小。當(dāng)傳感器檢測(cè)到靠近掛檔位置時(shí)，目標(biāo)控制壓力和目標(biāo)控制流量逐漸下降至零，完成掛檔過(guò)程控制。

4 同步點(diǎn)自適應(yīng)控制

同步器的同步點(diǎn)定義為齒套齒端與同步環(huán)齒端進(jìn)入鎖止的起點(diǎn)位置。本文根據(jù)同步過(guò)程中齒套與同步環(huán)齒端接觸時(shí)，輸入軸與目標(biāo)輸入軸轉(zhuǎn)速之間的差值變化特征，并設(shè)定轉(zhuǎn)速差變化的門(mén)限區(qū)域，在轉(zhuǎn)速差變化滿(mǎn)足設(shè)定門(mén)限值的臨界時(shí)刻，記錄該時(shí)刻位置傳感器數(shù)值，如圖6所示。

對(duì)記錄的同步點(diǎn)值進(jìn)行合理性校驗(yàn)，判斷該值是否滿(mǎn)足同步點(diǎn)合理范圍內(nèi)，與上一個(gè)歷史值進(jìn)行比較，并設(shè)定自適應(yīng)更新的權(quán)重系數(shù)，按如下公式進(jìn)行同步點(diǎn)的更新。

自適應(yīng)新值=自適應(yīng)舊值+（自適應(yīng)新值-自適應(yīng)舊值）*權(quán)重系數(shù)

5 標(biāo)定與驗(yàn)證

針對(duì)制定的掛檔控制策略與同步點(diǎn)自適應(yīng)策略，分別在臺(tái)架和實(shí)車(chē)上進(jìn)行試驗(yàn)和標(biāo)定驗(yàn)證。在試驗(yàn)過(guò)程中，標(biāo)定并驗(yàn)證壓力閥目標(biāo)控制壓力、流量閥目標(biāo)控制流量、PI控制參數(shù)等參數(shù)，使得換檔性能滿(mǎn)足換擋品質(zhì)和時(shí)間指標(biāo)。

圖7、圖8分別為實(shí)車(chē)升檔工況和降檔工況中掛檔控制過(guò)程。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，目標(biāo)油壓與實(shí)際油壓控制均平穩(wěn)變化。同時(shí)，在轉(zhuǎn)速同步完成后進(jìn)入自由行程階段時(shí)，通過(guò)控制目標(biāo)流量，達(dá)到減緩齒套移動(dòng)的速度，并緩慢上升掛檔壓力，避免回彈再次出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，同步行程變化平穩(wěn)，可以有效減小二次沖擊，從而避免同步器掛檔噪音，有利于同步器壽命。

進(jìn)一步量化對(duì)比該同步器液壓控制系統(tǒng)和制定的掛檔控制策略，與市場(chǎng)上競(jìng)品DCT進(jìn)行對(duì)標(biāo)，以動(dòng)力降檔掛檔時(shí)間為例，如圖9所示?？梢钥闯觯瑨鞕n時(shí)間超過(guò)競(jìng)品DCT，且達(dá)到了領(lǐng)先水平。

在完成掛檔控制標(biāo)定和驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過(guò)搭載該DCT的整車(chē)耐久試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證同步點(diǎn)自適應(yīng)策略。對(duì)長(zhǎng)達(dá)近3個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖10所示。各檔位同步點(diǎn)自適應(yīng)均處于較合理的區(qū)域，同步時(shí)間一直保持穩(wěn)定，掛檔噪音均得到有效控制，進(jìn)一步驗(yàn)證了自適應(yīng)策略的正確性。

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)同步器結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，充分考慮液壓系統(tǒng)的響應(yīng)特性，采用開(kāi)環(huán)與前饋+閉環(huán)控制的組合方式，制定了分階段式壓力閥+流量閥的掛檔控制策略，并應(yīng)用到臺(tái)架和實(shí)車(chē)測(cè)試中。通過(guò)臺(tái)架和實(shí)車(chē)進(jìn)行測(cè)試標(biāo)定，并與市場(chǎng)上最新DCT產(chǎn)品掛檔時(shí)間進(jìn)行量化對(duì)比，掛檔時(shí)間和噪音問(wèn)題均得到明顯改善，取得較好的控制效果。同時(shí)，考慮到同步器零部件的磨損、同步點(diǎn)的變化，以及不同駕駛工況中同步器的控制需求，避免由此引起的掛檔噪音、同步時(shí)間延長(zhǎng)以及差異性等問(wèn)題的發(fā)生，提出同步點(diǎn)自適應(yīng)的方法，并通過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試，驗(yàn)證控制策略的正確性和合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1]付超，王明成， 趙雪松，等.雙離合變速器鎖環(huán)式同步器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[J].傳動(dòng)技術(shù)， 2016，30（2）：11-16.

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