胡志濤 范建凱 謝立臣 叢強(qiáng) 孔維振

（1.蜂巢傳動(dòng)科技河北有限公司，保定 071000；2.北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

主題詞濕式離合器 怠速抖動(dòng) 扭矩遲滯 自適應(yīng)

1 前言

離合器的接合壓力對(duì)起步有重要影響：接合壓力小，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，離合器抖振強(qiáng)度減弱；接合壓力大，有利于減小起步過程中的滑磨功，但接合時(shí)容易出現(xiàn)沖擊。為此，文獻(xiàn)[1]～文獻(xiàn)[3]綜合考慮離合器空行程、起步響應(yīng)、壽命等因素，提出了離合器接合壓力設(shè)計(jì)方法。劉小川等人將離合器接合過程分為擠壓、壓緊、全粗糙接觸3 個(gè)階段，具體探討了不同階段離合器接合壓力的特點(diǎn)并指出其對(duì)起步的影響。為進(jìn)一步減少起步?jīng)_擊，劉海鷗等人提出自適應(yīng)控制策略，進(jìn)而控制離合器到達(dá)既定目標(biāo)壓力的接合速度。楊立昆通過建立接合過程的動(dòng)力學(xué)模型，指出先快后慢的接合速度能夠在一定程度上抑制離合器振顫現(xiàn)象。

離合器遲滯現(xiàn)象使得對(duì)離合器的控制難度進(jìn)一步增加，表現(xiàn)為離合器接合時(shí)同一接合壓力下，難以達(dá)到理想扭矩，離合器分離時(shí)同一壓力下，離合器難以及時(shí)分離、及時(shí)卸載。文獻(xiàn)[8]指出：與怠速相比，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，離合器的最大分離力、遲滯力降低；相較于常溫，低溫下遲滯力較高；生命周期末期的離合器遲滯力明顯增加。為改善這一問題，閆濤確認(rèn)了經(jīng)過Dither標(biāo)定的控制閥可以獲得較好的壓力輸出性能，提高離合器傳遞扭矩的控制精度。謝先平通過位置傳感器來檢測離合器的接合位置，提出一種專家PID 控制方法，實(shí)現(xiàn)了離合器目標(biāo)位置的準(zhǔn)確跟蹤，進(jìn)而準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了離合器的接合、分離。

綜上，鑒于批量生產(chǎn)的離合器扭矩遲滯的散差現(xiàn)象、遲滯力受轉(zhuǎn)速及溫度的影響、遲滯力在離合器生命周期中的變化等不穩(wěn)定因素的存在，實(shí)際上很難用一版標(biāo)定數(shù)據(jù)覆蓋以上因素的影響。本文通過實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器的扭矩差，設(shè)計(jì)控制策略識(shí)別再起步前的工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器接合壓力的及時(shí)補(bǔ)償，以緩解扭矩遲滯造成的抖動(dòng)現(xiàn)象。

2 離合器扭矩遲滯原理

圖1 顯示了扭矩遲滯對(duì)離合器接合和分離的影響原理。

圖1 離合器扭矩遲滯示意

其中：Δ為離合器壽命中某階段同一壓力下接合與分離時(shí)的扭矩差，即扭矩遲滯；為離合器半接合點(diǎn)壓力（Pressure of Kiss Point），理論上為扭矩為零時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力，工程中為實(shí)現(xiàn)觀測及策略設(shè)計(jì)，其取值范圍一般為0～5 N·m。離合器在初次起步前或制動(dòng)停止后再起步前，為降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、減少怠速抖動(dòng)，同時(shí)盡可能提高接合壓力以降低再起步時(shí)的滑磨功，策略上離合器目標(biāo)壓力多設(shè)計(jì)為。由圖1 可知，對(duì)于理論扭矩壓力曲線，接合過程和分離過程對(duì)應(yīng)的扭矩均為，實(shí)際上由于離合器扭矩壓力特性受滑磨轉(zhuǎn)速、壽命狀態(tài)、裝配誤差等因素影響，其扭矩壓力曲線會(huì)不同程度地區(qū)別于理想曲線，表現(xiàn)出扭矩遲滯現(xiàn)象。為此，離合器接合時(shí)為使扭矩達(dá)到，軟件策略需設(shè)計(jì)正向補(bǔ)償；同樣地，離合器分離時(shí)，軟件策略需設(shè)計(jì)負(fù)向補(bǔ)償。

3 扭矩遲滯自適應(yīng)策略設(shè)計(jì)

3.1 自適應(yīng)策略架構(gòu)

本文使用MATLAB、TargetLink 軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)架構(gòu)和邏輯。扭矩遲滯自適應(yīng)整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 扭矩遲滯自適應(yīng)架構(gòu)

自適應(yīng)策略主要包括3個(gè)部分，即監(jiān)測自適應(yīng)前提條件的模塊和2 個(gè)離合器扭矩遲滯自適應(yīng)模塊。前提條件滿足后將分別激活2 個(gè)離合器扭矩遲滯自適應(yīng)模塊，若前提條件不再滿足，將失活并重置自適應(yīng)補(bǔ)償。

3.2 自適應(yīng)前提條件監(jiān)測模塊設(shè)計(jì)

圖3 所示為子系統(tǒng)自適應(yīng)前提條件監(jiān)測模塊。其中：Bit0為功能開關(guān)，用于整車聯(lián)調(diào)時(shí)有選擇地開啟/關(guān)閉自適應(yīng)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變量的單獨(dú)控制，以進(jìn)行不同功能的逐一調(diào)試；Bit1 對(duì)制動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，用于判斷再起步前是否存在制動(dòng)指令；Bit2通過車速梯度判斷再起步前車輛是否已經(jīng)處于減速狀態(tài)，當(dāng)Bit2 為真，Q（處于減速狀態(tài)標(biāo)志位）為真，制動(dòng)狀態(tài)不再成立或換擋桿為N擋或P擋位置時(shí)，將重置Q，即當(dāng)監(jiān)測到駕駛意圖為蠕動(dòng)、再起步、P 擋或N 擋怠速時(shí)，重置自適應(yīng)補(bǔ)償，以快速實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)或再起步；Bit3、Bit4 分別對(duì)2 個(gè)離合器的軸速、離合器主狀態(tài)進(jìn)行判斷，以進(jìn)一步判斷再起步前的工況；Bit5、Bit7 分別監(jiān)測離合器壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的穩(wěn)定性，可通過監(jiān)測約定采樣周期內(nèi)的波動(dòng)量實(shí)現(xiàn)，一般在硬件無故障時(shí)，穩(wěn)定性均能滿足；Bit6用于判斷當(dāng)前處于工作狀態(tài)的離合器為奇數(shù)擋離合器或偶數(shù)擋離合器；Bit8 用于判斷離合器傳感器是否存在故障；Bit9用于標(biāo)定允許自適應(yīng)激活時(shí)的溫度范圍，該范圍與硬件遲滯受油溫影響的程度有關(guān)。通過設(shè)計(jì)標(biāo)定量，可以依據(jù)需求選擇具體哪些標(biāo)志位成立，才能激活奇數(shù)或偶數(shù)擋離合器自適應(yīng)模塊。圖3 中：Bit2 成立時(shí)，S（設(shè)置）成立，Q 成立；當(dāng)制動(dòng)狀態(tài)為OFF 或換擋桿處于N/P時(shí)將觸發(fā)R（重置），此時(shí)Q不成立；若S、R均不成立時(shí)，Q維持上一時(shí)刻值。

圖3 自適應(yīng)前提條件監(jiān)測模塊的設(shè)計(jì)

3.3 自適應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

圖4所示為自適應(yīng)被激活后的具體流程，主要分為4 個(gè)狀態(tài)：初始化、判斷、自適應(yīng)、完成。初始化狀態(tài)下壓力補(bǔ)償初始化為0，標(biāo)志位及計(jì)數(shù)器均初始化為0；進(jìn)入判斷狀態(tài)后，標(biāo)志位置1，此處設(shè)計(jì)可標(biāo)定的緩沖時(shí)間，用于判斷并計(jì)算相對(duì)穩(wěn)定的扭矩差Δ，隨后，判斷扭矩差是否大于設(shè)定值，若為真則進(jìn)入自適應(yīng)狀態(tài)，否則進(jìn)入完成狀態(tài)，其現(xiàn)實(shí)意義為：若存在多于離合器請(qǐng)求扭矩的負(fù)載作用于發(fā)動(dòng)機(jī)端，將繼續(xù)進(jìn)行遲滯自適應(yīng)，直至扭矩差小于設(shè)定值，反之，認(rèn)為此次不需額外遲滯補(bǔ)償，跳轉(zhuǎn)至完成狀態(tài)。

圖4 離合器扭矩遲滯自適應(yīng)流程

圖4 中：為自適應(yīng)最終壓力補(bǔ)償量；、、分別為判斷狀態(tài)、自適應(yīng)狀態(tài)、自適應(yīng)延時(shí)狀態(tài)的計(jì)時(shí)器；為所在子狀態(tài)的計(jì)數(shù)器；為判定狀態(tài)的時(shí)長；為延時(shí)狀態(tài)的時(shí)長；為自適應(yīng)狀態(tài)的時(shí)長；為自適應(yīng)時(shí)單次壓力補(bǔ)償量；為退出或進(jìn)入自適應(yīng)狀態(tài)的扭矩差界定值；為過濾后發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；為當(dāng)前離合器目標(biāo)扭矩。

進(jìn)入自適應(yīng)狀態(tài)后，隨即判斷是否進(jìn)入自適應(yīng)延時(shí)狀態(tài)，若此時(shí)判定為狀態(tài)內(nèi)首次自適應(yīng)，將直接跳出自適應(yīng)延時(shí)狀態(tài)，快速判斷扭矩差并給予單次補(bǔ)償，否則延長以計(jì)算穩(wěn)定的扭矩差，再判斷扭矩差進(jìn)而實(shí)施補(bǔ)償。整個(gè)過程中若扭矩差小于設(shè)定值，或自適應(yīng)狀態(tài)超時(shí)，均直接退出自適應(yīng)進(jìn)入完成狀態(tài)，進(jìn)而更新標(biāo)志位。

4 實(shí)車測試與驗(yàn)證

所述自適應(yīng)方法適用于搭載濕式雙離合變速器的所有車輛，不依賴于環(huán)境。本文選取搭載濕式雙離合變速器的試驗(yàn)車輛進(jìn)行實(shí)車測試，選取空曠道路，在常溫下起動(dòng)、起步、制動(dòng)停止、再次起步，采用Vector 公司的測試設(shè)備Canape-1630A采集并分析數(shù)據(jù)。

以下測試選擇全部標(biāo)志位成立時(shí)，才能激活具體自適應(yīng)模塊。部分標(biāo)定參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示，環(huán)境溫度為25 ℃，硬件狀態(tài)穩(wěn)定（認(rèn)為Bit9、Bit8、Bit7、Bit5已滿足）。

表1 部分標(biāo)定參數(shù)設(shè)計(jì)

測試結(jié)果如圖5 所示，軸速變化過程顯示了車輛由駕駛狀態(tài)到制動(dòng)停止的過程：當(dāng)主動(dòng)離合器軸速小于設(shè)定值時(shí)，Bit3 滿足；在此之前，策略通過車速梯度及制動(dòng)壓力變化，預(yù)判出車輛處于減速狀態(tài)進(jìn)而Bit2、Bit1 滿足；在由2 擋降至1 擋后，工作離合器軸由偶數(shù)變?yōu)槠鏀?shù)時(shí)，Bit6 滿足；當(dāng)離合器主狀態(tài)由蠕行換擋變?yōu)槿湫袝r(shí)，Bit4 滿足，至此，所有前提條件滿足，進(jìn)入自適應(yīng)狀態(tài)（圖中時(shí)刻），隨后進(jìn)入判斷狀態(tài)，并更新扭矩差。此外，在時(shí)刻前，實(shí)際離合器壓力等于，但是扭矩差卻在上升，這是扭矩遲滯的表現(xiàn)，表明有額外負(fù)載作用到發(fā)動(dòng)機(jī)端，如果不能及時(shí)準(zhǔn)確卸載該負(fù)載，將發(fā)生怠速抖動(dòng)，油耗增加；進(jìn)入自適應(yīng)狀態(tài)后，策略依據(jù)動(dòng)態(tài)扭矩差，持續(xù)給予壓力補(bǔ)償，直到時(shí)刻，扭矩差小于，時(shí)刻額外負(fù)載被完全卸載。由圖5 可知，4 s 后，由于換擋桿由D 進(jìn)入P 擋導(dǎo)致Bit2 不再滿足（圖中標(biāo)記為Bit2′），策略結(jié)束，重置補(bǔ)償量。同樣地，當(dāng)策略判斷任一前提條件不滿足時(shí)，策略都將重置補(bǔ)償。例如，檢測到松制動(dòng)踏板信息時(shí)，Bit1 將被置0，策略能夠及時(shí)重置補(bǔ)償，以保證接合壓力，促進(jìn)快速再起步或蠕行。

圖5 扭矩遲滯自適應(yīng)實(shí)車測試（奇數(shù)離合器為例）

5 結(jié)束語

本文依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器扭矩差設(shè)計(jì)控制策略，實(shí)現(xiàn)了再起步前工況的識(shí)別，通過自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償進(jìn)而減少扭矩遲滯造成的怠速抖動(dòng)現(xiàn)象。該自適應(yīng)策略為進(jìn)一步提高離合器正向接合壓力提供了可能，降低了對(duì)硬件遲滯標(biāo)準(zhǔn)的過高要求，有利于降低硬件成本。