摘" 要：為降低搭載濕式雙離合自動(dòng)變速箱車(chē)輛油耗，論文從變速箱軟件控制角度出發(fā)，提出4種降低油耗優(yōu)化方法：原地空擋控制、預(yù)掛擋控制、主油壓控制以及換擋規(guī)律控制，并對(duì)每種優(yōu)化方法具體實(shí)施進(jìn)行了研究；通過(guò)Matlab軟件中Simulink模塊集成方法生成代碼并將其下載至變速箱控制單元進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：所提節(jié)油控制策略在全球統(tǒng)一輕型車(chē)輛測(cè)試循環(huán)（world light vehicle test cycle ，WLTC）工況下，車(chē)輛每百公里油耗較優(yōu)化前降低了近0.5 L，一定程度上降低了能耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)油效果，驗(yàn)證了該節(jié)油控制優(yōu)化方法能夠有效降低整車(chē)油耗。上述研究為車(chē)輛節(jié)能研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雙離合自動(dòng)變速箱；節(jié)油控制；優(yōu)化方法；整車(chē)試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)" 1000-5269（2025）01-0085-06

DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2025.01.12

收稿日期：2024-05-20

基金項(xiàng)目：安徽省高校杰出青年科學(xué)研究資助項(xiàng)目（2022AH020025）；安徽省教育廳高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)資助項(xiàng)目（2022AH050257）；合肥市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（202317）；高校優(yōu)秀青年人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目（gxyqZD2022059）

作者簡(jiǎn)介：景甜甜（1988—），女，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：智能傳動(dòng)控制、信號(hào)采集與故障診斷，E-mail：jtiantian@ahjzu.edu.cn.

*通訊作者：董必春，E-mail：dongbchabc@163.com.

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)保有量同步增長(zhǎng)，車(chē)用燃料需求強(qiáng)勁。2023年，我國(guó)全年汽油消費(fèi)高達(dá)1.6億多噸，但大部分燃油卻嚴(yán)重依靠進(jìn)口，能源短缺形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻［1-2］。為提升燃油效率，降低排放，世界各國(guó)均頒布油耗反饋，我國(guó)頒發(fā)的《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中規(guī)定，在 2025年乘用車(chē)新車(chē)油耗目標(biāo)為 4 L/100 km，2030年為3.2 L/100 km，油耗壓力迫使各汽車(chē)廠需投入大量精力進(jìn)行降低油耗的研究［3］。

中國(guó)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展至今，雖然目前新能源（包括純電/混動(dòng)）處于快速發(fā)展中，市場(chǎng)占有率也不斷地提高，但搭載自動(dòng)變速箱的乘用車(chē)依然是絕大部分購(gòu)車(chē)主的首要選擇。目前乘用車(chē)市場(chǎng)常見(jiàn)的自動(dòng)變速箱包括液力自動(dòng)變速箱（automatic transmission，AT）、機(jī)械無(wú)極自動(dòng)變速箱（continuously variable trans-mission，CVT）、雙離合自動(dòng)變速箱（dual clutch transmission，DCT）三類(lèi)變速箱［4-5］。綜合自動(dòng)變速箱的特點(diǎn)，DCT相較CVT具有更大的扭矩傳遞能力，相較 AT具有更高的傳動(dòng)效率，除此之外，DCT機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)還克服了動(dòng)力中斷、傳動(dòng)效率低等缺點(diǎn)，為車(chē)主帶來(lái)了更高的換擋效率和愉悅的駕駛體驗(yàn)，尤其是濕式型 DCT廣泛適用于經(jīng)濟(jì)型、高端型及混合型動(dòng)力汽車(chē)等不同級(jí)別車(chē)型［6-7］。

在整個(gè)變速器行業(yè)乃至整個(gè)汽車(chē)行業(yè)，電氣化、智能化、高效化都是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主要方向，對(duì)濕式雙離合自動(dòng)變速箱而言，整車(chē)油耗直接反應(yīng)其效率的高低［8-9］。當(dāng)前關(guān)于提升DCT傳遞效率的研究主要基于硬件方面，如變速器重量、潤(rùn)滑油量以及變速箱殼體導(dǎo)油結(jié)構(gòu)的優(yōu)化［10-13］，而對(duì)于變速箱軟件控制策略對(duì)傳遞效率的提升方面卻鮮有研究。論文基于車(chē)輛行駛過(guò)程相關(guān)控制方法，從變速箱軟件控制角度出發(fā)提出了降低油耗的優(yōu)化方法，并集成所提出的優(yōu)化方法，生成代碼下載到變速箱控制單元，最后通過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明所提出的優(yōu)化方法使車(chē)輛每百公里油耗較優(yōu)化前降低了近0.5 L油量。

1" 節(jié)油控制策略

1.1" 原地空擋控制

原地空擋即當(dāng)車(chē)輛停止，擋位處在D擋、變速箱離合器不結(jié)合、維持空擋的狀態(tài)?，F(xiàn)有的控制方法是當(dāng)車(chē)輛停止、擋位在D擋時(shí)，離合器保持結(jié)合半聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)變速箱會(huì)傳遞一部分扭矩，但這種狀態(tài)會(huì)加速離合器片磨損，增加油耗，同時(shí)如果該狀態(tài)控制不精確導(dǎo)致傳遞扭矩過(guò)大，則駕駛員會(huì)感覺(jué)整車(chē)抖動(dòng)，影響駕駛感受。原地空擋則會(huì)避免上述控制所遇到的問(wèn)題，該方法根據(jù)當(dāng)前電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)（electrical park brake，EPB）及自動(dòng)駐車(chē)功能（autohold，AUTOH）狀態(tài)、駕駛模式、坡度以及制動(dòng)踏板力等綜合判斷當(dāng)前離合器是處于結(jié)合狀態(tài)還是保持空擋狀態(tài)。原地空擋詳細(xì)的控制方法如下。

1）變速箱有故障，則無(wú)原地空擋策略，維持現(xiàn)有控制方法；

2）識(shí)別車(chē)輛當(dāng)前變速箱油溫、駕駛模式及坡度，如果變速箱油溫低于設(shè)定值且當(dāng)前處于SPORT模式或者當(dāng)前坡度大于設(shè)定值，則無(wú)原地空擋策略，保持現(xiàn)有的控制策略；

3）當(dāng)變速箱油溫大于設(shè)定值，不處于SPORT模式且坡度小于設(shè)定值，同時(shí)車(chē)速為0時(shí)：

①當(dāng)EPB或者AUTOH為激活狀態(tài)，則進(jìn)入原地空擋模式，離合器不結(jié)合，當(dāng)駕駛員踩油門(mén)，離合器開(kāi)始充油結(jié)合（即實(shí)際壓力達(dá)到KissPoint點(diǎn)，簡(jiǎn)寫(xiě)K點(diǎn)，如圖1所示），傳遞動(dòng)力；

②當(dāng)EPB或者AUTOH未激活，但制動(dòng)壓力大于設(shè)定值Δ，也進(jìn)入原地空擋模式，離合器不結(jié)合，如圖2所示；當(dāng)制動(dòng)壓力小于設(shè)定值Φ時(shí)，離合器開(kāi)始充油結(jié)合，傳遞扭矩。其中，Δ與Φ為制動(dòng)壓力所設(shè)定的閾值，且Δgt;Φ。

1.2" 預(yù)掛擋控制

市場(chǎng)上主流7擋雙離合自動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)主要包括雙離合器、輸入軸、四個(gè)撥叉和八個(gè)變速器擋位及相應(yīng)的換擋同步器，以及其他的換擋控制系統(tǒng)和電控單元，選換擋過(guò)程和手動(dòng)變速箱類(lèi)似，通過(guò)撥叉掛擋形成不同的擋位。DCT換擋控制過(guò)程以踩油門(mén)3擋升4擋為例，如圖3所示。

換擋總體分為三個(gè)階段：

1）換擋準(zhǔn)備階段

如圖3（a）所示，當(dāng)自動(dòng)變速箱控制單元（transmission control unit，TCU）內(nèi)部計(jì)算需要升4擋時(shí)，目標(biāo)擋位變?yōu)?擋，TCU掛4擋撥叉（如圖（b）所示），然后4擋對(duì)應(yīng)的結(jié)合離合器完成預(yù)充油，離合器壓力上升到半聯(lián)動(dòng)點(diǎn)（K點(diǎn)），3擋對(duì)應(yīng)離合器壓力開(kāi)始下降，但是動(dòng)力還是3擋對(duì)應(yīng)離合器傳遞，如圖3（d）所示。

2）扭矩交替階段

如圖3（d）所示，3擋對(duì)應(yīng)的分離離合器和4擋對(duì)應(yīng)的結(jié)合離合器進(jìn)行扭矩交替，分離離合器扭矩分離到半結(jié)合點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合離合器上升到扭矩容量點(diǎn)，傳遞動(dòng)力進(jìn)行切換，動(dòng)力由4擋對(duì)應(yīng)的離合器進(jìn)行傳遞。

3）轉(zhuǎn)速同步階段

如圖3（c）所示，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與3擋對(duì)應(yīng)輸入軸1轉(zhuǎn)速開(kāi)始逐漸分離，與4擋對(duì)應(yīng)輸入軸2轉(zhuǎn)速逐步結(jié)合并最終同步結(jié)合，最終完成3擋升4擋，此過(guò)程3擋離合器脫開(kāi)，不傳遞動(dòng)力，動(dòng)力由4擋對(duì)應(yīng)離合器2傳遞。

控制邏輯圖如圖4所示。

為提升車(chē)輛動(dòng)力響應(yīng)性，目前絕大數(shù)DCT控制邏輯均有擋位預(yù)掛功能，即車(chē)輛正常行駛過(guò)程中除正常行駛擋位撥叉在擋之外還預(yù)掛一個(gè)低擋位撥叉（比如，3擋行駛時(shí)，除3擋撥叉在擋，同時(shí)還預(yù)掛2擋撥叉），以減小DCT換擋時(shí)間，提升動(dòng)力響應(yīng)性。但撥叉預(yù)掛又將導(dǎo)致變速箱阻力變大，傳遞效率變低并增加油耗，為此對(duì)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化邏輯如下：

1）預(yù)掛擋區(qū)分不同的駕駛模式，ECO模式無(wú)預(yù)掛擋，SPORT模式全程預(yù)掛擋；

2）NORMAL模式低擋位低車(chē)速保留預(yù)掛擋策略，高擋位高車(chē)速無(wú)預(yù)掛擋策略，具體預(yù)掛擋時(shí)機(jī)可通過(guò)實(shí)車(chē)標(biāo)定進(jìn)行優(yōu)化。圖5為3擋行駛預(yù)掛擋控制示意圖，其中，圖（b）為實(shí)際行駛擋位3擋。當(dāng)變速箱在3擋行駛時(shí)，除3擋撥叉在擋外，變速箱預(yù)掛2擋撥叉（圖5（a）所示）；當(dāng)車(chē)速高于某一設(shè)定值時(shí)，退出2擋預(yù)掛，此時(shí)變速箱僅行駛3擋撥叉在擋（圖5（a）、（c）所示）。

1.3" 主油壓控制

液壓控制模塊（hydraulic control unit， HCU）是DCT的核心模塊，其通過(guò)液壓系統(tǒng)提供液壓油至各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)離合器壓力控制，包括離合器冷卻、潤(rùn)滑以及擋位切換等。但由于油液的阻力，主油壓太高會(huì)導(dǎo)致變速箱傳遞效率變低，增加整車(chē)油耗；主油壓太低，會(huì)導(dǎo)致離合器壓力控制出現(xiàn)問(wèn)題，影響變速箱正常工作。因而主油路壓力大小的設(shè)計(jì)尤為重要。

現(xiàn)有控制策略中，主油壓=基礎(chǔ)主油壓+補(bǔ)償。其中：基礎(chǔ)主油壓值是經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，臺(tái)架測(cè)試驗(yàn)證得出執(zhí)行變速箱正常功能所需的主油壓；補(bǔ)償值是根據(jù)不同變速箱油溫在實(shí)車(chē)上根據(jù)駕駛表現(xiàn)進(jìn)行驗(yàn)證補(bǔ)償?，F(xiàn)有的控制策略中，為保證變速箱正常功能，基礎(chǔ)主油壓通常設(shè)定較大，導(dǎo)致傳遞效率變低，影響油耗。

為了提高變速箱傳遞效率，新主油壓設(shè)計(jì)根據(jù)變速箱離合器狀態(tài)進(jìn)行主油壓補(bǔ)償標(biāo)定優(yōu)化，如圖6所示，即根據(jù)不同的離合器狀態(tài)設(shè)定不同的主油壓，保證液壓系統(tǒng)正常工作的前提下盡量降低主油壓以提高變速箱傳遞效率，即主油壓=基礎(chǔ)主油壓+補(bǔ)償1+補(bǔ)償2。其中：基礎(chǔ)主油壓是液壓系統(tǒng)工作所需最低壓力；補(bǔ)償1是根據(jù)不同變速箱油溫在實(shí)車(chē)上根據(jù)駕駛表現(xiàn)進(jìn)行驗(yàn)證補(bǔ)償；補(bǔ)償2是根據(jù)變速箱工作時(shí)不同的離合器狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)定補(bǔ)償。主油壓標(biāo)定是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要經(jīng)歷低溫、高溫、高原等環(huán)境進(jìn)行充分標(biāo)定驗(yàn)證。

1.4" 換擋規(guī)律控制

換擋規(guī)律即換擋線，它決定著搭載自動(dòng)變速箱車(chē)輛行駛過(guò)程升降擋的時(shí)機(jī)，直接影響車(chē)輛行駛的動(dòng)力性、舒適性以及燃油經(jīng)濟(jì)性，是自動(dòng)變速器控制的關(guān)鍵技術(shù)。目前雙離合自動(dòng)變速箱普遍采用基于油門(mén)開(kāi)度與輸出軸轉(zhuǎn)速的兩參數(shù)控制［11］，換擋線有多種，考慮本文主要研究節(jié)油控制，故以常用的D擋NORMAL模式換擋線為例，說(shuō)明其優(yōu)化方法。

1） 理論計(jì)算

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性模型得出不同油門(mén)下汽車(chē)單位時(shí)間內(nèi)燃油消耗率和車(chē)速之間的曲線關(guān)系，如圖7所示。

升擋點(diǎn)確認(rèn)：通過(guò)整車(chē)特性（如整車(chē)各阻力、整備質(zhì)量等）和發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線，計(jì)算得出不同擋位車(chē)速-油耗曲線，此時(shí)相鄰兩個(gè)擋位車(chē)速曲線的交點(diǎn)即為燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)換擋點(diǎn)。按此計(jì)算不同油門(mén)下相鄰擋位車(chē)速曲線的交點(diǎn)，作為此油門(mén)下NORMAL模式換擋線的升擋點(diǎn)［14］；

降擋點(diǎn)確認(rèn)：將小油門(mén)（0～30%）下所有升擋點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速減小一個(gè)車(chē)速α（例如，10%油門(mén)開(kāi)度下3擋升4擋車(chē)速減去一個(gè)amp;，得出4擋降3擋的換擋點(diǎn)）；將中油門(mén)（30%～60%）下所有升擋點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速減小一個(gè)車(chē)速β；將大油門(mén)（60%～100%）下所有升擋點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速減小一個(gè)車(chē)速δ，得出各擋位油門(mén)下的降擋線，其中，α、β、δ大小根據(jù)升擋點(diǎn)車(chē)速和擋位確定，且αlt;βlt;δ，同時(shí)3擋以上降擋最低轉(zhuǎn)速需高于發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)供油轉(zhuǎn)速，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)因轉(zhuǎn)速過(guò)低導(dǎo)致恢復(fù)供油。

2）換擋線實(shí)車(chē)標(biāo)定

①轉(zhuǎn)轂標(biāo)定驗(yàn)證

在轉(zhuǎn)轂上測(cè)試不同油門(mén)開(kāi)度下的升擋和降擋，如發(fā)生下列不適合現(xiàn)象調(diào)整換擋點(diǎn)，直至無(wú)不適現(xiàn)象。

a） 檢查換擋后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能低于怠速（800 rpm/min），升擋前后加速度變化不超過(guò)50%；

b） 升擋轉(zhuǎn)速與油門(mén)開(kāi)度相關(guān)，10%油門(mén)升擋轉(zhuǎn)速在1 900 rpm左右，全油門(mén)升擋轉(zhuǎn)速接近發(fā)動(dòng)機(jī)斷油轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速按照油門(mén)開(kāi)度總體呈線性增長(zhǎng)；

c） 降擋后轉(zhuǎn)速變化對(duì)噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度的影響，降擋后駕駛室內(nèi)分貝不能高于降擋前5 db。

②排放油耗驗(yàn)證

車(chē)輛在熱機(jī)情況下，在整車(chē)轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行WLTC工況（該工況模擬城市、高速、鄉(xiāng)村道路實(shí)際駕駛，分為低速、中速、高速及超高速共4個(gè)區(qū)，一個(gè)循環(huán)共計(jì)30 min，如圖8所示）驗(yàn)證整車(chē)排放和油耗，通過(guò)碳平衡法［15］計(jì)算得到整車(chē)油耗，結(jié)果需要滿足開(kāi)發(fā)目標(biāo)要求，同時(shí)排放需要達(dá)到國(guó)家強(qiáng)制要求，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)內(nèi)部瞬時(shí)油耗數(shù)據(jù)，以及動(dòng)力性的要求，評(píng)估換擋點(diǎn)有無(wú)優(yōu)化空間，若有優(yōu)化空間，則持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，圖9為某車(chē)型最終確認(rèn)的D擋NORMAL模式換擋線。其中，1-＞2代表1擋升至2擋，2-＜1代表2擋降至1擋，其余以此類(lèi)推。

2" 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述策略對(duì)整車(chē)油耗的影響，將新的控制策略通過(guò)Simulink建模，生成代碼并下載到變速箱的TCU中，測(cè)試車(chē)型為某國(guó)產(chǎn)車(chē)型，如圖10所示，其發(fā)動(dòng)機(jī)為1.5 TGDI渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，峰值扭矩為300 N，變速箱為7擋濕式雙離合自動(dòng)變速箱。

測(cè)試時(shí)，需要專(zhuān)業(yè)的駕駛員，按照WLTC工況在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行測(cè)試，如圖11所示。

對(duì)優(yōu)化前后的TCU策略分別進(jìn)行WLTC油耗測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示，新的TCU策略測(cè)試在WLTC低速、中速、高速及超高速4個(gè)區(qū)油耗均比優(yōu)化前有所降低，通過(guò)軟件計(jì)算的WLTC工況百公里綜合油耗為8.402 L，較優(yōu)化前的8.884 L，降低了近0.5 L，效果明顯。

3" 結(jié)論

能源短缺的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，為了降低整車(chē)油耗，基于現(xiàn)有的變速箱軟件控制策略提出了新的降低油耗的優(yōu)化方法：（1）在特定工況下D擋車(chē)輛停車(chē)時(shí)離合器保持脫開(kāi)的原地空擋策略；（2）同模式不同車(chē)速的預(yù)掛擋策略；（3）不同離合器狀態(tài)設(shè)定不同的主油壓策略；（4）換擋規(guī)律優(yōu)化策略。通過(guò)Simulink建模集成所提出的優(yōu)化方法，并進(jìn)行實(shí)車(chē)轉(zhuǎn)轂油耗測(cè)試驗(yàn)證。驗(yàn)證的結(jié)果表明，集成上述策略的新控制方法在WLTC工況下每百公里油耗較優(yōu)化前可以降低近0.5 L，有效降低了整車(chē)油耗。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）

Research on the Optimization Method of Fuel Saving Control

for Dual Clutch Automatic Transmission

JING Tiantian， LI Hao， GAO Ting， DONG Bichun*

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Anhui Jianzhu University， Hefei 230601， China）

Abstract：

In order to reduce fuel consumption of vehicles equipped with wet dual clutch automatic transmissions， four optimization methods for reducing fuel consumption are proposed from the perspective of transmission software control， including idle control， pre-shift control， main oil pressure control， and shift pattern control. The specific implementation of each optimization method is studied. The code is generated through Simulink module integration method and downloaded to the transmission control unit for actual vehicle testing and verification. The research results show that the proposed fuel saving control strategy reduces fuel consumption per 100 kilometers by nearly 0.5 L compared to before optimization under the world light vehicle test cycle （WLTC） operating conditions globally， which to some extent reduces energy consumption and achieves fuel saving effects. It is verified that the fuel saving control optimization method can effectively reduce vehicle fuel consumption. This research provides a certain theoretical basis for vehicle energy conservation research.

Key words：

dual clutch automatic transmission; fuel saving control; optimization method； vehicle experiment