濕式DCT換擋過程離合器交錯程度研究*

孫 偉，寧 哲，華玉龍

(裝甲兵工程學院 機械工程系，北京 100072)

1 前言

離合器分離接合規(guī)律一直是DCT研究的重點，也是實現(xiàn)自動控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。針對雙離合器交互程度，國內(nèi)外都做了大量的研究，包括最優(yōu)控制方法，建立模糊控制器或利用有開度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等進行控制的方法。但是由于雙離合器分離接合過程機理的復雜性，影響因素的多元性，且涉及很多非線性的條件，給精確建立模型和推導計算帶來了困難，理論研究方面還需進一步發(fā)展［1］。筆者依據(jù)對離合器請求扭矩的分析進行實驗，實現(xiàn)壓力控制，驗證與請求扭矩相關(guān)聯(lián)的控制方法。

2 換擋品質(zhì)的評價指標

換擋品質(zhì)是指換擋過程的平順性。理想換擋品質(zhì)的基本要求是換擋過程能夠快捷、平穩(wěn)地進行，在換擋過程中車速變化平穩(wěn)，乘客無不舒適感，并且應(yīng)降低動力傳動系統(tǒng)零部件的動載荷，提高動力傳動系的使用壽命。換擋品質(zhì)的評價指標有兩個［2-3］:沖擊度和滑摩功。

(1)沖擊度 沖擊度是評價汽車換擋平順性的指標，其定義為車輛縱向加速度對時間的導數(shù)，數(shù)學表達式為:

式中:v為汽車車速，m/s;a為汽車加速度，m/s2。

式(1)表明，沖擊度j與汽車加速度變化率成正比，加速度變化越快，傳動系統(tǒng)沖擊越大，同時這也說明沖擊度j能較好地反映換擋過程的動力學本質(zhì)。沖擊度不僅可反映人對舒適程度的感覺，而且可將道路條件引起的彈跳與顛簸加速度以及非換擋操作的影響排除在外，真實地反映換擋過程汽車傳動系統(tǒng)載荷變化以及車輛的運動狀態(tài)。不同國家給出了不同的沖擊度限定標準，德國標準:j＜10 m/s3，我國標準:j＜17.64 m/s3。

(2)滑摩功 滑摩功是指離合器主從動摩擦片間滑動摩擦力矩所做的功，它反映了換擋過程中離合器滑摩所產(chǎn)生的熱量及磨損。其數(shù)學表達式為:

式中:Tc為離合器傳遞扭矩，N·m;ω1為離合器主動部分角速度，rad/s;ω2為離合器從動部分角速度，rad/s;t1為離合器滑摩開始時間，s;t2為離合器滑摩結(jié)束時間，s。

滑摩過程產(chǎn)生的熱被離合器片和油液所吸收，使得離合器片溫度和油液溫度升高，高溫對摩擦片的壽命以及摩擦系數(shù)都有較大影響，因此在換擋過程中必須合理控制滑摩功的大小。

3 離合器的扭矩傳遞［4］

在無接觸狀態(tài)和滑摩狀態(tài)，離合器傳遞扭矩主要由作用到壓盤的正壓力決定;在離合器同步階段，離合器傳遞的扭矩主要由離合器的扭矩決定。

在滑摩階段，由于輸入力矩影響動態(tài)摩擦力矩，定義了輸入力矩影響參數(shù):

則離合器扭矩傳遞特性如下:

式中:Tcs為離合器靜摩擦力矩;μds為離合器動態(tài)摩擦系數(shù);μd為離合器靜摩擦系數(shù);Fn為離合器油壓對壓盤的正壓力;Rc為離合器當量摩擦半徑。

即在滑摩過程中離合器所傳遞的扭矩與施加在離合器上的壓力成正比，反之，若已知離合器應(yīng)當傳遞的扭矩，稱之為離合器的請求扭矩，則可計算出施加在離合器上的壓力，從而通過控制程序?qū)崿F(xiàn)換擋過程中對離合器交互的控制。

4 離合器分離接合控制策略

在國內(nèi)大量的理論研究中，都對動力性換擋過程中2個離合器傳遞扭矩的變化進行過詳細的分析和公式推導整理［5］。以此為基礎(chǔ)，可作為離合器的請求扭矩，結(jié)合經(jīng)驗數(shù)值進而制定可行且詳細的控制策略，并以實驗作為最終檢驗和修正手段。圖1為發(fā)動機扭矩及離合器請求扭矩變化示意圖。取C1為奇數(shù)離合器;C2為偶數(shù)離合器;Te為發(fā)動機當前扭矩。

圖1 發(fā)動機扭矩及離合器請求扭矩變化示意圖

以2擋升3擋為例，詳細介紹控制方法:

(1)低檔運行階段Ⅰ 此階段未進行換擋動作，離合器的傳遞扭矩不發(fā)生變化，所以施加在離合器上的也保持不變。

(2)低檔轉(zhuǎn)矩階段Ⅱ 離合器C2的請求扭矩在Ⅱ階段開始時刻便降低，值取1.05～1.2倍的Te，此時離合器的請求扭矩大于發(fā)動機扭矩，因而是完全接合未發(fā)生滑摩。

(3)慣性階段Ⅲ 此階段離合器C2的請求扭矩在逐漸減小，至Ⅲ階段結(jié)束時刻降為0。根據(jù)壓力與扭矩成正比，令施加在離合器C2上的壓力也逐漸降低，離合器C2請求扭矩減少的速率即斜率，設(shè)定Ⅲ階段的持續(xù)時間為500 ms，從而離合器C2分離速率為每10 ms減少2.1%Te～2.4%Te。由于雙離合器自動變速器換擋過程很短，一般認為發(fā)動機扭矩恒定(見圖1)亦可擬定離合器分離為勻速。在離合器C2分離的同時離合器C1也在緩慢結(jié)合，離合器請求扭矩在該階段比較復雜是控制的核心和難點。如果上升過程過慢，會導致發(fā)動機“飛車”，如果上升過程過快，會導致離合器干涉，發(fā)生“掛雙擋”現(xiàn)象。

(4)高檔轉(zhuǎn)矩階段 離合器C2完全分離，離合器C1仍滑摩，為減小同步時間，應(yīng)短暫減小節(jié)氣門開度對發(fā)動機進行調(diào)節(jié)。

(5)高檔穩(wěn)定運行階段 離合器C1滑摩結(jié)束，換擋動作結(jié)束，離合器C1請求扭矩繼續(xù)上升，離合器壓力也持續(xù)增加，為離合器增大扭矩儲備。

5 離合器交互程度實驗

根據(jù)已經(jīng)制定的方法，編寫程序進行實驗修正，調(diào)試離合器壓力取值，得到適合的離合器交互程度。實驗中保持發(fā)動機參數(shù)不變，在平坦板油路面實驗，記錄并分析試驗結(jié)果。如圖2～4所示。

圖2 離合器交互過小試驗曲線

圖2所示，離合器C2在T1時刻的請求扭矩為105%Te(點a)，分離速率為每10 ms請求扭矩減小2.1%Te;T2-T1為300 ms。離合器C1請求扭矩由0(點a)升至85%Te(點b)，結(jié)合速率為每10 ms增大2.8%Te，T2-T3階段離合器請求扭矩保持在85%Te。由于b點到c點離合器C1請求扭矩過小且離合器C2即將分離且扭矩較小，導致發(fā)動機發(fā)生“飛車”現(xiàn)象，雖對沖擊度造成影響不大，卻大幅度增加了滑磨功。

圖3所示，T1時刻離合器C2的請求扭矩為110%Te，分離速率為每10 ms減少2.2%Te;T2-T1為250 ms，離合器C1扭矩由T1時刻的0(點a)上升至100%Te(點b)，結(jié)合速率為4%Te，T2到T3階段離合器C1請求扭矩保持在100%Te。由于離合器C1結(jié)合過快，導致2個離合器出現(xiàn)干涉，沖擊度最大達到8.4 m/s3，嚴重損害離合器和影響舒適性換擋品質(zhì)變差，必須竭力避免該現(xiàn)象的發(fā)生。

圖3 離合器交互過大實驗曲線

如圖4所示，T1時刻離合器C2的請求扭矩為110%Te，分離速率為2.2%Te;T2-T1為300 ms，b點為90%Te，離合器C1的結(jié)合速率為3%Te，T2到T3時刻離合器C1請求扭矩保持在90%Te。該取值下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化平穩(wěn)、沖擊度小，最大沖擊度僅2.3 m/s3，符合換擋品質(zhì)的要求。

圖4 離合器合適試驗曲線

6 總結(jié)

利用換擋過程中離合器應(yīng)達到的扭矩變化即請求扭矩及扭矩傳遞公式，得出離合器壓力的變化。根據(jù)經(jīng)驗和資料查閱，確定換擋過程中各數(shù)值的初始范圍，以2擋升3擋為例制定換擋控制策略。編寫控制程序，實車試驗調(diào)試得到適合的值。

本文控制策略與最后取值皆由查閱和試驗得出，放棄了繁瑣地理論方法研究，謹以試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，驗證了控制策略，對離合器交錯程度進行了研究。

［1］ 吳佐銘，褚超美，黃明禮.雙離合自動變速器技術(shù)研究發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.機械設(shè)計與制造，2008，11(11):241-243.

［2］ 劉振軍，董小洪，秦大同，等.雙離合器自動變速換擋品質(zhì)分析與控制［J］.重慶大學學報，2010，33(5):29-34.

［3］ 侯軍海，崔俊杰，張 騰.雙離合自動變速換擋過程的動力學仿真［J］.機械，2011(11):25-28.

［4］ 馮 巍.DCT起步與換擋特性的仿真方法研究［D］.長春:吉林大學，2007.

［5］ 謝先平.汽車自動離合器結(jié)合過程控制策略研究［D］.哈爾濱理工大學，2008.