一種濕式雙離合自動變速器檔位結(jié)合控制研究

涂安全， 李 星， 羅賢虎， 左波濤， 韓志軍

(1.安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601；2.太原理工大學(xué)，太原 030024 )

一種濕式雙離合自動變速器檔位結(jié)合控制研究

涂安全1， 李 星1， 羅賢虎1， 左波濤1， 韓志軍2

(1.安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601；2.太原理工大學(xué)，太原 030024 )

通過對某濕式雙離合自動變速器(DCT)撥叉結(jié)合過程的機(jī)理分析，提出了基于撥叉位置的檔位結(jié)合控制策略，得到了影響撥叉結(jié)合質(zhì)量的兩個主要因素：即檔位的不同以及油溫的影響.利用該控制策略對撥叉結(jié)合時間和振動加速度進(jìn)行實(shí)車測試，結(jié)果表明：所提出的控制策略能夠很好的平衡撥叉結(jié)合時間與結(jié)合噪音，從而有效提升DCT換擋質(zhì)量.

雙離合自動變速器；撥叉控制；撥叉位移；檔位結(jié)合時間；換擋沖擊

雙離合自動變速器(簡稱DCT)以其傳動高效、換檔迅速等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前自動變速箱領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展的方向.換檔迅速也成為雙離合自動變速器的一個極具代表性的特點(diǎn)[1-2].

為了滿足DCT快速換檔的需要，檔位的結(jié)合和分離控制也必須快速平順，減少換檔時間.DCT的檔位的結(jié)合與分離是通過控制撥叉的移動來實(shí)現(xiàn)的，但由于撥叉結(jié)合過程中的阻力不同，所需結(jié)合力需要不斷調(diào)整才能實(shí)現(xiàn)快速平順的結(jié)合，因此，在實(shí)際控制中很容易出現(xiàn)撥叉結(jié)合不上或結(jié)合過快引起振動和響聲.因此，撥叉控制策略是DCT控制技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[3].國內(nèi)外許多學(xué)者和工程師對撥叉結(jié)合控制策略進(jìn)行了諸多研究，宋瑞起等[4]分析了濕式 DCT 同步器的特點(diǎn)，針對不同階段提出控制方法，建立了整車物理仿真模型，并通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明控制方法的有效性和合理性；余洪、楊志斌等[5]基于DCT檔位結(jié)合與分離的特點(diǎn)、換擋力與同步時間的關(guān)系，提出了同步容量的概念作為評價同步器總成綜合性能的指標(biāo)；楊偉斌、陳全世[6]等基于ECE+EUDC城市循環(huán)工況設(shè)計(jì)了最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，制定了DCT檔位結(jié)合控制策略，并在試驗(yàn)臺架上對其控制策略進(jìn)行了有效驗(yàn)證.

但在平衡檔位結(jié)合時間與結(jié)合時產(chǎn)生的響聲和沖擊方面研究甚少.本文對某濕式DCT對撥叉結(jié)合過程進(jìn)行了機(jī)理分析，通過在變速箱殼體上安裝加速度傳感器試驗(yàn)得到了影響撥叉結(jié)合質(zhì)量的兩個因素.基于此制定了撥叉結(jié)合控制策略，并在實(shí)車上對控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證.驗(yàn)證結(jié)果表明，利用本文提出的撥叉結(jié)合控制策略能夠較好的平衡檔位結(jié)合時間與結(jié)合時產(chǎn)生的響聲和沖擊，從而有效提高DCT換擋質(zhì)量.

1 撥叉結(jié)合控制過程分析

1.1 撥叉結(jié)合過程

雙離合自動變速器撥叉結(jié)構(gòu)類似于手動變速箱的撥叉結(jié)構(gòu)，需要通過推動撥叉移動從而控制進(jìn)檔和退檔.撥叉的移動控制通過電磁閥控制來調(diào)整液壓油路的流量與壓力來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示.

圖1 某濕式DCT撥叉控制示意圖

撥叉從空檔到結(jié)合的過程中，可以通過設(shè)定撥叉的相對位置來定義撥叉的位移，從而定義出撥叉的空檔位置與結(jié)合位置，一般設(shè)定在空檔位置為0 mm，在檔位置為±9 mm左右.換擋過程中撥叉物理位置示意圖如圖2所示.檔位結(jié)合時間是指撥叉從空擋位置移動到在檔位置所花的時間，即圖2中的T6.

圖2 某濕式DCT撥叉位置示意圖

圖中，0為空檔位置，即換擋起始位置；A為預(yù)同步位置齒套滑塊和同步環(huán)接觸點(diǎn)，0→A為第一次空滑行；B為同步位置，該位置包含同步環(huán)轉(zhuǎn)入鎖止位置、同步、撥環(huán)解鎖，持續(xù)時間為T3-T2；C為同步器齒套和結(jié)合齒套開始接觸位置，B→C為第二次空滑行、對齒與撥動結(jié)合齒回正，持續(xù)時間為T4-T3；D為檔位結(jié)合完成位置，C→D為第三次空滑行以及齒套與結(jié)合齒嚙合兩個過程，T5為撥叉結(jié)合完成時間，T6為檔位結(jié)合完成時間.

1.2 響聲與振動產(chǎn)生的原因分析

撥叉結(jié)合速度的變化會伴隨著響聲和振動的變化，所以在提升撥叉結(jié)合速度的同時，需要重點(diǎn)關(guān)注撥叉結(jié)合時的響聲和振動.從撥叉結(jié)合過程來分析，聲音和振動主要來源于兩個部分，一是同步器接觸時發(fā)生的敲擊聲，發(fā)生在圖2中的B位置；二是撥叉結(jié)合上后出現(xiàn)的敲擊聲，發(fā)生在圖2中的D位置.

1.3 基于撥叉結(jié)合過程中關(guān)鍵控制點(diǎn)的選擇

為了減小撥叉結(jié)合時的響聲和振動，同時提升撥叉結(jié)合速度，在控制過程中選取撥叉位置時，選取撥叉起始位置(對應(yīng)圖2中的0)、同步器接觸位置(對應(yīng)圖2中的B)、對齒完成位置(對應(yīng)圖2中的C)、撥叉結(jié)合完成位置(對應(yīng)圖2中的D)、檔位結(jié)合完全位置等5個位置為關(guān)鍵控制點(diǎn)，通過這5個關(guān)鍵控制點(diǎn)提前進(jìn)行控制調(diào)整.撥叉結(jié)合過程中關(guān)鍵控制點(diǎn)選取如圖3所示.

圖3 撥叉結(jié)合過程中關(guān)鍵控制點(diǎn)示意圖

2 基于撥叉位置的撥叉控制策略

2.1 撥叉結(jié)合控制策略

本文依據(jù)關(guān)鍵控制點(diǎn)建立基于撥叉位移的撥叉結(jié)合控制策略，從撥叉的結(jié)合過程分析來看，首先，需要建立一定的推動力促使撥叉移動；其次，當(dāng)同步器接觸后需要加大推動力才能完成對齒及同步，此時需要的推動力最大；最后，當(dāng)完成對齒后，需要維持一定的推動力促使撥叉完全結(jié)合上[7].

當(dāng)有檔位結(jié)合需求時，首先判斷需要結(jié)合的檔位.通過對多路閥的電磁閥控制流量方向，以達(dá)到選擇目標(biāo)檔位撥叉的目的；然后，通過控制液壓油路中對應(yīng)的流量和壓力控制的電磁閥，調(diào)節(jié)檔位結(jié)合所需的流量和壓力大小，在對應(yīng)撥叉位移中控制液壓油路中的壓力和流量的上升和下降，從而使用不同的力度推動撥叉的移動，達(dá)到撥叉結(jié)合的目的.

基于本文提出的撥叉結(jié)合過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)，考慮到檔位結(jié)合過程中響聲和振動產(chǎn)生的原因，本文提出的撥叉結(jié)合過程中流量和壓力控制策略如下：

流量控制：從撥叉起始位置到同步器接觸點(diǎn)位置，采用較大的流量，推動撥叉后到對齒完成位置采用較小的流量，從對齒完成到撥叉完全結(jié)合再次采用較大的流量以確保撥叉成功結(jié)合.

壓力控制：整個檔位結(jié)合過程中，壓力以一定斜率正比例增加，撥叉達(dá)到檔位結(jié)合位置后迅速降下電磁閥壓力.具體來說，在關(guān)鍵控制點(diǎn)從撥叉起始位置到撥叉結(jié)合位置壓力以正比例增加，之后從撥叉結(jié)合位置到檔位結(jié)合位置迅速下降.流量和壓力控制示意圖如圖4所示.

圖4 撥叉結(jié)合壓力和流量控制示意圖

2.2 撥叉控制的評價指標(biāo)

在實(shí)際的使用過程中，一般期望撥叉能夠快速的結(jié)合，同時也無結(jié)合沖擊及響聲，基于這些控制要求，撥叉結(jié)合過程主要建立的評價指標(biāo)[8]有：

(1)撥叉位移從空檔位置到在檔位置所需要的時間.一般檔位結(jié)合時間不超過300 ms為宜；

(2)撥叉結(jié)合過程中的沖擊.一般通過主觀感受或使用加速度傳感器測得，沖擊度小于10 g左右為宜；

(3)撥叉結(jié)合過程中的聲音.一般標(biāo)定過程中采用主觀判斷，以是否能聽到聲音和聲音的可接受程度來確定.

2.3 撥叉結(jié)合質(zhì)量的影響因素分析

本文使用Vector CANape 型號VN1640A作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，見圖5所示.CANape是一種可用于TCU開發(fā)、標(biāo)定、診斷和測量數(shù)據(jù)采集的綜合性工具.通過該設(shè)備采集變速箱內(nèi)部的換擋壓力閥、換擋流量閥、撥叉位置傳感器、變速箱油溫傳感器等傳感器或執(zhí)行器的信號，并用于數(shù)據(jù)分析.

圖5 采集設(shè)備CANape VN1640A

為探究影響撥叉結(jié)合質(zhì)量的因素，首先讓不同檔位采用相同的標(biāo)定參數(shù)，通過在變速箱殼體上安裝加速度傳感器來測量撥叉結(jié)合過程中變速箱的縱向沖擊，加速度傳感器安裝于變速箱殼體上，并確保測量方向?yàn)檐囕v行駛方向，加速度傳感器的主要性能參數(shù)見表1.加速度傳感器信號由CANape采集得到.

表1 加速度傳感器主要性能指標(biāo)

通過測量不同變速箱油溫和不同撥叉在檔位結(jié)合和分離時的加速度(見圖6)，得到了影響撥叉結(jié)合質(zhì)量的兩個因素：

(1)檔位的不同影響撥叉結(jié)合質(zhì)量.從圖6可知，相同溫度下，不同檔位結(jié)合過程中峰值加速度差異很大，且檔位結(jié)合的沖擊大于檔位分離的沖擊；

(2)變速箱油溫影響撥叉結(jié)合質(zhì)量.油溫主要影響變速箱油液的粘性系數(shù)，從而影響電控液壓系統(tǒng)響應(yīng)精度.同一檔位，變速箱油溫越低，撥叉結(jié)合時沖擊越大，因此，充分暖機(jī)有助減小換擋沖擊；不同檔位撥叉結(jié)合質(zhì)量對油溫的敏感程度不同，如1檔受溫度影響最大，R檔受溫度影響最小.

圖6 撥叉結(jié)合質(zhì)量影響因素分析圖

3 撥叉結(jié)合控制策略的評價

利用某款搭載濕式DCT的SUV車輛對本文提出的撥叉結(jié)合控制策略進(jìn)行驗(yàn)證，首先基于控制策略對不同檔位的流量和壓力進(jìn)行標(biāo)定優(yōu)化，然后通過在變速箱殼體上安裝振動加速度傳感器來監(jiān)測檔位結(jié)合過程中的沖擊情況，并評價其是否滿足評價指標(biāo)和舒適性要求.

針對撥叉控制策略的評價，主要測試工況如下：

(1)整車原地各檔位撥叉結(jié)合的靜態(tài)測試；

(2)行駛中各檔位撥叉結(jié)合的動態(tài)測試.

3.1 撥叉結(jié)合控制的靜態(tài)測試結(jié)果

撥叉結(jié)合控制的靜態(tài)測試方法是讓車輛在怠速狀態(tài)下通過標(biāo)定手段手動控制各個檔位的結(jié)合與分離.靜態(tài)檔位結(jié)合測試結(jié)果如圖7和圖8所示.圖中：空擋撥叉位置為0 mm；1檔結(jié)合位置為9 mm；2檔結(jié)合位置為-9 mm.從測試結(jié)果來看，產(chǎn)生振動加速度較大的位置為同步器接觸點(diǎn)和撥叉結(jié)合位置.

車輛在靜態(tài)條件下，所有檔位撥叉結(jié)合時沖擊均小于10 g，結(jié)合時間均小于300 ms，由于速比等條件的影響，1檔和倒擋撥叉仍可能存在輕微的結(jié)合響聲.其他檔位均無明顯的響聲及振動.其他檔位靜態(tài)結(jié)合測試結(jié)果見表2所示.

圖7 靜態(tài)1檔結(jié)合測試結(jié)果

圖8 靜態(tài)2檔結(jié)合測試結(jié)果

表2 靜態(tài)檔位結(jié)合測試結(jié)果(油溫60℃)

結(jié)合檔位結(jié)合時間/ms峰值加速度/g12909.922907.832908.042707.252806.762606.5R2908.3

3.2 撥叉結(jié)合控制的動態(tài)測試結(jié)果

撥叉結(jié)合控制的動態(tài)測試方法是在平直路面上讓車輛進(jìn)行恒油門加速和滑行降擋，DCT自行控制撥叉執(zhí)行升降檔.動態(tài)測試結(jié)果表明，正常升降擋撥叉結(jié)合無明顯的響聲及振動，大部分結(jié)合時間小于300 ms，檔位結(jié)合時沖擊度小于10 g；在部分滑行降檔過程中可能存在輕微撥叉結(jié)合響聲.動態(tài)檔位結(jié)合測試結(jié)果見圖9和圖10所示. 其他檔位動態(tài)結(jié)合測試結(jié)果見表3所示.

圖9 動態(tài)1檔結(jié)合測試結(jié)果

圖10 動態(tài)2檔結(jié)合測試結(jié)果

表3 動態(tài)檔位結(jié)合測試結(jié)果(油溫60℃)

結(jié)合檔位結(jié)合時間/ms峰值加速度/g131012.2228010.232708.842806.252609.562707.8R3009.0

4 結(jié) 論

1)通過測試得到影響撥叉結(jié)合質(zhì)量的兩個因素：檔位的不同以及變速箱油溫的影響.不同檔位在結(jié)合和分離時的沖擊有明顯差異，且檔位結(jié)合的沖擊大于檔位分離的沖擊；變速箱油溫越低，撥叉結(jié)合時沖擊越大，暖機(jī)有助于減小換擋沖擊；不同檔位撥叉結(jié)合質(zhì)量對溫度的敏感程度不同.

2)基于撥叉結(jié)合過程中的5個關(guān)鍵控制點(diǎn)建立了檔位結(jié)合控制策略，在標(biāo)定優(yōu)化后對不同檔位進(jìn)行了檔位結(jié)合的靜態(tài)測試和動態(tài)測試.測試結(jié)果表明，文中提出的控制策略可以很好的平衡撥叉結(jié)合時間和結(jié)合時可能產(chǎn)生的響聲和沖擊，提高DCT換擋品質(zhì).

[1] 李育賢，左培文．DCT變速器發(fā)展?fàn)顩r與市場分析[J]．汽車工業(yè)研究，2015(3)：21-24.

[2] 牛樹宇，黃安華．雙離合器自動變速器是我國未來自動變速器發(fā)展的最佳選擇[J]．農(nóng)機(jī)使用與維修， 2009(5)：21-22.

[3] 金 輝，葛安林，陳慧巖．汽車自動變速技術(shù)的新發(fā)展[J]．汽車技術(shù)，2007(2)：1-4.

[4] 宋瑞起，翁曉明，祁 穩(wěn),等．濕式DCT同步器控制研究[J]．機(jī)械工程師，2015(8)：162-164.

[5] 余 洪，楊志斌，王 鑫，等．雙離合自動變速器的換檔控制—同步器的控制問題[C]//中國汽車工程學(xué)會.2015中國汽車工程學(xué)會年會論文集.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2015：387-390.

[6] 楊偉斌，陳全世，吳光強(qiáng)，等．基于城市循環(huán)工況的雙離合器式自動變速器同步器的控制策略[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008：44(12)：244-248

[7] 張俊祥，陳 勇，羅大國，等．DCT同步器同步過程控制策略的研究[C]//中國汽車工程學(xué)會.2013中國汽車工程學(xué)會年會論文集.北京：北京理工大學(xué)出版社,2013：1206-1209.

[8] 余盼霞．機(jī)械自動變速器電動換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)動態(tài)特性分析[D]．重慶：重慶大學(xué).，2010.

Study on Gear Engagement Control of a Wet Dual ClutchTransmission

TU An-quan1， LI Xing1， LUO Xian-hu1， ZUO Bo-tao1， HAN Zhi-jun2

(1.Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd R&D Center, Hefei 230601，China;2.Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024，China)

By analyzing the mechanism of the shift fork engagement process of a wet Dual-Clutch Transmission (DCT), this paper proposes a gear engagement control strategy based on the fork position. Two main factors affecting the quality of the fork engagement are found. They are different gears and oil temperature. The shift fork engagement time and vibration acceleration are tested in vehicle according to the control strategy. The results show that the control strategy can balance the shift fork engagement time and noise, DCT shift quality can be improved effectively.

dual clutch transmission(DCT)；fork control；fork position；gear engagement time；shift shock

1009-4687(2017)02-0033-05

2017-4-13

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃), 乘用車雙離合自動變速器平臺產(chǎn)品研發(fā)(2012AA111711)

涂安全(1982-)，男，工程師，碩士，研究方向?yàn)閺氖掳l(fā)動機(jī)、自動變速箱電控系統(tǒng)研究.

463.212

A