基于PI控制的濕式雙離合自動(dòng)變速器的起步控制

薛永軍

（河南省焦作市城建支隊(duì) 454000)

0 引言

通常情況下，濕式雙離合自動(dòng)變速器的起步控制都主要集中于雙離合器的控制，雙離合器的控制具有時(shí)變性、非線性以及強(qiáng)耦合性，并且車輛在進(jìn)行起步的時(shí)候存在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定同時(shí)大于怠速，監(jiān)測(cè)駕駛員的駕駛意圖等要求。對(duì)于雙離合器自動(dòng)變速器整車來說，整個(gè)起步過程指的是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)下，駕駛者把檔桿從P檔換到D檔或者R檔等工作模式下，腳踩加速踏板[1]，使汽車的車速達(dá)到期望速度的過程。另外有一點(diǎn)需要注意的是，起步過程的起始狀態(tài)不單單是靜止的，同樣也可以是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1 起步控制評(píng)價(jià)指標(biāo)

一般情況下，汽車的起步控制的舒適性、動(dòng)力性以及傳動(dòng)系的使用年限造成一定影響。汽車的起步指標(biāo)主要由下面幾方面構(gòu)成。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)怠速要求。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是低于怠速的，那么會(huì)造成油氣的混合比例出現(xiàn)問題，汽車的輸出功率以及扭矩均不能達(dá)到要求，導(dǎo)致汽車在進(jìn)行加速的時(shí)候動(dòng)力不足，大大增加了汽車的起步時(shí)間。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于怠速還會(huì)使汽車在進(jìn)行減速或者是制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)熄火，以及使發(fā)動(dòng)機(jī)的齒輪無法正常進(jìn)行配合，造成一定的磨損。

（2）沖擊度。所謂的沖擊度j就是汽車縱向加速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)大小，計(jì)算公式為

上面的公式中，Tout是變速器的輸出轉(zhuǎn)矩，TW是車輪上的牽引轉(zhuǎn)矩，IW是輸出軸和汽車平移質(zhì)量換算到輸出軸上的慣量，r是驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑，i0是主減速器的傳動(dòng)比。

通過上面的式子能夠看出，沖擊度和輸出轉(zhuǎn)矩的變化率是成正比例的，輸出轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的越快，傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊就越大，并且也表明了沖擊度能夠很好的反映起步換擋過程的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)。沖擊度不僅能夠有效的反映出駕駛者對(duì)舒適度的實(shí)際感覺，還能夠?qū)⒌缆饭r所造成的顛簸和彈跳影響排除，有效的反映出汽車起步換擋過程中車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和傳動(dòng)系載荷變化。目前不同的國(guó)家對(duì)于沖擊度有著不同的限定，比如我國(guó)的沖擊度不能夠大于17.64 m/s3，德國(guó)的沖擊度不能夠大于10 m/s3。

（3）起步時(shí)間。所謂的汽車起步時(shí)間指的是從上層軟件發(fā)送起步指令到離合器完全達(dá)到結(jié)合的時(shí)間大小。一共有5個(gè)部分：汽車起步響應(yīng)時(shí)間、離合器主從動(dòng)盤結(jié)合但不傳遞扭矩的壓力點(diǎn)時(shí)間、克服汽車靜摩擦力的時(shí)間、運(yùn)行中的離合器摩擦?xí)r間和運(yùn)行中的離合器完全接合時(shí)間。

汽車的起步時(shí)間從數(shù)據(jù)上來看，指的是從加速踏板信號(hào)輸入到離合器主動(dòng)盤側(cè)轉(zhuǎn)速和離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速相同的時(shí)間。

2 汽車起步的控制策略

2.1 控制策略概述

在雙離合器自動(dòng)變速器的控制器里面配置了一個(gè)上層軟件。在這個(gè)軟件里面配置了一個(gè)全局控制器，這個(gè)控制器可以通過車輛的傳感器信息對(duì)當(dāng)前汽車的工況進(jìn)行識(shí)別，然后由CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，進(jìn)而激活內(nèi)部子系統(tǒng)，并輔助子系統(tǒng)進(jìn)行工作同時(shí)監(jiān)視整個(gè)工作過程，進(jìn)行實(shí)時(shí)的診斷[2]。

2.2 起步控制策略的輸入

為了能夠使汽車起步的舒適性以及快捷性達(dá)到滿足要求，進(jìn)行汽車的起步時(shí)我們需要下面幾個(gè)信息：加速踏板的開度信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的加速度、離合器的滑摩率、離合器的壓力信號(hào)、換擋桿的檔位信號(hào)及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。

2.3 汽車起步控制策略的處理

汽車起步控制功能模塊的作用就是對(duì)當(dāng)前需要哪個(gè)離合器工作進(jìn)行確定。為了能夠確保汽車當(dāng)前起步檔位的正確性，控制器會(huì)對(duì)當(dāng)前換擋桿的信息進(jìn)行確認(rèn)，再通過油門的開度以及滑摩率計(jì)算起步離合器的扭矩。

通過當(dāng)前汽車加速踏板的開度值以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠確定出發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性圖，如圖1所示。

所以，通過當(dāng)前汽車的油門開度以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，能夠很容易的知道當(dāng)前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩大小是多少。

本文所提出的策略里面起步控制一共分為2個(gè)階段進(jìn)行：在階段1中，當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速相差很多的時(shí)候，通過前饋控制進(jìn)行控制，控制的結(jié)果就作為離合器的目標(biāo)扭矩輸出，從而算出離合器的目標(biāo)壓力。階段1的策略如下圖2所示。

在階段2中，這時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速是在規(guī)定的范圍里面(200 r/min)，那么就通過PI控制以及前饋控制計(jì)算離合器的目標(biāo)扭矩，從而得出離合器目標(biāo)壓力的大小。階段2的策略如圖3所示。

圖1 萬有特性圖

圖2 第一階段離合器目標(biāo)壓力計(jì)算策略圖

圖3 第二階段離合器目標(biāo)壓力計(jì)算策略圖

2.4 汽車起步控制策略的輸出

在汽車進(jìn)行起步時(shí)，在起步控制的過程中會(huì)輸出以下信號(hào)：起步控制扭矩大小、離合器從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速大小、汽車的加速度大小以及離合器的期望壓力大小。上面這些信號(hào)會(huì)被汽車的整車控制軟件的其他功能當(dāng)作輸入進(jìn)行運(yùn)算，然后根據(jù)其中的一些信號(hào)對(duì)整車的起步功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 實(shí)際測(cè)試

本文所提出的策略會(huì)和全局控制軟件一起輸入到整車控制器TCU里面，進(jìn)行整車的起步控制試驗(yàn)，通過CANape記錄整車的數(shù)據(jù)然后進(jìn)行如下分析。

3.1 一檔起步

（1）5%油門起步。從踩下加速踏板，到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸1的轉(zhuǎn)速達(dá)到一樣，一共經(jīng)過了3.5 s。

（2）42%油門起步。從踩下加速踏板，到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸1的轉(zhuǎn)速達(dá)到一樣，一共經(jīng)過了2.1 s。

3.2 R檔起步

（1）14%油門起步。從踩下加速踏板，到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸2的轉(zhuǎn)速達(dá)到一樣，一共經(jīng)過了2.5 s。

（2）63%油門起步。從踩下加速踏板，到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸2的轉(zhuǎn)速達(dá)到一樣，一共經(jīng)過了2.5 s。

在這4次試驗(yàn)過程中，在起步的過程中，汽車的速度是均勻增長(zhǎng)的，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并沒有突變，使汽車具有很好的舒適性，同時(shí)離合器的溫度也處于正常值，控制壓力可以很好的跟蹤期望壓力。

[1]葉明,秦大同,劉振軍. 輕度混合動(dòng)力 AMT 汽車自動(dòng)起步控制研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2005,16(5): 442-445.

[2]吳光強(qiáng),楊偉斌,秦大同.雙離合器式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007，43(2):13-21.