干式雙離合自動變速器分段優(yōu)化換擋的分析

楊浩 劉森

南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 河南 南陽 473000

引言

在雙離合自動變速器的動力方面，分別采用奇數(shù)與偶數(shù)兩個擋位進行驅(qū)動，在保障自動與手動變速器不發(fā)生變化的情況下，利用雙離合器彌補換擋過程中動力上的缺陷，具有較為良好的體驗感、經(jīng)濟性與動力性。但是，如若在雙離合器換擋的過程中控制不合理，則會產(chǎn)生動力循環(huán)、滑摩過度等情況，不但無法提高綜合性能，甚至還會影響變速器的使用。因此，本文以干式雙離合自動變速器為例，對其換擋過程的分段優(yōu)化措施進行分析與研究。

1 干式雙離合自動變速器換擋過程概述

1.1 動力學(xué)模型的構(gòu)建

雙離合自動變速器又可稱為DCT，本文所研究的干式DCT動力學(xué)模型可表示為：

式中，Te代表的使發(fā)動機扭矩；Tco代表的是奇離合器傳遞扭矩；Tce代表的是偶離合器傳遞扭矩；ω代表的使發(fā)動機的速度；m代表的使整車質(zhì)量；rw代表的使車輪本經(jīng)；TR代表的使阻力矩。

根據(jù)干式DCT結(jié)構(gòu)，利用控制液對液壓機構(gòu)壓強進行控制，從而對離合器的傳遞扭矩進行控制。如若離合器處于接合狀態(tài)，則傳遞發(fā)動機扭矩；如若離合器處于滑摩狀態(tài)，則傳遞離合器滑摩扭矩，表達式如下：

式中，Tc代表的是離合器傳遞扭矩；Tf代表的使離合器滑摩扭矩；代表的使離合器片摩擦因數(shù)；Fc代表的使離合器壓盤壓緊力；Rc代表的是等效摩擦半徑。

1.2 DCT換擋過程劃分

將DCT的換擋過程劃分為四個部分，在換擋過程中，奇數(shù)離合器利用的使分離離合器；偶數(shù)離合器采用的是接合離合器。第一階段屬于預(yù)充階段，與離合器相互連接后建立油壓，并且對分離離合器中的油壓進行降低，使其屬于臨界值；第二階段屬于扭矩交互階段，與離合器相接觸后不斷的增壓，不斷增加傳遞發(fā)動機中的扭矩；同時對分離離合器中的油壓進行降低，使其與傳遞扭矩相一致，直至與接合離合器傳遞發(fā)動機扭矩完成一致；第三階段屬于調(diào)速階段，奇偶離合器均為滑摩狀態(tài)，利用接合離合器油壓，使發(fā)動機降扭，以此來使結(jié)合離合器主片與動片都處于同步狀態(tài)；第四階段在完成上述操作以后，將油壓增加，使其處于系統(tǒng)安全油壓范圍。

1.3 換擋過程的關(guān)鍵節(jié)點

在DCT換擋的過程中，各個階段動力學(xué)特性不盡相同，因此各個階段的分界點都屬于換擋控制的關(guān)鍵節(jié)點。在第一與第二階段相結(jié)合的位置，如若離合器沒有建立油壓，則會使動力不斷降低，如若離合器建立的油壓，但油壓較快，則會形成沖擊，第一階段輸出的軸扭矩可以表示為：

式中，i1代表的是第一階段擋轉(zhuǎn)動比；i2代表的是第二階段擋轉(zhuǎn)動比； 代表的是偶數(shù)離合器摩擦因數(shù)；Cce代表的是偶數(shù)離合器控制系數(shù)；Pce代表的使液壓閥壓強。

由此可見，如若扭矩交互很快完成，將會產(chǎn)生換擋動力；如若完成的較慢，則會在兩個離合器之間產(chǎn)生動力回路，進而對效率與舒適度產(chǎn)生較大影響。在第三階段結(jié)束以后，便是換擋過程中的又一個關(guān)鍵點，該點十分容易受到?jīng)_擊，如若發(fā)動機扭矩的請求沒有得到合理的控制，則很容易在同步點的位置產(chǎn)生較大的沖擊[1]。

2 干式雙離合自動變速器換擋方法

通過上文的分析和闡述可知，在換擋過程中關(guān)鍵節(jié)點需要制定有效的策略進行控制，不但要對換擋過程進行優(yōu)化，還應(yīng)為關(guān)鍵節(jié)點提供切實保障，特別是同步點性能，以此來達到換擋整體優(yōu)化的效果。DCT換擋應(yīng)與摩擦功、沖擊度相結(jié)合，并且確保關(guān)鍵節(jié)點的功能得以充分展現(xiàn)。本文將以第一部分與第二部分為例，對DCT整體控制方式進行分析。

2.1 預(yù)充階段換擋方式

在預(yù)充階段中，離合器沒有正式開始傳遞扭矩，分離離合器也沒有開始滑摩，這時兩個離合器在油壓方面也沒有過大的差距，在沖擊度與摩擦功方面也不會產(chǎn)生較大的影響，因此在油壓變化的分析上，應(yīng)以系統(tǒng)運行中的最大速度為依據(jù)。預(yù)充結(jié)束的關(guān)鍵節(jié)點控制的前提為離合器中存在少量的正滑摩；當離合器控制按照加速度波動超過在擋行駛加速度時，應(yīng)以自然波動的變化程度為先決條件，二者的判斷依據(jù)如下：

2.2 扭矩交互階段換擋方式

在該階段中，分離器的狀態(tài)始終為接合，摩擦功較低，因此應(yīng)更多的側(cè)重于沖擊度方面。通過公式計算可知，該階段的沖擊度與離合器的增壓相比屬于正相關(guān)關(guān)系，所傳遞出來的扭矩由分離離合器轉(zhuǎn)移到接合離合器當中，因此后者在增壓狀態(tài)下，分離離合器中的油壓勢必會降低。由駕駛員對沖擊度閥值進行設(shè)定，然后明確前者的增壓速率以及后者的減壓速率。

在扭矩交互階段中，主要的控制難點在于保障分離離合器的臨界位置，事實上，通過主從動片中產(chǎn)生小量滑摩能夠看出，其與主動片轉(zhuǎn)速滑摩之間存在一定的聯(lián)系，在對跟隨控制效果進行計算時，算法為：

將εΔω設(shè)置為轉(zhuǎn)速差的控制目標，如若分離離合器的轉(zhuǎn)速差與εΔω設(shè)置的數(shù)值相同或者超過設(shè)置的數(shù)值時，則代表著預(yù)充結(jié)束，并且開始正式扭矩交互控制；

根據(jù)上文中所闡述的方式，對雙離合器的油壓進行變動實驗，并且以分離離合器中的轉(zhuǎn)速差作為反饋信號，對離合器中的油壓進行控制，保障扭矩在交互時都能夠以εΔω為中心產(chǎn)生波動，這樣做不但能夠使分離離合器對發(fā)動機進行驅(qū)動，還能夠保障扭矩始終為正，不會由于分離離合器中的從動片轉(zhuǎn)速超過發(fā)動機而產(chǎn)生較大的沖擊；

當分離離合器中轉(zhuǎn)速差與△ω0相比較大時，則代表著扭矩交互正式完成，可以進入到下一個階段[2]。

2.3 調(diào)速階段換擋方式

針對調(diào)速階段的控制，不但要針對整個換擋過程沖擊度進行分析，使其能夠與滑摩功之間處于均衡狀態(tài)，還應(yīng)注重最終的同步點沖擊，因此在離散動態(tài)規(guī)劃情況下，可以通過公式對換擋策略進行設(shè)計，公式為：

式中，xk代表的是KT時的狀態(tài)矢量；uk代表的是控制矢量數(shù)值；Φ（XN）代表的是終端性能指標；J代表的是總性能泛函。在離散動態(tài)規(guī)劃目標方面，為了能夠?qū)ふ业阶罴芽刂菩蛄?，?yīng)盡可能的減少J的數(shù)值。在實車應(yīng)用的過程中，對于不同車速、駕駛員意圖、檔位等因素影響，離散狀態(tài)規(guī)劃經(jīng)過計算機完成運算，將結(jié)果輸入到TCU當中，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建二維表，通過標定對基準值進行糾正，最終繪制成實車的控制曲線。

3 DCT換擋控制策略的實際應(yīng)用

將文中所研究的分段優(yōu)化換擋策略應(yīng)用到車輛實驗中，針對A市試車場中的車輛進行實車測試，選擇的實驗環(huán)境為平面公路，工況為靜態(tài)起步踩油門換擋。在實驗中所選擇的車輛等級為B，質(zhì)量為1450kg，在發(fā)動機中最大的扭矩為225N·m，裝配干式DCT，第一與第二擋傳動比為15.14與9.52，其中包含減速比。

3.1 新舊一擋升二擋控制效果對比

分別采用傳統(tǒng)方式與新型策略對車輛在全油門工況下，第一擋升級為第二擋時的效果進行對比分析。在以往控制策略當中，通過標定PI參數(shù)的方式，保障輸出扭矩的數(shù)值不發(fā)生改變，通過扭矩與降扭兩個階段，促使發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。為了方便對比分析，在新制定的策略中對換擋時間，通過計算可知，在新策略當中，前后摩擦功均相同，主要的性能區(qū)別體現(xiàn)在沖擊度當中。

通過實驗結(jié)果可以看出，在以往傳統(tǒng)的換擋過程中，調(diào)速階段中產(chǎn)生的沖擊力最大，并且沒有重點對關(guān)鍵節(jié)點進行優(yōu)化，致使扭矩在交互與分界的過程中，在兩個關(guān)鍵節(jié)點上產(chǎn)生了較大的沖擊現(xiàn)象；而使用新型分段優(yōu)化策略則能夠有效的避免上述問題的發(fā)生，在整個換擋過程中，都能夠感受到均勻的沖擊程度，并且將沖擊力有效的控制在較為合理的范圍之內(nèi)。另外，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)能夠?qū)σ淮稳烷T溫度的提升進行計算，使第一擋在上升到第二擋時，平均溫度上升到35—40℃之間，在滑摩功方面也能夠得到有效的控制與保障。

3.2 新舊油門控制效率的對比

通過不同的油門測試，對實驗車輛的DCT進行分段優(yōu)化控制，從效果的對比分析中能夠看出，無論在何種油門工況情況下，新策略都能夠在確保滑摩功不增加的同時，對沖擊度進行有效的控制。在扭矩交互方面，也能夠有效防止發(fā)動機的異常轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速波動；對于同步點性能的優(yōu)化來說，能夠有效防止在傳遞扭矩的過程中由于特性發(fā)生改變而產(chǎn)生的同步?jīng)_擊[3]。

4 結(jié)論

綜上所述，換擋過程控制屬于干式DCT控制中的重中之重，同時也具有較強的復(fù)雜性。在本文的研究中，通過實車實驗的方式，將整體的換擋過程劃分為四個部分，使干式DCT的換擋性能得到有效的改善。在本文所提出的策略當中，還將關(guān)鍵節(jié)點的控制融入其中，針對可能對其產(chǎn)生影響的因素進行評價，并且獲取到十分良好的控制效果。