濕式雙離合器自動(dòng)變速器起步控制策略綜述

曹珊 馬巖 寧甲奎 曹龍

（中國(guó)第一汽車股份有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院 長(zhǎng)春 130013）

主題詞：濕式離合器 DCT 起步控制 模糊控制

1 引言

雙離合器式自動(dòng)變速器（DCT）是一種新型變速器，起步技術(shù)是DCT開發(fā)過程中關(guān)鍵技術(shù)之一。

車輛起步控制是變速器最基本的控制技術(shù)，主要是根據(jù)路況和駕駛員意圖，控制離合器接合過程，使車輛按駕駛員意圖起動(dòng)。同時(shí)兼顧舒適性、快捷性，保證離合器的使用壽命。

本文深入挖掘了國(guó)際上汽車科技文獻(xiàn)，對(duì)目前濕式雙離合器起步控制策略進(jìn)行了總結(jié)、論述，并對(duì)各個(gè)控制策略進(jìn)行分析比較。

2 DCT起步控制策略

起步控制策略的目標(biāo)是在滿足駕駛員意圖、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、離合器壽命等前提下，使起步性能達(dá)到最佳。而對(duì)起步性能影響最大的是離合器接合品質(zhì)，離合器接合品質(zhì)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是沖擊度和滑摩功。起步控制策略就是使這兩個(gè)相互矛盾的評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)到平衡，提高車輛的起步品質(zhì)。國(guó)內(nèi)外對(duì)于離合器在起步過程中的自動(dòng)控制領(lǐng)域，已經(jīng)進(jìn)行了廣泛深入的研究[1]。

2.1 建模技術(shù)

通過研究離合器的動(dòng)力學(xué)模型、狀態(tài)空間模型并對(duì)其進(jìn)行仿真，對(duì)離合器的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性進(jìn)行分析等，為起步控制策略的研究奠定基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)[2-10]對(duì)雙離合器變速器（DCT）的工作原理及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行分析，建立濕式離合器退化嚙合動(dòng)力學(xué)模型，包括濕式離合器執(zhí)行器的詳細(xì)動(dòng)力學(xué)模型和換擋動(dòng)力學(xué)模型。

文獻(xiàn)[11-12]對(duì)現(xiàn)有動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行整合調(diào)整。文獻(xiàn)[11]由于雙離合器在行駛時(shí)會(huì)改變其傳動(dòng)性能，根據(jù)在起動(dòng)過程中的扭矩傳輸?shù)淖兓鄳?yīng)地調(diào)整了離合器控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。文獻(xiàn)[12]確定溫度演化的動(dòng)力學(xué)模型，并將其與影響扭矩的機(jī)械部件特性聯(lián)系起來(lái)。在扭矩傳遞率模型中使用離合器溫度估計(jì)，補(bǔ)償離合器扭矩對(duì)溫度和滑動(dòng)速度的依賴性。

文獻(xiàn)[13]利用發(fā)動(dòng)機(jī)模型、駕駛員模型、DCT模型、變速器控制模塊模型和車輛模型，建立了車輛仿真模型，并進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，所建立的模型能夠正確反映換檔時(shí)的扭矩和速度變化，并能正確地實(shí)現(xiàn)換檔時(shí)的扭矩和速度變化

文獻(xiàn)[14-16]建立濕式離合器的動(dòng)力學(xué)模型，用于分析和比較離合器在不同工作模式下的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性。

2.2 現(xiàn)代控制技術(shù)

濕式DCT起步控制策略不僅僅要考慮駕駛員的駕駛意圖，還有考慮發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、離合器的使用壽命、起步平順性和快捷性等多方面的要求。在離合器起步控制中應(yīng)用基于約束條件的最優(yōu)算法及最優(yōu)控制，能夠找到比較滿意的綜合最優(yōu)解。

文獻(xiàn)[17-21]采用線性二次型最優(yōu)控制的方法，文獻(xiàn)[7,17-18]考慮滑摩功和沖擊度兩項(xiàng)性能指標(biāo)，較好的解決DCT起步過程中離合器壓力控制問題，通過控制離合器壓力達(dá)到最優(yōu)接合速度。文獻(xiàn)[19-20]將沖擊度轉(zhuǎn)換為最優(yōu)控制約束條件之一，以滑摩功最小為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)離合器最優(yōu)起步控制。文獻(xiàn)[21]對(duì)濕式離合器基于兩級(jí)約束的最優(yōu)控制。文獻(xiàn)[22]是以曲軸轉(zhuǎn)速和離合器片轉(zhuǎn)速為狀態(tài)變量，采用線性二次型方法設(shè)計(jì)了反饋控制器。控制器保證快速接合、最小滑動(dòng)損失和舒適性。

文獻(xiàn)[23-24]根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩、離合器的傳遞扭矩、離合器的滑差率以及車輛阻力矩建立滑模控制器，控制輸出離合器控制油壓。實(shí)現(xiàn)DCT車輛平穩(wěn)起步，并且提高離合器壽命。

文獻(xiàn)[25]利用預(yù)測(cè)控制和遺傳算法，在線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車輛速度的目標(biāo)跟蹤曲線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了起動(dòng)滑模變結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)控制策略來(lái)跟蹤這些曲線。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)控制器不僅體現(xiàn)了駕駛員的意圖，有效地提高轎車的起動(dòng)性能，而且在車輛參數(shù)變化時(shí)具有很強(qiáng)的魯棒性。

文獻(xiàn)[26]考慮起步及換擋中發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)及油門踏板抖動(dòng)等不確定因素，基于Riccati不等式設(shè)計(jì)H∞魯棒控制器，探討離合器最優(yōu)傳遞扭矩的求解問題。H∞魯棒控制顯著改善離合器控制的魯棒性能。

2.3 智能控制技術(shù)

車輛起步過程中，離合器控制問題具有非線性、時(shí)變性、強(qiáng)耦合與難于建模的特征，并且存在駕駛員意圖、車況、路況的多變性。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能控制技術(shù)被用于離合器的起步控制策略中。

文獻(xiàn)[27-28]為通過模糊控制器控制離合器接合。文獻(xiàn)[27]以提高汽車起步品質(zhì)和減少起步離合器片磨損為原則，設(shè)計(jì)駕駛員意圖模糊控制器和滑轉(zhuǎn)率閾值模糊控制器，控制兩個(gè)離合器分離、接合時(shí)刻與速度。有效的提高了車輛起步品質(zhì)。文獻(xiàn)[28]以駕駛員意圖和離合器主從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速差、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值為輸入設(shè)計(jì)模糊控制器，控制兩個(gè)離合器的接合速度。仿真結(jié)果表明，控制方法能實(shí)現(xiàn)離合器快速平穩(wěn)起步。

文獻(xiàn)[29]針對(duì)雙離合器變速器（DCT）在起動(dòng)過程的問題，提出了一種基于最小原理的最優(yōu)控制方法。以最小的沖擊強(qiáng)度和摩擦功為優(yōu)化指標(biāo)，獲得最佳的離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及其轉(zhuǎn)速。仿真結(jié)果表明，所提出的離合器起動(dòng)控制策略不僅降低了沖擊度和滑摩功損耗，而且遵循了駕駛員不同的起動(dòng)意圖。

文獻(xiàn)[30-31]鑒于模糊控制沒有自學(xué)習(xí)功能，引進(jìn)具有自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的起步控制策略。仿真結(jié)果表明，該控制策略的起步性能指標(biāo)，如起步時(shí)間、滑摩功、沖擊度等均得到優(yōu)化，且該控制策略具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。

文獻(xiàn)[32-33]基于實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器壓力精確控制，制定實(shí)現(xiàn)離合器起步的模糊智能控制策略。分別以蟻群算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模糊控制器參數(shù)設(shè)計(jì)離合器壓力智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)離合器壓力精確控制。

文獻(xiàn)[34]針對(duì)起步工況以及車輛本身動(dòng)力學(xué)特性的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)了基于魯棒模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的起步滑摩過程的魯棒自適應(yīng)控制器。仿真結(jié)果表明，該控制器具有更好的跟蹤效果。

文獻(xiàn)[35-36]針對(duì)模糊控制技術(shù)中模糊規(guī)則冗余致使控制系統(tǒng)復(fù)雜性增加的問題，提出基于粒子群優(yōu)化的模糊控制方法。仿真結(jié)果表明，該方法減少起步模糊規(guī)則的數(shù)量，提高控制的實(shí)時(shí)性，滿足車輛起步平穩(wěn)、快捷的要求。

3 結(jié)論

由于DCT車輛起步滑摩功和沖擊度使兩個(gè)相互矛盾的性能指標(biāo)，引進(jìn)最優(yōu)控制方法。其中線性二次型最優(yōu)控制的方法是最常用的方法。車輛起步工況復(fù)雜多變，很難建立完全精準(zhǔn)的動(dòng)力學(xué)模型。最優(yōu)控制需要精確的傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，而且車輛起步時(shí)離合器傳動(dòng)系參數(shù)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的，路面、載荷、擋位也是變化的，使最優(yōu)控制很難達(dá)到最佳。

包括模糊控制在內(nèi)的智能控制對(duì)難以建立數(shù)學(xué)模型、非線性和大滯后的控制對(duì)象，具有很好的適應(yīng)性，適用于離合器起步控制領(lǐng)域。但是在車輛起步多參數(shù)的情況下，模糊控制參數(shù)優(yōu)化很難做到全局最優(yōu)。而且模糊控制還不具有自學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)功能。引進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒計(jì)算、遺傳算法等優(yōu)化參數(shù)，提高控制器的自適應(yīng)性，提升車輛起步品質(zhì)。

在使用模糊控制模擬優(yōu)秀的駕駛員操作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒計(jì)算、遺傳算法（文獻(xiàn)[37]）優(yōu)化控制參數(shù)，提升控制的實(shí)時(shí)性和學(xué)習(xí)能力?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法的模糊控制系統(tǒng)，不僅能夠模擬人類的邏輯推理，還具備很好的學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，尤其基于遺傳算法的模糊控制已應(yīng)用于直升機(jī)飛行控制、智能機(jī)器人等對(duì)智能化要求高的復(fù)雜控制領(lǐng)域（文獻(xiàn)[38-42]）?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法的模糊控制策略對(duì)于離合器起步的控制領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。