干式DCT有動(dòng)力升檔性能優(yōu)化

丁 健

(上海汽車變速器有限公司 技術(shù)中心-軟件開發(fā)與系統(tǒng)控制部 上海 201807)

0 引言

干式雙離合器自動(dòng)變速器(以下簡(jiǎn)稱dDCT)憑借其傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，得到國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的青睞[1]。干式雙離合器是dDCT核心零部件之一，由于采用風(fēng)冷散熱，在車輛使用過程中，隨著干式雙離合器的溫度變化，離合器傳扭特性也在實(shí)時(shí)發(fā)生變化，因此，要求控制軟件策略及參數(shù)的魯棒性必須足夠高，才能夠確保大批量dDCT產(chǎn)品、耐久前后、單一樣本不同工況性能都在可接受范圍內(nèi)。

本文基于某dDCT產(chǎn)品，針對(duì)最常見的有動(dòng)力升檔工況進(jìn)行研究，重點(diǎn)解決了1檔升2檔軸系抖動(dòng)現(xiàn)象。

1 有動(dòng)力升檔工況

1.1 有動(dòng)力升檔控制基本原理

為了表述清楚，后續(xù)將換檔過程中要接合的離合器稱為Oncoming離合器(簡(jiǎn)稱Onc離合器)，把換檔過程中要分離的離合器稱為Offgoing離合器(簡(jiǎn)稱Offg離合器)。有動(dòng)力升檔發(fā)生在車輛加速踏板被駕駛員踩下，同時(shí)車輛穩(wěn)定向前加速的工況，在該工況下功率由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，從變速器離合器正向傳遞到輸出軸。

dDCT由于采用雙離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此，可以實(shí)現(xiàn)在打開一個(gè)離合器的同時(shí)接合另外一個(gè)離合器，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換檔，此時(shí)要求Onc離合器具備傳遞正向扭矩的能力，即發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)摩擦片轉(zhuǎn)速大于車輪側(cè)摩擦片轉(zhuǎn)速，同時(shí)，該Onc離合器活塞缸建立油壓。

圖1為有動(dòng)力升檔換檔過程控制原理圖，整個(gè)過程劃分為3個(gè)階段：預(yù)充、扭矩交互、調(diào)速。由于Onc離合器在進(jìn)入升檔控制前處于非工作狀態(tài)，即打開狀態(tài)，因此，首先進(jìn)行預(yù)充控制，將Onc離合器接合到Kisspoint點(diǎn)，也就是即將傳遞扭矩的位置。扭矩交互階段的作用是在減小Offg離合器扭矩的同時(shí)，增加Onc離合器扭矩，實(shí)現(xiàn)前者扭矩能力的釋放以及后者扭矩能力的建立。調(diào)速階段的作用是，通過離合器扭矩及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請(qǐng)求的控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與Offg離合器分離，并逐步與Onc離合器同步的調(diào)速過程。

圖1 有動(dòng)力升檔離合器換檔過程示意圖

1.2 扭矩交互階段的控制策略

在扭矩交互階段開始，Onc離合器到達(dá)Kisspoint，具備了建立扭矩容量的能力，而Offg離合器已經(jīng)將扭矩容量下降到略大于其實(shí)際傳遞扭矩，該階段的控制目標(biāo)是讓Onc離合器平穩(wěn)地接管Offg離合器所傳遞的扭矩。

1.2.1 有動(dòng)力升檔扭矩交互階段常規(guī)Offg離合器控制方法

在扭矩交互過程中，常規(guī)Offg離合器控制方法，是以當(dāng)前周期離合器目標(biāo)扭矩為起點(diǎn)，按照目標(biāo)時(shí)長(zhǎng)，向目標(biāo)扭矩終點(diǎn)值下降。

Tcurr=(Tend-Tpre)×

[Tist÷(Tiramp-Tiact)]+Tpre

(1)

式中，Tcurr為當(dāng)前周期輸出的Offg離合器目標(biāo)扭矩；Tend為扭矩交互階段Offg離合器最終目標(biāo)扭矩；Tist為軟件模塊運(yùn)行周期；Tiramp為扭矩交互目標(biāo)總時(shí)長(zhǎng)；Tiact為扭矩交互已進(jìn)行的時(shí)長(zhǎng)；Tpre為上一周期輸出的Offg離合器目標(biāo)扭矩。

對(duì)于clutch base架構(gòu)的控制方法，式(1)中關(guān)鍵是確定Tend，主要基于工況、檔位等進(jìn)行補(bǔ)償。

Tend=Tkp+Tofs

(2)

式中，Tkp為Kisspoint點(diǎn)對(duì)應(yīng)扭矩；Tofs為對(duì)Kisspoint對(duì)應(yīng)扭矩的修正值。

1.2.2 有動(dòng)力升檔扭矩交互階段常規(guī)Onc離合器控制方法

在扭矩交互過程中，常規(guī)Onc離合器控制方法是以當(dāng)前周期離合器目標(biāo)扭矩為起點(diǎn)，按照目標(biāo)時(shí)長(zhǎng)向目標(biāo)扭矩終點(diǎn)值上升，ramp方法可參考式(1)。其中，關(guān)鍵是確定扭矩交互階段Onc離合器最終目標(biāo)扭矩Tend-onc，可按照如下式進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算。

Tend-onc=TDynEng×FACgear×FACeng×

FACcluTemp×FACslp

(3)

式中，Tend-onc為扭矩交互階段Onc離合器最終目標(biāo)扭矩；TDynEng為動(dòng)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；FACgear為基于檔位的補(bǔ)償系數(shù)；FACeng為基于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的補(bǔ)償系數(shù)；FACcluTemp為基于離合器溫度的補(bǔ)償系數(shù)；FACslp為基于發(fā)動(dòng)機(jī)與Offg離合器輸入軸之間轉(zhuǎn)速差的補(bǔ)償系數(shù)。

1.3 輸入軸轉(zhuǎn)速“抖動(dòng)”現(xiàn)象

圖2是典型的有動(dòng)力1檔升2檔工況，由于實(shí)際奇偶離合器扭矩控制不當(dāng)，造成的輸入軸抖動(dòng)現(xiàn)象，由于奇偶輸入軸均有同步器檔位在位，因此，輸入端轉(zhuǎn)速的抖動(dòng)會(huì)傳遞至變速器輸出軸以及車輪端，對(duì)車輛駕乘舒適性造成極大影響。

圖2 有動(dòng)力升檔工況輸入軸抖動(dòng)現(xiàn)象

在有動(dòng)力升檔的扭矩交互階段，理論上為了保證奇偶離合器所傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩總和保持不變，Onc離合器扭矩上升斜率應(yīng)與Offg離合器扭矩下降斜率相等，一旦離合器扭矩控制不當(dāng)，可能造成功率回流(Tie-up)或發(fā)動(dòng)機(jī)飛車(Flare)現(xiàn)象。但在實(shí)際車輛工況中，由于控制軟件對(duì)離合器采用閉環(huán)控制方法，且本文所研究的dDCT奇數(shù)離合器內(nèi)含彈簧減震機(jī)構(gòu)、離合器接合行程與所傳遞扭矩關(guān)系的非線性、整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械間隙及扭轉(zhuǎn)剛性等因素，導(dǎo)致實(shí)際車輛在有動(dòng)力升檔過程中，并不一定僅出現(xiàn)典型的Tie-up或Flare現(xiàn)象，而可能以離合器輸入軸轉(zhuǎn)速“抖動(dòng)”的現(xiàn)象出現(xiàn)[2]。

造成此種現(xiàn)象的原因是，奇偶離合器實(shí)際傳遞的總扭矩偏小，由于變速器后端整車其它部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，一旦離合器實(shí)際傳遞扭矩偏小，則變速器輸出軸倒拖輸入軸減速，而此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)端富余的正向扭矩，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速flare趨勢(shì)，但發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速flare的程度取決于實(shí)際離合器總扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩差值大小，通常如果扭矩偏差小，且離合器扭矩能夠在較短時(shí)間內(nèi)通過閉環(huán)控制接近發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，則發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速flare并不明顯。當(dāng)離合器扭矩?zé)o法及時(shí)恢復(fù)時(shí)，則會(huì)造成明顯的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速flare，如圖3所示。

圖3 有動(dòng)力升檔工況輸入軸抖動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速flare現(xiàn)象

Fig.3 Input shaft shake and engine speed flare during power on upshift process

2 有動(dòng)力升檔控制方法優(yōu)化

要解決有動(dòng)力升檔過程中軸系抖動(dòng)的現(xiàn)象，關(guān)鍵是避免出現(xiàn)功率回流或Tie-up的情況，可采用控制離合器實(shí)際傳遞扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩匹配、在扭矩交互階段控制保證Onc和Offg離合器扭矩變化率匹配的方法。本文從如下方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 微滑摩控制

微滑摩控制是變速器中離合器控制的一種常用方法，其原理是通過閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)離合器主、從動(dòng)盤之間形成穩(wěn)定微小轉(zhuǎn)速差。針對(duì)有動(dòng)力升檔工況，在開始換檔控制前，在滿足一定工況條件下，工作離合器即已經(jīng)開始微滑摩控制，則離合器實(shí)際傳遞扭矩略低于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，在換檔開始后，在“扭矩交互”階段維持微滑摩控制，由于采用了閉環(huán)控制，這樣能夠最大限度的避免出現(xiàn)離合器總扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出不匹配的情況，另外，也能夠保證在“調(diào)速”階段初期，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠與Offg軸轉(zhuǎn)速更加容易分離。

微滑摩控制內(nèi)核采用常規(guī)的PID閉環(huán)控制，工程應(yīng)用時(shí)主要開發(fā)內(nèi)容包括：微滑摩控制激活條件判定、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速差信號(hào)濾波、目標(biāo)轉(zhuǎn)速差的計(jì)算、PID參數(shù)標(biāo)定、工況切換時(shí)離合器目標(biāo)扭矩銜接等[3]。

2.2 有動(dòng)力升檔過程中的分階段離合器位置控制

在有動(dòng)力升檔的扭矩交互階段，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與Offg軸轉(zhuǎn)速同步或存在微滑摩，且微滑摩控制的目標(biāo)轉(zhuǎn)速差也是發(fā)動(dòng)機(jī)與Offg軸之間的轉(zhuǎn)速差，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及軸系轉(zhuǎn)速對(duì)Offg離合器扭矩控制更加敏感。

本文針對(duì)“有動(dòng)力升檔工況輸入軸抖動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速flare現(xiàn)象”，采用“分階段離合器位置控制”的方法，對(duì)有動(dòng)力升檔扭矩交互階段Offg離合器控制進(jìn)行優(yōu)化。從“扭矩交互”開始，將Offg離合器控制區(qū)分為3個(gè)階段：

(1) 第1階段ramp：仍然采用離合器扭矩控制，控制目標(biāo)為：基于前端微滑摩控制計(jì)算得到的離合器總扭矩，根據(jù)標(biāo)定的扭矩交互時(shí)長(zhǎng)確定的斜率進(jìn)行ramp；

(2) 第2階段ramp：Offg離合器采用位置控制，控制目標(biāo)為：Offg離合器使用位置控制，往離合器半結(jié)合點(diǎn)增加偏移量的目標(biāo)位置ramp，而前端微滑摩控制計(jì)算得到的離合器總扭矩，通過Onc離合器扭矩控制進(jìn)行保證；

(3) 第3階段ramp：進(jìn)入“調(diào)速”階段，Offg離合器由當(dāng)前位置往離合器打開位置進(jìn)行ramp，而Onc離合器扭矩基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率進(jìn)行閉環(huán)控制。

圖4 有動(dòng)力升檔工況Offg離合器分階段控制

Fig.4 Offgoing clutch multi-stage control during power on upshift

3 優(yōu)化后控制效果

實(shí)施本文優(yōu)化的控制后，在某搭載干式DCT車型進(jìn)行驗(yàn)證效果如圖5，可以發(fā)現(xiàn)：

(1) 在進(jìn)入有動(dòng)力升檔工況及扭矩交互階段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與Offg軸轉(zhuǎn)速之間存在較穩(wěn)定轉(zhuǎn)速差；

(2) “扭矩交互”階段發(fā)動(dòng)機(jī)及軸系轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；

(3) “調(diào)速”階段發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，且軸系轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。

圖5 控制方法優(yōu)化后有動(dòng)力升檔工況實(shí)車表現(xiàn)

4 結(jié)論

本文針對(duì)實(shí)際工程開發(fā)項(xiàng)目中遇到的干式DCT有動(dòng)力升檔工況軸系抖動(dòng)問題進(jìn)行分析，總結(jié)原因?yàn)橛捎陔x合器扭矩控制不準(zhǔn)確造成的離合器功率回流或Tie-up。本文從控制策略的角度，首先對(duì)有動(dòng)力升檔工況控制過程進(jìn)行定義，結(jié)合不同階段的控制目標(biāo)，通過采用微滑摩控制方法，以及將Offg離合器區(qū)分為3個(gè)階段的控制，最終消除了軸系抖動(dòng)的問題，經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，有動(dòng)力升檔工況的性能得到了顯著的提升。