基于DCT的自適應(yīng)巡航 低速控制策略的優(yōu)化方法

李偉 方維 周友

摘要：本文首先介紹雙離合器變速器（DCT）控制軟件中的低速控制策略的基本邏輯，對(duì)離合器扭矩精準(zhǔn)控制;其次針對(duì)自適應(yīng)巡航（ACC）的低速工況，開發(fā)了以DCT扭矩請(qǐng)求為主的低速控制的優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟停、快速和平順起步。最后針對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目，對(duì)優(yōu)化控制策略進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試和評(píng)估，可滿足平臺(tái)需求，保證了其控制可行性。

關(guān)鍵詞：雙離合器自動(dòng)變速器;自適應(yīng)巡航系統(tǒng);離合器控制;低速控制

中圖分類號(hào)：U462文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的應(yīng)用得到了廣泛的認(rèn)可和肯定，該系統(tǒng)功能在整車上涵蓋的工況有定速巡航、跟車巡航以及特殊工況，而特殊工況是跟停、上坡、下坡、跟車和坡道跟車等低速起步工況，主要由蠕行工況和起步工況構(gòu)成。而雙離合器變速器控制（DCT）的難點(diǎn)之一，是車輛起步過(guò)程中對(duì)離合器傳遞扭矩的控制。為了保證快速、平穩(wěn)起步，如何精準(zhǔn)控制離合器扭矩成了關(guān)鍵。

本文研究了雙離合器變速器在自適應(yīng)巡航控制起步工況中，因雙離合器特性引發(fā)的上坡抖動(dòng)、溜坡等問(wèn)題，確保車輛在不同環(huán)境下能夠快速、平順起步，實(shí)現(xiàn)了雙離合器控制在自適應(yīng)駕駛控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1自適應(yīng)巡航系統(tǒng)方案

車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)加減速模塊（ESPVLC）主要計(jì)算不同環(huán)境的車輛驅(qū)動(dòng)力，很難考慮不同工況、環(huán)境下雙離合器所帶的拖曳扭矩、摩擦損失，所以本文先介紹雙離合器變速器的自動(dòng)巡航低速控制優(yōu)化后的系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)最主要優(yōu)化自適應(yīng)控制器（ACC）、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（EMS）和變速器控制系統(tǒng)（TCU）。

（1）車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)：根據(jù)ACC獲取加速度、減速度控制指令，對(duì)輪缸壓力進(jìn)行增壓或減壓的操作，同時(shí)通過(guò)VLC模塊計(jì)算出整車在當(dāng)前環(huán)境下所需的最小驅(qū)動(dòng)力。該驅(qū)動(dòng)力請(qǐng)求不再發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（EMS），而是通過(guò)減速指令、目標(biāo)車速指令或整車所需最小驅(qū)動(dòng)力值發(fā)送給TCU控制器，通過(guò)綜合條件判斷來(lái)決定提供車輛駕駛驅(qū)動(dòng)力方式。

（2）變速器控制系統(tǒng)：根據(jù)ACC與ESP所發(fā)的控制指令，實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境、不同坡道的目標(biāo)車速行駛，根據(jù)坡道或其他環(huán)境特征，判斷是蠕行控制策略，還是帶虛擬油門的起步控制邏輯，基于當(dāng)前判斷在原有的低速控制邏輯中增加最小驅(qū)動(dòng)力的補(bǔ)償。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)：只需要根據(jù)TCU的發(fā)送控制指令，來(lái)實(shí)現(xiàn)原有蠕行策略的TCU＼EMS扭矩交互模式以及新增的TCU起步增扭請(qǐng)求邏輯模擬油門，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航系統(tǒng)所需要的扭矩請(qǐng)求。

2雙離合器起步工況分段控制

以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制為目標(biāo)的濕式離合器起步控制根據(jù)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分為3個(gè)不同的階段狀態(tài)。從圖1中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)，分析各階段變化。

階段1：控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速穩(wěn)定上升到合適區(qū)域，保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出足夠扭矩。

階段2：通過(guò)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和離合器扭矩，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本維持平穩(wěn)，逐漸加速輸入軸轉(zhuǎn)速。

階段3：當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步時(shí)，避免離合器接合過(guò)猛，輸軸轉(zhuǎn)速應(yīng)該平順地接近發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

起步控制是由于離合器的摩擦系數(shù)、加速踏板、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端扭矩及變速器油溫不斷的變化才導(dǎo)致難以控制[1]。因此，在起步策略中，離合器的目標(biāo)扭矩在DCT起步控制中主要由2部分構(gòu)成：PID計(jì)算、前饋?lái)?xiàng)。PID依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之差值采用閉環(huán)控制的方法計(jì)算相應(yīng)的扭矩值[2]，而前饋?lái)?xiàng)FF則通過(guò)溫度和油門踏板采用開環(huán)控制的方法計(jì)算獲取扭矩值。所以階段性的劃分能夠更針對(duì)性的進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)定。

在起步初期，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠平穩(wěn)地升速，并且防止前期壓力跟不上的情況發(fā)生，其前饋?lái)?xiàng)和PID的關(guān)系如下。

TComb=max（Ttgt，TFF）

針對(duì)PID的計(jì)算，在策略中使用如下公式。

Ttgt=Teng-TPID

其中，TComb代表離合器實(shí)際結(jié)合扭矩;Ttgt代表離合器目標(biāo)扭矩;Teng代表發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩;TPID代表PID目標(biāo)扭矩。

而在自適應(yīng)巡航控制中，以上策略在不同坡道、不同路面聯(lián)調(diào)時(shí)確存在很多性能問(wèn)題，比如車輛扭矩不足抖動(dòng)、起步頓挫、沖擊、下拉發(fā)動(dòng)機(jī)及加速度不線性等問(wèn)題，原因在于ESP所計(jì)算的驅(qū)動(dòng)力無(wú)法考慮離合器摩擦特性以及自身?yè)p失量。為了保證不改變?cè)衅鸩讲呗缘那闆r下，變速器控制器增加了扭矩請(qǐng)求控制，其關(guān)系如下。

TINC=TEsp+Tloss+Tslp

其中，TINC代表離合器請(qǐng)求扭矩;TEsp代表Esp基于當(dāng)前環(huán)境所需最小驅(qū)動(dòng)力;Tloss代表離合器自身滑磨損失扭矩;Tslp代表基于不同坡道所需修正扭矩。

通過(guò)TCU自身計(jì)算的TINC發(fā)送給EMS，EMS扭矩計(jì)算模塊接受到TCU的請(qǐng)求扭矩后，經(jīng)過(guò)pedalmap反算出所需要執(zhí)行的虛擬油門和實(shí)際扭矩反饋給TCU控制器。TCU根據(jù)接受到的這些信息，再次執(zhí)行自身的起步控制，形成一個(gè)閉環(huán)控制。經(jīng)過(guò)實(shí)車驗(yàn)證，以TCU扭矩請(qǐng)求來(lái)控制離合器起步的控制策略，在配有濕式雙離合器的車輛自適應(yīng)巡航系統(tǒng)中可以發(fā)揮很好的作用，使得車輛起步響應(yīng)快速、平穩(wěn)。

3雙離合器蠕行工況控制

蠕行工況為正常不踩油門起步，車輛是從靜止到平順起步，最后到穩(wěn)定的蠕行車速[3]。為了維持穩(wěn)定的車速，主要采用的變速器離合器自身控制和發(fā)動(dòng)機(jī)自身怠速調(diào)節(jié)共同但又獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的，其過(guò)程主要分為3個(gè)階段。

階段1：采用開環(huán)控制，主要為了快速建立離合器壓，加快車速響應(yīng)。

階段2：采用前饋加閉環(huán)控制調(diào)節(jié)離合器大小，讓離合器實(shí)際轉(zhuǎn)速快速接近目標(biāo)車速。

階段3：采用閉環(huán)控制讓離合器實(shí)際轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速，讓車輛速度平穩(wěn)行駛。

此外，變速器自身會(huì)向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)送怠速請(qǐng)求、扭矩補(bǔ)償以及變速器摩擦損失值，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)這3個(gè)調(diào)節(jié)來(lái)控制相關(guān)的自身怠速量[4]。而車身穩(wěn)定系統(tǒng)的請(qǐng)求扭矩，很難平衡兩者的聯(lián)系，采用變速器自身扭矩請(qǐng)求的方式，能夠很好地解決低速跟車難、起步不平順抖動(dòng)等問(wèn)題。所以針對(duì)該工況，在ACC巡航中做了以下幾點(diǎn)控制策略優(yōu)化。

（1）優(yōu)化策略觸發(fā)條件：車身穩(wěn)定系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力小于變速器自身請(qǐng)求的扭矩補(bǔ)償量或坡道小于某個(gè)標(biāo)定量值。

（2）優(yōu)化扭矩補(bǔ)償條件：基于不同坡道結(jié)合當(dāng)前車身穩(wěn)定系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力條件做相關(guān)補(bǔ)償。

（3）優(yōu)化維持車速穩(wěn)定扭矩：維持車速穩(wěn)定的最小扭矩值，將其變更為基于不同坡道做相關(guān)標(biāo)定。

4ACC低速控制的實(shí)測(cè)分析

前文已提到低速控制中的2種工況：蠕行工況和起步工況，介紹了2種工況對(duì)于車身穩(wěn)定系統(tǒng)中因離合器特性所帶來(lái)的問(wèn)題以及優(yōu)化策略。為了確保其正確性，對(duì)優(yōu)化前的實(shí)車問(wèn)題數(shù)據(jù)做分析。

首先，對(duì)蠕行工況性能進(jìn)行相關(guān)采集。通過(guò)數(shù)據(jù)可以很明顯看到，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速存在嚴(yán)重下拉。原因在于車身穩(wěn)定系統(tǒng)請(qǐng)求扭矩不足，發(fā)動(dòng)機(jī)自身控制的怠速響應(yīng)不了其扭矩補(bǔ)償，影響了在原有策略中離合器自身扭矩補(bǔ)償?shù)墓δ?。這使得自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在低速控制下的駕駛性很難標(biāo)定，可控性不高。

其次，對(duì)起步工況也進(jìn)行了采集，發(fā)現(xiàn)其加速變化不線性。原因在于離合器滑磨損失量、靜摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦過(guò)程的變化量，車身穩(wěn)定系統(tǒng)無(wú)法考慮，只能由變速器控制系統(tǒng)來(lái)處理，使得起步工況的線性加速非常難處理。

優(yōu)化策略也做了相同工況的數(shù)據(jù)采集。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，結(jié)果滿足預(yù)期目標(biāo)，能夠有效防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下拉，同時(shí)也使得發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩穩(wěn)定在正常值范圍內(nèi)，不再偏高或偏低。但是存在以下2個(gè)問(wèn)題。

（1）對(duì)兩工況還存在頻繁切換的問(wèn)題，通過(guò)不同坡道的嘗試測(cè)試，增加蠕行工況的觸發(fā)條件優(yōu)化后，坡道標(biāo)定值為7%的條件。（2）自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的跟停工況不適合大坡，因?yàn)闆](méi)有坡道保持功能的存在，壓力退出延遲;同時(shí)動(dòng)力響應(yīng)需要一點(diǎn)時(shí)間，導(dǎo)致容易觸發(fā)該系統(tǒng)溜坡退出的條件。因此在變速器低速控制中，

增加坡道大于20%觸發(fā)抑制其功能的條件。通過(guò)理論分析和實(shí)測(cè)結(jié)果，新增的策略不僅減小了車身穩(wěn)定

系統(tǒng)中請(qǐng)求不足或過(guò)高的因素，也規(guī)避了原策略低速控制中兩工況因車身控制引起的界限不明而頻繁切換的問(wèn)題，使得低速起步性能在不同環(huán)境不同坡道下更加可控、可靠，性能更加快速、平順。

5結(jié)束語(yǔ)

濕式離合器起步控制是一種復(fù)雜的非線性控制過(guò)程，而自適應(yīng)巡航低速起步面臨不同環(huán)境不同坡道的情況下更為復(fù)雜。通過(guò)本文的相關(guān)工作，對(duì)DCT低速起步控制策略進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)車測(cè)試數(shù)據(jù)表明，本文描述的優(yōu)化控制邏輯具有有效性和可行性?；谂ぞ卣?qǐng)求接口與PID共同的調(diào)節(jié)性使得DCT低速起步控制策略更可控，調(diào)試起來(lái)更為方便，也降低了與正常起步之間的差異性，更好的滿足了DCT低速起步的工程需求，使得起步工況方面的標(biāo)定更為完善。

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