關(guān)于某雙離合變速器偶發(fā)5擋頓挫問題的分析

韋建寧

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545007）

1 引言

隨著雙離合變速器的裝車率越來越高，因離合器原因?qū)е伦兯倨鲹Q擋不平順的故障也越來越多。對于濕式雙離合變速器來說，有2 套離合器（離合器1 和離合器2），各自由活塞、油腔、主從動摩擦片和回位彈簧等部件組成。2 套離合器通過與內(nèi)外輸入軸連接，分別控制著變速器的奇數(shù)擋和偶數(shù)擋，并通過2 個(gè)離合器的交替切換完成換擋過程，實(shí)現(xiàn)不切斷動力情況下傳動比的改變，從而縮短換擋時(shí)間，改善駕駛舒適性。

離合器的結(jié)合過程通?？煞譃? 個(gè)階段，分別為空行程階段、空滑階段、滑磨階段和同步階段。變速器控制單元TCU 會根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的油門開度、車速和制動等信號判斷駕駛員的駕駛意圖。當(dāng)需要某個(gè)離合器結(jié)合時(shí)，為加快響應(yīng)速度，需要向離合器的油腔進(jìn)行快速預(yù)充油，使離合器達(dá)到半結(jié)合點(diǎn)（touch point）位置，消除離合器空行程，完成離合器結(jié)合前的準(zhǔn)備，再根據(jù)駕駛意圖完成離合器后續(xù)的控制。

在離合器預(yù)充油過程中，如果離合器預(yù)充油油壓過高，則會引發(fā)沖擊頓挫。如果預(yù)充油油壓不足，則會導(dǎo)致離合器滑磨時(shí)間變長，影響響應(yīng)速度，同時(shí)加快離合器的磨損，影響使用壽命。

本文針對某車型7 擋濕式雙離合變速器售后反饋偶發(fā)換擋頓挫問題進(jìn)行研究分析，找出故障發(fā)生的根本原因，提出解決方案，有效解決問題，降低客戶抱怨。

1 離合器半結(jié)合點(diǎn)自適應(yīng)

離合器半結(jié)合點(diǎn)是離合器系統(tǒng)控制中一個(gè)非常重要的控制參數(shù)，它是指離合器剛剛開始傳遞發(fā)動機(jī)扭矩的起始點(diǎn)，通常為3～5 N·m。離合器半結(jié)合點(diǎn)對離合器的控制性能有著重要影響，主要體現(xiàn)在當(dāng)駕駛意圖改變時(shí)，對車輛的響應(yīng)速度以及離合器滑摩的控制。

對于理想的控制系統(tǒng)來說，可認(rèn)為控制系統(tǒng)的各零部件和尺寸參數(shù)等因素是固定不變的，因此只需根據(jù)這些控制對象的特性設(shè)計(jì)控制算法，就能實(shí)現(xiàn)對控制目標(biāo)的穩(wěn)定可靠控制。然而由于零部件制造工藝、加工精度以及裝配精度的影響，同型號不同的2 個(gè)離合器之間也會存在一定的差異，同時(shí)離合器半結(jié)合點(diǎn)也會存在差異。

另外由于不同的駕駛習(xí)慣以及使用過程中離合器的磨損，離合器半結(jié)合點(diǎn)也會隨之發(fā)生變化，如果無法自動調(diào)節(jié)，將會影響到變速器的工作性能。故而在車輛行駛過程中，當(dāng)系統(tǒng)檢測到滿足自適應(yīng)條件時(shí)，如變速器油溫、工作離合器滑磨轉(zhuǎn)速差、換擋時(shí)間、車速和行駛擋位等，會進(jìn)行離合器半結(jié)合點(diǎn)的自適應(yīng)（簡稱STA）。系統(tǒng)會根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整離合器半結(jié)合點(diǎn)，以確保TCU 對變速器的控制精度和離合器持續(xù)穩(wěn)定的工作性能，從而保證整車的駕駛品質(zhì)。

2 故障原因分析

某國產(chǎn)SUV 售后反饋多起車輛行駛過程偶發(fā)5 擋頓挫問題，引起客戶抱怨。經(jīng)過對故障工況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)車速在55 km/h 左右，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 600 r/min 左右時(shí)，5 擋定油門行駛時(shí)偶發(fā)頓挫。根據(jù)故障表現(xiàn)，初步懷疑可能的原因有以下幾點(diǎn)。

①預(yù)選擋進(jìn)擋沖擊。

②發(fā)動機(jī)扭矩跳變引發(fā)沖擊頓挫。

③離合器預(yù)充油引發(fā)沖擊。

④離合器半結(jié)合點(diǎn)STA 異常引發(fā)沖擊等。

因潛在影響因素較多，故需開展現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合故障工況和故障車采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

根據(jù)4S 店現(xiàn)場調(diào)查，模擬客戶駕駛工況故障得以復(fù)現(xiàn)，通過讀取數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沖擊發(fā)生在非工作離合器2的STA 被打斷后（圖1）。此時(shí)離合器2 目標(biāo)扭矩為0 N·m，而實(shí)際扭矩為93 N·m，存在異常突變。對故障車進(jìn)行離合器自學(xué)習(xí)后，按照故障工況行駛一段時(shí)間仍會偶發(fā)頓挫，故障未能解決。

圖1 離合器2 扭矩異常示意圖

經(jīng)過進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該處沖擊發(fā)生時(shí)，STA 觸發(fā)了故障導(dǎo)致該自適應(yīng)終止。具體故障表現(xiàn)為：STA 自適應(yīng)過程中，離合器滑磨轉(zhuǎn)速差（Actual path slip）大于50 r/min（STA自適應(yīng)條件要求滑磨轉(zhuǎn)速差＜50 r/min），導(dǎo)致退出當(dāng)前STA程序（圖2）。

圖2 離合器STA 異常示意圖

同時(shí)該處故障發(fā)生時(shí)，離合器的狀態(tài)發(fā)生變化（圖3）。在駕駛性標(biāo)定的充油功能中，該處工況點(diǎn)會在5 擋預(yù)選4 擋時(shí)，提前對非工作的離合器2 油腔進(jìn)行預(yù)充油，用以加快降擋響應(yīng)速度。根據(jù)以上分析，初步懷疑故障原因?yàn)楣收瞎rSTA異常中斷后同時(shí)立即請求預(yù)充油導(dǎo)致離合器油壓過充，進(jìn)而引發(fā)沖擊頓挫。

圖3 離合器狀態(tài)變化示意圖

3 故障復(fù)現(xiàn)驗(yàn)證

通過對控制軟件的修改，人為將離合器2 半結(jié)合點(diǎn)壓力提高20 kPa，模擬離合器充油過沖情況，并按照故障工況進(jìn)行故障再現(xiàn)測試，結(jié)果故障頓挫表現(xiàn)與售后基本一致。通過人為縮短系統(tǒng)STA 間隔時(shí)間進(jìn)行多次STA 自適應(yīng)后發(fā)現(xiàn)如下狀況。

①若STA 正常結(jié)束，離合器充油無過充現(xiàn)象，同時(shí)未出現(xiàn)頓挫。

②當(dāng)出現(xiàn)頓挫時(shí)，皆為STA 異常終止的同時(shí)，離合器立即充油。

③降低離合器2 半結(jié)合點(diǎn)壓力10 kPa 進(jìn)行驗(yàn)證，無法感知頓挫，雖然從數(shù)據(jù)上可以看出實(shí)際扭矩有過充，但是過充引發(fā)的扭矩波動較小，主觀上無法感知。

4 故障原因分析

通過上述分析，鎖定根本原因如下。

（1）STA 時(shí)的離合器狀態(tài)不能表征離合器油腔中實(shí)際油壓表現(xiàn)。

在STA 進(jìn)行全程中，離合器2 狀態(tài)為CLU_DISENGAGE 未接合狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行STA 時(shí)，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速差大于50 r/min，STA 被打斷，離合器開始進(jìn)行泄油。但是在標(biāo)定策略中，此時(shí)預(yù)選低擋位會立刻請求充油。雖然離合器狀態(tài)為未接合狀態(tài)，實(shí)際扭矩也在0 N·m，但此時(shí)離合器未完成泄油，油腔中仍有油壓，控制系統(tǒng)卻繼續(xù)按照沒有油壓進(jìn)行充油，故而導(dǎo)致油壓過充。

STA 被打斷是因?yàn)殡x合器滑磨轉(zhuǎn)速差＞50 r/min 導(dǎo)致。而離合器滑磨轉(zhuǎn)速差的影響因素較多，主要有以下2 點(diǎn)。

①與發(fā)動機(jī)扭矩精度有關(guān)，滑差的控制取決于發(fā)動機(jī)扭矩與離合器扭矩配合。發(fā)動機(jī)扭矩精度差異也會導(dǎo)致實(shí)際滑差大小有偏差，特別是在油門微小變化時(shí)的影響。

②在非工作離合器（passive path）加載扭矩，一般也會導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)離合器滑磨轉(zhuǎn)速差增加，增加多少取決于非工作離合器實(shí)際加載的扭矩大小。

（2）預(yù)選低擋充油轉(zhuǎn)速條件與STA 轉(zhuǎn)速范圍重疊。

控制策略僅在4～7 擋滿足特定條件下會進(jìn)入STA。根據(jù)預(yù)選擋策略中4～7 擋預(yù)選低擋位對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間與油門開度大小情況，結(jié)合STA、充油和預(yù)選擋對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速條件對比，得出理論上同時(shí)進(jìn)行STA、充油和換低擋位的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間（表1）。

表1 4～7 擋STA、充油和預(yù)選擋對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

通過統(tǒng)計(jì)得出，僅在5 擋1 490～1 600 r/min 和6擋1 200～1 800 r/min 的轉(zhuǎn)速條件下，預(yù)充油與STA 的轉(zhuǎn)速范圍出現(xiàn)重疊，與售后反饋的故障擋位和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速基本吻合。而4 擋和7 擋由于STA 和預(yù)充油轉(zhuǎn)速區(qū)間沒有重疊，因此也不會出現(xiàn)類似預(yù)充油過充導(dǎo)致的頓挫問題。

綜上所述，故障原因?yàn)镾TA 時(shí)離合器狀態(tài)不能表征實(shí)際油壓表現(xiàn)，同時(shí)預(yù)選低擋充油轉(zhuǎn)速條件與STA 轉(zhuǎn)速范圍重疊。當(dāng)STA被打斷且未將油腔里的油泄完時(shí)，立即快速預(yù)充油，導(dǎo)致充油異常，引發(fā)沖擊頓挫。

5 對策制定

5.1 控制策略優(yōu)化

基于上述原因分析，提出如下TCU 軟件控制策略優(yōu)化方案。

（1）軟件優(yōu)化方案：當(dāng)進(jìn)行STA 被打斷后，利用一種壓力控制邏輯（change of mind function for pressure control）的功能，降低在此工況下充油的PWM 弱化系數(shù)，從而改善預(yù)充油表現(xiàn)。

（2）標(biāo)定優(yōu)化方案：通過降低預(yù)充油的轉(zhuǎn)速條件以避開與STA 的轉(zhuǎn)速范圍重疊。同時(shí)提高5 擋降4 擋、6 擋降5 擋和7 擋降6 擋的零油門開度降擋點(diǎn)，以補(bǔ)償增加充油時(shí)間而帶來的延遲換擋。

5.2 優(yōu)化效果驗(yàn)證

人為增大離合器半結(jié)合點(diǎn)壓力，復(fù)現(xiàn)售后的故障工況進(jìn)行效果驗(yàn)證。試驗(yàn)過程中，STA 同樣是因?yàn)殡x合器滑磨轉(zhuǎn)速差大于50 r/min 被打斷，但離合器2 充油未出現(xiàn)油壓過沖（圖4）。經(jīng)多次模擬故障工況駕駛驗(yàn)證，未出現(xiàn)頓挫情況，整改方案有效。

圖4 優(yōu)化軟件驗(yàn)證數(shù)據(jù)示意圖

6 結(jié)束語

本文結(jié)合離合器工作原理，簡述離合器預(yù)充油和離合器半結(jié)合點(diǎn)控制的重要性。針對售后故障開展現(xiàn)場調(diào)查及模擬故障再現(xiàn)驗(yàn)證，對變速器離合器半結(jié)合點(diǎn)自適應(yīng)過程及降擋預(yù)充油進(jìn)行分析。最后針對故障原因制定軟件優(yōu)化方案并開展效果驗(yàn)證，有效解決車輛偶發(fā)5 擋頓挫問題，提高整車駕駛品質(zhì)，降低客戶抱怨。