基于濕式離合器油壓分段控制策略的動(dòng)力換擋品質(zhì)優(yōu)化研究*

孫澄宇，司騰飛，朱明昊，韓銘雨，侯振華，張志君

(1. 吉林化工學(xué)院，吉林吉林，132022； 2. 吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院，長(zhǎng)春市，130022)

0 引言

動(dòng)力換擋技術(shù)因具備換擋過程中動(dòng)力不中斷的優(yōu)點(diǎn)，近年來逐漸被廣泛應(yīng)用于重型拖拉機(jī)中。而隨著動(dòng)力換擋技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)為了滿足駕駛員對(duì)換擋品質(zhì)的要求及提高拖拉機(jī)在各種復(fù)雜工況下?lián)Q擋的穩(wěn)定性，采用電液控制系統(tǒng)逐漸被證明是一種合理有效的解決方案。應(yīng)用于動(dòng)力換擋變速箱中的電液控制系統(tǒng)是通過電子控制液壓閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)油液方向及壓力的控制，從而完成換擋操作。與傳統(tǒng)的機(jī)械式換擋控制方式相比，電液換擋控制系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)、智能程度高的特點(diǎn)。同時(shí)可通過制定合理的換擋策略，及對(duì)濕式離合器充油壓力和充油時(shí)間進(jìn)行合理控制來減小換擋沖擊，從而優(yōu)化換擋品質(zhì)，因此針對(duì)動(dòng)力換擋變速箱濕式離合器控制策略方面進(jìn)行研究更加符合我國(guó)拖拉機(jī)行業(yè)未來高效化、節(jié)能化及智能化的發(fā)展方向[1]。

濕式離合器是動(dòng)力換擋變速箱中負(fù)責(zé)執(zhí)行換擋操作的主要部件，而隨著擋位數(shù)的增加，所需的濕式離合器數(shù)量便隨之增加，負(fù)責(zé)控制各個(gè)濕式離合器的電液控制系統(tǒng)也越復(fù)雜，開發(fā)難度越大。應(yīng)用于動(dòng)力換擋變速箱中的電液控制系統(tǒng)不僅負(fù)責(zé)利用液壓驅(qū)動(dòng)濕式離合器活塞來執(zhí)行換擋，同時(shí)需要在保證執(zhí)行換擋操作準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化和改善換擋品質(zhì)。對(duì)于拖拉機(jī)來說，其日常工作環(huán)境較為特殊，需要在行駛的過程中頻繁地進(jìn)行擋位切換，因此針對(duì)換擋品質(zhì)的優(yōu)化便成為了提升改善拖拉機(jī)整車性能及駕駛體驗(yàn)的重要方式。

近年來國(guó)內(nèi)外企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)針對(duì)這一方面進(jìn)行了深入的研究和探索：Panzani Giulio等[2-3]開發(fā)了一種濕式離合器油壓開環(huán)控制器，并以拖拉機(jī)換擋過程中的行駛速度曲線為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)換擋過程做適當(dāng)?shù)匮舆t執(zhí)行處理，從而改善換擋品質(zhì)；Haj-Fraj等[4]將動(dòng)力換擋過程劃分為三個(gè)階段，并基于換擋品質(zhì)的數(shù)學(xué)模型運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解出最佳的控制方案；Li等[5]同樣將換擋過程劃分為三個(gè)階段，提出了縮短充液時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間并適當(dāng)延長(zhǎng)滑摩時(shí)間的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)縮短換擋時(shí)間和減小換擋沖擊的優(yōu)化效果；Zheng等[6]開發(fā)了一種包含前饋和反饋兩種控制策略的離合器壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中前饋環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)發(fā)出離合器充油指令，反饋環(huán)節(jié)通過實(shí)際壓力曲線與理想壓力曲線之間的誤差來調(diào)整PID控制參數(shù)，從而優(yōu)化換擋品質(zhì)；Song等[7]通過建立滑?？刂破鞯姆绞綄?shí)現(xiàn)對(duì)離合器的充油壓力的跟蹤控制，從而解決在換擋過程中出現(xiàn)的油壓抖動(dòng)問題；Hu等[8]研究探討了在動(dòng)力換擋過程中充油油壓的變化對(duì)傳遞轉(zhuǎn)速的影響，于理論層面計(jì)算得出了最佳換擋點(diǎn)。

因此，提出合理的濕式離合器油壓控制策略，對(duì)改善和優(yōu)化動(dòng)力換擋變速箱的換擋品質(zhì)具有重要意義。本文以一種搭載于191 kW重型拖拉機(jī)中的動(dòng)力換擋變速箱電液控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過對(duì)換擋控制模塊、換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)及動(dòng)力換擋過程各階段輸出特性的理論分析，提出了一種濕式離合器油壓分段控制策略；并將沖擊率和換擋時(shí)間作為優(yōu)化目標(biāo)，運(yùn)用遺傳算法對(duì)關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該優(yōu)化后的控制策略對(duì)改善換擋品質(zhì)的有效性及合理性。

1 理論分析

1.1 換擋控制模塊

基于改善換擋品質(zhì)的研究目標(biāo)，需要針對(duì)換擋控制模塊進(jìn)行理論分析，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

換擋控制模塊主要由四部分組成：電子驅(qū)動(dòng)單元、比例電磁閥、調(diào)壓緩沖閥和濕式離合器。駕駛員做出換擋或換向操作后，信號(hào)傳遞到TCU中進(jìn)行處理，隨后TCU通過發(fā)出不同占空比的PWM(Pulse Width Modulation)信號(hào)來控制比例電磁閥線圈的通電情況，從而利用產(chǎn)生的電磁力控制比例電磁閥的閥芯運(yùn)動(dòng)，改變輸出油壓。比例電磁閥的輸出油壓作為調(diào)壓緩沖閥的先導(dǎo)控制油壓，起到控制調(diào)壓緩沖閥閥芯運(yùn)動(dòng)的作用，當(dāng)調(diào)壓緩沖閥閥芯向右移動(dòng)時(shí)，離合器控制子系統(tǒng)的主油路油液經(jīng)逐漸打開的充油口進(jìn)入濕式離合器的活塞腔內(nèi)，進(jìn)而推動(dòng)活塞向壓緊摩擦片的方向運(yùn)動(dòng)，使傳動(dòng)齒輪與濕式離合器轂體的轉(zhuǎn)速逐漸一致，濕式離合器逐漸完成接合；同理當(dāng)調(diào)壓緩沖閥閥芯受比例電磁閥先導(dǎo)控制向左移動(dòng)時(shí)，充油口逐漸關(guān)閉，排油口逐漸打開，濕式離合器活塞腔內(nèi)的油液壓力迅速降低，活塞在彈簧力的作用下回到初始位置，濕式離合器完成分離。

圖1 換擋控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可分為基于駕駛員駕駛感受的主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和基于整車行駛數(shù)據(jù)的客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]，因每個(gè)駕駛員的駕駛習(xí)慣不盡相同，難以形成統(tǒng)一且有說服力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所以在研發(fā)過程中往往采用客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)換擋品質(zhì)進(jìn)行分析。

1.2.1 滑摩功

滑摩功為濕式離合器在滑摩階段由主動(dòng)摩擦片與從動(dòng)摩擦片之間相互摩擦所產(chǎn)生的熱量，滑摩功如果過大則直接影響濕式離合器的使用壽命。在滑摩過程中濕式離合器所傳遞的扭矩

(1)

式中：z——摩擦片數(shù)；

μ′——摩擦片在旋轉(zhuǎn)過程中的動(dòng)摩擦系數(shù)；

p——濕式離合器充油壓力，10-4Pa；

df——摩擦片工作面平均直徑，mm；

sp——濕式離合器活塞作用面積，mm2。

滑摩功

(2)

式中：ts——滑摩時(shí)間，s；

β——濕式離合器工作儲(chǔ)備系數(shù)；

ωz——主動(dòng)摩擦片的角速度，rad/s；

ωc——從動(dòng)摩擦片的角速度，rad/s。

1.2.2 換擋時(shí)間

換擋時(shí)間為從TCU發(fā)出換擋指令到目標(biāo)擋位切換完畢這一過程所經(jīng)歷的時(shí)間。換擋時(shí)間過短會(huì)產(chǎn)生劇烈的換擋沖擊，影響換擋平順性；如果換擋時(shí)間過長(zhǎng)則不僅會(huì)造成換擋遲滯從而影響駕駛體驗(yàn)，還會(huì)使滑摩功大幅增加，具體可根據(jù)實(shí)際性能要求對(duì)換擋時(shí)間進(jìn)行合理地控制。

1.2.3 沖擊率

沖擊率是體現(xiàn)車輛換擋舒適性的重要指標(biāo)，同時(shí)也是駕駛員在操作換擋過程中評(píng)價(jià)換擋品質(zhì)優(yōu)劣的最直觀標(biāo)準(zhǔn)。通常沖擊率的大小可通過車輛的行駛加速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)來表示。

(3)

式中：a——拖拉機(jī)行駛加速度，m/s2；

v——拖拉機(jī)行駛速度，m/s；

r——驅(qū)動(dòng)輪半徑，m；

ω——驅(qū)動(dòng)輪角速度，rad/s。

在忽略換擋過程中負(fù)載變化的情況下，結(jié)合拖拉機(jī)傳動(dòng)系扭矩平衡方程，得

(4)

式中：iz1、iz2——拖拉機(jī)中央傳動(dòng)比和最終傳動(dòng)比；

Jc——?jiǎng)恿Q擋變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；

Tc——?jiǎng)恿Q擋變速箱輸出扭矩，N·m。

在上述三個(gè)換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，滑摩功體現(xiàn)換擋過程對(duì)濕式離合器壽命的影響，換擋時(shí)間體現(xiàn)換擋過程的快捷性，沖擊率體現(xiàn)換擋過程的舒適性。可以看到這三種指標(biāo)之間具有一定的矛盾性，如果追求沖擊率盡可能小，則換擋時(shí)間就要延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致滑摩功增大，影響濕式離合器壽命；如果追求換擋時(shí)間盡可能短，則會(huì)導(dǎo)致?lián)Q擋沖擊率不可避免地增大。因此，在研究過程中需要對(duì)這三種指標(biāo)做出權(quán)衡，以達(dá)到滿意的換擋品質(zhì)。

1.3 動(dòng)力換擋過程

動(dòng)力換擋過程是變速箱輸出扭矩和輸出轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)變化過程，合理的控制策略應(yīng)根據(jù)該過程每個(gè)階段的不同特性來進(jìn)行分段控制。具體換擋過程可分為以下4個(gè)階段。

1.3.1 原擋位階段

TCU發(fā)出換擋信號(hào)，經(jīng)過短暫的電液控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間后，待接合離合器的活塞缸開始充油，此時(shí)摩擦片處于相互分離狀態(tài)，無法傳遞扭矩及轉(zhuǎn)速。待分離的離合器摩擦片仍保持壓緊狀態(tài)，傳遞的扭矩及轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化。此階段動(dòng)力換擋變速箱的輸出特性可表示為

Tc=Tei0

(5)

(6)

式中：nc——?jiǎng)恿Q擋變速箱輸出轉(zhuǎn)速，r/min；

Te——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，N·m；

i0——原擋位傳動(dòng)比；

TL——作用在變速箱輸出軸上的等效負(fù)載扭矩，N·m。

1.3.2 扭矩相階段

待接合離合器的活塞受油壓作用逐漸壓緊摩擦片，整體進(jìn)入滑摩狀態(tài)并開始傳遞扭矩，待分離離合器的油壓逐漸下降，但摩擦片仍保持接合狀態(tài)，傳遞的扭矩逐漸向待接合離合器過渡，其變化關(guān)系

(7)

式中：Tf——待分離離合器傳遞的扭矩，N·m；

Tj——待接合離合器傳遞的扭矩，N·m；

Je——發(fā)動(dòng)機(jī)至動(dòng)力換擋變速箱輸入軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；

ne——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，r/min。

此階段動(dòng)力換擋變速箱此時(shí)仍處于原擋位，輸出特性可表示為

Tc=Tjij0+Tfif0

(8)

(9)

式中：ij0——待接合離合器所在傳動(dòng)軸至變速箱輸出軸的原擋位傳動(dòng)比；

if0——待分離離合器所在傳動(dòng)軸至變速箱輸出軸的原擋位傳動(dòng)比。

將式(7)代入式(8)可得

(10)

通常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速在調(diào)速器的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，若該階段節(jié)氣門開度不發(fā)生明顯變化，則發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和輸出扭矩基本不變，在計(jì)算過程中可視作常數(shù)處理。因此將式(10)兩側(cè)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)可得

(11)

將式(1)代入式(11)并簡(jiǎn)化，得

(12)

式中：K——等效計(jì)算常數(shù)。

在該階段，動(dòng)力換擋變速箱輸出轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化快慢正比于待接合離合器的充油壓力隨時(shí)間的變化快慢。由式(4)可知：合理控制待接合離合器的充油壓力變化速度，可達(dá)到降低換擋沖擊率的優(yōu)化效果。

1.3.3 慣性相階段

將待分離離合器傳遞的扭矩降為0的時(shí)刻視為慣性相的開始時(shí)刻，此階段待接合離合器繼續(xù)滑摩，所傳遞的扭矩增大，動(dòng)力換擋變速箱的輸出特性表示為

Tc=Tjij0

(13)

(14)

與扭矩不相同，慣性相包含了由原擋位到新?lián)跷坏膭?dòng)力換擋變速箱的輸出轉(zhuǎn)速變化，具體體現(xiàn)在待接合離合器的從動(dòng)摩擦片與主動(dòng)摩擦片的轉(zhuǎn)速差逐漸減小到0的過程，該轉(zhuǎn)速差

(15)

式中： Δnj——待接合離合器從動(dòng)摩擦片與主動(dòng)摩擦片之間的轉(zhuǎn)速差值，r/min；

ij1′——發(fā)動(dòng)機(jī)至待接合離合器所在傳動(dòng)軸的新?lián)跷粋鲃?dòng)比。

同樣將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速視為常數(shù)，則將式(15)兩側(cè)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得

(16)

將式(14)代入式(16)中得

(17)

因此在負(fù)載扭矩不變的情況下，該轉(zhuǎn)速差值的減小速度與待接合離合器在慣性相傳遞的扭矩成正比關(guān)系。又根據(jù)式(1)得知離合器在滑摩階段所傳遞的扭矩與充油壓力為正比關(guān)系，所以動(dòng)力換擋變速箱在慣性相的輸出轉(zhuǎn)速變化速度正比于待接合離合器的充油壓力大小。

1.3.4 新?lián)跷浑A段

待接合離合器的壓力繼續(xù)升高，直至能夠滿足離合器穩(wěn)定工作的壓力值，其傳遞的扭矩及轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。此階段動(dòng)力換擋變速箱的輸出特性可表示為

Tc=Tei1

(18)

(19)

式中：i1——新?lián)跷粋鲃?dòng)比。

2 控制策略設(shè)計(jì)與建模

基于上文的理論分析過程，針對(duì)本文的研究對(duì)象，以前進(jìn)1擋換前進(jìn)2擋為例(濕式離合器C3接合，濕式離合器C2分離，其他濕式離合器狀態(tài)不變)，提出濕式離合器油壓分段控制策略，如圖2所示。

(a) 濕式離合器C3

(b) 濕式離合器C2

將該控制策略分為以下4個(gè)階段。

1)t0～tkp階段。此階段對(duì)應(yīng)換擋過程的原擋位階段，控制需求為：C3快速充油；C2油壓下降至能夠維持原擋位扭矩傳遞的最小油壓，階段持續(xù)時(shí)間盡可能短。因此在t0時(shí)刻TCU發(fā)出換擋信號(hào)后，M3的輸入占空比信號(hào)為100%，油液迅速進(jìn)入C3的活塞腔；同時(shí)M2的占空比信號(hào)降至a2并保持，使得C2油壓降至p2w′，至tkp時(shí)刻C3摩擦片間隙剛好消除。

2)tkp～tn階段。此階段對(duì)應(yīng)換擋過程的扭矩相階段，控制需求為：C2與C3油壓平穩(wěn)變化，同時(shí)在C2傳遞扭矩下降的過程中，保證C3可及時(shí)補(bǔ)充扭矩，避免出現(xiàn)動(dòng)力中斷。因此在tkp時(shí)刻M3的占空比信號(hào)由上一階段末的100%立刻降為a3并保持，使得C3油壓合理上升；同時(shí)M2的占空比信號(hào)按斜率k2下降，至tn時(shí)刻C2傳遞的扭矩降為0，對(duì)應(yīng)的油壓為p2g。

3)tn～tg階段。此階段對(duì)應(yīng)換擋過程的慣性相階段，控制需求為：對(duì)換擋品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，使C3的油壓按指定規(guī)律上升。因此在tn時(shí)刻，M3的占空比信號(hào)按斜率k3上升，至tg時(shí)刻C3的摩擦片完全接合，對(duì)應(yīng)的油壓為p3g，占空比信號(hào)為b3；而對(duì)于C2來說，此階段不再傳遞扭矩及轉(zhuǎn)速，因此M2的占空比信號(hào)在經(jīng)過tn時(shí)刻后立刻降為0，油液靠復(fù)位彈簧作用排出活塞腔。

4)tg～tw階段。此階段對(duì)應(yīng)換擋過程的新?lián)跷浑A段，控制需求為：C3油壓迅速上升至滿足穩(wěn)定工作條件的壓力值。因此在tg時(shí)刻，M3的占空比信號(hào)由上一階段末的b3立刻升為100%，使得油壓迅速上升至p3w。至此換擋過程結(jié)束，動(dòng)力換擋變速箱進(jìn)入新?lián)跷粻顟B(tài)。

綜上，本文所提出的濕式離合器油壓分段控制策略流程圖如圖3所示。

圖3 濕式離合器油壓分段控制策略流程圖

提出控制策略后，在AMESim仿真平臺(tái)中建立Statechart控制模型如圖4所示。

圖4 Statechart控制模型

在Statechart模型中涉及多個(gè)控制參數(shù)，其中一部分取決于濕式離合器及液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)而不受控制策略影響，可結(jié)合各參數(shù)的物理意義通過多次仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)得，如p3kp、p3w、p3g、p2g、t1及a2，其參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 Statechart控制參數(shù)Tab. 1 Statechart control parameters

其余參數(shù)作為分段控制策略的核心，可通過優(yōu)化算法對(duì)參數(shù)值進(jìn)行合理設(shè)置進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的換擋品質(zhì)，具體包括k2、k3及a3。另外根據(jù)上文制定的控制策略，在Statechart中建立的判別項(xiàng)目如表2所示。

表2 Statechart判別項(xiàng)目Tab. 2 Statechart discriminant item

3 模型參數(shù)優(yōu)化與結(jié)果分析

控制模型建立完畢后，運(yùn)用遺傳算法對(duì)模型中的關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。遺傳算法(Genetic Algorithm)是基于達(dá)爾文生物進(jìn)化論和遺傳學(xué)機(jī)理的探索性優(yōu)化算法，其通過隨機(jī)選取一組設(shè)計(jì)點(diǎn)作為種群，并對(duì)它們同時(shí)進(jìn)行分析優(yōu)化，這種優(yōu)化方式?jīng)Q定了遺傳算法具備優(yōu)化覆蓋面大，便于全局擇優(yōu)的特點(diǎn)，這也是同其他傳統(tǒng)優(yōu)化算法相比，遺傳算法所體現(xiàn)出的最大優(yōu)勢(shì)[10]，具體算法流程如圖5所示。

圖5 遺傳算法流程圖

針對(duì)前文分析的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，沖擊率同滑摩功和換擋時(shí)間相比所涉及的影響變量更少，且與濕式離合器油壓分段控制策略中待優(yōu)化控制參數(shù)之間的變化關(guān)系更為清晰直觀。因此選定沖擊率作為優(yōu)化目標(biāo)，并要求在最大沖擊率符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，控制換擋時(shí)間在合理的范圍內(nèi)。具體優(yōu)化目標(biāo)如表3所示[11]。

表3 遺傳算法優(yōu)化目標(biāo)Tab. 3 Objective optimization of genetic algorithm

選定參數(shù)k2、k3及a3作為優(yōu)化參數(shù)，其優(yōu)化范圍如表4所示。

表4 參數(shù)優(yōu)化范圍Tab. 4 Parameter optimization range

優(yōu)化目標(biāo)及優(yōu)化參數(shù)的定義完成后，設(shè)置遺傳算法參數(shù)如表5所示。

表5 遺傳算法參數(shù)Tab. 5 Parameters of genetic algorithm

圖6為遺傳算法的優(yōu)化計(jì)算過程，圖中的離散點(diǎn)表示每一組參數(shù)候選解對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值。

可以看到經(jīng)過600次迭代運(yùn)算之后，換擋時(shí)間th和沖擊率λ的值基本收斂，逐漸穩(wěn)定在目標(biāo)范圍內(nèi)，說明經(jīng)過全局擇優(yōu)的過程，優(yōu)化參數(shù)隨迭代計(jì)算逐漸逼近最優(yōu)解。最終得到優(yōu)化結(jié)果：占空比信號(hào)斜率k2為-1.612，占空比信號(hào)斜率k3為0.504，占空比信號(hào)a3為0.416。

將優(yōu)化參數(shù)結(jié)果應(yīng)用在控制模型中，規(guī)定TCU在3 s時(shí)刻發(fā)出換擋信號(hào)，控制動(dòng)力換擋變速箱由前進(jìn)1擋升至前進(jìn)2擋，在AMESim仿真平臺(tái)中運(yùn)行仿真得到濕式離合器C2及C3的油壓響應(yīng)特性如圖7、圖8所示。

(a) 沖擊率

(b) 換擋時(shí)間

圖7 濕式離合器C3油壓響應(yīng)特性曲線

圖8 濕式離合器C2油壓響應(yīng)特性曲線

通過圖7、圖8可知：TCU在 3 s 時(shí)刻發(fā)出換擋信號(hào)后，立即對(duì)M3輸入100%的占空比信號(hào)，對(duì)M2輸入63%的占空比信號(hào)；經(jīng)過0.016 s 的響應(yīng)時(shí)間后，C3油壓開始迅速上升，同時(shí)C2油壓下降至2.006×10-3Pa；當(dāng)C3油壓上升至p3kp時(shí)觸發(fā)分段控制策略中的判別項(xiàng)目e，輸出tkp為3.137 s；緊接著M3的占空比信號(hào)降為41.6%，M2占空比信號(hào)開始按斜率k2下降；此階段C3油壓平緩上升，C2油壓迅速下降，當(dāng)C2油壓下降至p2g時(shí)觸發(fā)判別項(xiàng)目e1，輸出tn為3.49 s，此時(shí)濕C3的油壓為6.38×10-4Pa；此后M2的占空比輸入為0%，不再參與換擋控制過程，而M3的占空比信號(hào)按斜率k3上升，C3的油壓隨之升高，當(dāng)其壓力達(dá)到p3g時(shí)觸發(fā)判別項(xiàng)目e2，輸出tg為3.98s；最后M3的占空比信號(hào)躍升至100%，C3的油壓迅速升高至p3w，觸發(fā)判別項(xiàng)目e3，輸出tw為4.01 s。應(yīng)用了優(yōu)化后的油壓分段控制策略與采用簡(jiǎn)單的“0或1”的占空比控制方式相比，其沖擊率對(duì)比曲線如圖9所示。

圖9 沖擊率對(duì)比結(jié)果

通過圖9所示的對(duì)比結(jié)果可知：采用簡(jiǎn)單控制策略時(shí)，換擋過程所產(chǎn)生的最大沖擊率為22.14 m/s3，而采用優(yōu)化后的分段控制策略可使最大沖擊率降為9.78 m/s3。此外，為進(jìn)一步驗(yàn)證該分段控制策略對(duì)換擋品質(zhì)的優(yōu)化效果，計(jì)算濕式離合器C3在換擋過程的滑摩功變化如圖10所示。

圖10 濕式離合器C3滑摩功曲線

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，濕式離合器摩擦片單位面積上的滑摩功許用值為0.33 J/mm2，而濕式離合器C3在換擋過程中所產(chǎn)生的滑摩功為12 332.7 J，可算出摩擦片單位面積上的滑摩功約為0.163 J/mm2，遠(yuǎn)小于許用值，因此該濕式離合器油壓分段控制策略同樣符合滑摩功評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

1) 本文針對(duì)換擋控制模塊、換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及動(dòng)力換擋過程進(jìn)行了理論分析，通過公式推導(dǎo)證明了通過對(duì)濕式離合器充排油過程進(jìn)行控制來改善動(dòng)力換擋變速箱換擋品質(zhì)的可行性。

2) 動(dòng)力換擋過程可劃分原擋位、扭矩相、慣性相及新?lián)跷凰膫€(gè)階段，根據(jù)每個(gè)階段的不同輸出特性，提出了濕式離合器油壓分段控制策略，該控制策略可縮短待接合濕式離合器快速充油過程及滑摩結(jié)束后穩(wěn)定過程的時(shí)間，并且可對(duì)待接合濕式離合器和待分離濕式離合器的滑摩過程進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)期望的換擋品質(zhì)。

3) 針對(duì)本文的研究對(duì)象，以前進(jìn)1擋換前進(jìn)2擋為例，在AMESim仿真平臺(tái)的Statechart中建立了相應(yīng)的控制模型，針對(duì)模型中的關(guān)鍵參數(shù)(k2、k3、a3)采用遺傳算法進(jìn)行了優(yōu)化，仿真結(jié)果表明：采用簡(jiǎn)單控制策略所產(chǎn)生的最大沖擊率為22.14 m/s3，而采用優(yōu)化后的濕式離合器油壓分段控制策略可使最大沖擊率降為9.78 m/s3。同時(shí)濕式離合器C3在換擋過程中摩擦片單位面積上的滑摩功約為0.163 J/mm2，遠(yuǎn)小于許用值，由此證明了應(yīng)用該優(yōu)化后的控制策略對(duì)改善換擋品質(zhì)的有效性及合理性。