雙離合自動(dòng)變速箱動(dòng)力性升擋過(guò)程控制策略研究

洪 潔 張金超 史力銘 涂安全

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 安徽 合肥 230091）

引言

雙離合自動(dòng)變速箱（Double Clutch Transmission，DCT）是近年來(lái)出現(xiàn)的一種機(jī)械式自動(dòng)變速箱，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換擋速度快、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)日益得到重視[1]。換擋工況在車(chē)輛駕駛過(guò)程中使用最為頻繁，其過(guò)程控制也最為復(fù)雜。如果控制不好，會(huì)造成換擋沖擊，嚴(yán)重影響整車(chē)駕駛感受，因而對(duì)換擋過(guò)程控制策略研究的重要性日益凸顯。本文在分析DCT 結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，以1 擋升2 擋為例，對(duì)升擋過(guò)程進(jìn)行了描述，綜合分析現(xiàn)有升擋控制策略的不足，提出了一種新的升擋控制策略，并通過(guò)Simulink建模，生成代碼下載到變速箱控制單元中。在整車(chē)上，通過(guò)客觀評(píng)價(jià)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)新的升擋控制策略進(jìn)行了實(shí)車(chē)驗(yàn)證試驗(yàn)。

1 DCT 工作原理

雙離合自動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括2個(gè)離合器、4 個(gè)撥叉、8 個(gè)變速箱擋位及相應(yīng)的換擋同步器，以及其他的換擋控制系統(tǒng)和電控單元。它是基于手動(dòng)變速箱動(dòng)力傳遞原理開(kāi)發(fā)的，通過(guò)兩組離合器分離和結(jié)合分別控制奇數(shù)擋、偶數(shù)擋的換擋過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的無(wú)間斷。其中，離合器1 控制1 擋、3 擋、5 擋和7 擋的動(dòng)力輸出，離合器2 控制2 擋、4 擋、6 擋和R 擋的動(dòng)力輸出。

圖1 DCT 示意圖

當(dāng)車(chē)輛在P 擋或者N 擋停止時(shí)，變速箱的雙離合器均處于斷開(kāi)狀態(tài)，不傳遞動(dòng)力。當(dāng)擋位掛入D 擋起步時(shí)，變速箱的自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)將擋位切換到1 擋，離合器1 結(jié)合，車(chē)輛開(kāi)始運(yùn)行。

當(dāng)車(chē)輛在1 擋運(yùn)行時(shí)，離合器2 處于斷開(kāi)狀態(tài)，不傳遞任何動(dòng)力，車(chē)輛繼續(xù)加速到接近2 擋換擋點(diǎn)時(shí)，變速箱自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)提前將2 擋對(duì)應(yīng)撥叉掛上。當(dāng)車(chē)輛加速觸發(fā)2 擋換擋點(diǎn)時(shí)，正式進(jìn)入換擋控制，電控系統(tǒng)控制離合器1 開(kāi)始分離，同時(shí)離合器2 開(kāi)始結(jié)合，兩個(gè)離合器配合進(jìn)行傳遞動(dòng)力的交替切換，直到離合器l 完全分離，離合器2 完全接合。這時(shí)動(dòng)力由離合器2 和2 擋傳遞，整個(gè)換擋過(guò)程結(jié)束。當(dāng)車(chē)輛以2 擋行駛時(shí)，后續(xù)擋位的切換過(guò)程與上述過(guò)程類(lèi)似，加速則下一擋位為3 擋，減速則下一擋位為1擋。由于換擋過(guò)程2 個(gè)離合器的切換是交替進(jìn)行的，不需要完全切斷動(dòng)力傳遞，因此，濕式雙離合器自動(dòng)變速箱實(shí)現(xiàn)的是動(dòng)力換擋[2]。

2 客觀評(píng)價(jià)測(cè)試系統(tǒng)

客觀評(píng)價(jià)測(cè)試系統(tǒng)即AVL-DRIVE 系統(tǒng)，軟件主界面如圖2 所示，它是一個(gè)全自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量分析工具，用于分析車(chē)輛駕駛質(zhì)量并做出評(píng)分，即所謂的“駕駛性能”評(píng)價(jià)。

圖2 AVL-DRIVE 軟件界面

所有的駕駛模式評(píng)價(jià)均采用1～10 分制，見(jiàn)表1。

表1 AVL-DRIVE 軟件預(yù)設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)定義表

通常評(píng)分到7 分即達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。AVL-DRIVE軟件通過(guò)加權(quán)計(jì)算規(guī)則得到綜合評(píng)分，如圖3 所示。

同時(shí)，所有不同的駕駛模式都會(huì)分別打分以盡快鑒定出車(chē)輛優(yōu)勢(shì)以及可能引起客戶(hù)不滿(mǎn)的方面。由于AVL-DRIVE 軟件已進(jìn)行預(yù)先編程，對(duì)多種等級(jí)的車(chē)輛進(jìn)行評(píng)分，可以立即提供類(lèi)似標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)型的數(shù)據(jù)用作駕駛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的參考，故被各大主流汽車(chē)廠應(yīng)用在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

3 DCT 換擋控制策略

變速箱的換擋過(guò)程，即為2 個(gè)離合器動(dòng)力交接切換過(guò)程。為了保證換擋過(guò)程動(dòng)力不中斷，2 個(gè)離合器必然存在工作重疊的部分[3]。因此，換擋過(guò)程的重點(diǎn)在于對(duì)2 個(gè)離合器進(jìn)行精確合理的控制。

3.1 DCT 換擋過(guò)程分析

本文以變速箱1 擋升2 擋為例，換擋過(guò)程如圖4所示，控制邏輯圖如圖5 所示。

圖4 動(dòng)力性升擋過(guò)程示意圖

圖5 動(dòng)力性升擋控制邏輯圖

整個(gè)換擋過(guò)程可以分為3 個(gè)階段：

1）換擋準(zhǔn)備階段。當(dāng)變速箱目標(biāo)擋位到2 擋時(shí)，離合器進(jìn)入此階段，主要?jiǎng)幼魇? 擋撥叉掛上，離合器2 進(jìn)行充油控制。離合器1 結(jié)合壓力開(kāi)始下降，但仍然處于結(jié)合狀態(tài)；離合器2 開(kāi)始充油，結(jié)合壓力開(kāi)始升高，離合器摩擦片開(kāi)始摩擦，但由于充油只是充到離合器半結(jié)合點(diǎn)（Kisspoint 點(diǎn)），轉(zhuǎn)速?zèng)]有比較明顯的變化。

2）轉(zhuǎn)矩交替階段。此階段2 個(gè)離合器轉(zhuǎn)矩進(jìn)行交替，傳遞動(dòng)力交替切換。離合器1 的壓力繼續(xù)下降，離合器2 的壓力迅速上升，2 個(gè)離合器均處于滑摩階段，動(dòng)力傳遞逐漸由離合器2 傳遞。

3）轉(zhuǎn)速同步階段。此階段主要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)降轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與結(jié)合軸轉(zhuǎn)速同步，最終完成1擋升2 擋。離合器1 斷開(kāi)，不傳遞動(dòng)力，動(dòng)力由離合器2傳遞。

3.2 現(xiàn)有升擋控制策略的不足

當(dāng)實(shí)車(chē)進(jìn)行動(dòng)力性升擋控制優(yōu)化時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的升擋控制策略存在不足，會(huì)造成動(dòng)力性升擋過(guò)程出現(xiàn)頓挫。具體分析如下：

現(xiàn)有技術(shù)在轉(zhuǎn)矩交替結(jié)束時(shí)的判斷依據(jù)是結(jié)合離合器轉(zhuǎn)矩達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，即。這樣造成轉(zhuǎn)矩交替結(jié)束時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與脫離軸轉(zhuǎn)速處于完全同步狀態(tài)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速同步開(kāi)始階段因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降帶動(dòng)脫離軸轉(zhuǎn)速抖動(dòng)，造成升擋頓挫，且油門(mén)越大頓挫越明顯，嚴(yán)重影響駕駛感受，如圖6 所示。

圖6 升擋頓挫

因此，現(xiàn)有升擋控制策略存在一定缺陷，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

3.3 優(yōu)化后的升擋控制策略

針對(duì)現(xiàn)有變速箱動(dòng)力性升擋控制策略的不足，對(duì)相關(guān)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，新的升擋總體控制示意圖如圖7 所示，控制邏輯圖如圖8 所示。

圖7 新的動(dòng)力性升擋控制示意圖

圖8 新的動(dòng)力性升擋控制邏輯圖

在原有的控制基礎(chǔ)上修改了動(dòng)力性升擋控制方法，設(shè)定動(dòng)力性升擋的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并設(shè)定升擋參考轉(zhuǎn)矩交替結(jié)束的標(biāo)志為：結(jié)合離合器轉(zhuǎn)矩（T結(jié)）與一個(gè)定值的半接合點(diǎn)轉(zhuǎn)矩（3N·m）的總和大于離合器總轉(zhuǎn)矩，即：

其中，升擋目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ntgt的計(jì)算公式為：

式中：Ntgt為升擋目標(biāo)轉(zhuǎn)速，r/min；Ninp為脫離軸轉(zhuǎn)速，r/min；Npedal為根據(jù)不同油門(mén)開(kāi)度設(shè)定的轉(zhuǎn)速標(biāo)定值，r/min。

3.4 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的動(dòng)力性升擋控制策略的實(shí)際控制效果，將新的升擋控制策略通過(guò)Simulink 建模，生成代碼并下載到變速箱的TCU 中，在實(shí)車(chē)上優(yōu)化后通過(guò)AVL-DRIVE 系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)試升擋最終得分。

在實(shí)車(chē)上，連通AVL-DRIVE 系統(tǒng)后，分別進(jìn)行10%、20%、30%、50%、80%、100%油門(mén)開(kāi)度的升擋測(cè)試。圖9 為一組20%油門(mén)開(kāi)度的升擋數(shù)據(jù)。

圖9 20%油門(mén)開(kāi)度的升擋數(shù)據(jù)

AVL-DRIVE 系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)后從幾個(gè)維度評(píng)價(jià)升檔性能，見(jiàn)表2。

表2 動(dòng)力性升擋性能評(píng)價(jià)項(xiàng)目表

計(jì)算各個(gè)子項(xiàng)的得分，最后綜合得出升擋的總得分，即AVL-DRIVE 系統(tǒng)測(cè)試升擋得分，為7.59分，得分在標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)型范圍內(nèi)（標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)型得分為7.05 分～7.6 分），達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)車(chē)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，新的動(dòng)力性升擋控制策略在整車(chē)上可實(shí)現(xiàn)升擋過(guò)程無(wú)沖擊，確保了車(chē)輛駕駛過(guò)程的平順性和舒適性。

4 結(jié)論

對(duì)DCT 工作原理以及動(dòng)力性升擋控制過(guò)程進(jìn)行了研究，針對(duì)現(xiàn)有升擋控制策略的不足，提出了一種新的動(dòng)力性升擋控制策略，并通過(guò)Simulink 建模，生成代碼下載到變速箱控制單元中，通過(guò)客觀測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)新的控制策略進(jìn)行實(shí)車(chē)驗(yàn)證試驗(yàn)。驗(yàn)證結(jié)果表明，所提出的升擋控制策略測(cè)試評(píng)價(jià)得分在標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)型范圍內(nèi)，從而證明所提出的動(dòng)力性升擋控制策略能夠有效避免升擋過(guò)程的換擋沖擊問(wèn)題，可明顯提高升擋過(guò)程的平順性。