基于PI控制的濕式雙離合自動變速器的起步控制

薛永軍

（河南省焦作市城建支隊 454000)

0 引言

通常情況下，濕式雙離合自動變速器的起步控制都主要集中于雙離合器的控制，雙離合器的控制具有時變性、非線性以及強耦合性，并且車輛在進行起步的時候存在發動機轉速穩定同時大于怠速，監測駕駛員的駕駛意圖等要求。對于雙離合器自動變速器整車來說，整個起步過程指的是汽車發動機處于怠速狀態下，駕駛者把檔桿從P檔換到D檔或者R檔等工作模式下，腳踩加速踏板[1]，使汽車的車速達到期望速度的過程。另外有一點需要注意的是，起步過程的起始狀態不單單是靜止的，同樣也可以是運動狀態。

1 起步控制評價指標

一般情況下，汽車的起步控制的舒適性、動力性以及傳動系的使用年限造成一定影響。汽車的起步指標主要由下面幾方面構成。

（1）發動機怠速要求。如果發動機的轉速是低于怠速的，那么會造成油氣的混合比例出現問題，汽車的輸出功率以及扭矩均不能達到要求，導致汽車在進行加速的時候動力不足，大大增加了汽車的起步時間。發動機轉速低于怠速還會使汽車在進行減速或者是制動時出現熄火，以及使發動機的齒輪無法正常進行配合，造成一定的磨損。

（2）沖擊度。所謂的沖擊度j就是汽車縱向加速度對時間的導數大小，計算公式為

上面的公式中，Tout是變速器的輸出轉矩，TW是車輪上的牽引轉矩，IW是輸出軸和汽車平移質量換算到輸出軸上的慣量，r是驅動輪的滾動半徑，i0是主減速器的傳動比。

通過上面的式子能夠看出，沖擊度和輸出轉矩的變化率是成正比例的，輸出轉矩變動的越快，傳動系統的沖擊就越大，并且也表明了沖擊度能夠很好的反映起步換擋過程的動力學本質。沖擊度不僅能夠有效的反映出駕駛者對舒適度的實際感覺，還能夠將道路工況所造成的顛簸和彈跳影響排除，有效的反映出汽車起步換擋過程中車輛的運動狀態和傳動系載荷變化。目前不同的國家對于沖擊度有著不同的限定，比如我國的沖擊度不能夠大于17.64 m/s3，德國的沖擊度不能夠大于10 m/s3。

（3）起步時間。所謂的汽車起步時間指的是從上層軟件發送起步指令到離合器完全達到結合的時間大小。一共有5個部分：汽車起步響應時間、離合器主從動盤結合但不傳遞扭矩的壓力點時間、克服汽車靜摩擦力的時間、運行中的離合器摩擦時間和運行中的離合器完全接合時間。

汽車的起步時間從數據上來看，指的是從加速踏板信號輸入到離合器主動盤側轉速和離合器從動盤轉速相同的時間。

2 汽車起步的控制策略

2.1 控制策略概述

在雙離合器自動變速器的控制器里面配置了一個上層軟件。在這個軟件里面配置了一個全局控制器，這個控制器可以通過車輛的傳感器信息對當前汽車的工況進行識別，然后由CAN網絡發出對應的控制信號，進而激活內部子系統，并輔助子系統進行工作同時監視整個工作過程，進行實時的診斷[2]。

2.2 起步控制策略的輸入

為了能夠使汽車起步的舒適性以及快捷性達到滿足要求，進行汽車的起步時我們需要下面幾個信息：加速踏板的開度信號、發動機轉速的加速度、離合器的滑摩率、離合器的壓力信號、換擋桿的檔位信號及發動機的轉速信號。

2.3 汽車起步控制策略的處理

汽車起步控制功能模塊的作用就是對當前需要哪個離合器工作進行確定。為了能夠確保汽車當前起步檔位的正確性，控制器會對當前換擋桿的信息進行確認，再通過油門的開度以及滑摩率計算起步離合器的扭矩。

通過當前汽車加速踏板的開度值以及發動機的轉速，能夠確定出發動機的萬有特性圖，如圖1所示。

所以，通過當前汽車的油門開度以及發動機轉速，能夠很容易的知道當前汽車發動機輸出的扭矩大小是多少。

本文所提出的策略里面起步控制一共分為2個階段進行：在階段1中，當汽車發動機的轉速與發動機的目標轉速相差很多的時候，通過前饋控制進行控制，控制的結果就作為離合器的目標扭矩輸出，從而算出離合器的目標壓力。階段1的策略如下圖2所示。

在階段2中，這時汽車發動機的轉速與發動機的目標轉速是在規定的范圍里面(200 r/min)，那么就通過PI控制以及前饋控制計算離合器的目標扭矩，從而得出離合器目標壓力的大小。階段2的策略如圖3所示。

圖1 萬有特性圖

圖2 第一階段離合器目標壓力計算策略圖

圖3 第二階段離合器目標壓力計算策略圖

2.4 汽車起步控制策略的輸出

在汽車進行起步時，在起步控制的過程中會輸出以下信號：起步控制扭矩大小、離合器從動盤的轉速大小、汽車的加速度大小以及離合器的期望壓力大小。上面這些信號會被汽車的整車控制軟件的其他功能當作輸入進行運算，然后根據其中的一些信號對整車的起步功能進行評價。

3 實際測試

本文所提出的策略會和全局控制軟件一起輸入到整車控制器TCU里面，進行整車的起步控制試驗，通過CANape記錄整車的數據然后進行如下分析。

3.1 一檔起步

（1）5%油門起步。從踩下加速踏板，到發動機轉速和輸入軸1的轉速達到一樣，一共經過了3.5 s。

（2）42%油門起步。從踩下加速踏板，到發動機轉速和輸入軸1的轉速達到一樣，一共經過了2.1 s。

3.2 R檔起步

（1）14%油門起步。從踩下加速踏板，到發動機轉速和輸入軸2的轉速達到一樣，一共經過了2.5 s。

（2）63%油門起步。從踩下加速踏板，到發動機轉速和輸入軸2的轉速達到一樣，一共經過了2.5 s。

在這4次試驗過程中，在起步的過程中，汽車的速度是均勻增長的，發動機的轉速并沒有突變，使汽車具有很好的舒適性，同時離合器的溫度也處于正常值，控制壓力可以很好的跟蹤期望壓力。

[1]葉明,秦大同,劉振軍. 輕度混合動力 AMT 汽車自動起步控制研究[J].中國機械工程,2005,16(5): 442-445.

[2]吳光強,楊偉斌,秦大同.雙離合器式自動變速器控制系統的關鍵技術[J].機械工程學報,2007，43(2):13-21.